“科学探究”素养在初中生物实验教学中的运用

□福建省莆田青璜中学 王素军

当今生物学核心素养中提出的科学探究是指能发现现实世界中的生物学问题，针对特定的生物学现象，进行观察、提问、实验设计、实验实施以及结果的交流与讨论，而这种能力的培养锻炼也只有在生物实验教学中才能实现。作为一名初中教师，应认真思索实验教学的问题，从而培养学生核心素养中的“科学探究”素养。在实验教学中注重培养学生的观察能力、逻辑思维能力、数据信息获取、处理和分析思维能力，以及对生物学知识之间内在联系的分析归纳能力、实验能力等，从而引导学生养成严谨的科学研究态度，能用科学的眼光和思维对实验过程和结果进行科学思维分析，大大提升学生的科学探究能力。

一、从科学探究的深度上：将验证性实验转变为探究性实验

科学探究不能仅注重实验结果的证实、停留于表面现象的研究，还应侧重于探究过程中主动构建知识的培养。比如验证性实验，它就是验证教材内容中的实验结果，学生缺乏主动探究知识的形成过程，这样不利于学生探究素养的提高，探究层次也仅留于表面。而探究性实验更注重引导学生创设一系列的问题情境，学生在参与探究实验过程中，体验实验材料的选择、仪器的准备、实验设计和操作过程、结论推导的整个环节，大大提升探究素养和创新精神。

如在观察蚯蚓的运动实验中，我们使用的冀少版初中生物教材，我们对该实验教学设计进行改进，让学生在探究活动了解事物的本质规律。教材呈现的实验方法是让学生通过观察蚯蚓在糙纸上的运动及身体变化，获得“蚯蚓的刚毛在运动中起支撑和固定的作用，蚯蚓是依靠肌肉收缩与刚毛协助配合运动的”这一认知，帮助学生理解蚯蚓的形态结构和生理功能是与生存环境相适应的这一重要概念。但实验没有量化数据进行比较分析，学生难以理解刚毛在蚯蚓运动中的支撑和固定作用。所以在实验设计上，通过比较蚯蚓在不同的毛玻璃板上的运动情况，一面是光滑界面，一面是粗糙界面。在白纸上画出3条平行线ABC。其中A到B的距离为3.5cm，B到C的距离为1.5cm。分别将两块毛玻璃的粗糙面与光滑面盖在纸上。在紧贴C线外的玻璃板上均匀地铺上一层约1cm厚、5cm宽的腐土。让身体长6～7cm的细小蚯蚓置于A线与C线之间的玻璃板上。身体的前端刚好接触腐土，尾端在A线之外，分别让它爬，记录不同两面的时间，共计3次，取其平均值作比较。

二、从科学探究的效度上：实验材料和用具的改变

教材实验材料和用具的选择具有一般性，要求各地各校都可以实施开展。部分教师严格按照教材预设的实验材料及用具进行实验，最后发现实验效果并不理想。但若更换实验材料，调整实验用具，让学生分析、比较实验材料和器具改变后，实验现象、结果的差异性，学生对实验的认识能够更加贴近现象本质。这样，学生探究兴趣盎然、质疑不断，有利于学生探究素养的提升。

学习《植物有性生殖》这一节内容时，观察“桃花”这个实验材料很难取，所以一般准备我们这边比较常见的行道树“羊蹄甲”。它的花更大更直观，而且它的子房是上位，与采摘它的果实比较更为明了。还有在植物呼吸作用探究实验中，引导学生除了考虑将原来的验证性实验改为定量的探究性实验外，还注重实验的简易操作性，实验材料和用具上的改造大大培养学生的探究能力，发展学生的思维能力和学科素养。实验材料可选正在萌发的种子和炒熟的种子，用树叶做实验我们还要考虑排除其光合作用的干扰。把每份50g萌发的绿豆种子和煮熟的绿豆种子分别装在330ml的白色饮料瓶，并在瓶口用软胶塞套温度计，过些时间，用注射器各取40ml的气体，然后分别注入两个装10ml的石灰水检验二氧化碳，观察温度计数值来检验是否释放热量，接着再打开塞子，往两个瓶中快速伸入点燃的木柴，观察实验效果。

三、从科学探究的认知度上：实验步骤的改变

正确的实验步骤是获得确切的实验现象、详实的实验数据、正确的实验结论的前提。教师要监测学生各步骤的实验现象，预判各环节的误差及出现的结果，引导学生关注步骤改变之后的现象改变，分析其实质，对实验中提出的问题、现象、失败的原因要细致考虑，多问“为什么”，注重实验的过程性分析，促进学生“探究技能”的提高。

冀少版八年级生物教材安排一个实验：观察叶片的结构，先制作临时叶片横切片，再用显微镜微观观察叶片的组成。我们可以调整实验步骤，引导学生先宏观观察叶片的组成：表皮、叶肉、叶脉。通过肉眼观察叶表皮，建立学生整体感观叶片的组成，再引导学生证明表皮上有气孔，如何在宏观层面来感知气孔。实验步骤是：选取空心菜的叶片，将其叶片完全浸入水中，露出叶柄，用口衔住叶柄里吹气。由于空心菜的叶柄是空心的，吹进去的气体很快就达到叶片，也就能看到叶面有气泡冒出。而且，在实验中还发现，气泡主要是从叶片的下表面冒出的，上表面很少有气泡冒出或没有气泡。这样调整实验步骤，变更教材原有步骤，先用显微镜观察叶片组成再看叶片表皮气孔，这样的改变可进一步培养学生科学探究中的观察能力。

四、从科学探究的广度上：实验模式的改变，课堂实验的延伸

“种子萌发条件”这个实验是初中生非常典型的一个探究性实验，对考查学生科学探究能力有很强的代表性。这个实验的准备和操作都需要一定的时间才能有预期的实验现象，让学生拓展实验探究，可以进一步培养学生的创新能力和理性思维。

例如，学生在培育种子萌芽过程中，有时由于外界原因，损伤了胚根或胚芽，便引导学生课后进一步探究“菜豆种子幼苗结构残缺发育情况”，所以在对照组完整幼苗前提下，实验组将“子叶刚张开种皮少数脱落的幼苗切除胚芽为一组，胚轴切除无胚芽为另一组，胚根全部切除为第三组”。学生通过对照实验发现结构残缺的菜豆种子幼苗仍能发育成成熟的植珠，由此引导学生课后查阅资料分析探究的结果。