初中生物实验教学的思维挖掘与创新设计

张若姮

[摘   要]实验教学在中学生物学教学中占有重要地位。通过对探究性实验的创新设计，可促进学生开展有思维深度的探究性学习。在《绿色植物的生长需要水和无机盐》一节的教学中，教师从学生的实际出发，优化教材结构，创新实验设计，挖掘课堂思维深度，有效培养了学生的生物学核心素养。

[关键词]初中生物;实验教学;思维;创新;绿色植物

[中图分类号]    G633.91        [文献标识码]    A        [文章编号]    1674-6058（2019）20-0088-02

一、案例背景

《义务教育学科核心素养·关键能力测评与教学（初中生物学）》第一章第三节《初中生物学科核心素养与关键能力测试评价框架》中，无论是基于对“核心素养与关键能力”的落实，还是对生物学课程性质的认识，都彰显了实验教学在中学生物学教学中始终占有重要地位。

苏科版《绿色植物的生长需要水和无机盐》一节安排有活动“探究无机盐对植物生长发育的作用”，旨在引导学生发展实验技能、探究技能和理性思维。如何从学生的实际出发，优化教材结构，创新实验设计，挖掘课堂思维深度，是教师设计和开展本节课实验教学的重点。

二、案例描述与分析

1.视听导入，感受生命鲜活原貌

教师播放“植物种子萌发及生长过程”微视频，学生描述看到的景象。

设计意图：以课题中“生长”一词作为切入点，通过视听导入，向学生展示生物独有的动感和美感，激发学生的学习兴趣。

2.基础入手，搭建新知学习阶梯

教师呈现图片，引导学生举例说明水在维持植物姿态、构成细胞组成和参与各项生命活动中的作用，并通过图表信息分析需水规律。

设计意图：从学生已有知识水平出发，寻找其知识结构中能够与新知学习建立联系的“锚定点”，搭建新知学习阶梯。

3.开放探究，挖掘课堂思维深度

回顾海尔蒙特的柳树实验，比较相关实验数据，引发思考并设计实验。教师提供多种材料：①不同种类溶液（蒸馏水、自来水、土壤浸出液各200 mL）;②不同种类植物（根部带有泥土和根部洗净的、大小不等的青菜和菠菜植株若干）;③不同种类辅助材料（大小不等的定植海绵若干）。评价时，将学生多样的实验设计方案和有价值的生成性问题融入教学，捕捉教学时机，挖掘课堂思维深度。

设计意图：设计开放性的探究问题和可选择性的学习任务，最大限度地鼓励学生有所想、有所为、有所得，实现有思维深度的“真探究”。在师生与生生的思维碰撞中，构建开放的教学系统，建立多元的信息网络，呈现充满能动性的思维成果。

4.地图学习，激发学生学习热情

学生观察预实验结果，得出结论“土壤浸出液能较好地促进植物生长”，产生疑问“促进植物生长的物质是什么”，并由此开展实验探究。针对初一学生实验技能训练不足的实际情况，采用地图学习法[地图学习法由美国教育界领军人物PJ.开普希（PJ.Caposey）和托德·威特克尔（Todd Whitaker）在其著作《以学生为中心的翻转教学11法》中提出]开展实验教学。通过设计教学活动“你来说，我来做”，有效突破实验教学难点。具体做法为：①呈现实验步骤;②背对黑板，提出预设问题，借助学生言语引导完成操作演示;③小组合作完成实验。

设计意图：采用地图学习法引导学生开展实验，激发学生的学习热情。教师的演示与指导依赖于教师引导下的学生表达。教师对学生的充分信任，使学生在学习中始终保持较高的热情。这既有利于建立良好的、正向的师生关系，也有利于让学生感受到指导他人的成就感。

5.情境迁移，回归知识学习价值

指导学生分析实验方案“探究含氮无机盐对植物生长的作用”，观察预实验结果，理解“不同种类无机盐对绿色植物的作用不同”。最后，以新闻情境“G20峰会国宴上的无土栽培蔬菜”作为体悟应用阶段的知识情境，说明无土栽培得以成功的关键和优势;以“室内无土栽培植物盆栽培养”作为实践操作阶段的任务情境，为课堂教学的延续提供可能。

设计意图：课堂教学既要关注预设目标的达成，也要回答为何学、学有何用。鲜活的情境可帮助学生从感性的、概括的认识上升到理性的、具体的分析。实践操作中，学生既能感受到生命的美感，也实现了学习的迁移，更实现了知识、能力与情感态度价值观发展的螺旋式上升。

三、案例反思

1.思路创新：源于教材，不拘泥于教材

本节课以教材的探究活动为中心，围绕主题设计了四个探究性实验，如“土壤浸出液对植物生长的影响”“土壤浸出液中促进植物生长的物质”“含氮无机盐对植物生长的作用”“植物在无土栽培培养液中的生长”。各个实验逻辑上层层递进，内容上层层深入。前两个实验注重动脑设计与动手操作，后两个实验关注现象观察与方案分析。这样的设计，既源于教材，但又不拘泥于教材，符合初一学生的知识水平和能力发展要求。

2.方法创新：细化指导，关注细节，有效实施

（1）原理部分，突出重点

在知识回顾的过程中，突显探究性实验的基本过程和实验设计的基本原则，紧扣关键词“变量”突出重点。通过“变量是什么？”“两组实验如何设计？”以及“还要控制哪些因素相同？”三个问题幫助学生厘清实验设计思路。

（2）设计部分，多样选择

实验“探究土壤浸出液对植物生长的影响”的实验方案设计是教学中的难点。在开展实验时，既要为学生提供多样的实验材料，又要引导学生思考以下问题：“选择何种溶液？”“选择何种植物？”“植物的根部是否带泥土？”“如何固定植株？”“植物浸入液体的深度多少才合适？”学生选择的不同，必会带来多样化的实验结果的呈现。这些有价值的生成性资源，正是课堂智慧的闪现。

（3）操作部分，演示到位

在“探究土壤浸出液中促进植物生长的物质”实验中，如何确保学生实验操作有序进行是教学的重点。在烘干过程中，“如何规范使用滴管”“如何安全使用酒精灯”“如何避免载玻片炸裂（即准确把握酒精灯的熄灭时机）”是教学需突破的难点。除教师语言讲述外，规范到位的演示操作才最直观。通过先演示再分组、演示与讲解相结合的方式，可以看到学生实验的进行有秩序、有收获。

（4）细节部分，卡片提醒

在“探究土壤浸出液对植物生长的影响”实验教学中，通过设计线索卡，解释蒸馏水、自来水和土壤浸出液的区别，提供支持性学习资料;在“探究土壤浸出液中促进植物生长的物质”实验教学中，通过设计提示卡，以图文并茂的方式将实验中的操作细节和安全事项呈现给学生。两种卡片的设计和使用，进一步细化了实验指导，确保了实验教学的有效性。

（5）板书呈现，知识与能力并重

板书在课堂小结与知识建构中有非常重要的作用。它既不是教材标题的罗列，也不是知识点的简单呈现。在整节课的教学中，教师动态生成主板书内容。在课堂小结时，则由师生共同回顾探究问题和实验内容，利用副板书再现知识的建构过程（如下图）。这样的设计，既强调了“科学探究是生物学学习的重要方法”，也明晰了课堂的两条线索——探究性实验和问题串。

总之，呈现优质课堂是每一位教师的追求。通过对教材结构的合理优化，可实现教材内容结构、教师教学结构和学生学习结构的协调统一。通过对探究性实验的创新设计，可促进学生开展有思维深度的探究性学习。只有在生本、扎实、有效、有变的课堂中，方能看见能力的提升、智慧的生成和生命的成长。

（责任编辑   黄春香）