加强和改进初中生物学实验教学的尝试

刘艳红

[摘   要]介绍加强和改进初中生物学实验教学的三点创新做法，即借助虚拟实验，开齐课程标准规定实验;以命题促进教学，提高实验教学的关注度;坚持融合创新，丰富实验教学的内容与形式。

[关键词]初中生物学;实验教学;虚拟实验;融合创新

[中图分类号]    G633.91        [文献标识码]    A        [文章编号]    1674-6058（2020）26-0085-03

2019年11月20日，教育部发布了《关于加强和改进中小学实验教学的意见》，提出了 “创新实验教学方式”“健全实验教学评价机制”“加强实验教学研究与探索”等主要举措，倡导“开齐开足开好国家课程标准规定实验”以及“不断将科技前沿知识和最新技术成果融入实验教学，丰富内容，改进方式”。笔者及团队一直都很关注生物实验教学的实施，也进行了几年的实践摸索，通过不断尝试得出了加强和改进初中生物学实验教学的三点创新做法。

一、借助虚拟实验，开齐课程标准规定实验

对于一些因缺乏实验条件而很难开出的实验，我们除了要改善实验条件以外，还应借助虚拟实验，提高实验的开出率。《关于加强和改进中小学实验教学的意见》也指出：“对于因受时空限制而在现实世界中无法观察和控制的事物和现象、变化太快或太慢的过程，以及有危险性、破坏性和对环境有危害的实验，可用增强现实、虚拟现实等技术手段呈现。”

例如，人教版八年级生物学下册的“探究酒精或烟草浸出液对水蚤心率的影响”，该探究常常因为缺乏水蚤活体材料而难以开出，但其作为生物学义务教育阶段的最后一个探究，除了帮助学生学习有关水蚤知识以外，还可以引导学生复习设置对照实验（实验组和对照组）、控制单一变量、增加重复次数的科学探究原则，培养学生的定量实验意识，以及通过高浓度烟草浸出液导致水蚤心跳加快和高浓度酒精溶液直接导致水蚤心率消失致死，让学生直观体验吸烟和酗酒对人体的危害。可以说，该探究是对义务教育阶段生物学实验教学的一个总结，不能开出非常可惜。而此时若开展非常规的虚拟实验，可以得到一定的弥补。

虚拟实验的实施载体包括虚拟仿真实验平台、虚拟实验课件、数字化游戏、虚拟实验APP、实验微视频（微课）等，其中，虚拟实验课件方便简洁，非常實用。笔者团队原创设计的“探究酒精对水蚤心率的影响”虚拟实验课件，包括实验目标、实验准备、实验过程、实验结论、实验拓展五个栏目。每个栏目都有相关文字或图片、实验操作呈现。通过实验准备栏目，学生可以了解到水蚤的生活习性、心脏位置、心脏跳动（心率）的情况，以及探究中需要考虑的影响水蚤心率的4个可能因素：水蚤的大小、水蚤生活的水体温度、水质、水蚤个体营养状况;了解探究中用到的材料、用具，包括不同体积分数梯度（1%、5%、10%、15%、20%）的酒精溶液，以及探究中记录实验数据的打点计数法的操作：在观察水蚤心脏跳动的同时，与水蚤心跳同步，用铅笔在白纸上点击（避免在同一位置重复打点），10秒计时结束后，统计白纸上的黑点数作为实验结果。实验中，学生可以自主选择1%、5%、10%、15%、20%体积分数的酒精溶液，分别与蒸馏水对照组一起探究，不仅了解了1只水蚤只能重复做1个组别两次实验的过程，也亲自实践了打点计数法，并可以直接将实验数据填写在电脑上，而该数据可以同步在实验结论的表格中出现，并自动转换成折线图，非常清晰明了（见图1）。通过实验目标和实验拓展栏目，学生可以了解探究的目标以及探究推论出的酗酒对健康生活的影响的结论。因此，借助该课件，辅之以教师的引导、讲解，可以帮助学生获得该探究的实施体验。

除了能有效解决活体实验材料缺乏的问题外，虚拟实验还可以助力一些其他活动的实施。例如，探究时间长、在课堂上难以完整呈现的“探究种子萌发的环境条件”“测定种子的发芽率”“检测不同环境中的细菌和真菌”;有潜在安全隐患的实验“绿叶在光下制造有机物”;难以获取唾液的“探究馒头在口腔中的变化”;瞬时、难以全面分析的“测定反应速度”;耗时长、由于学生主观原因导致结果可能不准确的“模拟保护色的形成过程”;等等。

二、以命题促进教学，提高实验教学的关注度

随着全国各地新中考政策的实施，2020年3月，广州市公布了《广州市初中学业水平考试地理生物学信息技术音乐美术等科目考试实施方案（试行）》，其中，生物学考试满分值100分，闭卷笔试90分，实验操作考试10分。新中考下的试题命制，要求体现立德树人的根本要求，注重与学生生活经验、社会实际和科技发展等的联系，着重考核学生在真实情景中发现问题、运用所学知识分析和解决问题的能力，培养学生的创新精神和实践能力。由于实验操作试题为全市统一命制，笔者在命制所在区域的学期末教学质量监测笔试试题时，尝试在相关实验试题中设置实验创新的背景，旨在引领教师重视和加强实验教学，提高实验教学质量。

例如，笔者命制的2019-2020学年第一学期期末教学质量监测试题七年级生物第39题如下：

39.图2是区117中学学生“观察种子的结构”实验的实验结果之一。

请据图回答问题：

（1）根据该同学的实验结果，种子的表面有一层              ，对种子起保护作用。

（2）根据该同学的实验结果，该种子属于               （选填“双子叶”或“单子叶”）植物，子叶中含有          。

（3）种子中的              是新植物体的幼体，它通常由4个部分组成。

（4）种子中含有丰富的营养，更适应陆地环境。单子叶植物的营养一般贮存在              里。

（5）种子植物包括两大类群，像苏铁、侧柏等植物，被称为               植物。

本题的背景是笔者在常规下校视导中听到的本区117中学简伟良老师的实验课《观察种子的结构》，试题中的图片也是当时拍摄的学生所画的结构图。简老师在开展这节实验课时进行了创新：先请学生观察花生种子的结构，然后要求学生结合教材内容，将观察到的花生种子的结构通过概念图写在纸上，并把解剖后花生种子的各部分结构摆放在概念图中的相应位置上。本题中只体现了学生所画的一种结构图，事实上学生的结构图还有分支状的、圆饼状的、直线形的……非常巧合的是，同样是这一届学生，在参与新中考广州市初中生物学的第一次实验操作考试时，试题背景恰好就是“观察花生种子的结构”，只不过换了一种形式，实验操作考试要求学生在解剖后用解剖针正确指认结构。

近几年，在笔者命制的区域教学质量监测笔试试题中，几乎每套试卷中都会有一两道以区域教师创新实验为背景的试题，目的是鼓励和倡导一线教师积极加强实验教学。以七年级生物为例，2017-2018学年第一学期期末教学质量监测试题第40题，背景是我区玉岩中学的兩位同学在老师的指导下设计实验研究光合作用需要的条件和所需要的原料;2017-2018学年第二学期期末教学质量监测试题第39题，背景是探究馒头在口腔中的变化时使用饮料管帮助获得唾液;2018-2019学年第二学期期末教学质量监测试题选择题第21题、简答题第40题，背景分别是用饮料瓶改进制作“模拟胸廓运动”的教具，以及广州开发区中学的黄老师带领学生改进《绿色植物的呼吸作用》一节的两个教材实验;即使今年延迟开学，不方便做实验，2019-2020学年第二学期期末教学质量监测试题第38题，还是利用了区黄埔军校纪念中学李老师在上《流动的组织——血液》这节网络公开课时利用动画对血液的分层现象进行资料分析、利用某生物虚拟实验仿真平台开展“用显微镜观察人血的永久涂片”虚拟实验的背景。

通过教学质量监测试题的背景设置，倡导实验教学要注重实验设计的创新、实验材料的获得、实验教具的改进，或使用虚拟实验助力教学，等等，旨在对教师平时的实验教学起一个示范作用，共建加强实验教学的氛围。

三、坚持融合创新，丰富实验教学的内容与形式

2018年，教育部下发《教育信息化2.0行动计划》，提出“坚持融合创新，发挥技术优势，变革传统模式，推进新技术与教育教学的深度融合”“依托各类智能设备及网络，积极开展智慧教育创新研究和示范，推动新技术支持下教育的模式变革和生态重构”。在教育教学中逐步推进的新技术很多，包括已经大面积在基础教育学校推广的“希沃”（seewo）交互智能平板教学系统，也包括2019年4月教育部发布的《初中生物学教学装备配置标准》（JY/T 0621-2019）中倡导学校选配的各类型新装备，即具有现代科技含量的数字化、信息化、集成化、微型化等多元化教育装备（信息载体、信息采集加工处理数字化设施、模拟学习情境设备等），更包括有条件的学校引进的各种智慧教育平台，还有各地市自己引进的，像广州市教育局引进的可供广州市教师免费使用的生物虚拟实验室，等等。

以笔者曾经任教8年的广州开发区中学为例，作为广州市第一批中小学（中等职业学校）智慧校园，学校融合使用“讯飞”畅言智慧课堂和“希沃”交互智能平板两套智慧校园建设系统，“+智能平板”是其一大特色，在初中生物学实验教学融合创新方面做了很好的尝试。例如，广州开发区中学的黄丽敏老师在上区域公开课《细菌》时，一方面利用了“希沃”交互智能平板教学平台及配合使用的移动端——平板，实现了“拍照上传”“演示课件”“屏幕同步”;另一方面也使用了“讯飞”畅言智慧课堂互动平台中的“全班齐答、分组互动讨论、随机PK板、实物展台”，及其资源库、作业平台中的“主观题、客观题、讲评、本地报告”等功能，整个教学过程感官化、可视化、融合化、技术化，全面调动了学生的参与积极性，培养了学生的信息意识、创新意识和实践意识。其教学过程与技术支持之间的关系如图3所示。

《细菌》是人教版生物学八年级上册第四章第二节的内容，广州市教育局组织有关专家编写的《广州市中小学理科实验目录（试行）》将该节内容中的“观察与思考”《观察细菌的结构》设为必做演示实验，要求自2016年9月1日起开出率要达到100%。黄老师在公开课中，不仅将该演示实验转化为学生分组实验，让每个小组学生用橡皮泥捏制动物、植物细胞和细菌结构模型，并比较;还通过智慧课堂的应用，增加了显微镜、细菌发现的科学史，以及细菌分裂生殖虚拟演示等内容。可见，应用融合创新可以对课堂教学进行重构，丰富实验教学的内容与形式。

《关于加强和改进中小学实验教学的意见》是为了全面提高基础教育质量而提出的。中共中央、国务院印发的《关于深化教育教学改革全面提高义务教育质量的意见》中，坚持把课堂教学作为提高义务教育质量的主要环节，强调创新教学方式方法，促进信息技术与教育教学的深度融合应用。以笔者团队的实践来看，通过重视虚拟实验、坚持以实验为背景命题和实验教学与新技术的融合创新，对提高实验教学质量非常有效。

[   参   考   文   献   ]

[1]  骆慧超.以实验器具改进为抓手促进实验教学创新[J].中学教学参考，2019（17）：6-8.

[2]  黄丽敏.学生全程参与的“光合作用”系列实验教学创新研究[J].中学教学参考，2019（17）：9-10.

（责任编辑 黄春香）