例谈初中生物学实验的优化与创新策略

陈 维

（江苏省连云港高级中学，江苏省生物教育课程基地 江苏连云港 222042）

实验是发展学生生物学学科核心素养的重要载体和手段。在新一轮课程改革的浪潮中，初中生物学实验应发挥其应有的价值和导向，避免“纸笔化实验”，最大限度地开展真实性操作。本文阐述如何从实验材料、实验方法、模拟实验、知识衔接等角度优化和创新教材实验，关注方案设计的合理性、器材选择的科学性、实验操作的规范性、结果分析的反思性等方面，进一步提高初中生物学实验教学的质量和效益。

1 实验材料的优选与拓展

选择适合的实验材料是顺利完成生物学实验的前提，也是开展拓展探究的基础。受气候条件、地理分布、生活习惯等因素的影响，教材推荐的材料并非一定合适，需因地、因时、因人优选与拓展实验材料。

1.1 联系生活，用熟悉的材料体验实验乐趣 将生活中常见的生物材料用于实验教学，不仅能拉近生活与课堂的距离，激发学生的兴趣，还能让其在熟悉的场景中体验乐趣、积极思维。

案例1：探究绿色植物的呼吸作用。

根、茎、叶、花、果实和种子六大器官都可选作实验材料，增加实验的选择性，变验证性实验为探究性实验。可将生活中熟悉的大葱根、萝卜片、藕片、绿豆芽、青菜叶、槐花、番茄、毛豆等材料，分为对照组（保持新鲜)和实验组（经微波炉处理），分别装入不漏气的黑塑料袋中。插入塑料软管并扎紧袋口，用止水夹夹紧软管。过一段时间后将软管分别通入2 个装有澄清石灰水的烧杯中。观察实验现象，分析结果，得出结论：只有活细胞才有呼吸现象。

1.2 就地取材，充分利用身边的地域课程资源每所学校所处的地域环境不同，从学校所在地周围的生物资源中挖掘、选择合适的材料，可弥补教材实验材料的不足，增加实验的探究性和趣味性，恰恰能体现课程资源的独特性。例如，在观察软体动物的实验中，沿海地区的学校可选择海边常见的贻贝或蚬进行观察，效果同样不错。在“观察鸟卵结构”的实验中，用鹌鹑卵代替鸡卵进行观察，既经济实惠，又取材方便，操作简单。也可选择农户自养的“笨鸡蛋”（公鸡、母鸡混养），观察胚盘等结构。在“观察花的结构”实验中，选择桃花，有时与上课月份(季节)并不相符合，且桃花的胚珠等结构不易观察。此时，教师就可充分发动学生根据自身喜好自由准备[1]。可选用扁豆花、百合花等当季常见花卉，不仅取材容易，而且能观察到清晰的胚珠等结构。又如，在进行“观察植物体的生长过程”课外研究活动时，可让学生种植一些植物，例如，番茄、辣椒、黄瓜等，在阳台上利用简易装置即可完成。

1.3 关注细节，引导学生缜密思考、改进和拓展 在选择实验材料时，不仅要考虑材料的来源和适合度，还要考虑一些细节问题。细节关注不够，会导致实验“前功尽弃”，无法达到预期的实验效果，造成无效探究。所以，在实验教学过程中，教师的“从旁指导”非常重要。例如，在“青霉和葡枝根霉的观察”实验中，挑取部位若只选择深色的部分，则只会观察到大量有色的孢子；若只挑取白色的部分，则仅观察到大量无色的菌丝；只有在有色部分挑取少量颜色较浅部位的菌丝，才能既观察到无色的菌丝，又能观察到直立菌丝顶端产生的一串串孢子。在实际操作中，如果用馒头或桔子作为实验材料，因其外皮较硬，生长的菌丝较短小，不易剥离和挑取；但若改用菠萝、面包、香蕉、白皮香瓜等材料培养，则操作和观察的效果均较好。又如，在开展“观察小鱼尾鳍内血液的流动”实验时，可首选市场上常见的生命力强、成本较低的泥鳅。用湿纱布或棉花盖在泥鳅的鳃盖和躯干部，将其尾鳍平贴在培养皿的底部，泥鳅会很快安定，可不使用载玻片。

2 实验方法的优化与创新

设计实验并进行规范操作是生物学实验的核心环节，直接关系实验的成败。进一步优化与创新教材介绍的实验方法，能增加生物学实验的科学思维含量，提高实验教学效率。可对实验装置的改进，也可对原有实验方案的优化和完善。

案例2：探究种子萌发的外部条件。

此实验难度不大，但时间跨度较长。可引导学生利用生活中常见的实验材料，积极思维，创新实验思路和方法，拓展实验空间，在家庭或社区内完成实验，并将各自的实验装置和实验记录带入课堂。在课内展示这些鲜活的实验教学资源，学生在交流分享和思维碰撞中，生成智慧，构建概念。

方法1：透明可乐瓶的利用。将铁丝绕成2层，每层缝上纱布，制成“萌发床”。将可乐瓶剪去1/3，将“萌发床”悬挂其中，加上瓶底共分为3层。分层摆放蚕豆种子，加水至中层纱布处。

方法2：透明吸管的使用。在5 支吸管的上、中、下3 个位置剪开半侧管壁，将黄豆种子塞入其中后，置于盛有水的容器中培养，水位控制在中间种子位置。

方法3：一次性透明杯子的利用。在其顶端位置固定4 根棉线，每根线上拴紧3 粒蚕豆种子，使其分别位于杯子的上、中和底部，加水至中间种子的位置，并使其大半浸没于水中。

以上每种方法，都可在不同的温度条件下进行培养，引导学生观察比较，分析实验现象，形成结论。

案例3：探究馒头在口腔中的变化。

通过改进方案（表1），学生设计了3 组对照实验，分别探究“唾液的分泌”“牙齿的咀嚼”和“舌的搅拌”对口腔内馒头（淀粉）消化作用的影响。经过实验操作和结果分析等探究环节，学生能更加透彻地理解影响食物消化作用的因素，深入领会对照、单一变量等实验设计原则。在提高探究能力的同时，激发了学习兴趣，培养了创新思维品质。

表1 改进后的实验方案

3 模拟实验的重视与突破

初中生物学实验中大部分是可演示或分组操作的，但受实验条件的限制，有些实验并不具备演示或操作的条件，此时，模拟实验就起到独特的教学功能。初中生物学课程标准中也明确提出：“实验设计应该多样化，可以采用生物材料设计实验，也可以设计模拟性实验”[2]。因此，对于无法开展的实验，教师可借助常见的器材，依据相似性原理，建立原型和模拟之间的连接关系，通过开展模型制作、模拟实验等方式，提升教学效果。

3.1 关注基础，循序渐进，增加感性认识 模型的建立需要从学生的知识基础出发，只有对原型有一定的认识和理解，才能有效地构建实验模型。学生可在课堂上先通过学习教材中的相关知识，形成初步的理解和认识，也可在课外通过阅读、调查、访谈等形式了解和熟知。模型的材料要尽量从学生的日常生活和身边环境中选择熟悉的物件，创造相似的条件，增加感性认识。学生在教师的指导下逐步建立模型材料与原型模拟之间的对应联系，进而逐步构建模型，开展模拟实验（观察）。

案例4：用单向阀和输液器模拟人体血液循环。

在学习体循环、肺循环等知识的基础上，教师指导学生利用一次性输液器等材料制作血液循环模型，用红墨水、淀粉、碘液等材料模拟动、静脉血，增加感性认识。首先，用输液器的滴壶模拟心脏的4 个腔，4 个单向阀分别模拟心脏的4 个瓣膜，连接时要注意单向阀的方向。然后，用十字通接头和输液器软管制作模拟全身毛细血管网和肺部毛细血管网，用2个单向阀分别模拟静脉瓣膜。贴上标签，加以固定，完成模型构建（图1）。

图1 人体部分血液循环模拟装置

用红墨水、淀粉溶液混合模拟动脉血，加入少量碘液模拟静脉血，加入少量洗洁精，形成气泡，显示液体流动。打开模拟左、右心室的2 个滴壶，往左边的注满“静脉血”，右边的注满“动脉血”。挤压滴壶，由于模拟瓣膜的单向阀的存在，血液不能倒流。在模拟血液流到对应的毛细血管网时，推动含有维生素C 或碘液的注射器可观察其颜色变化，从而模拟动脉血和静脉血的转换，继续挤压滴壶，血液会在系统内循环流动。

3.2 巧妙设计，有的放矢，突破重、难点 除了要加强直观体验，丰富感性认识外，模拟实验还应能帮助学生快速理解和掌握学习中的重、难点知识。这就要求模拟实验的设计要围绕教学中的重、难点展开，找准靶点，合理选材，巧妙设计。在模型制作的过程中体验构建知识的意义，通过建立模型发现基本的生物学规律。

案例5：模拟眼睛的成像和调节原理。

眼睛的成像原理、近视成因及矫正是学生不易理解的重点内容。如果只用一个凸透镜模拟成像，无法演示眼球在看近物和远物时的调节原理。此时，可将光源（蜡烛）、可变焦凸透镜和光屏组成一套装置（图2）。

图2 眼球成像与调节模拟装置

模拟1：眼晴观察物体时的调节过程。先固定凸透镜与光屏间的距离，再调节蜡烛与透镜间的距离，使光屏上的像最清晰。分别向前、向后移动蜡烛，再通过手动（例如，注水或吸水）调节凸透镜的焦距，确保光屏上的像一直清晰。

模拟2：近视眼睛的矫正原理。调节凸透镜，增大其凸度，使清晰的物像落在光屏之前，让学生将自己配戴的近视眼镜放在凸透镜前面，让清晰的物像再次落到光屏上。通过这样的组合模拟实验，学生对相关原理和过程的理解更加透彻，全面突破了这一重、难点。

3.3 有机组合，相互补充，提升模拟效能 模拟实验并不能完全替代原型及其变化过程，其所要表达和体现的结构特征和生理过程，往往只是设计者自身选择关注的“模拟点”，并非尽善尽美，要想发挥其最大的效能，还应充分与显微观察、解剖实验、生理学实验、实地调查等多种类型的实验活动相互关联，形成组合，在支撑实验结论的现象和事实上相互印证或补充。

案例6：模拟肺泡的结构与气体交换过程。

该部分内容非常抽象，仅靠模型的制作和演示，对知识理解的促进作用有限。教师可在课堂初始演示为猪肺打气的小实验，让学生直观感受气体进、出肺的变化。在此基础上，引导学生猜想肺内可能存在可膨大或缩小的结构，指导学生从猪肺中剥离出支气管，在数码显微镜下观察，并寻找肺泡[3]。学生通过解剖实验和显微观察直观地感受到支气管的数量之多，再观看肺泡的动画及电子显微镜下肺泡的真实图片。最后，在对肺泡结构有进一步认识的基础上，学生制作肺泡模型并开展模拟实验。这一系列的实验串联，有效结合了解剖实验、显微观察和动画模拟等多种形式，最大限度提升模拟实验的教学效能。

4 初、高中实验的对应与衔接

初、高中生物学实验在教学目标、内容和方式等方面有紧密的联系，具有一定的连贯性、递进性和整体性。做好初、高中生物学实验等知识的对应与衔接，是提高生物学教学质量的关键切入点，也是对初中生物学实验进行优化和创新的重要依据和思路来源。

对于初中生物学教师而言，首先要熟悉初、高中生物学课程标准在实验（活动）内容和要求上的区别和联系（表2），找准实验优化的起点和基础，把握实验拓展的深度和广度。

表2 初、高中生物学课程标准中实验（活动）建议的联系与衔接

其次，教师要熟悉掌握高中生物学教材中涉及到的各类实验、活动等，通过分析课程标准，抓住初、高中实验教学要求的异同点。

再次，要注意教材中丰富多彩的实验、调查、实习等实践活动，尽最大可能开展学生动手实践，强化实验基本操作技能的训练，激发生物学学习兴趣，为高中生物学知识的学习和实验操作奠定基础。例如，在进行“使用显微镜和制作临时装片”实验时，可要求学生制作洋葱内、外表皮的2 种装片，让学生在显微镜下观察，探究其异同；在开展“生态系统遭到破坏的实例调查”的同时，可安排学生分组制作小型生态瓶，并长期观察其稳定性的变化；在观察鱼尾鳍的血液循环时，要让学生仔细辨认血细胞和血浆，为高中阶段学习内环境等知识留下直观印象；在练习制作面酱或酸奶等发酵食品时，可加入STEAM 元素，用传感器探究酸奶制作过程中pH 值的变化等。

实验探究能力是生物学学科的关键能力，对已有实验进行优化和创新，是持续提高学科关键能力的基础和保障。在年复一年的教学实践中，教师要善于思考，积极创新，不断挖掘潜在的课程资源潜能，为生物学实验教学注入源泉和动力。