创新生物学实验，以提升学生的创新思维

关淑鸾

摘要：初中生物核心素养的四方面是指导生物教学的重要依据，是基础教育阶段总的课程目标。生物科学素养和思维创新能力的培养是初中学生学习生物的主要目标。本文以人教版初中生物课本中的“探究种子萌发的环境条件”实验装置改进为例，利用学生身边常见的废弃物品做成实验模型，培养了学生的创新能力，同时也为实验教学提供便利。

关键词：核心素养 创新思维 实验创新

一、生物教学重在提升学生的生物学科素养

生物学科素养是学生在解决实际问题时表现出来的价值观、能力和必备品格，是学生在学习生物学知识过程中逐渐发展起来的知识、能力、情感态度与价值观的综合体现，同时也是生物教学的培养目标。其中包括四点内容，即生命观念、科学探究、科学思维、社会责任。生命观念是学生在理解并构建生物学概念性知识的基础上形成的；科学探究是学生构建生物学概念的重要方法和途径，从观察现象、发现问题到通过实验解决问题，并对实验的结果进行交流和讨论；科学思维贯穿于科学探究的整个过程；社会责任则要求学在掌握了基本生物学的知识后，有解决生产生活问题的能力。要提高学生的生物科学素养，特别是注重开展生物探究活动。教材中的探究性活动包括观察与思考、调查、探究实验、资料分析、技能训练、课外实践等。教学中充分并灵活运用这些探究活动，能较好地培养学生的各种能力及科学态度和科学品质。

在落实核心素养组织科学探究时，需要学生在真实的情境中发现问题、提出问题、分析和解决问题。所谓真实的情境，是指生产生活中的实际情境。这需要老师创设或提供事实性的资料来帮助学生分析和解决问题，这不仅可以让学生在知识方面达到教学目标，也能够培养学生的思维能力，培养他们对科学探究的理解，培养他们的社会责任。同时将课堂知识转化为生产生活的能力，解决生活中遇到的实际问题。实现生物教学来源于生活并指导生活的真正意义。

二、结合教材，培养创新能力

目前社会对于创新人才的需求量很大，对人才的创新能力要求也越来越高，所以培养学生的创新思维和创新技能，培养创新型人才，已成为现阶段发展的需要。因此，老师除了自己要不断地加强学习外，还要培养具有创新意识的中学生。提高学生科学探索、勇于创新的能力，对于学生发展和社会进步都具有重要的意义。

我们在平时的教育教学中，要从不同角度、采用不同的方式，培养学生的创新意识和能力。在教学过程中要注意培养学生收集和处理科学信息的能力，获取新知识的能力、分析与解决问题的能力、交流与合作的能力，特别是创新精神和实践能力等探索能力；培养学生具有良好的科学态度和科学品质，以及正确的价值观。另外，核心素养的落实还要做到实践育人，学生能力和品格的培养关键在实践。

三、结合“探究种子萌发的环境条件”实验教学，培养创新意识

（一）实验背景和改进的基本思路

《种子的萌发》是人教版七年级生物学上册重点内容，探究种子萌发的环境条件是人教版生物学七年级上册教学中必做的实验之一，这个实验是七（上）探究实验的核心实验，目的在于培养学生控制变量，设计对照实验的能力。

依据课标要求，学生分组设计控制一个变量的实验装置，这样至少需要三套装置，然后汇总得出结论。传统实验装置的缺点是：玻璃器材易碎，瓶盖拧紧后不易打开，需要多组实验装置进行对照实验。

实验教学中本人带领学生认真分析课本中实验装置，并对会考真题中的实验模型进行改造，利用矿泉水瓶，冰淇淋盒盖，玻璃棒，橡皮筋等进行实验装置的改进和创新。

具体构成器材和操作步骤如下。

构成器材（如下）：矿泉水瓶、冰淇淋盒盖、玻璃棒、橡皮筋、剪刀、解剖针等。

操作步骤：①先在冰淇淋盒盖上用剪刀剪成十字花小孔，以便玻璃棒可以穿过。②在中间孔周围用解剖针打放射状扎小孔。③将玻璃棒从中间穿过，并用黑色皮筋固定小托盘上下两端。④三个托盘为一组，每个托盘内放入同种且数量相同的种子。⑤将做好的装置放入改造后盛有一定量水的透明矿泉水瓶中。⑥两组装置互为对照，一组放在遮光柜子中，一组放在冰箱内冷藏。具体操作过程如下图。

（二）科学方法与原理

依据教材提示，本实验中对于种子萌发的环境条件主要有三种，即水分、温度、空气，利用制作好的实验装置可以完成这几个环境条件的探究。装置中的最上层接触不到水，进而探究种子的萌发是否需要水分；中间层托盘内的种子通过小孔既能接触到水，又能接触到上方空气，一组放在遮光柜子中，一组放在冰箱冷藏柜中，进而探讨种子的萌发是否需要适宜的温度；最下层托盘中种子完全浸没在水中模拟缺少空气的特点。通过两组实验装置就可以同时探究影响种子萌发的三种不同环境条件。

（三）改进后实验装置的效果评价

实验装置应用后，学生每天观察记录种子萌发的情况并进行数据统计，结果发现中间层种子的萌发效果明显，上下两层种子没有萌发或萌发数量极少。通过两组对照实验，最终得出实验结论种子萌发的环境需要一定的环境条件即水分、温度、空气等。

（四）创新后的实验装置创新点和优势

1.实验装置由原来的圆形玻璃瓶，改造成新型装置，避免了玻璃瓶不稳且易碎等缺点。

2.装置材料中用到矿泉水瓶、冰淇淋盒盖、玻璃棒、橡皮筋等废弃物品，取材容易，结构简单，操作方便，对生活废品进行利用有利于环保，节约实验成本的同时可以保护环境。

3.该设计体现了探究实验的三个原则：设置对照、减少误差、控制多个变量，对比观察效果很好。学生可以利用装置分成不同探究小组，分别对黄豆、绿豆、黑豆、红豆等进行三种条件的探究，并分别设置低温对照组。具有易于观察，操作简单，方便实用等特点。

4.该装置适于探究式教学，有利于学生主动参与，合作交流，培养学生的实践能力和观察能力，同时能增强学生对实验数据和现象的处理能力。

5.该装置除本实验外，还具有其他探究功能，如探究光及种子自身条件对种子萌发的影响实验等。

四、启示与反思

以探究种子萌发的外界环境条件为主线，通过探究实验的装置创新与实验教学的融合，让学生亲自体会发现问题、解决问题的乐趣。养成敢于创新、大胆想象的思辨习惯，进而落实生物学科素养，发展科学思维，培养创新意识。从科学探究走向科学实践，对于种子萌发所需要的一般环境条件的掌握更加深入，学生对科学方法的理解和掌握也呈现上升的趋势。这对其今后将生物学知识用于生活实践具有重要的指导意义。

参考文献：

[1]朱正威，赵占良.普通高中生物课本选修1（生物技术实践）[M].北京：人民教育出版社，2007：18—19.

[2]赵占良.关于核心素养落地的几个问题[M].北京：人民教育出版社，2018.

[3]黄桂琼.种子萌发需外界条件实验装置的设计与改进[J].中学教学参考（理科），2011年第23期.

[4]刘萍，南兰兰，刘艳，杨智伟，刘丹丹.几种探究种子萌发条件实验装置的设计与分析[J].生物学教学，2017年第42卷第4期.