势科学理论下初中生物学实验教学创新实践研究

刘艳红

[摘   要]在势科学理论的指导下，进行了初中生物学实验教学的创新研究，在经历了寻“势”、蓄“势”阶段后，初中生物学实验教学的创新已经達到了破“势”阶段。在初中生物学实验教学中，一线教师可以立足“差别大，联系紧”的教学思想，基于信息技术、教学环节、教学实施等方面进行初中生物学实验教学的创新研究。

[关键词]势科学理论;初中生物学;实验教学;创新

[中图分类号]    G633.91        [文献标识码]    A        [文章编号]    1674-6058（2019）17-0004-03

2001年，教育部印发《基础教育课程改革纲要（试行）》指出：“新课程的培养目标应体现时代要求。要使学生具有初步的创新精神、实践能力、科学和人文素养以及环境意识。”如何培养学生的创新精神和实践能力？势科学理论认为，要培养学生的创新意识，必须以教师具备创新意识、创新能力为前提，通过有组织、有计划地对教师进行创新方面的相关培训，增加教师的有效信息量，提升教师的教育素质，通过教师与学生心灵、思维的碰撞，真正促发学生对信息刺激的回应，从而培养学生的创新意识。基于此，笔者在势科学理论的指导下对初中生物学实验教学的创新进行了超过十年的实践研究。

一、初中生物学实验教学创新的寻“势”

2008年1月，《广州市教育系统创新学术团队建设管理办法（试行）》正式实施，该办法规定：“创新学术团队通过在若干优先发展领域的主攻方向上，组织、培育和建设优秀学术群体，集聚核心创新资源，构筑人才新高地。”“创新学术团队的负责人应为本单位的学术带头人，有比较深厚的学术积累，并具有相应的组织管理能力和团队精神;在主攻研究方向上有良好的研究基础和工作条件，并已经取得了突出成就，获得过有重要影响的科研成果奖，有较高的学术知名度或具备较好的科学研究基础，在某一研究领域的前沿具有明显的创新潜力。”在这样的学术背景下，笔者于2008年9月组建了“广州市义务教育阶段生物学实验教学与评价研究小组”，并作为学术团队的带头人，带领团队通过了广州市教育局组织的资格审查、纸质申报，以及由中山大学等7所高等院校专家参与的面试答辩，成为广州市首批建设的教育系统创新学术团队基础教育阶段的六个学术团队之一。从此，笔者的研究团队虽然成员时有变动，但一直致力于初中生物学实验教学与评价的研究，并取得了丰硕的成果。

在专家的指导下，循着“评价决定教学，教学促进评价”的思路，我们团队研究的切入点定为初中生物学学业水平测试实验考查模式。笔者在学术团队建立之前就提出了“初中生物学有效实验考查模式”，相关论文发表在《生物学教学》2007年第11期上。在此基础上，笔者在2011年构建了“初中学业考试生物‘五合一菜单自选实验考查模式”。在该模式中，学生可以从实验操作、笔试、口试、实验设计和调查报告五种考查方式中自由选择某一种方式或几种方式参与考查。该模式在2012年7月的广州市首届基础教育课堂教学改革成果评审中被评为现场交流成果，也是唯一的一个生物学教学改革成果，并在2015年获得“广州市首届教学成果遴选 ‘培优（一等）项目”称号。

从教学实践中的问题出发，我们团队也开展了初中生物学实验教学的规范教学研究，例如典型的实验课应该包括哪些环节？判断一节实验课是否有效的标准有哪些？提高实验课堂教学有效性的途径有哪些？有效的实验课堂教学应该注意哪些细节？评价教师生物实验能力的标准是什么？初中生物学虚拟实验教学的作用有哪些？等等，并以课题《初中生物学实验教学研究》参加了2012年广州市第八届教学成果奖的评选，获得了基础教育教学成果一等奖。此后，我们团队将所有的研究成果整理成《有效生物实验教学的四个关键》《初中生物实验有效教学研究》两本著作，奠定了团队在初中生物学实验教学研究方面的基础。

虽然笔者是广州市教育系统首批建设的创新学术团队学术带头人，但直到2013年7月团队研究成果的验收评价阶段，团队的研究实际上还是对“有效”教学研究多，对“创新”教学研究少。有效，是“能实现预期目的”，或者“有成效，有效果”。创新（Innovation），起源于拉丁语，有三层含义：第一，更新;第二，创造新的东西;第三，改变。两者你中有我，我中有你，缺一不可，是笔者“初中生物学实验教学的‘有效·创新双维教学”体系的主要内容。

二、初中生物学实验教学创新的蓄“势”

根据势科学理论揭示的创新机制，教育势也叫教育信息势，就是教育过程中有关要素信息之间的差别乘以联系，差别促进联系，联系促进差别。当系统信息量的积累达到某种临界值时就会产生相变和分岔势，也就是创新。因此，学生获得的“势”越大，产生的分岔就会越多，相变也会越多，创新的能力就越大。而教育创新的基础是教师素质，教育创新的核心是教学创新，教学创新的根本路径是营造课堂教学的信息势。因此，作为教师，必须要善于在课堂中造“势”：开展“差别大，联系紧”的融合性教学，增强信息势;开展“有效”教学，激发学生的好奇心与求知欲，培养情感势。“信息势激励情感势，情感势作用下产生意识流”，只有教师自身的创新意识和创新能力提高了，才能有效地培养学生的创新意识和创新能力。

以生物学教学为例，如果在信息技术飞速发展的今天，教师还只掌握单薄的生物学知识，不能跨学科融合教学，在课堂上，仍然是教学方法与技术保守、单一、落后，讲授法一用到底，以讲实验代替做实验，那么教师的素质就无法达到教学信息势的临界值，教师的教学就很难创新，更谈不上培养学生的创新精神和实践能力了。

2013年，笔者根据对广州市150多所初中学校的生物教师所做的问卷调查结果，撰写了广州市初中生物学实验教学调查报告。在该报告的基础上，笔者开始依据个人在生物学科培训方面的影响，倡导所有初中生物学教师在自己的教学实践中要敢于开展初中生物学实验教学的创新实践，也开启了我们团队着重研究初中生物学实验教学的创新阶段。

2015年，笔者受人教社生物室谭永平主任的邀请在深圳人教社全国生物新课标教材培训会上做了《基于初中生物教材的实验教学探索》的讲座，先后在福建、贵州、云南、广东等地的“国培”和广州市的骨干教师培训中开展了主题为《初中生物学实验教学与创新》的讲座，并在广州市中小学教师继续教育网站建设、上线了三门课程：《初中生物学实验教学的准备环节》《初中生物学实验教学的实施环节》《初中生物学虚拟实验教学》，笔者也成为网站首页推介的优秀专家。除此之外，笔者还在《生物学教学》2017年第10期，发表论文《初中生物学实验教学的创新策略》，具体解读如何开展初中生物学实验教学的创新实践。

在《初中生物学实验教学的创新策略》一文中，笔者从实验教学的类型、实验材料、实验装置和实验方法四个方面阐述了初中生物学实验教学的创新策略。例如，倡导典型实验课的教师讲解与示范环节，教师的示范不可替代，但可以是多元的，既可以是教师、学生的亲自操作示范，也可以是虚拟实验的演示。提出作为真实实验的补充，开展虚拟实验不仅是生物学课程标准的要求，还是实验教学发展的大“势”所趋。倡导教师要提高实验的开出率，要对实验材料的获取进行研究，可以通过寻找本地常见、易得的实验材料开展实验，即本土化实验材料。提出实验装置与器具创新的主要目的是避免实验装置过于复杂，倡导实验装置的简约性、环保性和安全性，以及改善实验现象，提高实验效果。倡导实验方法创新的目标在于培养学生的探究能力和科学思维。教师和学生不能仅限于依照教材上提供的实验方案进行实验，还要敢于在其基础上不断改进，设计出更好的实验方案。提出实验方案的创新最突出的价值在于，发展学生的工程、技术以及科学思维，将学生带进更广阔的天地，为高中生物核心素养体系中所倡导的科学探究、科学思维、社会责任等核心素养的培养奠定基础。

三、初中生物學实验教学创新的破“势”

创新的本质就是将不同层次、系统中差别巨大的要素紧密地联系起来，“生产”教育信息量，营造教育信息势。因此，近两年来，在势科学理论的指导下，我们团队开始从以下三个方面积累初中生物学实验教学的信息势，以图创新。

1.基于信息技术

信息技术是指能够支持信息的获取、传递、加工、存储和呈现的一类技术。基于信息技术，我们团队开始通过利用虚拟实验小课件、虚拟仿真实验室平台、虚拟实验APP、实验微视频开展实验教学的创新研究。

初中生物学虚拟实验小课件往往由计算机水平精良的生物教师进行设计、制作，科学性较强，非常适用于一线教学，但数量极少，难以收集。我们团队将收集到的此类小课件按课程标准和教材的要求分成三大类，在它们同步教学、辅助教学的功能方面进行创新研究。

虚拟实验平台允许根据平台上提供的器材自由搭建任意合理的典型实验或实验系统案例，为学生自由搭建实验模型提供了可能。我们团队主要对同步实验室（http：//www.312345.com）、初中数化生学科平台（http：//yzm.gzjyc.org/page/Bio.html）中的虚拟仿真实验、WISE平台（http：//wise.berkeley.edu）三个免费平台在实验教学中的应用开展研究。

通常所说的“APP”指的是智能手机、平板电脑上应用的第三方应用程序，同台式电脑上安装的应用程序是一个概念。我们团队研究的初中生物学实验教学虚拟实验APP主要包括工具类、说明类、3D模型类与操作体验类四大类，这些都是可免费使用的。

视频教学有微视频、慕课等形式。根据优酷网总裁古永铿的定义：微视频就是播放时间在30 秒到 20 分钟之间，内容、形式丰富多样的视频短片的统称。它的特点是短、快、精，大众参与性高，播放弹性空间大。慕课又称为 MOOCs，是大规模在线开放课程，它是一种结构上比微课更完整的微视频。初中生物学实验微视频主要指互联网上的某些实验微视频，或者经过手机或电脑处理后形成的自制实验微视频，是一种一线教师自主制作、自主使用的实验教学创新方式。

基于信息技术开展初中生物学实验教学创新，可以使初中生物学实验教学更加直观、有趣，增大学生的参与面，更加激发学生的情感“势”，奠定创新教学的基础。当然，虚拟实验教学只是实验教学的一种方式，不能代替真实实验。

2.基于教学环节

课堂教学是实验教学的主战场，要在课堂教学中积累教学信息势，我们团队认为应该从教学环节入手。在过去的研究中，笔者提出典型的实验课应该具备三大环节，即教师讲解与示范、学生操作与教师指导、师生表达与交流。在一般情况下，一节40分钟的课，教师的讲解与示范大约用时5～8分钟，学生的操作与教师的指导用时25分钟，师生的表达与交流用时7～10分钟。

基于教学环节对初中生物学实验教学进行创新，可以对不同教学环节中存在的问题进行逐个突破，从而使教师的教学富有特色，与众不同，百花齐放，百家争鸣，使学生对同一信息做出不同表达，拓宽学生接受信息的视野和角度，为学生的创新研究与发展奠定基础。

3.基于教学实施

实验教学的落后和现状不乐观，很大程度上就是因为实验条件的缺乏，使一些教师因为“偷懒”或“畏难”而回避实验教学。任何能力都是依托于某个具体事件而培养的，在面对问题时，教师积极的处理态度、灵活的处理策略、行之有效的处理方法、解决问题后的正面情绪，将是学生勇敢面对困难、克服困难的良好榜样。为此，我们团队非常注重基于“教学实施”的初中生物学实验教学创新，着重解决实验开出率不高、实验条件缺乏等问题。例如，我们团队成员何永全老师，他所在学校地处黄埔区九龙镇，属于农村学校，学校实验教学设备较陈旧，存在实验仪器缺乏、老化、破损等问题，但何老师能克服困难，带领科组教师一直坚持开展实验教学，利用现有的条件，努力进行实验改进、创新，因陋就简、因地制宜、刻苦钻研，充分利用农村的自然资源，开创了具有农村学校特色的初中生物学实验教学新天地。

《义务教育生物学课程标准（2011年版）》在实施建议“加强和完善生物学实验教学”中提出：“学校应逐步完善生物学实验室的建设、仪器设备和用具的配置，保证实验教学经费的投入。”“生物学教师也应创造条件，就地取材、因陋就简地开设好生物学实验。”“实验设计应该多样化。例如，可以采用比较规范的实验仪器设备设计实验，也可以设计低成本实验;可以采用生物材料设计实验，也可以设计模拟性实验;有条件的学校还可以适当引入多媒体技术进行虚拟实验。”在这样的背景下，教师基于“教学实施”可以积极探索实验室开放的新功能，积极创造条件，对具体的某个实验的材料、仪器、器具、步骤、方案等进行改进与创新;还可以选择优秀的实验教学策略，如“5E”教学策略、PBL教学策略、情境教学策略、二次实验法教学策略等。

通过超过十年的研究、铺垫，我们团队认为，创新的教学应该是从全新的切入点进入的，是从所学知识的某个中间环节突破的，是注重形象和直觉的，能将理论与生活实践和个人感悟联系起来的，能使所学知识统一到更普遍的规律中的开放式教学，是“差别大，联系紧”的教学。事实已经证明并将继续证明，初中生物学实验教学的创新，是培养学生生物学创新能力的主要途径。

[   参   考   文   献   ]

[1]  李德昌.势科学与现代教育[J].西安交通大学学报（社会科学版），2007（2）：84-92+96.

[2]  李德昌，张守凤.创新机制与时代创新：势科学与教育学理论研究之十一[J].教学研究， 2013 （5）：5-9+123.

[3]  李德昌，黄旺生，李德建.学习创新·方法创新·教育创新：势科学与教育学理论研究之十二[J].教学研究，2014（3）：1-6+10.

[4]  周丽华.创新型人才成长机制与教育路径研究：基于势科学与信息动力学理论[J].教育理论与实践，2018（33）：9-11.

（责任编辑 黄春香）