例谈中学生物实验教学的再创新

张涛

摘 要：实验是检验中学生物理论教学的主要方法，也是提升学生科学探究能力的重要途径之一。生物实验的创新，既能突出生物学核心素养的要求，同时也能突出学生对实验的设计能力与问题解决能力。

关键词：中学生物实验;再创新

中图分类号：G633.91          文献标识码：A     文章编号：1992-7711（2020）11-045-2

生物学的核心素养包括了生命观念、科学思维、科学探究、和社会责任四个方面，而生物学实验是开展科学探究的重要途径之一。不久前，笔者参加了一次初中生物实验创新教学说课比赛。此次比赛的目的是为了激励教师们对生物实验方法和教学设计进行改进创新，在教学中创造更丰富、更科学的实验情境，增强学生对生物学的感性认知和探究性体验，提升动手能力。回顾比赛过程，很多年轻老师的实验的创新点多、精彩纷呈。纵观当下初中生物实验教学的现状：实验器材陈旧，一成不变的操作方法和步骤，实验课成了理论课，缺乏创新。鉴于此，本文以苏教版中学生物教材中的部分实验为例，谈谈对生物实验教学的再创新。

一、创新实验方案，提升探究能力

在《探究种子萌发需要的外界条件》实验中，探究了水分、温度和空气三种因素对种子萌发的影响，体现了对照实验的设计思想，对学生掌握科学探究的一般方法非常有益。在授课时，很多老师开门见山地列出了实验的操作步骤，学生根据预设的方案操作，课堂热热闹闹，学生看似高效地完成了实验，但事实却是照搬预先设定的实验方案，没有自主设计、没有思维、没有质疑，生动有趣的探究实验变成了普通的验证性实验。

该实验的难点在于出现了多个变量，若三个变量分别做，时间来不及，想让学生一步到位地就设计出好的实验方案难度较大，甚至会把学生弄得糊里糊涂。我们可以先设定只有一个变量的探究问题，把目标放在较低的要求上，再提出有二个变量、三个变量的探究问题，促使学生的实验设计能力得到“螺旋式”上升。通过两个小组，分别探究其中的一个变量，示意图如图一。

再把两个组设计的实验组合起来，去掉重复的对照，余下的就是探究两种因素对种子萌发的影响，如图二

这个实验的创新体现在教师将探究方案的设计作为重点，不是“照方抓药”，而是让学生颇费“周折”地设计实验方案，再通过总结和反思，让学生设计的实验方案成为了讨论的重点。这样，依靠教师的“引”和“导”，没有“越俎代庖”，把发现和创新的机会让给学生，使学生获得了更多的体验和成长。

二、创新实验装置和材料，巧妙突破难点

在《外界溶液浓度影响影响根细胞的吸水》实验中，教师常利用萝卜条作为实验材料，用盐水浸泡萝卜条，让学生体验在萝卜条失水前后的变化，如软硬程度，去感受细胞的失水。但对于水分在细胞内外的流动在实验过程中却无法直接体现，这时往往就通过动画的形式加以补充，直接告诉学生水进出的方向。高中教材中用显微镜去观察质壁分离，这个操作对初中学生有难度。我思考，能否创新实验装置和材料，从宏观上展示水分的进出呢？

鸡蛋的卵壳膜具有选择透过性，可以模拟细胞膜，利用蛋壳做实验材料，不仅材料易得，而且直观，趣味性强，学生都能独立完成。准备两个大小相近的鸡蛋，除去蛋壳的尖端部分，露出一个直径约为1cm的圆孔（边缘尽可能整齐）。将壳内的卵黄、卵白倒出，并把蛋壳洗净，把蛋壳的钝端敲裂，輕轻剥离蛋壳（卵壳膜要完整不能损坏），卵壳膜露出约1cm高。将处理好的两个蛋壳分别放入一个装有饱和蔗糖溶液和一个装有等量清水的烧杯中，尖端的圆孔向上。接着向两个蛋壳内加入等量的清水，直到蛋壳大部分没入水中，两个蛋壳都保持悬浮状态。约半小时就可以观察到：置于蔗糖溶液中的蛋壳由于壳内的水分的外流而逐渐上浮，而置于清水的蛋壳仍保持初始的位置。这种利用技术创造出符合实验需求的新装置，能更好地为实验教学服务。

再如人体内的气体交换，学生对于气体扩散原理这种跨学科的知识并不了解，很多老师用空气清新剂进行演示，让学生体验，但因为教室空间大效果不佳。这时利用化学实验方法演示：将两个透明集气瓶的瓶口对准，竖直放置，瓶口中间用玻璃片隔开。下面的集气瓶里装有红棕色的二氧化氮，上面的集气瓶装有空气。抽出玻璃片，会发现气体在慢慢扩散，下瓶的二氧化氮的颜色变淡，上瓶的空气变红，最终两瓶中气体颜色均匀一致！这种现象从视觉上能让学生更好的感知气体是如何扩散的，而且做到了生物、化学多学科知识的结合。

三、创新已有的操作方法，让实验操成功率提高

在《观察叶片的结构》实验中，需要进行徒手切片，教材中提示采用双联刀片法。实际操作后，发现两刀片中间的缝隙太小，切不出理想的叶片，如果是青菜叶或菠菜叶，切下的叶片很多都断裂，组织被破坏，镜下观察效果很差。这个操作难度在于人为很难控制双刀片间的缝隙。如果用三联刀片法切割叶片，即三片刀片叠在一起，第一和第三片刀口齐平，中间的刀片往上抽出2毫米，再用透明胶带将中间刀片突出的一端包裹起来，这样刀片间的缝隙很小，切出来的薄片宽度很理想。在观察叶片下表皮时，撕取的下表皮极易卷曲，有教师采用透明胶带粘贴撕取下表皮，方法创新很好，但实际胶带粘性不够，很难撕下，如果在胶带和表皮之间加一层有粘性的透明物质比如透明的指甲油，撕取的效果会更好，而且也不影响最后的观察。

四、适时引入新的实验设备和技术，解决传统实验操作存在的弊端

如今，越来越多的新设备新技术出现在生物实验中，传感器、3D打印、VR技术层出不穷。在《植物呼吸作用产生二氧化碳》实验中，植物呼吸产生的二氧化碳可以用澄清石灰水检验。如果提前配制好澄清石灰水，暴露在空气中易变质，与空气中的二氧化碳反应生成碳酸钙;如果现配现用，氢氧化钙溶解速度太慢，结果澄清石灰水浓度太低，即使遇到一定量的二氧化碳也不会变混浊。学生对澄清石灰水化学性质不熟悉，如果实验现象不明显，教师还需要再作进一步解释才能说明问题，增加了学生对实验原理认知的难度。如果利用二氧化碳传感器和氧气传感器，实时采集实验过程中的二氧化碳和氧气的浓度变化的数据，学生就能判断氧气和二氧化碳的量的增减，同时继续提供温度、湿度等其它传感器，让学生继续研究植物的呼吸作用中产生的水和释放的能量，让学生自主设计和操作，不仅拓展了实验操作，有利于学生对植物呼吸作用实质有进一步的理解。又如观察心脏时，学生操作解剖心脏的难度大，利用VR技术构建三维立体的心脏图像，学生利用鼠标在三维空间上作任意方向和角度的翻转进行观察。此外，利用动态模拟功能，心房心室的收缩和舒张，心脏瓣膜的开关方向，血液循环过程中动、静脉血之间的转变等过程都清晰地呈现在学生面前，再通过立体声耳机，心脏铿锵有力的跳动声、血液流动“哗哗”声也都声声入耳，让学生有一种“身临其境”的感觉。

总之，对生物实验进行再创新，可以将学生置于一种开放式、多元化的学习环境中，使学生学会自主学习，自主探究，这不仅改变了学生学习的手段，更重要的是学生掌握了获取知识的途径和方法，从而获得一种新的学习体验。

[参考文献]

[1]中华人民共和国教育部制订.普通高中生物学课程标准（2017年版）.人民教育出版社，2018.

[2]张秀红.核心素养视域下的生物学观念：内涵、价值、内容体系及教学[J].课程·教材·教法，2017（09）.

[3]徐益苗，赵晓燕，张烨.指尖的植物世界：STEAM视阈下的初中生物学校本实践[J].中学生物学，2019，35（01）.

（作者单位：南京市江宁区麒麟科创园学校，江苏 南京210000）