基于科学探究核心素养的初中生物课堂拓展实验初探——以“模拟酸雨影响种子的萌发”为例

（江苏省南京市浦口区实验学校 江苏南京 211800）

生物学学科核心素养包括生命观念、科学思维、科学探究与社会责任4个方面。其中，科学探究能力的培养主要以实验教学为载体，通过提出问题、作出假设、设计实验、记录数据、分析数据得出结论、讨论交流，大大提升学生的科学探究能力和水平。

酸雨在我国普遍存在，覆盖面积已占国土面积的30%以上。酸雨危害是多方面的，包括对人体健康、生态系统和建筑设施都有直接和潜在的危害。多数学生都没有经历过酸雨，对酸雨的危害大多通过媒体了解，并不能真切的认同。苏教版七年级下册第十三章第一节“关注生物圈——环境在恶化”中有一个探究实验，主题为“模拟酸雨影响种子的萌发”。但是仅仅以黄豆为材料，设计了清水组和酸雨组作为对照，实验能够说明一定的结论，但限于材料和组数太少，并不能很好地说明酸雨的危害。基于此，笔者试以“模拟酸雨影响种子的萌发”为例，就如何有效进行初中生物课堂拓展实验的设计进行探讨。

1 课堂拓展实验的层次性

初中生物课堂实验常常提供探究目的、推荐器材、背景知识、探究指导和讨论等多个环节，常常以学生探究或者教师演示的形式进行，以此突破教材上的重难点。拓展实验不仅仅是围绕相同主题进行的同类型实验的类比，更是知识点横向和纵向的延伸。因此，需要教师设计目标精准的拓展实验。同时，不同实验之间要有层次性，以符合学生的认知，避免出现思维混乱。

例如，“模拟酸雨影响种子的萌发”这个实验是苏教版七年级下册第十三章第一节“关注生物圈——环境在恶化”中第二部分“环境问题严峻”关于酸雨的一个探究实验，因为实验的时间较长，不方便在课堂上完整地呈现，所以笔者将实验放在了课前完成，并详细记录的数据。表1是最初的设计。

该设计流程以书本实验出发，拓展了在相同酸雨下对小麦、香草种子萌发的影响，还拓展了不同pH酸雨对小麦种子萌发的影响，从内容上看符合学生的认知规律，逐层深入。但仔细观察教师提供的数据，分析各个实验形成的结论，不难发现书本实验和拓展实验1尽管证明了酸雨对部分种子萌发有影响，但影响却并不是很大，甚至对小麦种子萌发就没有影响。那么，学习完这两个实验后，学生脑中就会形成“酸雨对种子萌发有一定影响，但影响并不明显”这样的概念。这样的前概念一旦形成对学生后续学习酸雨的危害具有负迁移的作用，会阻碍后续学习的开展。因此，教师可适当调整教学顺序，使得教学设计更具层次性，更加符合学生的逻辑，将酸雨具有明显危害的实验（即拓展实验2）放在最前面进行探究和分析。如果考虑到拓展实验2设置的组别没有清水对照组，可以先设置2组实验说明酸雨的危害，再拓展适当增加几组以增强实验的说服力，如可以设置pH为2.4、3.4、4.4、5.4、6.4、7.4这样的多组实验。这样处理之后，pH梯度变小，实验现象更加具体，说服力也更强。改良后的实验设计见表2。

表1 最初的教学设计

表2 改良后的实验设计

这样设计可以让学生形成“酸雨对种子萌发有明显的危害”的前概念，教师再进行拓展，就不会干扰学生建立正确概念。改良后的实验2让学生可以辩证地看待酸雨的问题。教师还可以进一步深化探究实验，如探究酸雨对种子萌发有没有促进作用、探究种子种类受酸雨的影响的区别，以此逐渐打开学生的思维。。

2 课堂拓展实验的启发性

孔子说过，“不愤不启，不悱不发，举一隅，不以三隅反，则不复也”。在实际的教学活动中，生物学教师在设计拓展实验的时候还需要注意实验的启发性。新课改提倡培养学生独立思考的习惯，通过自主、合作、探究学习，更好地理解和掌握相应的知识，从而发展学生的生物核心素养。在启发式教学中，教师要根据学情，引导、启发学生进行学习，在熟练掌握相关知识点的基础上，利用所学知识解决生活中的实际问题，从而培养学生发现问题、分析问题并解决问题的能力。

2.1 教师提问的开放性

探究始于“问”，此问一般由学生自己提出，能够在一定程度上激发学生的探究兴趣，培养其科学探究能力。但在探究过程中，学生的进一步“问”的能力需要教师引导，否则非常容易出现眼高手低的现象。不少教师的提问引导往往直指实验本身，过于具体化反而限制了学生的思维，所以教师提问要具有开放性，又不偏离主题，才能启发学生的思维。

例如，在探究“模拟不同pH的酸雨对小麦种子萌发的影响”实验时，教师可以设计以下问题：为什么要设计这么多组不同pH的酸雨组？看到这些实验现象，你想到了什么？分析这些数据，你能得出哪些结论？你觉得这个实验还可以怎么改进？根据你的猜想，你还想设计什么样的实验？这样的提问启发性较强，可以充分发挥学生的主体性，使学生在获得教师的预设目标之后还能有所延伸，促进学生对知识的应用以及对知识体系的整合。

2.2 方法指导的科学性

培养学生的探究能力是初中生物学课程的重要目标之一。科学探究既需要观察和实验，又需要对证据、数据等进行分析和判断。科学探究需要利用多种方式呈现证据、数据，如采用文字、图表等方式来表述结果，需要与他人交流和合作。七年级学生在提出问题、作出假设方面已经具备较强的能力，实验方案的设计也基本可以合作完成，但是收集并分析数据从而得出结论的能力还有待提高，所以教师必须关注方法指导的科学性。

例如，在探究“模拟酸雨种子对黄豆、小麦、香草种子萌发的影响”实验时，因为涉及3组不同pH的3种植物种子，共计9组数据。当数据呈现出来的时候，学生感觉无从下手，很难得出教师想要的效果。这时，教师要引导学生从横向、纵向两个角度去解读数据。横向解读，如选取pH为3.8的酸雨组，比较3种不同植物种子的萌发情况，从而得出“同一pH的酸雨对不同种子有不同影响”的结论。纵向解读，如选取香草种子，比较3组不同pH溶液对种子萌发的影响，从而得出“不同pH的溶液对同一种子影响也不同”的结论。

在分析数据的时候，教师还可以通过现代化的信息手段，制作直观的图表帮助学生分析数据。例如，在横向解读时，将数据进行不同颜色的标示，如黄色表示pH为3.8，绿色表示pH为5.6，红色表示pH为7.4，以此引起学生的无意注意，从而不用教师刻意去讲，学生也能按照横向去对比分析同一pH的溶液对不同植物的影响。纵向解读某一种子的萌发情况时，可以绘制折线图，能够较为直观地看出不同pH对于同一类型的种子的影响。

2.3 学生合作的有效性

随着新课改的不断深化，教师观和学生观也在不断完善。当前的教学活动中，师生之间、生生之间的互动交流不断增加，学生的主体地位不断突显，尊重个性差异、构建和谐的教学氛围、推动学生有效合作和自主探究就变得尤为重要。当学生合作有效开展，他们的想法就会碰撞，产生令人意想不到的效果，从而促使他们学有所思、学有所得，这也正是启发教学的目的所在。

例如，在探究“酸雨对黄豆种子萌发的影响”实验时，教师提出疑问：“你觉得这个实验还可以怎么改进？”此时，若充分发动学生进行讨论，学生就会迸发出各种新奇却又具有一定价值的想法。观点1：“pH的溶液配好后，会不会因为蒸发或者其他原因，随着时间的推移会有所改变，这样的话就需要定期去测量各组的pH，才能保证实验结果的科学性。”观点2：“我觉得每组黄豆选用20粒，数量上有点少，是不是可以考虑增加黄豆的数量，比如增加到50粒甚至100粒，以避免实验的偶然性。”观点3：“我觉得pH的梯度可以更小一些，设置更多组。这样我们甚至可以探究酸雨是从哪个pH开始对植物种子萌发开始产生负面影响的。”观点4：“我发现老师呈现的图片中，pH为3.8的酸雨组霉变很严重，那么霉变对种子萌发有没有影响呢?如果有，那怎么说明到底是酸雨影响了种子萌发还是霉变影响了种子萌发呢？”当学生们通过合作交流，产生这些疑惑，提出各种建议的时候，正是他们智慧快速生长的时候。

3 课堂拓展实验的实践性

教学研究需要回到实践本身，这是由教学作为实践的独特品质所决定的。“回到实践本身去”就是让教学研究者首先认清和尊重教学的实践本性，义无反顾、毫不动摇地追寻教学的目的性、理性和德性。

首先，生物学课堂的拓展实验设计应更加理性，更加贴合生活实际。本节课的实验有个很明显的字眼“模拟”，教师教学的时候务必强调所做实验皆为模拟酸雨实验，所得出的结论也都是建立在模拟实验的基础之上的，从而引导学生进一步跳出书本所设置的条件限制，去思考酸雨的本质。酸雨是由于工厂排出的废气或者汽车尾气排放中含有二氧化硫或氮氧化物，与雨水结合形成的酸性降雨。那么书本上用白醋模拟酸雨实验，实际上只能说明pH对种子萌发的影响，想要进一步说明问题，应该优化实验材料，选择合适的实验场地。例如，在学校的小菜园开辟出一块实验园地，以硫酸为原料配制不同pH的溶液，记录数据从而分析得出结论。这样做符合真实情境的原则，将种子播种在真实的土壤环境中，并用真实的硫酸型酸雨进行实验，使得实验更加科学，更加具有说服力。当然，硫酸或者硝酸的酸性都很强，在实验过程中，务必注意安全性问题。

其次，生物课堂的拓展实验设计应目标明确，不能为了告诉学生某个结论而刻意设计并无多大关联的实验。本节课的实验教学始终围绕“酸雨的危害”展开，主要探究了酸雨对种子萌发的影响。如果教师在设计实验的时候，发现霉变对种子也可能产生影响，转而去研究霉变的影响那么就偏离了教学目标，使得这一节生物课的主旨不能突显，从而导致学生认知混乱。如果还要进行拓展实验，务必从“酸雨的危害”这一中心点出发，去设计实验。例如，还可以进一步设计酸雨对动物的危害的实验，将一条金鱼放在一定体积的酸雨溶液中，另一条金鱼放在等体积的清水溶液中，定期喂给等量的食物，观察记录金鱼的变化。这样，学生不仅可以知道酸雨对植物有影响，还可以了解酸雨对动物的生存也存在的一定的危害。最后，再总结酸雨的危害就显得水到渠成，学生也能够通过各个实验的探究过程，树立环保意识，真正从情感上认同酸雨的危害以及“保护环境，从我做起”的必要性。

总之，生物学教学要着力提升学生的生物学学科核心素养，其中科学探究核心素养还应该紧密联系课堂的实验去挖掘延伸。教师要研读教材，在研究课本实验的基础上，进行创新设计，从层次性、启发性、实践性等多个角度综合考虑，使得课堂拓展实验更加多维立体。教师要在提出问题、作出假设、设计实验、记录数据、分析数据得出结论、讨论交流等各个环节中找寻突破口，提高学生的科学探究能力，培养科学思维。