实验“小”改进，学科“大”融合

摘要：《义务教育生物学课程标准（2022版）》提出的探究实践活动包括科学探究和跨学科实践，是解决真实情境中的问题或完成实践项目的能力和品格。如何在初中生物学课堂中实现实验操作与多学科知识的巧妙运用和衔接，是值得探讨的话题。本文围绕《义务教育生物学课标标准（2022版）》要求，结合教学实际，探讨生物学教学与其他学科之间逻辑界限的完美融合，以及生物学知识与其他学科知识、日常生活经验相结合的模式。

关键词：初中生物学；实践探究活动；实验改进；学科融合

文章编号：1003-7586（2024）04-0060-02 中图分类号：G633.91 文献标识码：B

基于生物学科着力发展学生核心素养所要求的“探究实践”，《义务教育生物学课程标准（2022版）》提出“教学过程重实践”的课程理念。生物学教学中的跨学科教学以核心素养为基础，可以高效地开发跨学科实验课程，通过跨界到科学、技术、工程学、数学等学科，甚至跨界到大自然、酿造厂、污水处理厂和科技馆等研学基地，逐步开发指向学生核心素养的跨学科的融合教学。实验课程是课堂教学活动的亮点和拓展，其意义在于使学生获得现实生活的直接经验和真切体验，是由感性思维向理性思维的思维升阶。通过运用多学科知识体系联系实际生活对生物学实验教学进行更新改进，注重学生的兴趣、经验、能力和需要，促使学生获得成就感，进而激发学习的内驱力。

1 改进实验装置，跨越学科界限

生物学教学过程中，实验课程作为主要组成部分，是培养学生质疑意识、批判性思维、实践能力和创新意识的基本途径。在教学过程中，教师可以结合教学经验，引导学生开拓思维，深入研究教材中实验设计的不足，结合实际对实验设计或实验装置及模型进行创新改进，也可将较为复杂繁琐的实验步骤进行简化，提高教学效率。

在“人体内的气体交换”一节中，传统的教学过程中往往通过观察简单的化学实验现象：将呼出的气体通入澄清石灰水，澄清石灰水变浑浊，说明呼出气体中含有二氧化碳。这个实验过程简单易懂，但没有控制无关变量和进行定量分析，甚至忽略足够多的空气通入澄清石灰水中也会使其变浑浊这一点，实验过程很不严谨。在之后的实验过程中，需要将吸入的空气作为对照组，同时控制实验过程中的无关变量。想要满足这两个条件，就需要有严密的实验过程。在九年级化学实验中，可以通过排水法收集呼出气体和空气，但鉴于七年级学生只使用过简单的实验器具，对此类玻璃器皿操作手法不够熟练，实际操作起来有一定困难。

在此基础上，教师引导学生开发创新实验：首先找出课本上的实验，提出问题所在，指出实验过程缺乏对照组、没有控制无关变量等漏洞；再围绕“如何收集气体？如何定量分析？如何将气体全部注入澄清石灰水中？”等问题进行讨论分析，让学生发挥想象，设计新的实验，师生共同讨论。给出学生可选择的实验器材和试剂（塑料袋、气球、注射器、一次性吸管、澄清石灰水等），引导学生转换思维方式，利用简单、易获得的实验器材和试剂，组装适合本节课实验过程的模型装置（见图1），利用数字化实验系统——物理传感器探究呼吸过程中发生在人体内的奇妙过程。

通过化学实验过程和数字化实验系统让学生了解气体交换的原理、过程和结果，通过创建实验模型和示意图构建概念模型开拓学生的科学思维并达到科学探究的目的，初步培养学生控制变量的实验认知思想。与此同时，让学生自我检测其对知识的掌握情况，强化学生善观察，敢质疑，勤思考的跨学科实践能力。

2 改进实验细节，巧用信息技术

生物学具有抽象性和复杂性，教师需要借助直观形象的实验过程和教学方法来解决复杂难懂的生物学知识。随着信息时代的到来，教育行业拥有了诸多便利，信息化教学的开展使得学生可以轻松获得更加立体直观的认知。

例如，在“探究小肠适于消化和吸收的结构”传统演示实验中，需将猪小肠剪开放置到培养皿中观察小肠绒毛，但实施过程中发现培养皿较浅不适合移动观察、实验材料软塌，小肠绒毛不易漂浮、放大镜倍数及距离难以控制、观察角度及光线难以调节等问题。这些问题致使真正能观察到小肠绒毛的学生很少，实验较难成功。笔者改进为选取鸡小肠进行观察。首先呈现完整的鸡小肠，现场量取鸡小肠的完整长度，随后截取一段小肠，沿中间剪开，用镊子夹取放置到盛有较多水的烧杯中，观察小肠内壁，在放大镜下可以清晰看到随着水纹荡漾而漂浮的小肠绒毛。教师使用平板或手机进行现场拍摄，并投屏现场展示，将小肠皱襞以及小肠绒毛在画面清晰的大屏幕上进行直播呈现。学生现场演示后播放慢放镜头拍摄视频。通过现场投屏展示实物、量取小肠长度、放大镜观察烧杯中的小肠绒毛和慢动作视频多重展示后，抽象难懂的构造以最清晰直观的方式进行了呈现，学生理解了小肠绒毛可以增加小肠表面积和小肠适于消化和吸收的结构特点，贯彻生命观念中结构与功能观。

课堂微视频可以制作成二维码，提供给学生进行课后自主复习。在智慧教室中学生可以使用平板浏览器扫描二维码，填写问卷进行当堂检测，问卷结果显示每道题目正确率，教师可针对错误较多的题目或选项进行着重讲解，分析错误原因，现场解决同学未掌握牢固的知识点。信息技术在教学过程中的巧妙运用，帮助学生顺利突破重难点，进一步提高教学效率。

3 改进实验材料，聚焦社会生活

实验材料是实验能否成功的根本，实验材料与日常生活的联系决定了学生能否更好地理解实验原理，实验活动课堂中实验材料的选取需要教师联系实际生活进行不定期更新，以保证学生能够获得更好的课堂体验。

在“营养器官生长”一节中，可以通过问题“七彩玫瑰是种出来吗？”创设情境引入课堂教学，用色彩鲜艳的花朵吸引学生的眼球，诱发好奇心，使学生带着疑问学习课堂知识，进而提高课堂效率。课后以“七彩玫瑰的制作”为课后作业，让学生思考制作诀窍，共同讨论出在制作过程中需将玫瑰花茎的木质部平均分配在不同颜色的墨水中，才有可能收获七彩玫瑰。在这个过程中学生体会到七彩玫瑰的制作诀窍，将课堂知识运用于生活片段之中，充分调动学生学习的积极性。

在课堂小组实验“探究茎的输导功能”中，可以选取日本珊瑚树作为小组实验材料。教师根据身边的现有实验资源材料进行对比，将金边黄杨和日本珊瑚树的茎在红色墨水中进行浸泡，发现这两种实验材料各有优点。金边黄杨的叶子边缘颜色较浅，浸泡一段时间后可以清晰看到叶子边缘变浅，说明墨水会通过茎输导至叶片；但解剖后发现金边黄杨的茎直径较小，因此在观察茎的内部结构时比较困难，即使借助放大镜也难以区分木质部与髓之间的界限。日本珊瑚树的茎较粗且嫩，学生可以清晰观察到茎内各部分结构，进行纵切和横切时操作简单，并且日本珊瑚树的树皮可以剥下，学生可以观察发现树皮没有被墨水染色，从而理解韧皮部没有输送水和无机盐的功能的特点。在实验课堂中使用日本珊瑚树可以使实验材料物尽其用，操作过程简单省时，实验结果直观有效。

通过解剖日本珊瑚树时的视觉、触觉双重感官的刺激，让学生对茎的结构有了更深层次的理解；通过七彩玫瑰的制作过程，利用美学的吸引力，将课堂知识与生活实际完美融合，加深学生对知识的理解，形成审美意识并树立保护树木、爱护植物的生态观念和社会责任感。

4 小结

融合多学科知识对实验设计、实验材料和实验装置及模型进行改进的探究实践活动，是调动学生多感官、多角度、多思维参与初中生物学教学过程的有效策略之一。这种方式不仅能让学生从新的视角中获得学习的兴趣与乐趣，更能通过全新的实验过程，使得相关学科知识在实际操作中通过亲身触碰、感觉和观察得到学生的充分理解。学生通过改进后的实验课堂活动认识到生物学与社会生活的联系，能够运用多学科的知识和方法解决日常生活中的现实问题，具有很强的可行性和实践性，学生的学习兴趣得到激发，学习积极性得到调动，逐步形成坚持不懈的探索精神和勇于实践的创新意识。