注重初中生物实验教学 提高学生科学素养

随着教学改革的深入，传统的教学模式已经难以满足时代发展需求，如何构建以核心素养为目标的全新教学模式逐渐成为教师的共识。生物学是以实验为基础的自然科学，实验是获取生物学理论知识的重要方式，科学素养是保证实验探究活动有效性的关键，为了实现培养学生科学素养的发展目标，教师从学生的学习方式入手，改革传统生物实验教学方法，推动建立以学生为主体的探究式生物学习模式，鼓励学生积极思考，主动参与实验探究活动，为学生科学素养的发展提供有力支持。基于此，本文阐述了重视生物实验教学的意义，提出小组讨论优化实验、开展探索性实验了解未知、反思实验过程等策略，以期为初中生物实验教学模式的构建提供一定的参考。

一、初中生物教学中应用实验教学法对科学素养发展的意义

（一）有助于基本实验操作技能和动手能力的发展

科学素养是核心素养的重要组成部分，不同于学习知识和磨炼技能，科学素养的发展离不开实践的参与，生物实验是科学实践的主要方式之一，依托实验教学法开展生物教学活动，给予学生参与实验活动的机会，学生不仅可以作为旁观者观察实验操作过程，还能亲身动手参与实验，实践经历让学生的基本实验操作技能和动手能力得到发展，使其认识到在实验中必须保持严谨、认真的科学态度和责任意识，才能保证实验结果的科学性和有效性，为科学素养的发展提供有力支持。

（二）推动观察、思维、分析、解决问题能力的发展

生物实验不同于传统教学方法，其系统性更强，学生在实验中不仅要看，更要思，还要做，从实践中获取知识，反思所学，整合生物知识，思、学、做一体化，深化对科学技术的理解。教师在初中生物教学中应用实验教学，能够让学生从实验过程和实验结果中获取新知，运用思维能力，将新知识抽象为概念，自主经历知识生成过程，深化对生物知识的理解，掌握自主探究式学习方法的同时，学会运用科学技术解决社会问题，验证猜想，为科学素养的形成与发展打好基础。

（三）有助于探究能力和创新思维的发展

科学素养是指个人对科学技术的性质、概念、原理和过程的理解能力。初中生物知识抽象性强，理解起来较为困难。一味以教师为主导讲解生物知识，学生始终处于被动的学习状态，对科学技术的理解停留在浅表，难以有效利用生物学知识解决实际问题。生物实验教学将学生置于主体地位，使其以实验的方式探索未知，打破障碍，获取生物知识，理解生物概念，有效推动学生探究能力和创新思维的发展，在实践中深化学生对生物知识和实验技能的理解，促进学生科学素养的发展。

二、开展初中生物实验教学，提高科学素养的策略

（一）小组合作讨论，改进实验设计

科学素养强调培养学生运用科学方法解决问题的能力以及自我补充和自我学习的能力。学生的思维认知发展过程呈现螺旋式上升的趋势，在掌握知识后，随着练习和应用次数的增加，对生物学知识的认知也逐渐深入。为此，教师在初中生物实验教学中应从学生的认知特点出发设计教学活动，引导学生独立完成实验设计和实验操作，根据实验结果优化实验方案，并再次展开实验，用生物实验代替练习，循序渐进地提升实验能力，同时深化对科学技术的理解，促进科学素养的提升。

不同学生个体的能力差异较大，思维能力和动手能力较差的学生难以有效结合所学改进实验设计，实验优化进程容易受到阻碍。为了保证实验效果，教师在初中生物实验教学中引入小组合作教学法，将学生按照学习能力分为多个小组，以小组为单位讨论优化实验设计，保证实验教学活动的有效性。此外，传统实验教学法以教师为主导，实验类型以观察实验为主，用时较少，而以科学素养为目标的实验教学活动以操作型实验为主，学生作为实验主体参与其中，整个实验用时较多，且实验过程可能会出现分歧性认知，进一步增加用时，为此，教师必须在实验开始前和实验过程中预留足够的时间，方便学生探究，满足学生的发展需求。

以北师大版七年级生物下册第十章《食物中能量的释放》为例，为了让学生掌握测定食物能量的基本方法，理解燃烧与呼吸作用的共性和区别，教师引入“测定食物能量”实验。实验共分三个阶段进行。第一阶段，教师划分小组，借助微课讲述实验流程，分发食物能量值图表，分析实验设计问题；第二阶段，学生结合讨论结果优化实验设计，动手完成实验，分析实验结果；第三阶段，回顾实验过程，汇报实验结果，学生自主完成实验，探索生物知识，提升实验技能，促进科学素养的发展。

首先，教师播放微课视频，介绍实验材料、实验步骤和实验目标，明确基本的实验框架，并将食物能量值表格发给学生，将学生分为多个小组，讨论实验设计的可行性。部分学生指出原始实验设计存在问题， 实验目的是测定不同类型食物的能量值大小，但实验中所用的花生与核桃的能量值相近，难以直观体现食物能量差距。教师结合学生意见设问：“如果实验设计存在问题，我们应该如何优化实验设计呢？除此之外，还有哪些实验流程可以进一步优化呢？”在问题的引导下，学生秉持科学精神、结合生物学知识讨论优化方案，为实验做好准备。

其次，教师组织学生结合各自的设计，以小组为单位进行实验，并观察各组情况，适时提供引导，带领学生一同分析实验方案的可行性。第一组学生考虑到实验效果，选择用马铃薯片代替花生，与核桃种子的能量值对比，认为优化后的实验现象更明显，更容易得到准确的结果。第二组学生改进原有的实验装置，用电子温度计代替普通温度计，进一步提升测温结果的精确度，将锥形瓶改为试管，密封试管口，直接加热，保证热量传递效率。第三组认为单次测试无法体现实验优化方式的可行性，于是在改变实验材料的同时设置实验对照组，对比优化前与优化后的实验结果，确定实验的可行性。

最后，教师组织各小组派代表依次上台说明实验优化方向以及实验结果，对比分析各组实验数据，学生发现实测数据与教师给定的测试数据存在差异，教师引导其反思实验过程，合作讨论实验结果出现差异的原因，以此培养学生不畏艰难、不惧失败、勇于挑战的科学精神，为科学素养的发展提供必要支持。

（二）变验证为探索，总结知识概念

科学素养是指运用科学技术解决问题的能力，如面对分歧时运用科学技术进行判断和决策，以科学的方式自主学习或与他人合作探究的能力。受应试教育思想的影响，传统生物实验教学以验证知识为主，仅使用实验方式验证知识的准确性，忽视了对学生探索能力、思维能力和科学精神的培养，学生在生物实验教学活动中始终处于被动学习的状态，科学素养难以发展。为了激发学生的探索热情，使其主动投入生物实验学习之中，教师必须改变原有的实验教学方式。基于此，教师将探索性实验融入生物教学之中，引导学生观察实验现象、分析实验结果，以此获取知识，将知识抽象为生物概念，亲身经历生物概念的完整生成过程，掌握用系统性的科学探究方式获取生物知识和解决问题的方法。

以北师大版八年级生物上册第十五章《动物运动的方式》为例，本课主要学习运动系统的组成以及运动与其他系统的联系，使学生认识到动物的运动依赖于一定的结构，探索生物的身体结构与生活环境的联系。教师结合教学内容设置探索实验“鱼鳍与水生生活的关系”实验，按照学生的思维认知发展规律以及实验流程分三个阶段开展实验教学活动。第一阶段，教师要求学生根据实验目标自行选择实验材料、设计实验流程，为探索鱼类运动方式与环境的关系做好准备；第二阶段，观察实验过程和实验结果，分析结构与功能之间的关系；第三阶段，教师引导学生抽象认知，生成概念，并尝试结合所学说明其他动物的结构与功能的内在联系。

第一，教师借助情境导入实验，激发学生的探索热情。教师播放纪录片《动物世界》选段，集中展示动物的运动姿态，引导学生思考问题：“水中的生物以游泳的方式运动，陆地上的生物用脚移动，或是攀爬，或是跳跃，或是奔跑，空中生物以飞行为主，大家思考，这是否说明生物的运动方式与其所处环境存在联系呢？”为了验证猜想，学生自发提出以实验的方式了解动物的运动系统。在实验开始之前，教师明确主题，要求学生以“鲫鱼的运动方式”为主题自选实验材料，设计实验流程。学生经过讨论确定实验材料用具：活鲫鱼、鱼类骨骼标本、清水、长条玻璃鱼缸。实验流程：观察鱼类运动方式，寻找鱼类的运动器官，对比切除运动器官前后的鱼类活动情况，分析运动器官与鱼类运动方式之间的联系；观察鱼口开合与鳃盖后缘张合之间的关系；观察鱼鳃结构与鱼类脊柱的构造特点。

第二，学生记录实验过程和实验结果，讨论实验发现。学生观察鱼类泳姿，认为鱼鳍是鲫鱼移动的主要工具，按照预想依次将鲫鱼的胸鳍、腹鳍、尾鳍、臀鳍、背鳍剪去，观察鱼类运动姿态发生的变化，记录实验过程，分析鱼鳍的作用。首先剪去背鳍，鲫鱼身体难以在水中保持平衡，存在鱼体连续翻转情况，证明背鳍是鲫鱼保持身体平衡的关键；其次剪去尾鳍：鲫鱼连续冲撞实验鱼缸，无法改变运动方向，证明尾鳍是鲫鱼转向的关键；再次剪去胸鳍和腹鳍，鲫鱼身体左右摇动，失去平衡，证明胸鳍和腹鳍有助于保持左Q09EtSc3IVMTeYHmvw4yJnmuhRq3hLRmxBXFe8KIX0Y=右平衡；最后剪去臀鳍，鲫鱼在水中轻微摇晃，影响较小。

第三，教师引导学生总结实验经过，由学生详细描述实验设计理念，说明实验观察结果，认为鱼鳍是鱼类的主要运动系统，具有保持身体平衡、提供推力、帮助转向等作用，而这种运动系统无法适应陆地生活，因此认定生物的运动系统与生活环境存在密切联系。教师鼓励其他学生参与评价实验结果，补充实验发现，指出实验中存在的问题，在反思中深化对实验探究学习方法的理解，提升运用实验解决问题的能力，促进科学素养的发展。

（三）反思实验过程，培养严谨的态度

科学实验是一种严谨、认真、严肃的科学探究方式，对科学技术的发展具有不可替代的作用。实验人员必须认真对待实验设计、实验观察、数据记录等环节，才能保证实验结果的有效性和真实性。在初中生物教学中应用实验教学法，教师不仅要为学生提供实践机会，更要培养学生严谨、负责的科学态度，鼓励学生以求真务实的原则开展探究活动，推动学生科学素养的发展。

以北师大版七年级生物下册第十四章《人类活动对生物圈的影响》为例，为了让学生理解人类活动对生活环境的影响，培养学生的环境保护意识和科学素养，教师组织“模拟酸雨影响种子的萌芽”实验，希望学生认识到人类活动对环境的影响以及对自身的危害，体会态度与责任对科学实验探索的重要作用，为此，教师分阶段设计实验活动。第一阶段，教师引入生活情境，激发学生的探索热情，鼓励学生参与实验，了解酸雨对环境的危害。第二阶段，教师重点指导学生分析实验中酸液pH值调整过程和发芽种子的取样和计算方式，引导学生思考严谨、负责的科学态度对保证实验结果准确性的作用。第三阶段，教师引导学生回顾实验过程和实验结果，阐述心得体会，对比分析两次实验结果的差异，使其认识到态度与责任意识对科学实验的重要性，助力学生成长。

首先，教师结合生活实际创设应用情境：“同学们，正值春季，又到了粮食播种的季节了，气象部门认为近期本地很可能会下一场酸雨，现在农民伯伯都很担心酸雨会影响种子的发芽率，我们能否运用所学知识帮助农民解决这一担忧呢？”在情境的推动下，学生自发地运用实验知识探索酸雨对种子发芽率的影响，体会生物知识对现实生活的指导作用。

其次，教师辅助学生设计实验。在教师的帮助下，学生了解当地的农业生产情况，选择黄豆、小麦作为主要实验对象，分析酸雨性质，用食用白醋加水代替酸雨。在第一次实验设计中，学生分别设置酸雨组和清水组，验证酸雨对种子发芽率的影响，根据酸雨性质，配置pH值为5.5的“模拟酸雨”溶液和pH值为6.5的清水，在每组溶液中分别放置5粒黄豆种子和5粒小麦种子，对比发芽情况，学生认定酸雨对部分种子的萌发有影响，但影响相对较小。

最后，教师结合实验过程提问：“为什么酸雨会影响种子的萌发？如果pH值小于5.5，种子的萌芽率是否会进一步降低？各选5粒种子作为实验样本的测试方式虽然简单，但是如果选择的测试样本中有不能萌发的种子，是否会对测试结果产生影响？那么农民的收成是否会因计算结果出现问题而受影响呢？”从而在生活情境中渗透科学研究态度与责任意识，使学生认识到科学研究对现实生活的影响，为其科学素养的发展奠定基础。

三、结语

综上所述，在初中生物实验教学中培养学生的科学素养，要求教师从实验教学法的特点入手改进实验设计，将以教师为主导的验证性实验转变为以学生为主导的探究性实验。在情境的推动下，学生自行制定实验目标、选择实验器材、设置实验步骤，培养用实验方法探究未知、纠正错误的能力。另外，教师组织特色的实验活动，让学生亲身体验不规范的实验设计对实验结果的影响，为学生科学素养的形成与发展提供有力支持。