促進(jìn)學(xué)生思維深度提升的實驗創(chuàng)新教學(xué)

邰玉韋

當(dāng)前教育的核心在于發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維?！镀胀ǜ咧猩飳W(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）解讀》一書中將學(xué)生科學(xué)思維的發(fā)展聚焦為三點：質(zhì)疑是思考的視角、實證是判斷的尺度、邏輯是論辯的準(zhǔn)繩。生物學(xué)是一門以觀察和實驗為基礎(chǔ)的自然學(xué)科，實驗教學(xué)是生物學(xué)課程的特點，也是生物學(xué)教學(xué)的基本形式之一，學(xué)生對自然界進(jìn)行探索時，假設(shè)、實驗、論證、評價、解釋、得出結(jié)論的過程都需要使用科學(xué)思維。教師要加強(qiáng)和完善生物學(xué)實驗教學(xué)，尤其是借助實驗創(chuàng)新教學(xué)，可以促進(jìn)學(xué)生深度提升科學(xué)思維，落實生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

1創(chuàng)設(shè)有趣味、有價值的實驗情境，促進(jìn)學(xué)生思維深度參與

蘇霍姆林斯基說過：“在人的心靈深處，都有一種根深蒂固的需要，這就是希望自己是一個發(fā)現(xiàn)者、研究者、探索者?！币环矫妫瑢W(xué)生的學(xué)習(xí)和思維的形成需要建立在一定的認(rèn)知基礎(chǔ)之上，如學(xué)習(xí)興趣、生活經(jīng)驗、認(rèn)知水平、認(rèn)知沖突;另一方面，重要概念的形成需要在提供恰當(dāng)?shù)那榫持校茸寣W(xué)生在親身體驗中獲得豐富的感性認(rèn)識，然后再通過科學(xué)探究、推理論證等活動上升為理性認(rèn)識。因此，在學(xué)科核心素養(yǎng)視角下，教師創(chuàng)設(shè)具有科學(xué)性、生活性、趣味性和價值性的實驗創(chuàng)新教學(xué)情境，更能激勵學(xué)生積極參與，促進(jìn)學(xué)生思維深度參與。

以“探究草履蟲對外界刺激的反應(yīng)”一節(jié)教學(xué)為例，不同版本的教材中多使用顯微鏡來觀察草履蟲對外界刺激的反應(yīng)，實驗效果不理想，沒有突破學(xué)生原有的認(rèn)知。其主要原因有以下幾種：

①蓋蓋玻片后會將草履蟲擠開，影響了草履蟲活動。

②受到顯微鏡視野的限制，觀察時需要左右移動玻片才能看到完整的草履蟲運動過程，而移動后，原來的視野就發(fā)生了變化，甚至就找不到了。

③學(xué)生移動載玻片時容易增加實驗變量，影響實驗結(jié)果的準(zhǔn)確性等。

課堂上，教師提供了自制的觀察工具裝置，有效地解決了這些困難。該實驗裝置用到的器材有：黑色泡沫、小燈珠、100mL小燒杯一個、500mL燒杯一個、載玻片一枚、放大鏡一個。這些材料都是學(xué)生生活中比較熟悉的，學(xué)生看到后感覺很親切。在本實驗中，還增加了光源，同時又提供了質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為5%的食鹽溶液和5%的冰糖溶液作外界刺激物，充分調(diào)動學(xué)生探究的熱情，實驗效果非常明顯。通過觀察與探究，學(xué)生從開始的質(zhì)疑到設(shè)計實驗方案、實施實驗、論證和解釋實驗結(jié)果等一系列活動，逐漸理解了草履蟲具有“趨利避害”這一特性。在教學(xué)最后拓展環(huán)節(jié)，教師提供了硫酸銅溶液（模擬冶金工業(yè)廢水）作為外界刺激物。學(xué)生通過觀察直觀的實驗現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)草履蟲對水體污染的反應(yīng)很靈敏。這樣既啟發(fā)學(xué)生大膽設(shè)想可以利用草履蟲應(yīng)激反應(yīng)的靈敏性在做水體檢測的探索，又使學(xué)生理解了人與自然和諧發(fā)展的意義，形成初步的環(huán)境保護(hù)意識。

在課前調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，一部分學(xué)生對“草履蟲會對外界刺激產(chǎn)生一定的反應(yīng)”持質(zhì)疑態(tài)度，認(rèn)為：草履蟲是單細(xì)胞生物，沒有發(fā)達(dá)的神經(jīng)系統(tǒng)，不能對外界的不同刺激物進(jìn)行識別和作出相應(yīng)的反應(yīng)。質(zhì)疑是思考的起點。學(xué)生帶著疑問進(jìn)入了新的實驗情境中。教師引導(dǎo)學(xué)生通過實驗設(shè)計，運用一定的科學(xué)探究方法，進(jìn)行實驗結(jié)果的論證和分析。幾乎所有學(xué)生在原認(rèn)知的基礎(chǔ)上都有了新的認(rèn)識和收獲，主動地運用實驗證據(jù)來修正已有的解釋或支持了自己的觀點。學(xué)生學(xué)會了運用實證為判斷的尺度，提升了科學(xué)思想和科學(xué)方法。本節(jié)課實驗情境中的實驗裝置、實驗材料和探究方法的改進(jìn)以及實驗內(nèi)容的拓展，對于學(xué)生的學(xué)習(xí)和能力提升很有價值，有效落實了課程教學(xué)目標(biāo)。

2聚焦分層問題和實驗任務(wù)驅(qū)動，促進(jìn)學(xué)生思維深度提升

任務(wù)驅(qū)動是高階思維發(fā)展的動力。學(xué)生思維的深度參與，往往在完成具體的情境任務(wù)中表現(xiàn)出來，高階思維的品質(zhì)、高階思維能力的發(fā)展與系列深度問題下的實驗任務(wù)息息相關(guān)。在任務(wù)驅(qū)動的實踐體驗中，從學(xué)生身上反映出洞察力、想象、預(yù)測、設(shè)計、行動、生成、展示、互動、鑒賞、評價等行為或傾向，可以發(fā)展學(xué)生的問題解決能力、批判性思維與創(chuàng)造性思維。

在“植物的呼吸作用”一節(jié)實驗教學(xué)中，發(fā)現(xiàn)學(xué)生對植物體有沒有呼吸作用沒有直觀的感受，對植物的呼吸原理還沒有形成科學(xué)的認(rèn)識。因此，實驗創(chuàng)新教學(xué)設(shè)計可以聚焦分層問題和實驗任務(wù)驅(qū)動。

任務(wù)1：確定探究問題。教師同時拋出3個問題，每個學(xué)習(xí)小組自主選擇探究主題，并作出假設(shè)：

①蘿卜的呼吸會消耗氧氣嗎？

②蘿卜的呼吸會產(chǎn)生二氧化碳嗎？

③蘿卜的呼吸過程中，會釋放能量嗎？

然后，教師分發(fā)組卡，學(xué)生明確氧氣組、二氧化碳組、能量組。

任務(wù)2：制定計劃，搭建實驗裝置。教師出示兩等份的新鮮蘿卜和煮熟蘿卜實驗材料，明確形成對照實驗。再逐一出示實驗器材，由學(xué)生說出每種器材的用處。各小組再討論針對研究的問題需要選擇的器材，設(shè)計并搭建實驗裝置、討論檢驗方法并預(yù)估實驗結(jié)果。

任務(wù)3：展示和評價實驗裝置。各小組展示搭建的實驗裝置并簡要說明，相同探究主題的所有小組共同展示，其他學(xué)生提出質(zhì)疑或給出合理的建議。相同探究小組之間比較學(xué)習(xí)，其他小組觀摩、質(zhì)疑或提出修改建議。

任務(wù)4：實施實驗并展示實驗結(jié)果。學(xué)生有成功、有困惑、有猜想、有創(chuàng)新，收獲滿滿。

最后，教師拓展，并引導(dǎo)學(xué)生磁鐵卡片建構(gòu)呼吸作用概念模型。

教師以問題為線索，以實驗任務(wù)為載體，促進(jìn)實驗過程與思維有機(jī)結(jié)合，使學(xué)生在不同探究實驗任務(wù)之間產(chǎn)生思維碰撞。生成連連不斷，智慧頻頻進(jìn)發(fā)，師生、生生之間形成了多元化意義溝通，實現(xiàn)了協(xié)同發(fā)展，實現(xiàn)了各個層次的學(xué)生進(jìn)行自我提升。學(xué)生有了“定量”的意識，形成以事實和證據(jù)作為科學(xué)思維的認(rèn)知方式，明顯加深學(xué)習(xí)程度，提升了思維有深度，增強(qiáng)了學(xué)習(xí)效果。分層問題和任務(wù)驅(qū)動化設(shè)計有多種，如設(shè)計一份調(diào)查報告、一個實驗方案，完成一個實驗、一個模型作品、一次訪談或角色扮演等。學(xué)生只有通過豐富的實踐經(jīng)驗，才能促進(jìn)思維向深度發(fā)展。

3適時提供“示范”式教學(xué)引導(dǎo)，促進(jìn)學(xué)生思維深度提升

在實驗教學(xué)中，有思維深度的創(chuàng)新體驗活動對于學(xué)生來說往往都具有一定的思維難度，教師要適時提供“示范”式教學(xué)引導(dǎo)。“示范”式引導(dǎo)既有范例含義，又包含行為需要基本規(guī)范要求的內(nèi)涵。當(dāng)學(xué)生面對有多種可能性選擇時，“示范”式引導(dǎo)取向于建立有價值取向性的標(biāo)準(zhǔn)，能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，及時幫助學(xué)生行為上的選擇判斷?！笆痉丁钡闹黧w可以是教師，可以是學(xué)生，也可以是真實性情境等。這樣的“示范”式引導(dǎo)有助于降低思維障礙，促進(jìn)學(xué)生及時深度參與到自主探索、動手實踐活動中，及時解決教學(xué)中的困惑，推進(jìn)教學(xué)活動向深度發(fā)展，進(jìn)而提升學(xué)生的深度思維。

“蚯蚓在什么樣的物體上爬得快”是蘇教版《生物學(xué)》（七年級上冊）“探索生命的方法”一節(jié)中的探究實驗內(nèi)容。教材設(shè)計的意圖是讓學(xué)生體驗一次探究的全過程，并感悟和理解科學(xué)探究的一般過程。在探究過程中，學(xué)生對比觀察蚯蚓在硬紙板上和玻璃板上兩種運動狀態(tài)，理解實驗變量的含義并初步學(xué)會設(shè)計對照實驗。此探究實驗的設(shè)計方法簡便易操作，但實驗過程中的影響因素過于復(fù)雜，如蚯蚓運動活力不同，觀察指標(biāo)速度的判斷，實施和論證過程有一定的難度，實驗結(jié)果不理想。因這個實驗在七年級第一學(xué)期開學(xué)不久，若實驗影響因素過于復(fù)雜，實驗結(jié)果得不到有效保障，將會影響學(xué)生理解科學(xué)探究的過程和科學(xué)探究能力的形成，難以達(dá)成教學(xué)目標(biāo)。教師面對這樣的教學(xué)困境，就要想辦法降低難度，提供一定的幫助，或提供“示范”式教學(xué)引導(dǎo)，或改進(jìn)實驗情境。

筆者將原實驗改為“探究洗滌劑稀釋液對蚯蚓刺激的反應(yīng)”，觀察蚯蚓在清水和洗潔精稀釋液不同刺激下的兩種反應(yīng)狀態(tài)。改進(jìn)實驗的實驗效果比較理想，有效達(dá)成教學(xué)目標(biāo)，有利于學(xué)生形成科學(xué)探究能力和科學(xué)探究思維。但在這個新的實驗情境中，實驗變量的控制難度雖然減低了，但學(xué)生也需要一定的“示范”式教學(xué)引導(dǎo)。按照學(xué)生現(xiàn)有的認(rèn)知水平，學(xué)生還不能科學(xué)地使用量筒量取液體體積，教師可以示范如何用滴管量取1mL清水或洗滌劑稀釋液。又如，在設(shè)計對照實驗時，教師最好提供一張?zhí)骄抗ぷ鲉芜M(jìn)行“示范”式引導(dǎo)，把自變量和因變量同時列在一張表格中，確定學(xué)生能夠識別出實驗中的單一變量因素后，才能開始實施實驗。在實驗結(jié)束時，被洗滌劑稀釋液滴過的蚯蚓應(yīng)該怎樣及時用清水處理再放回土壤中，也需要進(jìn)行一定的“示范”式引導(dǎo)。教師適時提供以上“示范”式教學(xué)引導(dǎo)，是為了更好地吸引學(xué)生的注意力和主動性，更好地促進(jìn)學(xué)生思維深度發(fā)展。

4創(chuàng)新開展實驗考查評價，促進(jìn)學(xué)生思維深度提升

實驗在生物學(xué)課程中具有獨特的價值和魅力?？茖W(xué)經(jīng)典實驗永遠(yuǎn)啟迪人類智慧?！皩嵺`出真知”“事實勝于雄辨”是能穿越時空的教學(xué)法則，也是眾多教學(xué)策略中的首選。實驗?zāi)芰σ话惆▽嶒灢僮?、實驗觀察和實驗認(rèn)知;科學(xué)探究能力一般包括科學(xué)思想的建立、科學(xué)知識的掌握、科學(xué)方法的運用和表達(dá)與交流，科學(xué)探究能力的培養(yǎng)在實驗操作的環(huán)境中更容易深入培養(yǎng)。創(chuàng)新實驗教學(xué)評價可以突破教材內(nèi)容的范疇，直指學(xué)生發(fā)展的核心素養(yǎng)。創(chuàng)新實驗評價方式需要將動手實驗操作與紙筆測試有效融合。教師只有基于真實情境，回歸日常生活，才能有效提升學(xué)生內(nèi)隱的學(xué)科關(guān)鍵能力，才能進(jìn)一步完善實驗教與學(xué)的品質(zhì)，促進(jìn)學(xué)生思維深度提升。

以“探究水對大豆種子萌發(fā)的影響”實驗考查為例，考查對象為初二學(xué)生，實驗考查時間為15min。實驗考查的目的指向?qū)W生的實驗探究能力。考查內(nèi)容主要包括：選擇實驗器材、選取實驗對象、設(shè)計對照實驗、整理實驗器材;操作過程中包括繪制種子萌發(fā)記錄表。實驗考查準(zhǔn)備：教師提前幫助學(xué)生準(zhǔn)備好相關(guān)的實驗器材，如紙巾、培養(yǎng)皿、標(biāo)簽紙、灑水壺、黃豆種子、工作單。實驗考查方法：學(xué)生單人單桌，在規(guī)定時間內(nèi)完成實驗操作內(nèi)容;教師現(xiàn)場對每位學(xué)生的操作行為表現(xiàn)和探究工作單相關(guān)內(nèi)容的表達(dá)進(jìn)行即時評價。實驗考查結(jié)果評定可以分合格或不合格，也可以按照學(xué)生能力表現(xiàn)水平層次從高到低劃分A、B和c三個等級。教師實驗考查評價表見表1。

實驗操作評價方式是在新穎、簡單、真實的實驗探究隋境中，借助“探究工作單”，讓學(xué)生實驗探究不同水平層次的能力真實地表現(xiàn)出來，從而獲得學(xué)生實驗探究能力真實數(shù)據(jù);并基于學(xué)生實驗探究能力的不同維度，對學(xué)生進(jìn)行相對真實的評價和反饋。教師只有開展有效評價，才能真正了解學(xué)生的科學(xué)思維和科學(xué)探究能力的水平層次;只有在認(rèn)真分析評價結(jié)果的基礎(chǔ)上，才能促進(jìn)學(xué)生進(jìn)行更多地創(chuàng)新思考，才能進(jìn)一步明確學(xué)生實驗探究能力和科學(xué)思維的發(fā)展方向。實踐證明，實驗考查的內(nèi)容越具有探究性和開放性，越能從操作評價走向?qū)W科關(guān)鍵能力評價，促進(jìn)教師真正轉(zhuǎn)變課堂教學(xué)方式，追求理科學(xué)科味道，彰顯理科學(xué)科魅力。

在生物學(xué)教學(xué)中，教師要立足于發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)，立足于學(xué)生的實際能力發(fā)展需要，不斷地改善課堂教學(xué)方式，大膽進(jìn)行有價值、有思維深度的實驗創(chuàng)新教學(xué)，幫助學(xué)生在生物學(xué)學(xué)習(xí)過程中逐步形成正確的價值觀念、必備品格和關(guān)鍵能力。