自主開(kāi)發(fā)教具 培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)

江蘇省常州市北郊初級(jí)中學(xué)(213002) 邰玉韋

生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)是生物教學(xué)中一個(gè)不可分割的重要部分?！读x務(wù)教育生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2011版)》實(shí)施建議中關(guān)于加強(qiáng)和完善生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的一條重要建議是:實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)應(yīng)該多樣化?？刹捎帽容^規(guī)范的實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn),可設(shè)計(jì)低成本實(shí)驗(yàn);可以采用生物材料設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn),也可設(shè)計(jì)模擬性實(shí)驗(yàn);并鼓勵(lì)學(xué)生參與設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)等。

教具是一種輔助實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動(dòng)而學(xué)校配備或教師自制的實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備。學(xué)具與教具的主要區(qū)別:學(xué)具主要立足于學(xué)生的學(xué),適合學(xué)生在學(xué)習(xí)中使用;學(xué)具的開(kāi)發(fā)使用更能體現(xiàn)學(xué)生的動(dòng)手動(dòng)腦能力,特別是有利于培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)造精神。但學(xué)具需要在學(xué)習(xí)過(guò)程中根據(jù)需要?jiǎng)?chuàng)新設(shè)計(jì)和動(dòng)手開(kāi)發(fā),設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)的主體是教師和學(xué)生。學(xué)生從直接使用學(xué)具、到模仿制作學(xué)具,到主動(dòng)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)學(xué)具的過(guò)程中,可促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)方式轉(zhuǎn)變,促進(jìn)深度探究學(xué)習(xí)。

1 教師開(kāi)發(fā)生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教具的主要原則

1.1 科學(xué)性原則

開(kāi)發(fā)的教具作品要符合生物科學(xué)原理和生物教育教學(xué)規(guī)律;要符合中學(xué)生身心發(fā)展特點(diǎn)。

1.2 教學(xué)性原則

教具的設(shè)計(jì)要符合生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)的基本理念,有利于培養(yǎng)學(xué)生的生物學(xué)科核心素養(yǎng);有利于面向全體學(xué)生;有利于倡導(dǎo)研究性學(xué)習(xí)。

1.3 直觀性原則

制作的教具要便于觀察、操作、展示;直觀、生動(dòng)和形象;一般應(yīng)能重復(fù)使用。

1.4 簡(jiǎn)便性和趣味性原則

制作過(guò)程簡(jiǎn)單、使用方便、富有趣味性。

1.5 安全環(huán)保原則

在教具設(shè)計(jì)與制作過(guò)程中,始終把安全放在重要位置。應(yīng)選擇無(wú)毒、無(wú)害、無(wú)污染的原材料,同時(shí)要妥善處理制作教具過(guò)程中產(chǎn)生的廢棄物。

1.6 新穎性原則

教具的設(shè)計(jì)和制作過(guò)程中,要重視對(duì)學(xué)生創(chuàng)新精神的培養(yǎng),努力為學(xué)生提供更多的實(shí)踐機(jī)會(huì)、更大的思維空間;鼓勵(lì)學(xué)生設(shè)計(jì)出具有科學(xué)性、創(chuàng)造性的教具。

2 開(kāi)發(fā)使用教具培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)的主要策略

2.1 學(xué)生使用教師自制的教具,提升自主實(shí)驗(yàn)探究能力

“蚯蚓在什么樣的物體表面爬得快?”這一實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng),在初中生物學(xué)教學(xué)中占有重要地位,在不同版本的教材中都有出現(xiàn)。該探究活動(dòng)的意義不只是關(guān)注學(xué)生對(duì)探究活動(dòng)一般過(guò)程的認(rèn)識(shí),同時(shí)還有助于學(xué)生建立生物學(xué)的一個(gè)重要核心素養(yǎng)——結(jié)構(gòu)與功能適應(yīng)觀。教材提供的方案是:把活蚯蚓分別放在粗糙的硬紙板上和光滑的玻璃板上,讓學(xué)生觀察其運(yùn)動(dòng)狀態(tài),并進(jìn)行比較,來(lái)理解實(shí)驗(yàn)變量的含義,初步學(xué)會(huì)設(shè)計(jì)對(duì)照實(shí)驗(yàn)。多年的教學(xué)實(shí)踐表明,該實(shí)驗(yàn)效果不明顯,實(shí)驗(yàn)結(jié)果不穩(wěn)定,無(wú)法重復(fù),往往得不出預(yù)期的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。蚯蚓在玻璃板上的運(yùn)動(dòng)速度反而比在粗糙的硬紙板上的運(yùn)動(dòng)速度更快,分析其中一個(gè)重要原因是硬紙板盡管比玻璃板粗糙,但硬紙板表面比較干燥,容易吸去蚯蚓身體上的水分。曾有教師做了這樣的改進(jìn):先把硬紙板放在水里浸泡1 min左右,然后將其撈出來(lái)瀝干,除去多余的水分后再分發(fā)給學(xué)生,同時(shí)要求學(xué)生用濕布把玻璃表面也擦一下,然后再做同樣的實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果雖有所改變,但這個(gè)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)還是存在著明顯的問(wèn)題:兩種實(shí)驗(yàn)裝置材料的材質(zhì)不同;蚯蚓運(yùn)動(dòng)比較靈活,對(duì)比蚯蚓運(yùn)動(dòng)的快慢,既需要目視測(cè)量距離又要手動(dòng)計(jì)時(shí),操作起來(lái)難度大;浸濕后的硬紙板一般不可再重復(fù)使用。

筆者在教學(xué)實(shí)踐中嘗試改進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置,制作了一套AB對(duì)照教具,降低了實(shí)驗(yàn)難度,實(shí)驗(yàn)效果比較理想,而且可以保存重復(fù)使用。A組材料組成:邊長(zhǎng)為1 cm的“正方形”A4方格紙1張,1 mm×210 mm×297 mm亞克力透明有機(jī)玻璃板1塊;A4紙放在玻璃板下面。B組材料組成:邊長(zhǎng)為1 cm的“正方形”A4方格紙1張、磨砂膜帖1張1 mm×210 mm×297 mm亞克力透明有機(jī)玻璃板1塊。A4紙放在玻璃板下面,磨砂膜帖在亞克力透明有機(jī)玻璃板上面。為便于用教具進(jìn)行多次重復(fù)實(shí)驗(yàn),A4方格紙和有機(jī)玻璃板之間可以用雙面膠進(jìn)行固定。在這樣的裝置形成的對(duì)照實(shí)驗(yàn)中,B組裝置模擬的是粗糙的土壤環(huán)境,這樣的裝置提供了相對(duì)科學(xué)的對(duì)照實(shí)驗(yàn),盡量做到了控制單一變量。而且這套教具解決了本實(shí)驗(yàn)的一個(gè)難點(diǎn)——怎樣判斷哪種板面上的蚯蚓爬得快。學(xué)生可以利用方格紙將定量實(shí)驗(yàn)和定性實(shí)驗(yàn)有機(jī)結(jié)合起來(lái),增加了實(shí)驗(yàn)的科學(xué)性和趣味性。尤其是學(xué)生在討論如何計(jì)算蚯蚓爬行的距離時(shí),還聯(lián)想到利用數(shù)學(xué)勾股定理知識(shí)。提供合理的教具裝置,學(xué)生有更多的時(shí)間設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案,能更有效的完善實(shí)驗(yàn)操作,會(huì)自主地深入到觀察、比較、猜想、實(shí)驗(yàn)、交流、總結(jié)、分析和歸納的思維活動(dòng)中,得出相對(duì)科學(xué)的探究結(jié)論。同時(shí),培養(yǎng)了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究素養(yǎng)和探究能力。

2.2 學(xué)生模仿制作簡(jiǎn)單教具,有效突破實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的重難點(diǎn)

“呼吸運(yùn)動(dòng)”是《人體與外界環(huán)境的氣體交換》中的內(nèi)容,“能讓學(xué)生清楚地說(shuō)出呼吸運(yùn)動(dòng)的過(guò)程”是課標(biāo)明確提出的本課時(shí)要實(shí)現(xiàn)的一個(gè)教學(xué)目標(biāo)要求。這部分內(nèi)容抽象,概念較多,重點(diǎn)解決“肺與外界氣體交換到底是怎樣發(fā)生的,即呼吸的發(fā)生過(guò)程”這一教學(xué)問(wèn)題,而呼吸運(yùn)動(dòng)過(guò)程是動(dòng)態(tài)的、連續(xù)的、短暫的過(guò)程,需要有一定的知識(shí)基礎(chǔ)、思維推理能力和理解能力。同時(shí),理解呼吸運(yùn)動(dòng)的過(guò)程是理解完整的人體氣體交換怎樣“從外到內(nèi)、從內(nèi)到外”的基礎(chǔ)和前提。因此,“呼吸運(yùn)動(dòng)”的教學(xué)具有承上啟下的作用,既是教學(xué)重點(diǎn)又是教學(xué)難點(diǎn)。對(duì)學(xué)生前概念的調(diào)查結(jié)果顯示,分歧主要集中在胸廓容積和肺容積變化的因果關(guān)系上。分析其原因,學(xué)生對(duì)胸廓的組成、膈肌、肋間肌等的分布和功能,以及肌肉與骨骼的關(guān)系、體積變化與氣壓變化等關(guān)系,缺少基礎(chǔ)的生理知識(shí)和物理知識(shí)作支撐,對(duì)學(xué)生具有很大的挑戰(zhàn)性。在這種復(fù)雜的學(xué)習(xí)環(huán)境下,學(xué)生需要得到一個(gè)較清晰的、直觀的、簡(jiǎn)化明確的學(xué)習(xí)結(jié)果。因此,教師可以提供制作呼吸運(yùn)動(dòng)教具的材料,讓小組學(xué)生模仿安裝和自主探究,可以將抽象的概念直觀化、感性化,加深學(xué)生對(duì)概念的直觀體驗(yàn)和感性認(rèn)識(shí),降低學(xué)生學(xué)習(xí)的難度,激發(fā)學(xué)生的思維能力和積極探究的欲望,有效解決了教學(xué)的重難點(diǎn)。教師提供給每個(gè)小組合作制作的教具材料:小氣球2個(gè)、乳膠手套1只、V型塑料三通管1個(gè)、超輕泥土若干、300 m L的飲料杯1個(gè)、剪子、小橡皮筋2個(gè)等。每個(gè)小組先制作一個(gè)簡(jiǎn)易呼吸教具,再在全班范圍內(nèi)進(jìn)行展示和評(píng)價(jià)。然后,學(xué)生再利用教具完成具體的探究任務(wù):①膈肌收縮(下拉乳膠手套)時(shí),胸廓上下徑增大還是減小?胸廓容積如何變化?肺容積如何變化?②膈肌舒張(松手回升)時(shí),胸廓上下徑增大還是減小?胸廓容積如何變化?肺容積如何變化?在“做”的過(guò)程中,學(xué)生自然而然的達(dá)成了教學(xué)目標(biāo):當(dāng)胸廓容積增大時(shí),肺容積增大;當(dāng)胸廓容積縮小時(shí),肺容積縮小。

2.3 學(xué)生自主開(kāi)發(fā)使用教具,提升創(chuàng)新解決問(wèn)題的能力

在探究比較蚯蚓頭部和尾部對(duì)光刺激的反應(yīng)過(guò)程中,教材提示用小手電筒發(fā)出的光照射在蚯蚓身體的不同部位,觀察蚯蚓身體的不同部位對(duì)光刺激的反應(yīng)靈敏度。但教學(xué)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)即使是較小的手電筒發(fā)出的光也比較分散,在蚯蚓身上完成這一實(shí)驗(yàn)的效果一般都不理想。但有學(xué)生自主想出了一個(gè)好辦法,該學(xué)生嘗試把一張A4紙上下對(duì)折2次分成4份,每1份按照紙寬卷成紙筒,兩邊用訂書(shū)機(jī)固定上。然后,把這個(gè)紙筒套在手電筒的前端,讓手電筒發(fā)出的光從紙筒里射出形成一個(gè)聚光小圓,手電筒離蚯蚓身體越近則光圓越小,用這個(gè)光圓點(diǎn)刺激蚯蚓身體的不同部位,這樣實(shí)驗(yàn)效果會(huì)很明顯?？此埔粋€(gè)小小的創(chuàng)意和改進(jìn),正如麥克斯韋曾經(jīng)說(shuō)過(guò):“一項(xiàng)演示實(shí)驗(yàn),使用的材料越簡(jiǎn)單,學(xué)生就越熟悉,就越想透徹地獲得所驗(yàn)證的結(jié)果?！碑?dāng)然,為了進(jìn)一步提高學(xué)生開(kāi)發(fā)和使用自制教具的興趣,可以開(kāi)展教具比賽活動(dòng),讓學(xué)生自選課題,提升學(xué)生創(chuàng)新解決問(wèn)題的能力。海倫·凱勒說(shuō)過(guò):“一個(gè)人有了飛的沖動(dòng),它還會(huì)爬嗎?”學(xué)生自主開(kāi)發(fā)與使用教具的魅力也是如此。

總之,自主開(kāi)發(fā)使用教具符合STEM教育理念,對(duì)于學(xué)生來(lái)說(shuō)是一個(gè)循序漸進(jìn)的過(guò)程,需要教師不斷鼓勵(lì)和引領(lǐng);對(duì)于教師來(lái)說(shuō),是對(duì)教師教學(xué)素養(yǎng)的一種考驗(yàn)和磨練,任重而道遠(yuǎn)。但因教具、學(xué)具開(kāi)發(fā)和使用具有教學(xué)的主體性、學(xué)習(xí)的體驗(yàn)性、科學(xué)的探究性、方式的多樣性、價(jià)值的多元性等特點(diǎn),教師要重視教具的開(kāi)發(fā)和制作,讓教具、學(xué)具在生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中發(fā)揮其更大的價(jià)值。