基于初中科學(xué)核心素養(yǎng)下的實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)踐

謝竹君

【內(nèi)容摘要】科學(xué)學(xué)科的核心素養(yǎng)是學(xué)生在接受科學(xué)教育過(guò)程逐步形成的適應(yīng)個(gè)人終身發(fā)展和社會(huì)發(fā)展需要的必備品格和關(guān)鍵能力，創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)促進(jìn)學(xué)生核心素養(yǎng)的發(fā)展。

【關(guān)鍵詞】核心素養(yǎng) 創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)

一、問(wèn)題提出

科學(xué)是一門(mén)以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科。科學(xué)實(shí)驗(yàn)伴隨著學(xué)習(xí)的全過(guò)程，是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)核心素養(yǎng)的重要載體。核心素養(yǎng)是學(xué)生通過(guò)科學(xué)學(xué)習(xí)內(nèi)化的帶有科學(xué)學(xué)科特定的品質(zhì)，主要包括科學(xué)觀(guān)念與應(yīng)用、科學(xué)思維與創(chuàng)新、科學(xué)探究與交流、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任四方面。實(shí)驗(yàn)教學(xué)需要從四方面進(jìn)行設(shè)計(jì)，發(fā)展學(xué)生科學(xué)核心素養(yǎng)。

梅里爾強(qiáng)調(diào)要將學(xué)習(xí)置于真實(shí)的、聯(lián)系生活或任務(wù)序列之中[1]。教學(xué)任務(wù)應(yīng)置于真實(shí)、循序漸進(jìn)的任務(wù)序列中，在實(shí)際問(wèn)題情境中解決完成。教學(xué)設(shè)計(jì)應(yīng)先提出問(wèn)題或者任務(wù)，針對(duì)問(wèn)題設(shè)計(jì)教學(xué)環(huán)節(jié)，在各部分教學(xué)環(huán)節(jié)中完成該任務(wù)，并將所學(xué)到的知識(shí)運(yùn)用到實(shí)際中從而促進(jìn)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的發(fā)展。

本文將以“光合作用”為例，立足于發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)，以任務(wù)驅(qū)動(dòng)為實(shí)驗(yàn)教學(xué)核心設(shè)計(jì)，談?wù)勅绾卧诔踔锌茖W(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中發(fā)展學(xué)生的科學(xué)學(xué)科素養(yǎng)。

二、課堂實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)踐

（一）學(xué)習(xí)任務(wù)分析

本課時(shí)是浙教版初中科學(xué)八年級(jí)下冊(cè)第3章“空氣與生命”第6節(jié)——光合作用。本課時(shí)介紹光合作用的原理和設(shè)計(jì)不同的實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證光合作用的條件、產(chǎn)物和原料，由現(xiàn)象到本質(zhì)，由原理到實(shí)驗(yàn)進(jìn)行學(xué)習(xí)。教材安排了驗(yàn)證“光合作用條件、產(chǎn)物和原料”的活動(dòng)，讓學(xué)生領(lǐng)會(huì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的思想方法，經(jīng)歷實(shí)驗(yàn)方案不斷修改完成的過(guò)程，掌握水浴加熱、脫色處理等基本實(shí)驗(yàn)技能。

（二）教學(xué)過(guò)程

1.巧用生活情景，引入新課教學(xué)

核心素養(yǎng)中自主發(fā)展方面包括學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)和健康生活。巧用生活事例、自然現(xiàn)象引入新課，在于引起學(xué)生的學(xué)習(xí)欲望，調(diào)動(dòng)學(xué)習(xí)主動(dòng)性。熟悉的但又未知的知識(shí)情景，能激活學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的意識(shí)，引發(fā)學(xué)生積極思維，使學(xué)生樂(lè)學(xué)、想學(xué)。

案例：《光合作用》引入片段

本節(jié)課恰逢立夏，本地有吃立夏餅的習(xí)俗。我以吃“立夏餅”為生活材料設(shè)計(jì)引入，先請(qǐng)同學(xué)們講講立夏的風(fēng)俗，在熟悉的生活情景中展示新情景——在做光合作用實(shí)驗(yàn)時(shí)，拿起立夏餅，發(fā)現(xiàn)被手指接觸的部分出現(xiàn)變色。

教師：立夏餅變成了什么顏色呢？結(jié)合你所學(xué)過(guò)的知識(shí)，請(qǐng)解釋變色原因？

學(xué)生：是老師的手上沾有碘液，淀粉遇到碘液變藍(lán)。

教師：淀粉遇到碘液真的會(huì)變藍(lán)嗎？讓我們親自來(lái)驗(yàn)證。

之后，學(xué)生自主挑選試驗(yàn)材料，進(jìn)行驗(yàn)證并交流——粥湯與碘液實(shí)驗(yàn)。

教師：感謝同學(xué)們幫我釋疑。但是，我發(fā)現(xiàn)：同學(xué)們餓了，會(huì)吃食物，然后長(zhǎng)大長(zhǎng)高。但是植物并不會(huì)吃東西，是如何長(zhǎng)大長(zhǎng)高的呢？

設(shè)計(jì)意圖：從生活化的情景入手，在討論過(guò)程中，突然拋出不一樣的問(wèn)題，激發(fā)學(xué)生的求知欲，不知不覺(jué)地引入新課教學(xué)。問(wèn)題的設(shè)置使學(xué)生經(jīng)歷理性思辨、思考質(zhì)疑、取證驗(yàn)證，促進(jìn)學(xué)生科學(xué)核心素養(yǎng)的發(fā)展。而本實(shí)驗(yàn)中獲得的結(jié)論，將貫穿于本節(jié)課的課堂設(shè)計(jì)，“淀粉遇碘液變藍(lán)”結(jié)論將作為驗(yàn)證光合作用產(chǎn)物的判定標(biāo)準(zhǔn)。

2.設(shè)置問(wèn)題引導(dǎo)，構(gòu)建教學(xué)情境

連續(xù)問(wèn)題導(dǎo)引能促進(jìn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)。而將問(wèn)題具體化，情景化的處理，能構(gòu)建適合課堂實(shí)驗(yàn)探究的簡(jiǎn)化情境，引導(dǎo)學(xué)生思考，發(fā)展學(xué)生科學(xué)思維，促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)能力提升。

案例：《光合作用》片段——任務(wù)一：設(shè)計(jì)光合作用名片

教師：閱讀課本P107頁(yè)光合作用的原理，為光合作用制作一張名片。

教師：光合作用真是這樣嗎？植物真的能通過(guò)光合作用產(chǎn)生淀粉嗎？

學(xué)生閱讀課本，完成名片設(shè)計(jì)，如圖1，并展示、交流、評(píng)價(jià)。

教師：我們就來(lái)驗(yàn)證光合作用的原料、條件、產(chǎn)物。但是課堂時(shí)間有限，不可能窮盡所有的研究，同學(xué)們想驗(yàn)證哪些呢？

學(xué)生：驗(yàn)證光合作用產(chǎn)生淀粉。

設(shè)計(jì)意圖：學(xué)生結(jié)合小學(xué)已有的光合作用知識(shí)，通過(guò)科學(xué)教學(xué)方法，培養(yǎng)其分析、歸納、整理的能力。通過(guò)對(duì)光合作用原理的探索，引導(dǎo)出本節(jié)課實(shí)驗(yàn)探究的核心問(wèn)題——驗(yàn)證研究光合作用產(chǎn)生淀粉。

3.聚焦學(xué)習(xí)任務(wù)，進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是初中科學(xué)教學(xué)的重點(diǎn)。在教學(xué)中，應(yīng)著重培養(yǎng)學(xué)生在真實(shí)情境中提出科學(xué)問(wèn)題、形成猜想和假設(shè)，用問(wèn)題促進(jìn)學(xué)生改進(jìn)和優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，用科學(xué)的方法獲取信息、形成結(jié)論，培養(yǎng)學(xué)生交流、評(píng)估、反思的能力[2]。而實(shí)驗(yàn)課中，任務(wù)驅(qū)動(dòng)、問(wèn)題導(dǎo)引是較為有效的方法之一。

案例：《光合作用》片段——任務(wù)二：驗(yàn)證光合作用產(chǎn)生淀粉

（1）問(wèn)題導(dǎo)引，激發(fā)沖突

問(wèn)題1：我們?cè)鯓訖z驗(yàn)淀粉的存在？

問(wèn)題2：如果光合作用能夠產(chǎn)生淀粉，則葉片中的淀粉怎么檢驗(yàn)？

學(xué)生：將碘液滴入葉片，觀(guān)察葉片是否變色。（呼應(yīng)課堂導(dǎo)入的新知）

教師：這樣真的可以嗎？每個(gè)小組試一試。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：滴加了碘液的葉片不變色。

設(shè)計(jì)意圖：連續(xù)的問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生思考檢驗(yàn)淀粉的方法，從已有認(rèn)知和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的不同引起學(xué)生認(rèn)知沖突，促使學(xué)生進(jìn)行有意義的學(xué)習(xí)。而課堂直接遷移新課所得，提升了學(xué)生的思維水平，發(fā)展學(xué)生遷移知識(shí)能力。

（2）構(gòu)建支架，探索認(rèn)知

教師：我們發(fā)現(xiàn)，直接在葉片上滴加碘液，無(wú)法觀(guān)察到葉片變色。這能說(shuō)明葉片中沒(méi)有淀粉嗎？

教師補(bǔ)充：碘液進(jìn)入葉肉細(xì)胞較難且慢。葉肉細(xì)胞中淀粉遇碘變紫，但受葉片本身綠色的干擾，使變色不明顯。那怎樣使現(xiàn)象明顯呢？

學(xué)生：使葉片褪色。

教師再補(bǔ)充：葉綠素使葉片看上去為綠色。葉綠素容易溶解在酒精中，這樣可以脫去葉片的顏色，變?yōu)辄S白色。研究發(fā)現(xiàn)：在相對(duì)較高的溫度，葉綠素能夠較快的溶解到酒精里。而書(shū)本中，采用水浴加熱。實(shí)驗(yàn)室選用500ml的大燒杯搭配150ml的小燒杯進(jìn)行水浴。

學(xué)生提問(wèn)：直接用酒精燈加熱酒精進(jìn)行脫色不行嗎？

教師又補(bǔ)充：我做了兩個(gè)實(shí)驗(yàn)，如圖2。我們發(fā)現(xiàn)，直接用酒精燈加熱酒精進(jìn)行脫色時(shí)，酒精將快速揮發(fā)，彌散在空氣中，有著火的危險(xiǎn)。

設(shè)計(jì)意圖：對(duì)于水浴加熱、酒精脫色，學(xué)生毫無(wú)知識(shí)基礎(chǔ)。面對(duì)與認(rèn)知水平不相符的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與操作時(shí)，我們可以采用“鋪墊實(shí)驗(yàn)”策略。鋪墊實(shí)驗(yàn)——酒精直接加熱脫色的設(shè)計(jì)，彌補(bǔ)了學(xué)生原有認(rèn)知水平的不足，直觀(guān)展現(xiàn)兩種方案的效果，促使學(xué)生尊重實(shí)驗(yàn)事實(shí)，形成解決問(wèn)題的方法。

（3）設(shè)計(jì)方案，自主實(shí)驗(yàn)

教師：請(qǐng)同學(xué)們小組合作，完善實(shí)驗(yàn)方案，再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

學(xué)生：小組合作交流，完成實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)并驗(yàn)證，如圖3。

設(shè)計(jì)意圖：讓學(xué)生經(jīng)歷探究的過(guò)程，學(xué)會(huì)方案設(shè)計(jì)與改進(jìn)、水浴法加熱、酒精脫色等基本操作技能，體驗(yàn)探究活動(dòng)中的分析、比較、想象、綜合等思維活動(dòng)，發(fā)展學(xué)生批判質(zhì)疑精神，多角度、辯證分析問(wèn)題，作出合理的選擇。

（4）分析結(jié)果，交流評(píng)價(jià)

事先準(zhǔn)備的實(shí)驗(yàn)材料，取自于校園內(nèi)現(xiàn)采的植物，8組實(shí)驗(yàn)小組的材料均不同：三葉草葉片、豌豆葉片、小盆草葉片、苧麻葉片、天竺葵葉片……學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)后，進(jìn)行小組交流與評(píng)價(jià)。

設(shè)計(jì)意圖：實(shí)驗(yàn)材料、光合作用時(shí)間、小組操作的不同，都會(huì)造成實(shí)驗(yàn)結(jié)果的多樣性。這更能激發(fā)學(xué)生的交流能力和創(chuàng)造性，發(fā)展學(xué)生勇于探究的科學(xué)素養(yǎng)。在交流中，生成了很多值得探究的問(wèn)題：碘液濃度對(duì)于染色的影響，葉片表皮結(jié)構(gòu)對(duì)于顯色的影響，酒精濃度與葉片褪色后脆硬程度的影響……

4.遷移課堂新知，提升思維能力

當(dāng)學(xué)生有機(jī)會(huì)操作，并將所學(xué)的技能應(yīng)用到各類(lèi)具體問(wèn)題時(shí)，技能水平才會(huì)提高。在課堂中遷移所學(xué)新知，應(yīng)用于具體的真實(shí)情境中，能促進(jìn)學(xué)生思維的發(fā)展。

案例：《光合作用》片段——任務(wù)三：驗(yàn)證光照是光合作用的發(fā)生條件

教師：通過(guò)剛才的實(shí)驗(yàn)，我們驗(yàn)證光合作用能產(chǎn)生淀粉。現(xiàn)在，驗(yàn)證光照是光合作用的發(fā)生條件，我們?cè)撊绾卧O(shè)計(jì)呢？小組合作，討論設(shè)計(jì)。

實(shí)驗(yàn)梯度設(shè)置：

問(wèn)題1：本實(shí)驗(yàn)觀(guān)測(cè)指標(biāo)是什么？

問(wèn)題2：本實(shí)驗(yàn)自變量是什么？

問(wèn)題3：在有無(wú)光照的條件下，植物葉片中淀粉含量會(huì)如何變化？

問(wèn)題4：如果葉片中原來(lái)就有淀粉，我們將如何處理呢？

……

學(xué)生通過(guò)合作，交流方案，形成驗(yàn)證光照是光合作用的發(fā)生條件實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，如圖4。

創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)：教師事先將豌豆進(jìn)行暗處理、遮光、光照三步。課前五分鐘，用水浴進(jìn)行酒精脫色，但是大燒杯加入熱水，小燒杯內(nèi)放入酒精和葉片后，不進(jìn)行酒精加熱，而用兩塊干燥的毛巾緊緊包裹。此環(huán)節(jié)時(shí)（課堂進(jìn)行約30分鐘），豌豆葉已經(jīng)脫去葉綠色，變?yōu)榘咨?，取出豌豆葉，進(jìn)行漂洗、加碘液處理。

設(shè)計(jì)意圖：遷移任務(wù)二中的結(jié)論作為任務(wù)三實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的觀(guān)察指標(biāo)。這樣的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，梯度呈現(xiàn)，循環(huán)上升，為光照條件實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)做鋪墊，降低學(xué)習(xí)難度。而創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的演示，縮短水浴加熱的時(shí)間，豐富酒精脫色的方法，凸顯酒精脫色的本質(zhì)，對(duì)學(xué)生有較強(qiáng)震撼。學(xué)生體驗(yàn)了發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，分析綜合，推理論證，方案改進(jìn)等科學(xué)思維與創(chuàng)新的探究行為，促進(jìn)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的發(fā)展。

5.創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)演示，拓展思維空間

創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，拓展學(xué)生思維空間，激發(fā)求知欲，提升學(xué)生的思維、設(shè)計(jì)、實(shí)踐能力。利用新材料改進(jìn)實(shí)驗(yàn)本身，是實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新的基本方向，也是解決疑難實(shí)驗(yàn)的突破口。

案例：《光合作用》片段——演示：驗(yàn)證二氧化碳是光合作用的原料

將BTB試劑（溴百里酚藍(lán)試劑），吹入大量二氧化碳，使試劑由藍(lán)色變?yōu)辄S綠色（讓學(xué)生當(dāng)堂吹起，觀(guān)察BTB溶液顏色變化）。取三只試管，A、B兩支試管放入等量金魚(yú)藻，C作為對(duì)照，不放金魚(yú)藻。A、C倒入等量的黃綠色BTB試劑溶液，B倒入等量藍(lán)色BTB試劑溶液，放在陽(yáng)光下。

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：A試管中溶液由黃綠色變?yōu)榈{(lán)色，B、C試管中顏色變化不明顯。現(xiàn)象分析：由于A(yíng)試管中金魚(yú)藻進(jìn)行了光合作用使二氧化碳明顯減少，BTB試劑才發(fā)生了顏色變化。實(shí)驗(yàn)結(jié)論：二氧化碳是光合作用的原料。

設(shè)計(jì)意圖：采用BTB試劑突破教材實(shí)驗(yàn)中二氧化碳量難以控制的難點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)光合作用原料、條件、產(chǎn)物的驗(yàn)證。激發(fā)學(xué)生用其他實(shí)驗(yàn)去探究光合作用的影響因素，發(fā)展學(xué)生批判質(zhì)疑的能力。

三、科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)思考

本節(jié)課以“創(chuàng)設(shè)情境，引入課題——任務(wù)驅(qū)動(dòng)，驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)——遷移新知，二次設(shè)計(jì)——?jiǎng)?chuàng)新實(shí)驗(yàn)，拓展思維”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)的各個(gè)環(huán)節(jié)中，靈活運(yùn)用手段，結(jié)合知識(shí)特點(diǎn)，激發(fā)探究興趣，注重思維發(fā)展，培養(yǎng)探究能力，提高評(píng)價(jià)水平，發(fā)展科學(xué)核心素養(yǎng)。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，讓我明白還有很多方面需要提高。

1.實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)注重教學(xué)情境創(chuàng)設(shè)

“科學(xué)探究與交流”是指具有科學(xué)探究的意識(shí)，能在真實(shí)情境中提出科學(xué)問(wèn)題?！扒榫场獑?wèn)題——探究——認(rèn)知”的認(rèn)知構(gòu)建，合適的情境創(chuàng)設(shè)提高學(xué)生核心素養(yǎng)。

2.實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)可以采取多種教學(xué)方式

實(shí)驗(yàn)教學(xué)可以是探究式、啟發(fā)式、任務(wù)驅(qū)動(dòng)、聚焦問(wèn)題、問(wèn)題導(dǎo)引。但是每一個(gè)環(huán)節(jié)，都可以采取不同的方法。我認(rèn)為，實(shí)驗(yàn)教學(xué)的理想方式是在情境中探究問(wèn)題，在探究中構(gòu)建知識(shí)，在應(yīng)用中啟迪思維。

3.實(shí)驗(yàn)教學(xué)催生教學(xué)相長(zhǎng)

《光合作用》這節(jié)課后，師生都產(chǎn)生了很多有興趣的研究問(wèn)題，相互交流促進(jìn)教學(xué)相長(zhǎng)。在交流中，生成了很多值得探究的問(wèn)題：碘液濃度對(duì)于染色的影響，葉片表皮結(jié)構(gòu)對(duì)于顯色的影響，酒精濃度與葉片褪色后脆硬程度的影響……

【參考文獻(xiàn)】

[1]范丹丹. 基于首要教學(xué)原理的初中科學(xué)微課教學(xué)設(shè)計(jì)研究[D].杭州師范大學(xué)，2018.

[2]李丹洋. 物理核心素養(yǎng)在初中物理教材中的體現(xiàn)分析[D].貴州師范大學(xué)，2019.

（作者單位：浙江省杭州市余杭區(qū)喬司中學(xué)）