“科學(xué)探究”素養(yǎng)在初中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的運(yùn)用

□福建省莆田青璜中學(xué) 王素軍

當(dāng)今生物學(xué)核心素養(yǎng)中提出的科學(xué)探究是指能發(fā)現(xiàn)現(xiàn)實(shí)世界中的生物學(xué)問(wèn)題，針對(duì)特定的生物學(xué)現(xiàn)象，進(jìn)行觀察、提問(wèn)、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)實(shí)施以及結(jié)果的交流與討論，而這種能力的培養(yǎng)鍛煉也只有在生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中才能實(shí)現(xiàn)。作為一名初中教師，應(yīng)認(rèn)真思索實(shí)驗(yàn)教學(xué)的問(wèn)題，從而培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)中的“科學(xué)探究”素養(yǎng)。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中注重培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力、邏輯思維能力、數(shù)據(jù)信息獲取、處理和分析思維能力，以及對(duì)生物學(xué)知識(shí)之間內(nèi)在聯(lián)系的分析歸納能力、實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ?，從而引?dǎo)學(xué)生養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)研究態(tài)度，能用科學(xué)的眼光和思維對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程和結(jié)果進(jìn)行科學(xué)思維分析，大大提升學(xué)生的科學(xué)探究能力。

一、從科學(xué)探究的深度上：將驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)變?yōu)樘骄啃詫?shí)驗(yàn)

科學(xué)探究不能僅注重實(shí)驗(yàn)結(jié)果的證實(shí)、停留于表面現(xiàn)象的研究，還應(yīng)側(cè)重于探究過(guò)程中主動(dòng)構(gòu)建知識(shí)的培養(yǎng)。比如驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，它就是驗(yàn)證教材內(nèi)容中的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，學(xué)生缺乏主動(dòng)探究知識(shí)的形成過(guò)程，這樣不利于學(xué)生探究素養(yǎng)的提高，探究層次也僅留于表面。而探究性實(shí)驗(yàn)更注重引導(dǎo)學(xué)生創(chuàng)設(shè)一系列的問(wèn)題情境，學(xué)生在參與探究實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，體驗(yàn)實(shí)驗(yàn)材料的選擇、儀器的準(zhǔn)備、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和操作過(guò)程、結(jié)論推導(dǎo)的整個(gè)環(huán)節(jié)，大大提升探究素養(yǎng)和創(chuàng)新精神。

如在觀察蚯蚓的運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)中，我們使用的冀少版初中生物教材，我們對(duì)該實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)進(jìn)行改進(jìn)，讓學(xué)生在探究活動(dòng)了解事物的本質(zhì)規(guī)律。教材呈現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)方法是讓學(xué)生通過(guò)觀察蚯蚓在糙紙上的運(yùn)動(dòng)及身體變化，獲得“蚯蚓的剛毛在運(yùn)動(dòng)中起支撐和固定的作用，蚯蚓是依靠肌肉收縮與剛毛協(xié)助配合運(yùn)動(dòng)的”這一認(rèn)知，幫助學(xué)生理解蚯蚓的形態(tài)結(jié)構(gòu)和生理功能是與生存環(huán)境相適應(yīng)的這一重要概念。但實(shí)驗(yàn)沒(méi)有量化數(shù)據(jù)進(jìn)行比較分析，學(xué)生難以理解剛毛在蚯蚓運(yùn)動(dòng)中的支撐和固定作用。所以在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)上，通過(guò)比較蚯蚓在不同的毛玻璃板上的運(yùn)動(dòng)情況，一面是光滑界面，一面是粗糙界面。在白紙上畫出3條平行線ABC。其中A到B的距離為3.5cm，B到C的距離為1.5cm。分別將兩塊毛玻璃的粗糙面與光滑面蓋在紙上。在緊貼C線外的玻璃板上均勻地鋪上一層約1cm厚、5cm寬的腐土。讓身體長(zhǎng)6～7cm的細(xì)小蚯蚓置于A線與C線之間的玻璃板上。身體的前端剛好接觸腐土，尾端在A線之外，分別讓它爬，記錄不同兩面的時(shí)間，共計(jì)3次，取其平均值作比較。

二、從科學(xué)探究的效度上：實(shí)驗(yàn)材料和用具的改變

教材實(shí)驗(yàn)材料和用具的選擇具有一般性，要求各地各校都可以實(shí)施開(kāi)展。部分教師嚴(yán)格按照教材預(yù)設(shè)的實(shí)驗(yàn)材料及用具進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，最后發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)效果并不理想。但若更換實(shí)驗(yàn)材料，調(diào)整實(shí)驗(yàn)用具，讓學(xué)生分析、比較實(shí)驗(yàn)材料和器具改變后，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、結(jié)果的差異性，學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的認(rèn)識(shí)能夠更加貼近現(xiàn)象本質(zhì)。這樣，學(xué)生探究興趣盎然、質(zhì)疑不斷，有利于學(xué)生探究素養(yǎng)的提升。

學(xué)習(xí)《植物有性生殖》這一節(jié)內(nèi)容時(shí)，觀察“桃花”這個(gè)實(shí)驗(yàn)材料很難取，所以一般準(zhǔn)備我們這邊比較常見(jiàn)的行道樹(shù)“羊蹄甲”。它的花更大更直觀，而且它的子房是上位，與采摘它的果實(shí)比較更為明了。還有在植物呼吸作用探究實(shí)驗(yàn)中，引導(dǎo)學(xué)生除了考慮將原來(lái)的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)改為定量的探究性實(shí)驗(yàn)外，還注重實(shí)驗(yàn)的簡(jiǎn)易操作性，實(shí)驗(yàn)材料和用具上的改造大大培養(yǎng)學(xué)生的探究能力，發(fā)展學(xué)生的思維能力和學(xué)科素養(yǎng)。實(shí)驗(yàn)材料可選正在萌發(fā)的種子和炒熟的種子，用樹(shù)葉做實(shí)驗(yàn)我們還要考慮排除其光合作用的干擾。把每份50g萌發(fā)的綠豆種子和煮熟的綠豆種子分別裝在330ml的白色飲料瓶，并在瓶口用軟膠塞套溫度計(jì)，過(guò)些時(shí)間，用注射器各取40ml的氣體，然后分別注入兩個(gè)裝10ml的石灰水檢驗(yàn)二氧化碳，觀察溫度計(jì)數(shù)值來(lái)檢驗(yàn)是否釋放熱量，接著再打開(kāi)塞子，往兩個(gè)瓶中快速伸入點(diǎn)燃的木柴，觀察實(shí)驗(yàn)效果。

三、從科學(xué)探究的認(rèn)知度上：實(shí)驗(yàn)步驟的改變

正確的實(shí)驗(yàn)步驟是獲得確切的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、詳實(shí)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、正確的實(shí)驗(yàn)結(jié)論的前提。教師要監(jiān)測(cè)學(xué)生各步驟的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，預(yù)判各環(huán)節(jié)的誤差及出現(xiàn)的結(jié)果，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注步驟改變之后的現(xiàn)象改變，分析其實(shí)質(zhì)，對(duì)實(shí)驗(yàn)中提出的問(wèn)題、現(xiàn)象、失敗的原因要細(xì)致考慮，多問(wèn)“為什么”，注重實(shí)驗(yàn)的過(guò)程性分析，促進(jìn)學(xué)生“探究技能”的提高。

冀少版八年級(jí)生物教材安排一個(gè)實(shí)驗(yàn)：觀察葉片的結(jié)構(gòu)，先制作臨時(shí)葉片橫切片，再用顯微鏡微觀觀察葉片的組成。我們可以調(diào)整實(shí)驗(yàn)步驟，引導(dǎo)學(xué)生先宏觀觀察葉片的組成：表皮、葉肉、葉脈。通過(guò)肉眼觀察葉表皮，建立學(xué)生整體感觀葉片的組成，再引導(dǎo)學(xué)生證明表皮上有氣孔，如何在宏觀層面來(lái)感知?dú)饪住?shí)驗(yàn)步驟是：選取空心菜的葉片，將其葉片完全浸入水中，露出葉柄，用口銜住葉柄里吹氣。由于空心菜的葉柄是空心的，吹進(jìn)去的氣體很快就達(dá)到葉片，也就能看到葉面有氣泡冒出。而且，在實(shí)驗(yàn)中還發(fā)現(xiàn)，氣泡主要是從葉片的下表面冒出的，上表面很少有氣泡冒出或沒(méi)有氣泡。這樣調(diào)整實(shí)驗(yàn)步驟，變更教材原有步驟，先用顯微鏡觀察葉片組成再看葉片表皮氣孔，這樣的改變可進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究中的觀察能力。

四、從科學(xué)探究的廣度上：實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ降母淖?，課堂實(shí)驗(yàn)的延伸

“種子萌發(fā)條件”這個(gè)實(shí)驗(yàn)是初中生非常典型的一個(gè)探究性實(shí)驗(yàn)，對(duì)考查學(xué)生科學(xué)探究能力有很強(qiáng)的代表性。這個(gè)實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)備和操作都需要一定的時(shí)間才能有預(yù)期的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，讓學(xué)生拓展實(shí)驗(yàn)探究，可以進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和理性思維。

例如，學(xué)生在培育種子萌芽過(guò)程中，有時(shí)由于外界原因，損傷了胚根或胚芽，便引導(dǎo)學(xué)生課后進(jìn)一步探究“菜豆種子幼苗結(jié)構(gòu)殘缺發(fā)育情況”，所以在對(duì)照組完整幼苗前提下，實(shí)驗(yàn)組將“子葉剛張開(kāi)種皮少數(shù)脫落的幼苗切除胚芽為一組，胚軸切除無(wú)胚芽為另一組，胚根全部切除為第三組”。學(xué)生通過(guò)對(duì)照實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)殘缺的菜豆種子幼苗仍能發(fā)育成成熟的植珠，由此引導(dǎo)學(xué)生課后查閱資料分析探究的結(jié)果。