科學(xué)思維和生命觀念下的生物實(shí)驗(yàn)互動(dòng)教學(xué)

唐傳水

摘 ?要 以觀察草履蟲的外形、運(yùn)動(dòng)和趨性為例，探索生物實(shí)驗(yàn)互動(dòng)教學(xué)，以培養(yǎng)學(xué)生生物核心素養(yǎng)為導(dǎo)向，合理設(shè)置內(nèi)容，深入挖掘資源，改進(jìn)生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

關(guān)鍵詞 科學(xué)思維;生命觀念;核心素養(yǎng);生物實(shí)驗(yàn);草履蟲;多媒體互動(dòng)實(shí)驗(yàn)室;顯微鏡

中圖分類號(hào)：G633.91 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1671-489X（2020）11-0119-03

1 前言

新課程改革以核心素養(yǎng)體系為核心，對(duì)于生物教學(xué)來(lái)說(shuō)，教學(xué)設(shè)計(jì)、教學(xué)理念、教育科研等也應(yīng)作出相應(yīng)改變?？茖W(xué)思維是生物學(xué)核心素養(yǎng)的重要組成部分，是形成生命觀念的重要途徑。生命觀念是生物學(xué)的基礎(chǔ)素養(yǎng)之一。

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是生物教學(xué)的基本形式之一，是一種探究活動(dòng)，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維和生命觀念具有積極作用。生物學(xué)是研究生命體的學(xué)科，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的生命觀念，幫助學(xué)生更加深入地了解生命現(xiàn)象，激發(fā)對(duì)未知事物的探索和創(chuàng)新，形成正確的人生觀和價(jià)值觀，同時(shí)可以提高學(xué)生的探究能力、實(shí)驗(yàn)操作能力，培養(yǎng)學(xué)生的綜合素養(yǎng)。

2 課程標(biāo)準(zhǔn)對(duì)生物學(xué)科核心素養(yǎng)培養(yǎng)的要求

學(xué)科核心素養(yǎng)是通過(guò)學(xué)科的學(xué)習(xí)，形成關(guān)鍵能力、必備品格以及正確的價(jià)值觀念，集中體現(xiàn)了學(xué)科育人的價(jià)值。對(duì)于生物課程來(lái)說(shuō)，學(xué)生可以認(rèn)識(shí)到生物學(xué)的重要作用，了解生物學(xué)在促進(jìn)科技發(fā)展、人與自然和諧共處、提高人類生活質(zhì)量方面的意義。在學(xué)習(xí)中，學(xué)生應(yīng)形成科學(xué)思維的習(xí)慣，利用生物學(xué)的知識(shí)、邏輯、證據(jù)等思考生物學(xué)議題;樹立生命觀念，探索生命規(guī)律，認(rèn)識(shí)生命現(xiàn)象;在面對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的挑戰(zhàn)時(shí)能夠抵制不良生活習(xí)慣，利用生物學(xué)知識(shí)主動(dòng)宣傳引導(dǎo)，承擔(dān)社會(huì)責(zé)任;具有開展生物學(xué)實(shí)踐活動(dòng)的意愿，為繼續(xù)學(xué)習(xí)和未來(lái)進(jìn)入社會(huì)打下基礎(chǔ)。在生物學(xué)科學(xué)習(xí)中，學(xué)生要善于從實(shí)踐的層面解決生活中的問(wèn)題，形成合作精神，掌握科學(xué)的探究思路和方法，提高認(rèn)識(shí)和實(shí)踐能力。

根據(jù)新課程標(biāo)準(zhǔn)，在生物教學(xué)過(guò)程中要讓學(xué)生主動(dòng)參與學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)解決問(wèn)題的思路和方法以及生物學(xué)家在研究過(guò)程中所持有的觀點(diǎn)等，使學(xué)生能夠親自經(jīng)歷生物研究過(guò)程，從提出問(wèn)題、獲取信息到發(fā)現(xiàn)規(guī)律等，從而培養(yǎng)理性思維的習(xí)慣，獲得生物學(xué)知識(shí)，發(fā)展終身學(xué)習(xí)的能力，形成積極的科學(xué)態(tài)度。

對(duì)于本次研究中選取的觀察草履蟲的外形、運(yùn)動(dòng)和趨性生物實(shí)驗(yàn)，要幫助學(xué)生建構(gòu)概念，形成科學(xué)的思維，綜合歸納，形成正確的生命觀念;要能夠直觀感知，進(jìn)行科學(xué)探究，實(shí)行多媒體互動(dòng)，通過(guò)生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣;重視生物的實(shí)踐過(guò)程，強(qiáng)調(diào)參與，培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)。

3 觀察草履蟲的外形、運(yùn)動(dòng)和趨性的教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)施

分析教材與學(xué)情 ?本次研究生物實(shí)驗(yàn)互動(dòng)教學(xué)課程，選取“觀察草履蟲的外形、運(yùn)動(dòng)和趨性”，實(shí)際上就是對(duì)單細(xì)胞生物體的觀察和學(xué)習(xí)。通過(guò)觀察草履蟲的實(shí)驗(yàn)任務(wù)，使學(xué)生認(rèn)識(shí)到單個(gè)細(xì)胞也能構(gòu)成生物體，學(xué)習(xí)單細(xì)胞生物生命活動(dòng)特點(diǎn)、形態(tài)特點(diǎn)等。這一時(shí)期的學(xué)生有較強(qiáng)的好奇心和探究欲望以及強(qiáng)烈的動(dòng)手欲望，對(duì)生物課比較感興趣。在本次生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，筆者通過(guò)利用學(xué)校資源和教學(xué)素材，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行微觀探秘，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維和生命觀念。

教學(xué)目標(biāo) ?根據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)以及本次實(shí)驗(yàn)教學(xué)的內(nèi)容，設(shè)計(jì)教學(xué)目標(biāo)，培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)。教學(xué)目標(biāo)包括：

1）通過(guò)小組合作學(xué)習(xí)，學(xué)生自主觀察，使用多媒體互動(dòng)，引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用歸納與概括等思維方法，建構(gòu)科學(xué)概念，總結(jié)相關(guān)概念內(nèi)涵，學(xué)會(huì)對(duì)草履蟲的外形、運(yùn)動(dòng)和趨性進(jìn)行判斷;

2）進(jìn)行實(shí)驗(yàn)觀察，使學(xué)生直觀觀察感知草履蟲，分析外形、運(yùn)動(dòng)和趨性，形成生命觀念;

3）進(jìn)行假設(shè)，研究草履蟲的趨性，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)并引導(dǎo)學(xué)生完成，科學(xué)探究，進(jìn)行總結(jié)，獲得結(jié)論;

4）發(fā)展學(xué)生的核心素養(yǎng)。

基于草履蟲培養(yǎng)方法的實(shí)踐，讓學(xué)生關(guān)注草履蟲培養(yǎng)的研究方法，調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性和主動(dòng)性，提出可行的實(shí)驗(yàn)方案。

生物實(shí)驗(yàn)互動(dòng)教學(xué)過(guò)程

1）成立生物興趣小組并做先期研學(xué)。在課前，學(xué)生利用各種平臺(tái)進(jìn)行資料搜集，或者翻閱書刊，從國(guó)外相關(guān)的網(wǎng)站檢索信息，了解相關(guān)知識(shí)。教師可以向?qū)W生介紹尋找資料的方式和平臺(tái)。通過(guò)課前搜集資料，為科學(xué)探究做好準(zhǔn)備。學(xué)生打印、摘抄搜集的資料，然后采集草履蟲進(jìn)行培養(yǎng)。

①采集草履蟲。在學(xué)校周邊可以采集草履蟲，比如稻田水域、水池等。

②對(duì)草履蟲進(jìn)行培養(yǎng)。學(xué)生收集干稻草，選取近根部5 g，剪成小段，大約每段16 mm;準(zhǔn)備容積為1000 mL的燒杯，在其中放入干稻草，加500 mL清水;然后煮沸，持續(xù)大約5～8分鐘;放置24小時(shí)冷卻，形成稻草培養(yǎng)液;培養(yǎng)15天，保持室溫28 ℃。學(xué)生通過(guò)親自動(dòng)手，培養(yǎng)草履蟲，感受科學(xué)研究的過(guò)程。

2）運(yùn)用多媒體互動(dòng)實(shí)驗(yàn)室探究草履蟲的外形和運(yùn)動(dòng)。教師引導(dǎo)學(xué)生使用多媒體互動(dòng)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行探究實(shí)驗(yàn)。草履蟲培養(yǎng)液是學(xué)生自己準(zhǔn)備好的。每個(gè)學(xué)生都有自己的操作臺(tái)，可以使用互動(dòng)實(shí)驗(yàn)設(shè)備、雙目顯微鏡等。在最前面的操作臺(tái)上，教師可以掌控全班的課堂實(shí)驗(yàn)教學(xué)情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，指導(dǎo)單個(gè)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作。通過(guò)計(jì)算機(jī)，教師可以看到學(xué)生在顯微鏡下觀察的物像。同時(shí)，在最前端的大屏幕上投射學(xué)生觀察的物像，從而實(shí)現(xiàn)課堂實(shí)驗(yàn)的實(shí)時(shí)交互。

①觀察草履蟲的外形。利用顯微鏡，對(duì)草履蟲的外形進(jìn)行觀察。學(xué)生概述草履蟲的外形結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對(duì)草履蟲的外形有一定的了解，構(gòu)建生物多樣性、統(tǒng)一性的概念。

②對(duì)草履蟲的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行觀察。分析總結(jié)草履蟲的具體運(yùn)動(dòng)情況，包括變形運(yùn)動(dòng)、旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、不定向運(yùn)動(dòng)、快速直線運(yùn)動(dòng)。

在交互實(shí)驗(yàn)中，觀察真實(shí)的草履蟲的外形和運(yùn)動(dòng)，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)生物的興趣，開闊學(xué)生的視野。通過(guò)實(shí)驗(yàn)，幫助學(xué)生有效建構(gòu)科學(xué)概念，認(rèn)識(shí)到作為單細(xì)胞生物的草履蟲具有運(yùn)動(dòng)能力。

通過(guò)教學(xué)設(shè)計(jì)，教師為學(xué)生進(jìn)行生物交互實(shí)驗(yàn)創(chuàng)設(shè)良好的條件，充分利用學(xué)校的資源。在多媒體互動(dòng)實(shí)驗(yàn)室中，引導(dǎo)學(xué)生使用電子目鏡投影，能夠?qū)Σ萋南x進(jìn)行全面觀察，使學(xué)生親歷微觀世界的學(xué)習(xí)樂(lè)趣，進(jìn)行深入的科學(xué)探究，進(jìn)而激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，增加課堂教學(xué)的交互性、及時(shí)性，培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)和科學(xué)思維。

3）探究草履蟲的趨性。觀察分析草履蟲的外形和運(yùn)動(dòng)后，探討草履蟲的趨性。把學(xué)生分為若干小組，通過(guò)深入分析，提出不同的方案，比如觀察草履蟲在唾液中的趨性、不同溫度的水中草履蟲的趨性、不同顏色的光照下草履蟲的趨性、草履蟲在電場(chǎng)中的趨性等。教師根據(jù)學(xué)生的討論，選取有可操作性的實(shí)驗(yàn)方案，進(jìn)一步進(jìn)行分析。

第一種：草履蟲在電場(chǎng)中的趨性研究。使用載玻片，將一滴草履蟲培養(yǎng)液滴在上面。在培養(yǎng)液中，草履蟲均勻分布。使用兩根導(dǎo)線，連接一號(hào)電池。草履蟲培養(yǎng)液的上、下兩側(cè)分別連接電池的正極和負(fù)極，從而形成一個(gè)微弱的電場(chǎng)。電場(chǎng)作用七分鐘，然后對(duì)草履蟲的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行觀察。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在負(fù)極一側(cè)，有大部分的草履蟲在活動(dòng)，反映了在電場(chǎng)中草履蟲對(duì)負(fù)極有正趨性。通過(guò)生物實(shí)驗(yàn)探究，使學(xué)生感受實(shí)驗(yàn)的快樂(lè)、參與的喜悅，體會(huì)到鮮活的世界，在快樂(lè)中學(xué)習(xí)，培養(yǎng)科學(xué)思維。通過(guò)生物實(shí)驗(yàn)觀察，明確草履蟲是由單細(xì)胞構(gòu)成的。觀察草履蟲的外形、運(yùn)動(dòng)和趨性，了解單細(xì)胞生物能夠獨(dú)立完成生命活動(dòng)，生物體結(jié)構(gòu)和功能的基本單位是細(xì)胞，從而形成正確的生命觀念，建構(gòu)生物學(xué)的重要概念。

第二種：對(duì)草履蟲對(duì)食鹽水的趨性進(jìn)行探究。使用載玻片，將一滴草履蟲培養(yǎng)液滴在一端;滴加一滴清水在載玻片的另一端，兩邊液體使用牙簽連接起來(lái);將食鹽粒放入草履蟲培養(yǎng)液的一端，觀察草履蟲的反應(yīng)情況。學(xué)生錄制草履蟲的趨性實(shí)驗(yàn)出現(xiàn)困難，使用顯微鏡進(jìn)行觀察，視野范圍太小，對(duì)草履蟲的趨性運(yùn)動(dòng)難以捕捉。學(xué)生最后發(fā)現(xiàn)，可以使用普通攝像機(jī)進(jìn)行錄制，在載玻片的一側(cè)打強(qiáng)光，進(jìn)行肉眼觀察，能夠達(dá)到理想的效果。學(xué)生觀察到草履蟲移動(dòng)時(shí)碰上右側(cè)的食鹽水，馬上掉頭向反方向游去，反映了對(duì)于食鹽，草履蟲的運(yùn)動(dòng)有負(fù)趨性。

本次教學(xué)設(shè)計(jì)，學(xué)生課前和課上搜索資料，課堂中結(jié)合使用普通實(shí)驗(yàn)室、多媒體互動(dòng)教室，構(gòu)建生物教學(xué)平臺(tái)，進(jìn)行生物科學(xué)實(shí)驗(yàn)研究。

4 教學(xué)感悟與反思

本次觀察草履蟲的外形、運(yùn)動(dòng)和趨性實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，前后歷時(shí)兩個(gè)月。學(xué)生從采集資源，到培養(yǎng)草履蟲進(jìn)行觀察分析，參與動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)材料，觀察實(shí)驗(yàn)過(guò)程，最終完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)。整體過(guò)程包括：3月12日到4月12日，學(xué)生建立小組，開始搜集資料，進(jìn)行草履蟲的培養(yǎng);4月13日到18日，小組成員對(duì)實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行討論和修改;4月19日到25日，觀察草履蟲，在生物實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行大概了解，然后在多媒體互動(dòng)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)一步觀察分析其外形、運(yùn)動(dòng)和趨性，并對(duì)其趨性研究的實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行討論;5月5日到12日，完成觀察草履蟲的趨性實(shí)驗(yàn)。

學(xué)生對(duì)自己的實(shí)驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行總結(jié)，從建立學(xué)習(xí)小組到完成實(shí)驗(yàn)，雖然中間遇到一些問(wèn)題，但能夠積極解決;使用網(wǎng)絡(luò)搜索資料，學(xué)會(huì)搜集整理資料、主動(dòng)獲取知識(shí)的方

法;利用學(xué)校多媒體互動(dòng)實(shí)驗(yàn)教室進(jìn)行觀察研究，直觀感知豐富多彩的微觀世界，對(duì)生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)有了全新的認(rèn)識(shí)，從中體會(huì)科學(xué)實(shí)驗(yàn)的作用，形成科學(xué)的知識(shí)體系。

利用多媒體互動(dòng)實(shí)驗(yàn)室，能夠有效提升生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量。學(xué)生通過(guò)顯微鏡觀察草履蟲的外形、運(yùn)動(dòng)，了解生物現(xiàn)象;借助多媒體設(shè)備，實(shí)時(shí)展現(xiàn)觀察的圖像。在教學(xué)中，學(xué)生和學(xué)生之間、教師和學(xué)生之間進(jìn)行互動(dòng)，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題、共同解決。教師合理使用數(shù)字化媒體，能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，營(yíng)造良好的氛圍，提升生物教學(xué)的質(zhì)量。

本次生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動(dòng)獲得圓滿成功。在教學(xué)中，教師首先進(jìn)行合理的教學(xué)設(shè)計(jì)，充分利用學(xué)校的資源;然后建立學(xué)習(xí)小組，引導(dǎo)全體學(xué)生共同參與，共同研究學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊(duì)合作的精神。學(xué)生使用網(wǎng)絡(luò)搜索資料，利用學(xué)校的教學(xué)資源觀察生物現(xiàn)象，自己動(dòng)手完成實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行全程的科學(xué)探究。

5 結(jié)語(yǔ)

本文以觀察草履蟲的外形、運(yùn)動(dòng)和趨性為例，開展生物實(shí)驗(yàn)互動(dòng)教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維和生命觀念。教學(xué)中充分利用各種資源，開闊學(xué)生的視野，形成科學(xué)概念和生命觀念，幫助學(xué)生親歷科學(xué)研究的過(guò)程，進(jìn)行數(shù)字化學(xué)習(xí)及實(shí)踐，有利于培養(yǎng)學(xué)生的生物學(xué)核心素養(yǎng)。

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