基于科學(xué)探究核心素養(yǎng)的初中生物課堂拓展實(shí)驗(yàn)初探
——以“模擬酸雨影響種子的萌發(fā)”為例

（江蘇省南京市浦口區(qū)實(shí)驗(yàn)學(xué)校 江蘇南京 211800）

生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)包括生命觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究與社會責(zé)任4個(gè)方面。其中，科學(xué)探究能力的培養(yǎng)主要以實(shí)驗(yàn)教學(xué)為載體，通過提出問題、作出假設(shè)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、記錄數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)得出結(jié)論、討論交流，大大提升學(xué)生的科學(xué)探究能力和水平。

酸雨在我國普遍存在，覆蓋面積已占國土面積的30%以上。酸雨危害是多方面的，包括對人體健康、生態(tài)系統(tǒng)和建筑設(shè)施都有直接和潛在的危害。多數(shù)學(xué)生都沒有經(jīng)歷過酸雨，對酸雨的危害大多通過媒體了解，并不能真切的認(rèn)同。蘇教版七年級下冊第十三章第一節(jié)“關(guān)注生物圈——環(huán)境在惡化”中有一個(gè)探究實(shí)驗(yàn)，主題為“模擬酸雨影響種子的萌發(fā)”。但是僅僅以黃豆為材料，設(shè)計(jì)了清水組和酸雨組作為對照，實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蛘f明一定的結(jié)論，但限于材料和組數(shù)太少，并不能很好地說明酸雨的危害?；诖耍P者試以“模擬酸雨影響種子的萌發(fā)”為例，就如何有效進(jìn)行初中生物課堂拓展實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)進(jìn)行探討。

1 課堂拓展實(shí)驗(yàn)的層次性

初中生物課堂實(shí)驗(yàn)常常提供探究目的、推薦器材、背景知識、探究指導(dǎo)和討論等多個(gè)環(huán)節(jié)，常常以學(xué)生探究或者教師演示的形式進(jìn)行，以此突破教材上的重難點(diǎn)。拓展實(shí)驗(yàn)不僅僅是圍繞相同主題進(jìn)行的同類型實(shí)驗(yàn)的類比，更是知識點(diǎn)橫向和縱向的延伸。因此，需要教師設(shè)計(jì)目標(biāo)精準(zhǔn)的拓展實(shí)驗(yàn)。同時(shí)，不同實(shí)驗(yàn)之間要有層次性，以符合學(xué)生的認(rèn)知，避免出現(xiàn)思維混亂。

例如，“模擬酸雨影響種子的萌發(fā)”這個(gè)實(shí)驗(yàn)是蘇教版七年級下冊第十三章第一節(jié)“關(guān)注生物圈——環(huán)境在惡化”中第二部分“環(huán)境問題嚴(yán)峻”關(guān)于酸雨的一個(gè)探究實(shí)驗(yàn)，因?yàn)閷?shí)驗(yàn)的時(shí)間較長，不方便在課堂上完整地呈現(xiàn)，所以筆者將實(shí)驗(yàn)放在了課前完成，并詳細(xì)記錄的數(shù)據(jù)。表1是最初的設(shè)計(jì)。

該設(shè)計(jì)流程以書本實(shí)驗(yàn)出發(fā)，拓展了在相同酸雨下對小麥、香草種子萌發(fā)的影響，還拓展了不同pH酸雨對小麥種子萌發(fā)的影響，從內(nèi)容上看符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，逐層深入。但仔細(xì)觀察教師提供的數(shù)據(jù)，分析各個(gè)實(shí)驗(yàn)形成的結(jié)論，不難發(fā)現(xiàn)書本實(shí)驗(yàn)和拓展實(shí)驗(yàn)1盡管證明了酸雨對部分種子萌發(fā)有影響，但影響卻并不是很大，甚至對小麥種子萌發(fā)就沒有影響。那么，學(xué)習(xí)完這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)后，學(xué)生腦中就會形成“酸雨對種子萌發(fā)有一定影響，但影響并不明顯”這樣的概念。這樣的前概念一旦形成對學(xué)生后續(xù)學(xué)習(xí)酸雨的危害具有負(fù)遷移的作用，會阻礙后續(xù)學(xué)習(xí)的開展。因此，教師可適當(dāng)調(diào)整教學(xué)順序，使得教學(xué)設(shè)計(jì)更具層次性，更加符合學(xué)生的邏輯，將酸雨具有明顯危害的實(shí)驗(yàn)（即拓展實(shí)驗(yàn)2）放在最前面進(jìn)行探究和分析。如果考慮到拓展實(shí)驗(yàn)2設(shè)置的組別沒有清水對照組，可以先設(shè)置2組實(shí)驗(yàn)說明酸雨的危害，再拓展適當(dāng)增加幾組以增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)的說服力，如可以設(shè)置pH為2.4、3.4、4.4、5.4、6.4、7.4這樣的多組實(shí)驗(yàn)。這樣處理之后，pH梯度變小，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象更加具體，說服力也更強(qiáng)。改良后的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)見表2。

表1 最初的教學(xué)設(shè)計(jì)

表2 改良后的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

這樣設(shè)計(jì)可以讓學(xué)生形成“酸雨對種子萌發(fā)有明顯的危害”的前概念，教師再進(jìn)行拓展，就不會干擾學(xué)生建立正確概念。改良后的實(shí)驗(yàn)2讓學(xué)生可以辯證地看待酸雨的問題。教師還可以進(jìn)一步深化探究實(shí)驗(yàn)，如探究酸雨對種子萌發(fā)有沒有促進(jìn)作用、探究種子種類受酸雨的影響的區(qū)別，以此逐漸打開學(xué)生的思維。。

2 課堂拓展實(shí)驗(yàn)的啟發(fā)性

孔子說過，“不憤不啟，不悱不發(fā)，舉一隅，不以三隅反，則不復(fù)也”。在實(shí)際的教學(xué)活動(dòng)中，生物學(xué)教師在設(shè)計(jì)拓展實(shí)驗(yàn)的時(shí)候還需要注意實(shí)驗(yàn)的啟發(fā)性。新課改提倡培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考的習(xí)慣，通過自主、合作、探究學(xué)習(xí)，更好地理解和掌握相應(yīng)的知識，從而發(fā)展學(xué)生的生物核心素養(yǎng)。在啟發(fā)式教學(xué)中，教師要根據(jù)學(xué)情，引導(dǎo)、啟發(fā)學(xué)生進(jìn)行學(xué)習(xí)，在熟練掌握相關(guān)知識點(diǎn)的基礎(chǔ)上，利用所學(xué)知識解決生活中的實(shí)際問題，從而培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題并解決問題的能力。

2.1 教師提問的開放性

探究始于“問”，此問一般由學(xué)生自己提出，能夠在一定程度上激發(fā)學(xué)生的探究興趣，培養(yǎng)其科學(xué)探究能力。但在探究過程中，學(xué)生的進(jìn)一步“問”的能力需要教師引導(dǎo)，否則非常容易出現(xiàn)眼高手低的現(xiàn)象。不少教師的提問引導(dǎo)往往直指實(shí)驗(yàn)本身，過于具體化反而限制了學(xué)生的思維，所以教師提問要具有開放性，又不偏離主題，才能啟發(fā)學(xué)生的思維。

例如，在探究“模擬不同pH的酸雨對小麥種子萌發(fā)的影響”實(shí)驗(yàn)時(shí)，教師可以設(shè)計(jì)以下問題：為什么要設(shè)計(jì)這么多組不同pH的酸雨組？看到這些實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，你想到了什么？分析這些數(shù)據(jù)，你能得出哪些結(jié)論？你覺得這個(gè)實(shí)驗(yàn)還可以怎么改進(jìn)？根據(jù)你的猜想，你還想設(shè)計(jì)什么樣的實(shí)驗(yàn)？這樣的提問啟發(fā)性較強(qiáng)，可以充分發(fā)揮學(xué)生的主體性，使學(xué)生在獲得教師的預(yù)設(shè)目標(biāo)之后還能有所延伸，促進(jìn)學(xué)生對知識的應(yīng)用以及對知識體系的整合。

2.2 方法指導(dǎo)的科學(xué)性

培養(yǎng)學(xué)生的探究能力是初中生物學(xué)課程的重要目標(biāo)之一。科學(xué)探究既需要觀察和實(shí)驗(yàn)，又需要對證據(jù)、數(shù)據(jù)等進(jìn)行分析和判斷?？茖W(xué)探究需要利用多種方式呈現(xiàn)證據(jù)、數(shù)據(jù)，如采用文字、圖表等方式來表述結(jié)果，需要與他人交流和合作。七年級學(xué)生在提出問題、作出假設(shè)方面已經(jīng)具備較強(qiáng)的能力，實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)也基本可以合作完成，但是收集并分析數(shù)據(jù)從而得出結(jié)論的能力還有待提高，所以教師必須關(guān)注方法指導(dǎo)的科學(xué)性。

例如，在探究“模擬酸雨種子對黃豆、小麥、香草種子萌發(fā)的影響”實(shí)驗(yàn)時(shí)，因?yàn)樯婕?組不同pH的3種植物種子，共計(jì)9組數(shù)據(jù)。當(dāng)數(shù)據(jù)呈現(xiàn)出來的時(shí)候，學(xué)生感覺無從下手，很難得出教師想要的效果。這時(shí)，教師要引導(dǎo)學(xué)生從橫向、縱向兩個(gè)角度去解讀數(shù)據(jù)。橫向解讀，如選取pH為3.8的酸雨組，比較3種不同植物種子的萌發(fā)情況，從而得出“同一pH的酸雨對不同種子有不同影響”的結(jié)論。縱向解讀，如選取香草種子，比較3組不同pH溶液對種子萌發(fā)的影響，從而得出“不同pH的溶液對同一種子影響也不同”的結(jié)論。

在分析數(shù)據(jù)的時(shí)候，教師還可以通過現(xiàn)代化的信息手段，制作直觀的圖表幫助學(xué)生分析數(shù)據(jù)。例如，在橫向解讀時(shí)，將數(shù)據(jù)進(jìn)行不同顏色的標(biāo)示，如黃色表示pH為3.8，綠色表示pH為5.6，紅色表示pH為7.4，以此引起學(xué)生的無意注意，從而不用教師刻意去講，學(xué)生也能按照橫向去對比分析同一pH的溶液對不同植物的影響?？v向解讀某一種子的萌發(fā)情況時(shí)，可以繪制折線圖，能夠較為直觀地看出不同pH對于同一類型的種子的影響。

2.3 學(xué)生合作的有效性

隨著新課改的不斷深化，教師觀和學(xué)生觀也在不斷完善。當(dāng)前的教學(xué)活動(dòng)中，師生之間、生生之間的互動(dòng)交流不斷增加，學(xué)生的主體地位不斷突顯，尊重個(gè)性差異、構(gòu)建和諧的教學(xué)氛圍、推動(dòng)學(xué)生有效合作和自主探究就變得尤為重要。當(dāng)學(xué)生合作有效開展，他們的想法就會碰撞，產(chǎn)生令人意想不到的效果，從而促使他們學(xué)有所思、學(xué)有所得，這也正是啟發(fā)教學(xué)的目的所在。

例如，在探究“酸雨對黃豆種子萌發(fā)的影響”實(shí)驗(yàn)時(shí)，教師提出疑問：“你覺得這個(gè)實(shí)驗(yàn)還可以怎么改進(jìn)？”此時(shí)，若充分發(fā)動(dòng)學(xué)生進(jìn)行討論，學(xué)生就會迸發(fā)出各種新奇卻又具有一定價(jià)值的想法。觀點(diǎn)1：“pH的溶液配好后，會不會因?yàn)檎舭l(fā)或者其他原因，隨著時(shí)間的推移會有所改變，這樣的話就需要定期去測量各組的pH，才能保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的科學(xué)性?！庇^點(diǎn)2：“我覺得每組黃豆選用20粒，數(shù)量上有點(diǎn)少，是不是可以考慮增加黃豆的數(shù)量，比如增加到50粒甚至100粒，以避免實(shí)驗(yàn)的偶然性。”觀點(diǎn)3：“我覺得pH的梯度可以更小一些，設(shè)置更多組。這樣我們甚至可以探究酸雨是從哪個(gè)pH開始對植物種子萌發(fā)開始產(chǎn)生負(fù)面影響的。”觀點(diǎn)4：“我發(fā)現(xiàn)老師呈現(xiàn)的圖片中，pH為3.8的酸雨組霉變很嚴(yán)重，那么霉變對種子萌發(fā)有沒有影響呢?如果有，那怎么說明到底是酸雨影響了種子萌發(fā)還是霉變影響了種子萌發(fā)呢？”當(dāng)學(xué)生們通過合作交流，產(chǎn)生這些疑惑，提出各種建議的時(shí)候，正是他們智慧快速生長的時(shí)候。

3 課堂拓展實(shí)驗(yàn)的實(shí)踐性

教學(xué)研究需要回到實(shí)踐本身，這是由教學(xué)作為實(shí)踐的獨(dú)特品質(zhì)所決定的?！盎氐綄?shí)踐本身去”就是讓教學(xué)研究者首先認(rèn)清和尊重教學(xué)的實(shí)踐本性，義無反顧、毫不動(dòng)搖地追尋教學(xué)的目的性、理性和德性。

首先，生物學(xué)課堂的拓展實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)應(yīng)更加理性，更加貼合生活實(shí)際。本節(jié)課的實(shí)驗(yàn)有個(gè)很明顯的字眼“模擬”，教師教學(xué)的時(shí)候務(wù)必強(qiáng)調(diào)所做實(shí)驗(yàn)皆為模擬酸雨實(shí)驗(yàn)，所得出的結(jié)論也都是建立在模擬實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)之上的，從而引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步跳出書本所設(shè)置的條件限制，去思考酸雨的本質(zhì)。酸雨是由于工廠排出的廢氣或者汽車尾氣排放中含有二氧化硫或氮氧化物，與雨水結(jié)合形成的酸性降雨。那么書本上用白醋模擬酸雨實(shí)驗(yàn)，實(shí)際上只能說明pH對種子萌發(fā)的影響，想要進(jìn)一步說明問題，應(yīng)該優(yōu)化實(shí)驗(yàn)材料，選擇合適的實(shí)驗(yàn)場地。例如，在學(xué)校的小菜園開辟出一塊實(shí)驗(yàn)園地，以硫酸為原料配制不同pH的溶液，記錄數(shù)據(jù)從而分析得出結(jié)論。這樣做符合真實(shí)情境的原則，將種子播種在真實(shí)的土壤環(huán)境中，并用真實(shí)的硫酸型酸雨進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，使得實(shí)驗(yàn)更加科學(xué)，更加具有說服力。當(dāng)然，硫酸或者硝酸的酸性都很強(qiáng)，在實(shí)驗(yàn)過程中，務(wù)必注意安全性問題。

其次，生物課堂的拓展實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)應(yīng)目標(biāo)明確，不能為了告訴學(xué)生某個(gè)結(jié)論而刻意設(shè)計(jì)并無多大關(guān)聯(lián)的實(shí)驗(yàn)。本節(jié)課的實(shí)驗(yàn)教學(xué)始終圍繞“酸雨的危害”展開，主要探究了酸雨對種子萌發(fā)的影響。如果教師在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的時(shí)候，發(fā)現(xiàn)霉變對種子也可能產(chǎn)生影響，轉(zhuǎn)而去研究霉變的影響那么就偏離了教學(xué)目標(biāo)，使得這一節(jié)生物課的主旨不能突顯，從而導(dǎo)致學(xué)生認(rèn)知混亂。如果還要進(jìn)行拓展實(shí)驗(yàn)，務(wù)必從“酸雨的危害”這一中心點(diǎn)出發(fā)，去設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。例如，還可以進(jìn)一步設(shè)計(jì)酸雨對動(dòng)物的危害的實(shí)驗(yàn)，將一條金魚放在一定體積的酸雨溶液中，另一條金魚放在等體積的清水溶液中，定期喂給等量的食物，觀察記錄金魚的變化。這樣，學(xué)生不僅可以知道酸雨對植物有影響，還可以了解酸雨對動(dòng)物的生存也存在的一定的危害。最后，再總結(jié)酸雨的危害就顯得水到渠成，學(xué)生也能夠通過各個(gè)實(shí)驗(yàn)的探究過程，樹立環(huán)保意識，真正從情感上認(rèn)同酸雨的危害以及“保護(hù)環(huán)境，從我做起”的必要性。

總之，生物學(xué)教學(xué)要著力提升學(xué)生的生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)，其中科學(xué)探究核心素養(yǎng)還應(yīng)該緊密聯(lián)系課堂的實(shí)驗(yàn)去挖掘延伸。教師要研讀教材，在研究課本實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)，從層次性、啟發(fā)性、實(shí)踐性等多個(gè)角度綜合考慮，使得課堂拓展實(shí)驗(yàn)更加多維立體。教師要在提出問題、作出假設(shè)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、記錄數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)得出結(jié)論、討論交流等各個(gè)環(huán)節(jié)中找尋突破口，提高學(xué)生的科學(xué)探究能力，培養(yǎng)科學(xué)思維。