實驗“小”改進，學(xué)科“大”融合

摘要：《義務(wù)教育生物學(xué)課程標準（2022版）》提出的探究實踐活動包括科學(xué)探究和跨學(xué)科實踐，是解決真實情境中的問題或完成實踐項目的能力和品格。如何在初中生物學(xué)課堂中實現(xiàn)實驗操作與多學(xué)科知識的巧妙運用和銜接，是值得探討的話題。本文圍繞《義務(wù)教育生物學(xué)課標標準（2022版）》要求，結(jié)合教學(xué)實際，探討生物學(xué)教學(xué)與其他學(xué)科之間邏輯界限的完美融合，以及生物學(xué)知識與其他學(xué)科知識、日常生活經(jīng)驗相結(jié)合的模式。

關(guān)鍵詞：初中生物學(xué)；實踐探究活動；實驗改進；學(xué)科融合

文章編號：1003-7586（2024）04-0060-02 中圖分類號：G633.91 文獻標識碼：B

基于生物學(xué)科著力發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)所要求的“探究實踐”，《義務(wù)教育生物學(xué)課程標準（2022版）》提出“教學(xué)過程重實踐”的課程理念。生物學(xué)教學(xué)中的跨學(xué)科教學(xué)以核心素養(yǎng)為基礎(chǔ)，可以高效地開發(fā)跨學(xué)科實驗課程，通過跨界到科學(xué)、技術(shù)、工程學(xué)、數(shù)學(xué)等學(xué)科，甚至跨界到大自然、釀造廠、污水處理廠和科技館等研學(xué)基地，逐步開發(fā)指向?qū)W生核心素養(yǎng)的跨學(xué)科的融合教學(xué)。實驗課程是課堂教學(xué)活動的亮點和拓展，其意義在于使學(xué)生獲得現(xiàn)實生活的直接經(jīng)驗和真切體驗，是由感性思維向理性思維的思維升階。通過運用多學(xué)科知識體系聯(lián)系實際生活對生物學(xué)實驗教學(xué)進行更新改進，注重學(xué)生的興趣、經(jīng)驗、能力和需要，促使學(xué)生獲得成就感，進而激發(fā)學(xué)習(xí)的內(nèi)驅(qū)力。

1 改進實驗裝置，跨越學(xué)科界限

生物學(xué)教學(xué)過程中，實驗課程作為主要組成部分，是培養(yǎng)學(xué)生質(zhì)疑意識、批判性思維、實踐能力和創(chuàng)新意識的基本途徑。在教學(xué)過程中，教師可以結(jié)合教學(xué)經(jīng)驗，引導(dǎo)學(xué)生開拓思維，深入研究教材中實驗設(shè)計的不足，結(jié)合實際對實驗設(shè)計或?qū)嶒炑b置及模型進行創(chuàng)新改進，也可將較為復(fù)雜繁瑣的實驗步驟進行簡化，提高教學(xué)效率。

在“人體內(nèi)的氣體交換”一節(jié)中，傳統(tǒng)的教學(xué)過程中往往通過觀察簡單的化學(xué)實驗現(xiàn)象：將呼出的氣體通入澄清石灰水，澄清石灰水變渾濁，說明呼出氣體中含有二氧化碳。這個實驗過程簡單易懂，但沒有控制無關(guān)變量和進行定量分析，甚至忽略足夠多的空氣通入澄清石灰水中也會使其變渾濁這一點，實驗過程很不嚴謹。在之后的實驗過程中，需要將吸入的空氣作為對照組，同時控制實驗過程中的無關(guān)變量。想要滿足這兩個條件，就需要有嚴密的實驗過程。在九年級化學(xué)實驗中，可以通過排水法收集呼出氣體和空氣，但鑒于七年級學(xué)生只使用過簡單的實驗器具，對此類玻璃器皿操作手法不夠熟練，實際操作起來有一定困難。

在此基礎(chǔ)上，教師引導(dǎo)學(xué)生開發(fā)創(chuàng)新實驗：首先找出課本上的實驗，提出問題所在，指出實驗過程缺乏對照組、沒有控制無關(guān)變量等漏洞；再圍繞“如何收集氣體？如何定量分析？如何將氣體全部注入澄清石灰水中？”等問題進行討論分析，讓學(xué)生發(fā)揮想象，設(shè)計新的實驗，師生共同討論。給出學(xué)生可選擇的實驗器材和試劑（塑料袋、氣球、注射器、一次性吸管、澄清石灰水等），引導(dǎo)學(xué)生轉(zhuǎn)換思維方式，利用簡單、易獲得的實驗器材和試劑，組裝適合本節(jié)課實驗過程的模型裝置（見圖1），利用數(shù)字化實驗系統(tǒng)——物理傳感器探究呼吸過程中發(fā)生在人體內(nèi)的奇妙過程。

通過化學(xué)實驗過程和數(shù)字化實驗系統(tǒng)讓學(xué)生了解氣體交換的原理、過程和結(jié)果，通過創(chuàng)建實驗?zāi)Ｐ秃褪疽鈭D構(gòu)建概念模型開拓學(xué)生的科學(xué)思維并達到科學(xué)探究的目的，初步培養(yǎng)學(xué)生控制變量的實驗認知思想。與此同時，讓學(xué)生自我檢測其對知識的掌握情況，強化學(xué)生善觀察，敢質(zhì)疑，勤思考的跨學(xué)科實踐能力。

2 改進實驗細節(jié)，巧用信息技術(shù)

生物學(xué)具有抽象性和復(fù)雜性，教師需要借助直觀形象的實驗過程和教學(xué)方法來解決復(fù)雜難懂的生物學(xué)知識。隨著信息時代的到來，教育行業(yè)擁有了諸多便利，信息化教學(xué)的開展使得學(xué)生可以輕松獲得更加立體直觀的認知。

例如，在“探究小腸適于消化和吸收的結(jié)構(gòu)”傳統(tǒng)演示實驗中，需將豬小腸剪開放置到培養(yǎng)皿中觀察小腸絨毛，但實施過程中發(fā)現(xiàn)培養(yǎng)皿較淺不適合移動觀察、實驗材料軟塌，小腸絨毛不易漂浮、放大鏡倍數(shù)及距離難以控制、觀察角度及光線難以調(diào)節(jié)等問題。這些問題致使真正能觀察到小腸絨毛的學(xué)生很少，實驗較難成功。筆者改進為選取雞小腸進行觀察。首先呈現(xiàn)完整的雞小腸，現(xiàn)場量取雞小腸的完整長度，隨后截取一段小腸，沿中間剪開，用鑷子夾取放置到盛有較多水的燒杯中，觀察小腸內(nèi)壁，在放大鏡下可以清晰看到隨著水紋蕩漾而漂浮的小腸絨毛。教師使用平板或手機進行現(xiàn)場拍攝，并投屏現(xiàn)場展示，將小腸皺襞以及小腸絨毛在畫面清晰的大屏幕上進行直播呈現(xiàn)。學(xué)生現(xiàn)場演示后播放慢放鏡頭拍攝視頻。通過現(xiàn)場投屏展示實物、量取小腸長度、放大鏡觀察燒杯中的小腸絨毛和慢動作視頻多重展示后，抽象難懂的構(gòu)造以最清晰直觀的方式進行了呈現(xiàn)，學(xué)生理解了小腸絨毛可以增加小腸表面積和小腸適于消化和吸收的結(jié)構(gòu)特點，貫徹生命觀念中結(jié)構(gòu)與功能觀。

課堂微視頻可以制作成二維碼，提供給學(xué)生進行課后自主復(fù)習(xí)。在智慧教室中學(xué)生可以使用平板瀏覽器掃描二維碼，填寫問卷進行當(dāng)堂檢測，問卷結(jié)果顯示每道題目正確率，教師可針對錯誤較多的題目或選項進行著重講解，分析錯誤原因，現(xiàn)場解決同學(xué)未掌握牢固的知識點。信息技術(shù)在教學(xué)過程中的巧妙運用，幫助學(xué)生順利突破重難點，進一步提高教學(xué)效率。

3 改進實驗材料，聚焦社會生活

實驗材料是實驗?zāi)芊癯晒Φ母荆瑢嶒灢牧吓c日常生活的聯(lián)系決定了學(xué)生能否更好地理解實驗原理，實驗活動課堂中實驗材料的選取需要教師聯(lián)系實際生活進行不定期更新，以保證學(xué)生能夠獲得更好的課堂體驗。

在“營養(yǎng)器官生長”一節(jié)中，可以通過問題“七彩玫瑰是種出來嗎？”創(chuàng)設(shè)情境引入課堂教學(xué)，用色彩鮮艷的花朵吸引學(xué)生的眼球，誘發(fā)好奇心，使學(xué)生帶著疑問學(xué)習(xí)課堂知識，進而提高課堂效率。課后以“七彩玫瑰的制作”為課后作業(yè)，讓學(xué)生思考制作訣竅，共同討論出在制作過程中需將玫瑰花莖的木質(zhì)部平均分配在不同顏色的墨水中，才有可能收獲七彩玫瑰。在這個過程中學(xué)生體會到七彩玫瑰的制作訣竅，將課堂知識運用于生活片段之中，充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。

在課堂小組實驗“探究莖的輸導(dǎo)功能”中，可以選取日本珊瑚樹作為小組實驗材料。教師根據(jù)身邊的現(xiàn)有實驗資源材料進行對比，將金邊黃楊和日本珊瑚樹的莖在紅色墨水中進行浸泡，發(fā)現(xiàn)這兩種實驗材料各有優(yōu)點。金邊黃楊的葉子邊緣顏色較淺，浸泡一段時間后可以清晰看到葉子邊緣變淺，說明墨水會通過莖輸導(dǎo)至葉片；但解剖后發(fā)現(xiàn)金邊黃楊的莖直徑較小，因此在觀察莖的內(nèi)部結(jié)構(gòu)時比較困難，即使借助放大鏡也難以區(qū)分木質(zhì)部與髓之間的界限。日本珊瑚樹的莖較粗且嫩，學(xué)生可以清晰觀察到莖內(nèi)各部分結(jié)構(gòu)，進行縱切和橫切時操作簡單，并且日本珊瑚樹的樹皮可以剝下，學(xué)生可以觀察發(fā)現(xiàn)樹皮沒有被墨水染色，從而理解韌皮部沒有輸送水和無機鹽的功能的特點。在實驗課堂中使用日本珊瑚樹可以使實驗材料物盡其用，操作過程簡單省時，實驗結(jié)果直觀有效。

通過解剖日本珊瑚樹時的視覺、觸覺雙重感官的刺激，讓學(xué)生對莖的結(jié)構(gòu)有了更深層次的理解；通過七彩玫瑰的制作過程，利用美學(xué)的吸引力，將課堂知識與生活實際完美融合，加深學(xué)生對知識的理解，形成審美意識并樹立保護樹木、愛護植物的生態(tài)觀念和社會責(zé)任感。

4 小結(jié)

融合多學(xué)科知識對實驗設(shè)計、實驗材料和實驗裝置及模型進行改進的探究實踐活動，是調(diào)動學(xué)生多感官、多角度、多思維參與初中生物學(xué)教學(xué)過程的有效策略之一。這種方式不僅能讓學(xué)生從新的視角中獲得學(xué)習(xí)的興趣與樂趣，更能通過全新的實驗過程，使得相關(guān)學(xué)科知識在實際操作中通過親身觸碰、感覺和觀察得到學(xué)生的充分理解。學(xué)生通過改進后的實驗課堂活動認識到生物學(xué)與社會生活的聯(lián)系，能夠運用多學(xué)科的知識和方法解決日常生活中的現(xiàn)實問題，具有很強的可行性和實踐性，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣得到激發(fā)，學(xué)習(xí)積極性得到調(diào)動，逐步形成堅持不懈的探索精神和勇于實踐的創(chuàng)新意識。