初中生物模擬實驗的內涵、價值及實施

【摘 要】模擬實驗是初中生物教學的重要內容，具有重要的教學價值。模擬實驗以直觀為基礎，以類比為形式，以發現為追求，有助于學生理解概念、建構知識和提升素養。教學實踐表明，合理有度的目標指向、層次分明的活動開展、立足實際的方法指導、突出類比的結論獲取、體現多元的評價實施等都是模擬實驗得以有效實施的保障。

【關鍵詞】初中生物；模擬實驗；內涵與價值；實施建議

【中圖分類號】G633.91 【文獻標志碼】A 【文章編號】1005-6009（2016）38-0050-02

【作者簡介】高雁，江蘇省連云港市海州實驗中學（江蘇連云港，222000）教師，高級教師。

著名實驗物理學家丁肇中說過：“自然科學理論不能離開實驗的基礎。”生物學是自然科學的一門基礎學科。實驗既是生物教學不可或缺的組成部分，也是一種有效的教學手段。2011年版的《生物學課程標準》（以下簡稱“標準”）將實驗教學提到了前所未有的高度。然而，由于受到多種條件限制，很多實驗無法實質性地開展。因此，模擬實驗在初中生物教學中受到一定的重視。但根據筆者的課堂觀察發現以及問卷調查結果分析，初中生物模擬實驗的實施狀況不容樂觀，甚至還存在著不少誤區，具體表現為：實驗目標設置不清晰，活動開展層次模糊，教學實施忽視學生好奇的天性，模擬實驗的指導不得當，忽視類比的重要性，實驗評價方式單一等。因此，厘清初中生物模擬實驗的內涵，挖掘模擬實驗的教學價值，提出模擬實驗的實施建議就顯得十分必要。

一、模擬實驗的內涵

關于模擬實驗內涵的認識，尚未有統一的說法。有的偏重操作性[1]，有的偏重方法性認識[2]，雖然對模擬實驗內涵認識的視角不同，但都反映了模擬實驗具有科學性、替代性、可視性、可操作性和類比性等五個特征。[3]筆者認為初中生物模擬實驗的內涵理應包含以下幾個方面：①初中生物模擬實驗原型包括生物學基本事實、概念、原理和規律等；②實驗以原型為基礎設計模型，在與原型相似的條件下，通過對模型的實驗和研究，間接地研究原型的性質和規律性；③模擬實驗不是真實實驗，實驗的直接結論并不是模擬實驗的最終結論，以類比推理為邏輯基礎，實現直接結論到原型的類推是實驗成功的關鍵；④模擬實驗的開展應遵循科學原理，以提升學生的生物核心素養為最終目標。

二、模擬實驗的教學價值

1.模擬實驗以直觀為基礎，利于學生理解概念。

列寧在《哲學筆記》中有一個著名的論斷：“由生動的直觀到抽象的思維，再由抽象的思維到實踐，這是認識真理、認識客觀實在的辯證的途徑。”[4]模擬實驗屬于生物直觀教學手段之一，它直觀地展示了生物學基本事實、概念、原理和規律等。學生通過操作、觀察實驗積累了大量的感性認知，而大量的感性認知是形成觀念和理解概念的基礎。

2.模擬實驗以類比為形式，利于學生建構知識。

學生在操作實驗的基礎上，通過比較、綜合、概括、假設、聯想，把握模擬實驗所傳達的本質特征。模擬實驗為學生創造了“做中學”的契機，激發了學生的內在興趣、認知需求，以類比為形式，鍛煉了學生的高級思維力，有助于學生“手”“腦”結合主動建構知識。

3.模擬實驗以發現為追求，利于學生素養提升。

模擬實驗是一種具有問題性、探索性和發現性的學習活動。模擬實驗教學注重學生知識過程與方法的獲得，關注學生思維的生長，有助于學生科學素養的提升。學生在操作模擬實驗的過程中會主動發現、發展和求新，而素養的提升，必然離不開這一過程。

例如，在“探究酸雨對種子萌發的影響”的模擬實驗中，學生用不同濃度的醋酸替代pH值不同的酸雨，每天對不同編號的小麥種子噴灑相應pH值的“酸雨”，并對種子的萌發及生長狀況進行觀察、記錄和分析，最終得出結論。在觀察酸雨對自然界破壞的圖片或視頻中，學生提出探究問題“酸雨對種子萌發產生什么影響”；在對實驗設計的嘗試中，開展探究；在觀察和對實驗記錄的理性分析中得出結論。學生在操作模擬實驗的過程中，經歷“觀察—探究—發現”的過程，習得了科學探究的技能，鍛煉了理性思維的能力，還產生了保護環境人人有責的環境意識，提升了生物學核心素養。

三、初中生物教學中模擬實驗的實施建議

1.模擬實驗的目標指向，要合理有度。

具有明確、合理的教學目標既是完成模擬實驗教學任務的前提，也是教學評價的依據。實驗目標的確立應嚴格依據課程標準，從學生已有的基礎和生物學知識原理出發，指向全體學生。只有確定了合理、具體、可行的實驗目標，才能實現有效的實驗教學。模擬實驗的教學目標也應涉及三個維度：知識與技能、過程與方法、情感態度與價值觀。

例如，在“模擬池塘生態系統”的教學目標制定之前，筆者對標準、學生和教材進行了分析。標準要求，在本節課的教學中，教師應幫助學生形成的重要概念有：一個生態系統包括一定區域內所有的植物、動物、微生物以及非生物環境；依據生物在生態系統中的不同作用，一般可分為生產者、消費者和分解者。[5]七年級的學生好奇心強、好表現，應創設條件讓他們積極主動地參與學習。學生雖然有觀察池塘的生活經驗，但是對于生態系統中各成分之間的關系了解較少，缺乏對生態系統概念的整體認識。蘇科版生物學教材中本節內容的安排是讓學生在觀察池塘生態系統圖的基礎上，說出生態系統的組成成分并分析各成分的作用。基于以上的分析，實驗目標可以這樣確定：一是通過制作、觀察和分析模擬池塘生態系統，了解生態系統的成分及作用；二是通過分析、比較模擬池塘與現實池塘，建構生態系統概念；三是嘗試通過設計、開展實驗，培養學生觀察分析能力、動手操作能力以及分工協作的能力；四是通過對模擬生態系統的嚴謹分析，形成嚴謹、實事求是的科學態度。以上的目標設計具體、合理且可達成。

2.模擬實驗的活動開展，要層次分明。

模擬實驗活動的開展，應符合學生的認知規律，體現層次性原則。實驗活動的層次性指的是以學生的差異性為基礎，由淺入深、循序漸進地開展模擬實驗。實驗活動一般分為實驗前、實驗中、實驗后三個層次。實驗前，教師應先了解學生，找準學生開展實驗的起點，包括能力起點、知識起點以及態度起點，然后對學生進行合理的分組。實驗中，首先要創設情境，模擬實驗更需要教師創設情境，讓學生進入到“真實”的狀態。其次，建立或者認識模型，模擬實驗的模型可以由教師提供，也可以由學生自制，后者當然更有利于學生認識模型。再次，創造類似條件，開展實驗，模擬實驗的實驗條件替代了現實環境，但實驗仍需要在與現實環境相似的條件下開展。最后，與原型比較，進行類推，在此基礎上，學生進行綜合、概括，這是學生從感性到理性思維的提升過程。實驗后，教師應要求學生認真撰寫實驗報告，對實驗情況進行總結、反思和交流。

3.模擬實驗的方法指導，要針對實際。

模擬實驗的順利開展，需要有針對性的方法指導。教師的有效指導方法包括有針對性的講授、傾聽、演示、提問等。按照指導對象的多少，指導可以分為群體指導與個體指導。對全體學生進行方法指導時，教師應圍繞模擬實驗的操作重、難點開展有針對性的指導。對學生個體進行指導時，教師要做好指導預案，讓學生揚長“補”短，比如對基礎知識薄弱的學生開展知識輔導、對動手能力差的學生進行操作示范、對觀察不細致的學生輔以觀察方法、對分析不到位的學生點撥思維等。

4.模擬實驗的結論獲取，要突出類比。

模擬實驗的直接結論并不是最終結論，實驗的最終結論是通過類比實現的。類比思維是一種高級的思維方式，如何能幫助學生實現類比呢？首先，教師應盡可能提供原型的實物、圖片、視頻、動畫和學生親身感受的機會，便于學生直觀地進行比較，通過比較實現實驗結論的類推。其次，教師應重視引導和點撥學生思維。引導和點撥的主要途徑是語言，語言包括口頭語言和體態語言。口頭語言要具有準確性、啟發性、針對性等特征，體態語言則有利于形象地展示原型的結構特點及動態生理過程。最后，教師還應幫助學生明確原型與模型的異同點。只有學生明確原型與模型的相同點，才能有效地實現結果的類推；只有明晰不同，才能加深對于現象、概念和原理的理解，實現思維的提升。

5.模擬實驗的評價實施，要體現多元。

評價具有診斷、導向、改進等功能，是生物模擬實驗教學的重要組成部分。美國心理學家加德納認為，每一個人的智力都有多種表現形式。因此，我們不可能找到一個統一的標準來評價主體實施模擬實驗的情況。模擬實驗評價方式應體現多元性，可以有評價目標的多元性，如應兼顧知識、能力、情感態度價值觀的三維目標；評價主體的多元性，如教師、組長、組員、學習者、家長等都可以參與評價；評價方法的多元性，如安置性評價、過程性評價和總結性評價相結合。在教學初始，教師為了了解學生的已有基礎，可以使用安置性評價獲取相關信息；在教學過程中，可以采用形成性評價，以便隨時調整課堂節奏、方向；在教學結束時，可以采取總結性評價，如用學生的實驗報告、模擬實驗操作展示、試題、總結等方式，來檢測學生是否達成模擬實驗的教學目標。

模擬實驗教學既是初中生物學教學的重要內容，也是有效的教學手段。美國教育學家蘇娜·丹戴克說過：“告訴我，我會忘記；做給我看，我會記得；讓我去做，我才會懂！”模擬實驗解決了各種現實因素的束縛，還學生自由、自主、主動的學習空間，讓學生手腦結合地主動地學習生物科學知識。當然，在實際的教學操作過程中，我們發現模擬實驗體現的往往是設計者所關注的原型部分的特征、生理過程，它不是盡善盡美的。模擬實驗教學應結合多樣化的學習活動才能實現更好的教學效果。

【參考文獻】

[1]高暢.模擬實驗在高中生物教學中的探索[D].長春：東北師范大學，2006.

[2]劉水明.模擬實驗及其在生物教學中的應用[J].中學生物教學，2005（1-2）：46.

[3]唐曉春.“類比”在高中生物教學中的應用[J].中學生物學，2016（03）.

[4]施良方.學習論[M].北京：人民教育出版社，2001.

[5]教育部.義務教育生物學課程標準（2011年版）[M].北京：北京師范大學出版社，2012.

注：本文系江蘇省教育科學“十二五”規劃課題“初中生物模型制作與模擬實驗的研究”（課題批準號：B-b/2013/02/311）的階段性研究成果。