例談初中生物探究性實驗的綜合復習

江蘇省蘇州市第十六中學校 王麗娜

例談初中生物探究性實驗的綜合復習

江蘇省蘇州市第十六中學校 王麗娜

【摘 要】

【關鍵詞】

初中生物 綜合復習 探究實驗 實驗設計

最近下發的《中國學生發展核心素養（征求意見稿）》指出：“學生發展核心素養，是指學生應具備的、能夠適應終身發展和社會發展需要的必備品格和關鍵能力，綜合表現為9大素養?！本涂茖W精神而言，又細化為崇尚真知、理性思維和勇于探究三項素養，其內涵與《義務教育生物學課程標準》提出的“倡導探究性學習”理念是一脈相承的。在初中生物四冊教材中編排有20多個探究實驗，這充分體現了培養學生勇于探究的科學精神在生物課程中的核心地位。在二年生物課程結束時，為評價學生是否達到新課標提出的三維課程目標，全市安排有一次會考。鑒于探究性實驗是必考內容，所以筆者在會考復習階段設計并開設了《探究性實驗的綜合復習》課，旨在進一步提升學生的生物科學探究能力，在探索會考專題復習有效教學模式的同時，也為以后的生物新課程教學積累經驗。

1.教材與學情分析

學生進入初中后首次接觸的一個完整的科學探究活動就是“嘗試探究水溫的變化對金魚呼吸的影響”。雖然學生在二年學習中經常有一些探究性學習活動，但因教學課時的限制和訓練側重點的不同，常常在探究步驟上會作些簡化和改革，所以很多是屬于非典型性探究性學習活動。針對大部分學生在制訂實驗計劃環節仍有許多困惑，所以在會考復習緊扣教材理念的指導下，仍從首次接觸的探究實驗著手，安排一次探究性實驗的綜合復習課。

2.復習課目標

2.1知識目標

鞏固生物科學探究一般步驟的知識；增強對生物與環境辯證關系的認識。

2.2能力目標

進一步發展學生的科學探究能力。側重于①識別實驗變量；②區分實驗組和對照組；③設計簡單對照實驗的能力。

2.3情感態度與價值觀目標

鼓勵學生勇于探索生命的奧秘，培養實事求是的科學態度、百折不撓的探索精神和敢于創新的意識。

3.教學思路

受《中國學生發展核心素養》的啟發，結合學生實際情況，綜合復習課主攻制訂計劃這個重難點。具體措施是引入和理清三類變量的關系圖（見圖1），形成制訂計劃的方法模型，并利用此模型設計簡單的對照實驗、實施計劃、得出結論、分享交流。

4.實驗器材

澄清石灰水、BTB溶液、四支試管、兩根吸管、稀碘液、玉米粒縱切。

5.復習課的過程與方法

導入：相信同學們對升入初中后的第一個生物科學探究活動還記憶猶新。誰來說說是什么內容？生答：嘗試探究水溫的變化對金魚呼吸的影響。很好！還記得你們合作學習小組設計的實驗計劃嗎？生答：不清楚了。這不怪大家，畢竟時間長了。但我們能這樣帶著困惑結束初中的生物學習嗎？生答：不能。所以今天我們一起對這個探究實驗進行綜合復習，相信我們會有新的發現和收獲。

5.1突破知識目標

典型的生物探究實驗包括哪些步驟？在互動對話中引導學生回憶探究性實驗的6個基本步驟。同時依據科學精神核心素養的最新要求，根據新課標強調的探究性學習不是學習活動的全部，筆者舉例說明了生物探究活動中的非典型性模式，以引導學生進行個性化的探究活動。但本課的重點我們仍放在探究性實驗的典型模式上。筆者設計了以下兩個問題情境啟發學生思考：①當實驗結果與預期相同時就可放心得出結論嗎？（否，應重復多次使實驗避免偶然性，以符合平行重復原則，我們分組進行同一實驗，最后交流共享就是進行了平行重復。）②當實驗結果與預期不同時應怎么處理？（應尊重事實，嘗試分析出現問題的可能性，重新審視前四個步驟，修改后再實驗，以符合實事求是的科學性原則。）

5.2突破能力目標

5.2.1提出問題

首先引導學生識別實驗變量。實驗變量是指實驗中由實驗者根據實驗目的所研究操縱的因素或條件。從“探究水溫的變化對金魚呼吸的影響”這個實驗名稱中你能識別什么是實驗變量嗎？答案是水溫，即要“探究什么”，則“什么”就是實驗變量。接著結合學案習題進行鞏固拓展：①為探究光對鼠婦生活的影響……，實驗變量是（ ）；②……作出假設：種子的萌發需要水。實驗變量是（ ）；③……得出結論：酸雨對植物的生長有影響。實驗變量是（ ）；④學習了非生物因素對生物的影響后，某組同學選擇鼠婦作為實驗材料開展研究，步驟如下：……瓷盤一側用不透光的塑料板蓋上，另一側用透明的塑料板蓋上……實驗變量是（ ）。最后引導學生總結出，實驗變量可從探究實驗的各個步驟中分析得出。

再轉入提出問題。既然實驗變量是水溫，那么如何檢測不同水溫對金魚呼吸的影響呢？用每分鐘的呼吸即“呼吸頻率”來檢測，外形可觀察每分鐘鰓蓋開閉的次數。我們把實驗中由于實驗變量而引起的變化和結果稱為反應變量。你能嘗試提出問題嗎？鑒于學生提出的問題往往缺乏指向性，所以教師要引導學生提出具體明確的問題。具體可根據實驗變量與反應變量的關系提出三個方向的問題。

①正相關：（實驗變量）能促進（反應變量）嗎？水溫升高會使金魚呼吸頻率增加嗎？

②負相關：（實驗變量）能抑制（反應變量）嗎？水溫升高會使金魚呼吸頻率減少嗎？

③無關：（實驗變量）與（反應變量）無關嗎？水溫變化與金魚呼吸頻率無關嗎？

5.2.2作出假設

引導學生總結出，只要將疑問句式改為陳述句式即可作出假設。

①正相關：實驗變量能促進反應變量。水溫升高會使金魚呼吸頻率增加。

②負相關：實驗變量能抑制反應變量。水溫升高會使金魚呼吸頻率減少。

③無關：實驗變量與反應變量無關。水溫變化與金魚呼吸頻率無關。

5.2.3制訂計劃

（1）建構制訂計劃的方法模型。復習中教師一定要強調教材中的實驗方案不是唯一的方案，每個學生都可遷移知識通過理性思考制訂出自己個性化的、邏輯清晰的實驗計劃，這才是自己終身發展所必須的能力，也是脫離教材后在會考中取得好成績的必備能力。以下是筆者和學生一起建構制訂計劃的方法模型中的具體思路。

先明確三類變量的相互關系。實驗變量（水溫）和反應變量（呼吸頻率）間有因果關系。通常實驗變量是原因，反應變量是結果。實驗者希望操縱實驗變量發生改變，然后檢測反應變量，以用來解釋這種前因后果關系。在該例中，金魚會受到生物和非生物兩類因素的影響。鼓勵學生發散思維歸納出影響金魚呼吸頻率的其他因素，如水的來源、體積，光照、時間、外界聲音，魚的品種、體型、健康狀況，燒杯的規格、清潔程度，人的聲音、動作等。但這些都不是本次實驗要探究的。我們把實驗中除實驗變量以外的影響實驗變化和結果的因素或條件稱為無關變量。生物探究實驗要千方百計控制無關變量，突出實驗變量，創設“沒有干擾”的實驗環境。復習中教師要為學生進行實驗設計提供方法和策略的有效指導，以提高學生思維的流暢性和邏輯性。具體應指導學生如何操縱好實驗變量，如何運用正確的方法檢測反應變量，同時如何控制好無關變量，排除干擾。筆者構建的用于指導學生制訂實驗計劃的方法模型可參考圖1。圖左側是探究實驗的步驟，中間是三類變量，右側是制訂計劃的內容。

（2）區分實驗組和對照組。過渡：制訂計劃的邏輯思路清晰了，接下來就要解決如何操縱實驗變量。一般有兩種方法：①如果該實驗變量是自然狀態下有的，則用“減法”處理；②如果該實驗變量自然狀態下沒有，則用“加法”處理。在具體應用時還應考慮“加”或“減”的梯度，以更好地展示變化的趨勢。據此可把實驗對象分成實驗組和對照組，不施加實驗變量的自然狀態下生活的小組稱為對照組，接受實驗變量處理的小組稱為實驗組。在該探究實驗中，常溫下生活的金魚為對照組，溫度升高或降低5℃下生活的金魚就是實驗組。最后結合學案習題，強化練習區分實驗組和對照組。

（3）根據方法模型設計實驗。首先，設計簡單的對照實驗。該環節要求學生根據學案上的3個探究主題，選擇1個主題和相應器材，設計簡單的對照實驗：①探究二氧化碳對澄清石灰水的影響；②探究二氧化碳對BTB溶液的影響；③探究玉米粒內部淀粉的位置。學生按方法模型，表達操縱實驗變量、檢測反應變量、控制無關變量。

其次，學生表達自己設計的對照實驗。

①中實驗變量是二氧化碳，反應變量是澄清石灰水的變色情況。取兩潔凈試管裝入相同來源濃度體積的澄清石灰水，對照組不做任何處理，實驗組用吸管吹入呼出的氣體，觀察比較兩試管內石灰水的顏色。

②中實驗變量是二氧化碳，反應變量是藍色BTB溶液的變色情況。兩個潔凈試管裝入相同來源濃度體積的藍色的BTB溶液，對照組不做任何處理，用吸管向實驗組內吹入呼出的氣體，比較觀察兩個試管內藍色的BTB溶液的顏色。

③中實驗變量是淀粉，反應變量是玉米?？v切面的變色情況。取3個玉米?？v切，在其縱切面滴上稀碘液，過一段時間后觀察玉米縱切面的變色情況。

結果大多學生可識別出實驗變量和反應變量，并設計簡單的對照實驗，但又出現一個明顯的問題：許多學生忽略了平行重復原則，沒有設計重復實驗。提示學生們除可在自己小組內進行重復實驗外，也可把全班6個組的實驗作為重復實驗，以避免偶然性，排除無關變量的干擾。

5.2.4實施計劃

學生根據自己的設計實施計劃，觀察實驗現象。除可利用表格記錄數據外，還可利用坐標曲線統計，以使自己的數據表達一目了然。

5.2.5得出結論

學生根據觀察到的實驗現象得出結論。如果是測量的數據，則要算出平均值后再得出結論。

①中對照組石灰水仍然澄清，實驗組石灰水變白色渾濁。結論：二氧化碳會使澄清石灰水變白色渾濁。②中對照組BTB溶液仍然藍色，實驗組BTB溶液由藍色變黃綠色。結論：二氧化碳會使BTB溶液由藍色變黃綠色。③中玉米縱剖面含淀粉的胚乳變藍黑色，不含淀粉的呈現稀碘液的淡棕色。結論：玉米?？v切面變藍黑色的一部分含有淀粉。

5.2.6交流表達

這部分內容已貫串在探究實驗的復習過程中，復習課不再另行組織。

5.3實現情感態度與價值觀目標

根據寓教育于教學中的原則，該目標的實現擬融入師生互動對話過程中。整個復習進程都是在平等、民主、互動、和諧的氛圍中進行，教師以自己對課堂生成資源的智慧利用啟發學生通過理性思考，發現探究實驗學習的一般規律。

6.復習課的教學反思

本課的創新處在于：①針對生物探究實驗開設綜合復習課。②清晰分辨三類變量。③建構制訂計劃的方法模型。綜合復習教學應充分展示邏輯思維過程，引導學生在個案分析中總結規律，在解答學案習題中鞏固復習內容，在新舊知識的比較遷移中提升能力。從“雙基”到三維目標，再到核心素養發展，這體現了教書育人的三個不同階段，即從1.0版到2.0版再到3.0版。復習課并不是簡單的回顧和重復，也不是以單純的做習題來應對會考，而是核心素養的提升和教師教學智慧的發展。初中畢業后，學生也許會淡忘玉米?？v切面具體哪個部位含有淀粉，但只要他能運用學到的方法進行鑒別，這就是我們要給學生留下的能伴隨他們一生的素養。

【參考文獻】

【1】教育部.義務教育生物學課程標準【S】.北京:北京師范大學出版社，2011

【2】史家幸.控制變量法在生物實驗設計中的應用【J】.中學生物學，2005（4）

結合初中生物探究性實驗的綜合復習，以“嘗試探究水溫的變化對金魚呼吸的影響”為線索，以學案習題為引導，就鞏固生物探究實驗的基本步驟，突破制訂計劃這個重難點，建構制訂計劃的方法模型作探討。通過反思總結會考專題復習的有效教學模式，為今后生物新課程教學積累經驗。