“科學探究”素養在初中生物實驗教學中的運用

□福建省莆田青璜中學 王素軍

當今生物學核心素養中提出的科學探究是指能發現現實世界中的生物學問題，針對特定的生物學現象，進行觀察、提問、實驗設計、實驗實施以及結果的交流與討論，而這種能力的培養鍛煉也只有在生物實驗教學中才能實現。作為一名初中教師，應認真思索實驗教學的問題，從而培養學生核心素養中的“科學探究”素養。在實驗教學中注重培養學生的觀察能力、邏輯思維能力、數據信息獲取、處理和分析思維能力，以及對生物學知識之間內在聯系的分析歸納能力、實驗能力等，從而引導學生養成嚴謹的科學研究態度，能用科學的眼光和思維對實驗過程和結果進行科學思維分析，大大提升學生的科學探究能力。

一、從科學探究的深度上：將驗證性實驗轉變為探究性實驗

科學探究不能僅注重實驗結果的證實、停留于表面現象的研究，還應側重于探究過程中主動構建知識的培養。比如驗證性實驗，它就是驗證教材內容中的實驗結果，學生缺乏主動探究知識的形成過程，這樣不利于學生探究素養的提高，探究層次也僅留于表面。而探究性實驗更注重引導學生創設一系列的問題情境，學生在參與探究實驗過程中，體驗實驗材料的選擇、儀器的準備、實驗設計和操作過程、結論推導的整個環節，大大提升探究素養和創新精神。

如在觀察蚯蚓的運動實驗中，我們使用的冀少版初中生物教材，我們對該實驗教學設計進行改進，讓學生在探究活動了解事物的本質規律。教材呈現的實驗方法是讓學生通過觀察蚯蚓在糙紙上的運動及身體變化，獲得“蚯蚓的剛毛在運動中起支撐和固定的作用，蚯蚓是依靠肌肉收縮與剛毛協助配合運動的”這一認知，幫助學生理解蚯蚓的形態結構和生理功能是與生存環境相適應的這一重要概念。但實驗沒有量化數據進行比較分析，學生難以理解剛毛在蚯蚓運動中的支撐和固定作用。所以在實驗設計上，通過比較蚯蚓在不同的毛玻璃板上的運動情況，一面是光滑界面，一面是粗糙界面。在白紙上畫出3條平行線ABC。其中A到B的距離為3.5cm，B到C的距離為1.5cm。分別將兩塊毛玻璃的粗糙面與光滑面蓋在紙上。在緊貼C線外的玻璃板上均勻地鋪上一層約1cm厚、5cm寬的腐土。讓身體長6～7cm的細小蚯蚓置于A線與C線之間的玻璃板上。身體的前端剛好接觸腐土，尾端在A線之外，分別讓它爬，記錄不同兩面的時間，共計3次，取其平均值作比較。

二、從科學探究的效度上：實驗材料和用具的改變

教材實驗材料和用具的選擇具有一般性，要求各地各校都可以實施開展。部分教師嚴格按照教材預設的實驗材料及用具進行實驗，最后發現實驗效果并不理想。但若更換實驗材料，調整實驗用具，讓學生分析、比較實驗材料和器具改變后，實驗現象、結果的差異性，學生對實驗的認識能夠更加貼近現象本質。這樣，學生探究興趣盎然、質疑不斷，有利于學生探究素養的提升。

學習《植物有性生殖》這一節內容時，觀察“桃花”這個實驗材料很難取，所以一般準備我們這邊比較常見的行道樹“羊蹄甲”。它的花更大更直觀，而且它的子房是上位，與采摘它的果實比較更為明了。還有在植物呼吸作用探究實驗中，引導學生除了考慮將原來的驗證性實驗改為定量的探究性實驗外，還注重實驗的簡易操作性，實驗材料和用具上的改造大大培養學生的探究能力，發展學生的思維能力和學科素養。實驗材料可選正在萌發的種子和炒熟的種子，用樹葉做實驗我們還要考慮排除其光合作用的干擾。把每份50g萌發的綠豆種子和煮熟的綠豆種子分別裝在330ml的白色飲料瓶，并在瓶口用軟膠塞套溫度計，過些時間，用注射器各取40ml的氣體，然后分別注入兩個裝10ml的石灰水檢驗二氧化碳，觀察溫度計數值來檢驗是否釋放熱量，接著再打開塞子，往兩個瓶中快速伸入點燃的木柴，觀察實驗效果。

三、從科學探究的認知度上：實驗步驟的改變

正確的實驗步驟是獲得確切的實驗現象、詳實的實驗數據、正確的實驗結論的前提。教師要監測學生各步驟的實驗現象，預判各環節的誤差及出現的結果，引導學生關注步驟改變之后的現象改變，分析其實質，對實驗中提出的問題、現象、失敗的原因要細致考慮，多問“為什么”，注重實驗的過程性分析，促進學生“探究技能”的提高。

冀少版八年級生物教材安排一個實驗：觀察葉片的結構，先制作臨時葉片橫切片，再用顯微鏡微觀觀察葉片的組成。我們可以調整實驗步驟，引導學生先宏觀觀察葉片的組成：表皮、葉肉、葉脈。通過肉眼觀察葉表皮，建立學生整體感觀葉片的組成，再引導學生證明表皮上有氣孔，如何在宏觀層面來感知氣孔。實驗步驟是：選取空心菜的葉片，將其葉片完全浸入水中，露出葉柄，用口銜住葉柄里吹氣。由于空心菜的葉柄是空心的，吹進去的氣體很快就達到葉片，也就能看到葉面有氣泡冒出。而且，在實驗中還發現，氣泡主要是從葉片的下表面冒出的，上表面很少有氣泡冒出或沒有氣泡。這樣調整實驗步驟，變更教材原有步驟，先用顯微鏡觀察葉片組成再看葉片表皮氣孔，這樣的改變可進一步培養學生科學探究中的觀察能力。

四、從科學探究的廣度上：實驗模式的改變，課堂實驗的延伸

“種子萌發條件”這個實驗是初中生非常典型的一個探究性實驗，對考查學生科學探究能力有很強的代表性。這個實驗的準備和操作都需要一定的時間才能有預期的實驗現象，讓學生拓展實驗探究，可以進一步培養學生的創新能力和理性思維。

例如，學生在培育種子萌芽過程中，有時由于外界原因，損傷了胚根或胚芽，便引導學生課后進一步探究“菜豆種子幼苗結構殘缺發育情況”，所以在對照組完整幼苗前提下，實驗組將“子葉剛張開種皮少數脫落的幼苗切除胚芽為一組，胚軸切除無胚芽為另一組，胚根全部切除為第三組”。學生通過對照實驗發現結構殘缺的菜豆種子幼苗仍能發育成成熟的植珠，由此引導學生課后查閱資料分析探究的結果。