勢科學理論下初中生物學實驗教學創新實踐研究

劉艷紅

[摘? ?要]在勢科學理論的指導下，進行了初中生物學實驗教學的創新研究，在經歷了尋“勢”、蓄“勢”階段后，初中生物學實驗教學的創新已經達到了破“勢”階段。在初中生物學實驗教學中，一線教師可以立足“差別大，聯系緊”的教學思想，基于信息技術、教學環節、教學實施等方面進行初中生物學實驗教學的創新研究。

[關鍵詞]勢科學理論;初中生物學;實驗教學;創新

[中圖分類號]? ? G633.91? ? ? ? [文獻標識碼]? ? A? ? ? ? [文章編號]? ? 1674-6058（2019）17-0004-03

2001年，教育部印發《基礎教育課程改革綱要（試行）》指出：“新課程的培養目標應體現時代要求。要使學生具有初步的創新精神、實踐能力、科學和人文素養以及環境意識?！比绾闻囵B學生的創新精神和實踐能力？勢科學理論認為，要培養學生的創新意識，必須以教師具備創新意識、創新能力為前提，通過有組織、有計劃地對教師進行創新方面的相關培訓，增加教師的有效信息量，提升教師的教育素質，通過教師與學生心靈、思維的碰撞，真正促發學生對信息刺激的回應，從而培養學生的創新意識?；诖?，筆者在勢科學理論的指導下對初中生物學實驗教學的創新進行了超過十年的實踐研究。

一、初中生物學實驗教學創新的尋“勢”

2008年1月，《廣州市教育系統創新學術團隊建設管理辦法（試行）》正式實施，該辦法規定：“創新學術團隊通過在若干優先發展領域的主攻方向上，組織、培育和建設優秀學術群體，集聚核心創新資源，構筑人才新高地。”“創新學術團隊的負責人應為本單位的學術帶頭人，有比較深厚的學術積累，并具有相應的組織管理能力和團隊精神;在主攻研究方向上有良好的研究基礎和工作條件，并已經取得了突出成就，獲得過有重要影響的科研成果獎，有較高的學術知名度或具備較好的科學研究基礎，在某一研究領域的前沿具有明顯的創新潛力?！痹谶@樣的學術背景下，筆者于2008年9月組建了“廣州市義務教育階段生物學實驗教學與評價研究小組”，并作為學術團隊的帶頭人，帶領團隊通過了廣州市教育局組織的資格審查、紙質申報，以及由中山大學等7所高等院校專家參與的面試答辯，成為廣州市首批建設的教育系統創新學術團隊基礎教育階段的六個學術團隊之一。從此，筆者的研究團隊雖然成員時有變動，但一直致力于初中生物學實驗教學與評價的研究，并取得了豐碩的成果。

在專家的指導下，循著“評價決定教學，教學促進評價”的思路，我們團隊研究的切入點定為初中生物學學業水平測試實驗考查模式。筆者在學術團隊建立之前就提出了“初中生物學有效實驗考查模式”，相關論文發表在《生物學教學》2007年第11期上。在此基礎上，筆者在2011年構建了“初中學業考試生物‘五合一菜單自選實驗考查模式”。在該模式中，學生可以從實驗操作、筆試、口試、實驗設計和調查報告五種考查方式中自由選擇某一種方式或幾種方式參與考查。該模式在2012年7月的廣州市首屆基礎教育課堂教學改革成果評審中被評為現場交流成果，也是唯一的一個生物學教學改革成果，并在2015年獲得“廣州市首屆教學成果遴選 ‘培優（一等）項目”稱號。

從教學實踐中的問題出發，我們團隊也開展了初中生物學實驗教學的規范教學研究，例如典型的實驗課應該包括哪些環節？判斷一節實驗課是否有效的標準有哪些？提高實驗課堂教學有效性的途徑有哪些？有效的實驗課堂教學應該注意哪些細節？評價教師生物實驗能力的標準是什么？初中生物學虛擬實驗教學的作用有哪些？等等，并以課題《初中生物學實驗教學研究》參加了2012年廣州市第八屆教學成果獎的評選，獲得了基礎教育教學成果一等獎。此后，我們團隊將所有的研究成果整理成《有效生物實驗教學的四個關鍵》《初中生物實驗有效教學研究》兩本著作，奠定了團隊在初中生物學實驗教學研究方面的基礎。

雖然筆者是廣州市教育系統首批建設的創新學術團隊學術帶頭人，但直到2013年7月團隊研究成果的驗收評價階段，團隊的研究實際上還是對“有效”教學研究多，對“創新”教學研究少。有效，是“能實現預期目的”，或者“有成效，有效果”。創新（Innovation），起源于拉丁語，有三層含義：第一，更新;第二，創造新的東西;第三，改變。兩者你中有我，我中有你，缺一不可，是筆者“初中生物學實驗教學的‘有效·創新雙維教學”體系的主要內容。

二、初中生物學實驗教學創新的蓄“勢”

根據勢科學理論揭示的創新機制，教育勢也叫教育信息勢，就是教育過程中有關要素信息之間的差別乘以聯系，差別促進聯系，聯系促進差別。當系統信息量的積累達到某種臨界值時就會產生相變和分岔勢，也就是創新。因此，學生獲得的“勢”越大，產生的分岔就會越多，相變也會越多，創新的能力就越大。而教育創新的基礎是教師素質，教育創新的核心是教學創新，教學創新的根本路徑是營造課堂教學的信息勢。因此，作為教師，必須要善于在課堂中造“勢”：開展“差別大，聯系緊”的融合性教學，增強信息勢;開展“有效”教學，激發學生的好奇心與求知欲，培養情感勢?！靶畔菁钋楦袆?，情感勢作用下產生意識流”，只有教師自身的創新意識和創新能力提高了，才能有效地培養學生的創新意識和創新能力。

以生物學教學為例，如果在信息技術飛速發展的今天，教師還只掌握單薄的生物學知識，不能跨學科融合教學，在課堂上，仍然是教學方法與技術保守、單一、落后，講授法一用到底，以講實驗代替做實驗，那么教師的素質就無法達到教學信息勢的臨界值，教師的教學就很難創新，更談不上培養學生的創新精神和實踐能力了。

2013年，筆者根據對廣州市150多所初中學校的生物教師所做的問卷調查結果，撰寫了廣州市初中生物學實驗教學調查報告。在該報告的基礎上，筆者開始依據個人在生物學科培訓方面的影響，倡導所有初中生物學教師在自己的教學實踐中要敢于開展初中生物學實驗教學的創新實踐，也開啟了我們團隊著重研究初中生物學實驗教學的創新階段。

2015年，筆者受人教社生物室譚永平主任的邀請在深圳人教社全國生物新課標教材培訓會上做了《基于初中生物教材的實驗教學探索》的講座，先后在福建、貴州、云南、廣東等地的“國培”和廣州市的骨干教師培訓中開展了主題為《初中生物學實驗教學與創新》的講座，并在廣州市中小學教師繼續教育網站建設、上線了三門課程：《初中生物學實驗教學的準備環節》《初中生物學實驗教學的實施環節》《初中生物學虛擬實驗教學》，筆者也成為網站首頁推介的優秀專家。除此之外，筆者還在《生物學教學》2017年第10期，發表論文《初中生物學實驗教學的創新策略》，具體解讀如何開展初中生物學實驗教學的創新實踐。

在《初中生物學實驗教學的創新策略》一文中，筆者從實驗教學的類型、實驗材料、實驗裝置和實驗方法四個方面闡述了初中生物學實驗教學的創新策略。例如，倡導典型實驗課的教師講解與示范環節，教師的示范不可替代，但可以是多元的，既可以是教師、學生的親自操作示范，也可以是虛擬實驗的演示。提出作為真實實驗的補充，開展虛擬實驗不僅是生物學課程標準的要求，還是實驗教學發展的大“勢”所趨。倡導教師要提高實驗的開出率，要對實驗材料的獲取進行研究，可以通過尋找本地常見、易得的實驗材料開展實驗，即本土化實驗材料。提出實驗裝置與器具創新的主要目的是避免實驗裝置過于復雜，倡導實驗裝置的簡約性、環保性和安全性，以及改善實驗現象，提高實驗效果。倡導實驗方法創新的目標在于培養學生的探究能力和科學思維。教師和學生不能僅限于依照教材上提供的實驗方案進行實驗，還要敢于在其基礎上不斷改進，設計出更好的實驗方案。提出實驗方案的創新最突出的價值在于，發展學生的工程、技術以及科學思維，將學生帶進更廣闊的天地，為高中生物核心素養體系中所倡導的科學探究、科學思維、社會責任等核心素養的培養奠定基礎。

三、初中生物學實驗教學創新的破“勢”

創新的本質就是將不同層次、系統中差別巨大的要素緊密地聯系起來，“生產”教育信息量，營造教育信息勢。因此，近兩年來，在勢科學理論的指導下，我們團隊開始從以下三個方面積累初中生物學實驗教學的信息勢，以圖創新。

1.基于信息技術

信息技術是指能夠支持信息的獲取、傳遞、加工、存儲和呈現的一類技術?；谛畔⒓夹g，我們團隊開始通過利用虛擬實驗小課件、虛擬仿真實驗室平臺、虛擬實驗APP、實驗微視頻開展實驗教學的創新研究。

初中生物學虛擬實驗小課件往往由計算機水平精良的生物教師進行設計、制作，科學性較強，非常適用于一線教學，但數量極少，難以收集。我們團隊將收集到的此類小課件按課程標準和教材的要求分成三大類，在它們同步教學、輔助教學的功能方面進行創新研究。

虛擬實驗平臺允許根據平臺上提供的器材自由搭建任意合理的典型實驗或實驗系統案例，為學生自由搭建實驗模型提供了可能。我們團隊主要對同步實驗室（http：//www.312345.com）、初中數化生學科平臺（http：//yzm.gzjyc.org/page/Bio.html）中的虛擬仿真實驗、WISE平臺（http：//wise.berkeley.edu）三個免費平臺在實驗教學中的應用開展研究。

通常所說的“APP”指的是智能手機、平板電腦上應用的第三方應用程序，同臺式電腦上安裝的應用程序是一個概念。我們團隊研究的初中生物學實驗教學虛擬實驗APP主要包括工具類、說明類、3D模型類與操作體驗類四大類，這些都是可免費使用的。

視頻教學有微視頻、慕課等形式。根據優酷網總裁古永鏗的定義：微視頻就是播放時間在30 秒到 20 分鐘之間，內容、形式豐富多樣的視頻短片的統稱。它的特點是短、快、精，大眾參與性高，播放彈性空間大。慕課又稱為 MOOCs，是大規模在線開放課程，它是一種結構上比微課更完整的微視頻。初中生物學實驗微視頻主要指互聯網上的某些實驗微視頻，或者經過手機或電腦處理后形成的自制實驗微視頻，是一種一線教師自主制作、自主使用的實驗教學創新方式。

基于信息技術開展初中生物學實驗教學創新，可以使初中生物學實驗教學更加直觀、有趣，增大學生的參與面，更加激發學生的情感“勢”，奠定創新教學的基礎。當然，虛擬實驗教學只是實驗教學的一種方式，不能代替真實實驗。

2.基于教學環節

課堂教學是實驗教學的主戰場，要在課堂教學中積累教學信息勢，我們團隊認為應該從教學環節入手。在過去的研究中，筆者提出典型的實驗課應該具備三大環節，即教師講解與示范、學生操作與教師指導、師生表達與交流。在一般情況下，一節40分鐘的課，教師的講解與示范大約用時5～8分鐘，學生的操作與教師的指導用時25分鐘，師生的表達與交流用時7～10分鐘。

基于教學環節對初中生物學實驗教學進行創新，可以對不同教學環節中存在的問題進行逐個突破，從而使教師的教學富有特色，與眾不同，百花齊放，百家爭鳴，使學生對同一信息做出不同表達，拓寬學生接受信息的視野和角度，為學生的創新研究與發展奠定基礎。

3.基于教學實施

實驗教學的落后和現狀不樂觀，很大程度上就是因為實驗條件的缺乏，使一些教師因為“偷懶”或“畏難”而回避實驗教學。任何能力都是依托于某個具體事件而培養的，在面對問題時，教師積極的處理態度、靈活的處理策略、行之有效的處理方法、解決問題后的正面情緒，將是學生勇敢面對困難、克服困難的良好榜樣。為此，我們團隊非常注重基于“教學實施”的初中生物學實驗教學創新，著重解決實驗開出率不高、實驗條件缺乏等問題。例如，我們團隊成員何永全老師，他所在學校地處黃埔區九龍鎮，屬于農村學校，學校實驗教學設備較陳舊，存在實驗儀器缺乏、老化、破損等問題，但何老師能克服困難，帶領科組教師一直堅持開展實驗教學，利用現有的條件，努力進行實驗改進、創新，因陋就簡、因地制宜、刻苦鉆研，充分利用農村的自然資源，開創了具有農村學校特色的初中生物學實驗教學新天地。

《義務教育生物學課程標準（2011年版）》在實施建議“加強和完善生物學實驗教學”中提出：“學校應逐步完善生物學實驗室的建設、儀器設備和用具的配置，保證實驗教學經費的投入?！薄吧飳W教師也應創造條件，就地取材、因陋就簡地開設好生物學實驗?！薄皩嶒炘O計應該多樣化。例如，可以采用比較規范的實驗儀器設備設計實驗，也可以設計低成本實驗;可以采用生物材料設計實驗，也可以設計模擬性實驗;有條件的學校還可以適當引入多媒體技術進行虛擬實驗。”在這樣的背景下，教師基于“教學實施”可以積極探索實驗室開放的新功能，積極創造條件，對具體的某個實驗的材料、儀器、器具、步驟、方案等進行改進與創新;還可以選擇優秀的實驗教學策略，如“5E”教學策略、PBL教學策略、情境教學策略、二次實驗法教學策略等。

通過超過十年的研究、鋪墊，我們團隊認為，創新的教學應該是從全新的切入點進入的，是從所學知識的某個中間環節突破的，是注重形象和直覺的，能將理論與生活實踐和個人感悟聯系起來的，能使所學知識統一到更普遍的規律中的開放式教學，是“差別大，聯系緊”的教學。事實已經證明并將繼續證明，初中生物學實驗教學的創新，是培養學生生物學創新能力的主要途徑。

[? ?參? ?考? ?文? ?獻? ?]

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[2]? 李德昌，張守鳳.創新機制與時代創新：勢科學與教育學理論研究之十一[J].教學研究， 2013 （5）：5-9+123.

[3]? 李德昌，黃旺生，李德建.學習創新·方法創新·教育創新：勢科學與教育學理論研究之十二[J].教學研究，2014（3）：1-6+10.

[4]? 周麗華.創新型人才成長機制與教育路徑研究：基于勢科學與信息動力學理論[J].教育理論與實踐，2018（33）：9-11.

（責任編輯 黃春香）