提高初中生物實驗探究教學有效性的五個關鍵

朱曉燕 解凱彬

【摘?要】通過對“食物中能量的釋放”一節教學內容的觀摩和反思，分析教學過程中實驗探究低效的常見原因，并結合對生物學教學中實驗探究的功能分析，作者提出精準分析學情、正確設計目標、重視探究的科學背景、關注拓展遷移和抓住探究生成等五個提高初中生物實驗探究教學有效性的關鍵措施，為教師進一步開展初中生物實驗教學提供借鑒和參考。

【關鍵詞】實驗探究;生物實驗;自主建構

【作者簡介】朱曉燕，福建省南平市高中教研室主任，福建省學科帶頭人培養對象，福建師范大學兼職碩士研究生導師;解凱彬（通訊作者），博士，副教授，南京師范大學基礎教育研究中心副主任，碩士研究生導師。

【基金項目】全國教育“十三五”規劃2016年度教育部重點課題“核心素養導向的科學課程課例研究與實踐”（DHA160353）

科學探究是生物學科核心素養的重要內容之一，也是學生通過生物學學習需要培養的關鍵能力。通過科學探究活動，教師幫助學生領悟科學研究方法，體驗科學研究的魅力與價值。在主動獲取生物科學知識的過程中，形成科學態度與價值觀，培養科學探究能力，是生物教學的一個重要目標。

實驗探究作為科學探究的重要形式，不僅是初中階段的重要學習內容，也是學生學習生物學的基本方式。實驗探究對促進概念的自主建構，發展學生綜合能力，引導學生在新情境下嘗試應用所學知識進行遷移拓展，全面提升學生生物學科學素養都有著不可替代的作用。正因為如此，強化學生的探究意識，引導學生積極思考、主動探索，是當前生物教學需要關注且強調的內容。但教學實踐中往往因為各種因素，實驗探究教學效果甚微。究其原因，主要有以下幾點：在教學中，有的教師對學生已有的知識和經驗了解不夠，對探究的目標認識不清，對探究的科學原理與學科背景缺乏充分的鋪墊;在探究活動中，對學生的認知過程關注不夠，對探究生成的資源不能合理利用等。這些原因導致實驗探究教學流于形式和表象，無法達成預期的教學目標。

筆者結合北師大版生物七年級下冊第十章第1節“食物中能量的釋放”一課的教學活動，對影響實驗探究教學實效的一些關鍵問題展開討論，并提出解決對策。

關鍵一：精準分析學情，夯實探究基礎

在探究活動開展之前，教師先要進行學情分析。學生在學習“食物中能量的釋放”一課內容之前，已經了解了食物中含有不同的營養成分，知道糖類是人體的主要供能物質，營養物質通過血液循環運輸到體細胞，氧化分解能釋放能量供給人體各項生命活動等相關知識。但這個階段的學生還未開始進行物理與化學學科的學習，沒有學過能量守恒定律，對能量等熱力學概念存在理解困難，不能理解食物中所含能量為何可以用燃燒的方法來呈現。大多數學生不具備燃燒需要氧氣等基礎知識，不能規范使用天平、溫度計等儀器，導致數據讀取不準確。學生對實驗的設計意圖不理解，也給探究活動的開展帶來障礙。

在教學過程中，教師可以將小學科學相關實驗原理遷移到本節課的探究活動中，通過學案將實驗所需要的背景知識進行必要的補充。遷移與補充的內容需要建立在對學生學情準確了解的基礎上。教師可以利用小學數學應用題來幫助學生理解測定食物中貯存能量的方法和計算原理，幫助學生理解實驗中為何要計算單位質量下的熱價。同時，梳理學生在本節課之前已經完成的科學探究活動，總結過往探究實驗中學生的收獲與不足，為探究活動的開展打好基礎。

關鍵二：正確設計目標，凸顯實驗探究的育人價值

設計探究活動時，教師需要思考探究活動的教育價值，以及對學科教學的意義。是為了促成概念建構而學習科學探究的一般方法，還是為了在新的具體情境中達成知識遷移。只有對科學探究活動有一個明確的預設目標，探究活動的開展才具有真正的意義，從而避免形式化。

在教學中設置“不同食物中貯存能量不同”的探究活動，不僅是為了驗證實驗的假設，更重要的是通過探究活動，引導學生學習科學的論證方法，嘗試在新的情境下應用所學知識進行思考與分析，體驗科學研究的嚴謹性?；谶@一教學目標，教學的重點應該放在對探究方案設計的分析與引導上。在探究活動開展過程中，教師要對食物、能量與人體生命活動之間的關系進行充分的解釋說明，幫助學生深入理解“探究不同食物貯存能量的差異”活動的意義。教師結合生物七年級上冊對科學探究一般方法的學習設計實驗方案，聯系學生之前學習過的與本探究活動有關聯的活動，引導學生聯系舊知識和跨學科知識，將所學的知識融會貫通，最終讓學生自主設計實驗方案，深化理解“不同食物含有的熱價不同”這一概念，探討食物中的能量。這些教學任務的設置是為了讓學生在后續學習呼吸作用打下基礎。

關鍵三：重視探究的科學背景，避免實驗探究的盲目和無序

在開展探究活動之前，教師要讓學生充分理解探究活動所需要的科學背景知識，因為不基于科學原理的探究是盲目和低效的。只有對實驗設計的科學原理有正確的認識，學生才能針對問題提出科學的假設，對探究方案進行嚴謹的設計，對探究活動的思考和開展才能成為真正意義上的深度學習[1]。

在“探究不同食物貯存能量的差異”活動中，教師如果不先進行知識準備，補充本探究活動需要的科學背景知識，而是機械地按教材要求讓學生討論在實驗中如何保證有充足的氧氣使樣品充分燃燒，如何盡可能減少燃燒過程中能量的散失等問題，學生就會因為缺乏物理與化學學科知識不能進行真正的思考，討論將流于形式。其結果就是課堂教學組織混亂，學生設計探究方案盲目和無序，課堂效率受到嚴重影響。

在“探究不同食物貯存能量的差異”活動中，引導學生回顧北師大版生物七年級下冊第八章“人體營養”的相關內容，可幫助學生理解實驗材料的選取原則，理解采用燃燒的方法來比較不同食物能量的意義，從而幫助學生真正理解實驗設計的原理。在燃燒實驗的過程中，教師要引導學生思考哪些因素會導致實驗誤差，討論如何減小誤差，幫助學生思考如何設計裝置才能盡可能減少熱量的損耗，實驗過程中還有哪些因素會影響實驗數據的精確度。學生只有充分理解實驗設計的原理，才能基于新的情境要求提出合理的實驗方案，比如溫度計的正確置放，熱量測定儀的設計需要考慮的問題等。此外，學生還要明白進行能量值比較時，需要計算單位質量樣品的能量值，要理解每克樣品中所含能量的計算原理等。

關鍵四：關注拓展和遷移，促進學生自主建構

學生通過實驗探究所獲取的知識得到多大程度上的理解，有沒有真正形成科學探究能力，需要在新的情境中進行遷移應用以及在新問題的解決中得到檢驗。學生在陌生的情境中面對新的問題展開嘗試，需要將新舊知識進行連接后再進行整合性應用，這樣才能檢驗其知識的掌握程度，也才能對所學知識進行調校和修正，從而進一步加深對概念的理解，促進知識內化和整合。因此，關注拓展和遷移是實驗教學的重要環節[2]。

在“探究不同食物貯存能量的差異”實驗中，教師可以先讓學生聯系七年級學過的其他探究活動，比如聯系“探究唾液對淀粉的消化作用”實驗，在兩個探究活動中搭建橋梁、進行類比，回顧在設計對照實驗時應從哪些角度來控制無關變量以減小實驗誤差，如何簡明合理地表達實驗結果等。接著教師引導學生分組設計實驗方案，搭建實驗裝置。面對不同小組搭建的實驗裝置這一新情境，教師要引導學生對可能影響實驗的因素進行分析，盡可能地減小實驗誤差，從而完善實驗方案。在討論中，學生能關注到環境溫度等無關變量對實驗產生的影響，推斷測定的能量肯定要比食物中實際含有的能量少;自然界中的氣流變化等因素也都會影響到熱量的傳遞，進而提出創造一個相對隔離的空間，讓燃燒盡可能在熱量不容易散失的空間中進行等。這樣的拓展和遷移促進了學生對科學探究的深入理解，提升了學生在探究實驗中控制變量的水平，促使學生的思維更加縝密。

關鍵五：抓住探究生成，促進探究能力的全面提升

在實驗探究中，可能會出現與師生預期有很大

偏差的情況，教師擔心遇到的問題無法得到合理解決，所以教師有時會刻意忽略學生生成性的質疑，有時甚至粗暴地理解成學生在搗亂，這大大挫傷了學生探究的積極性。其實，實驗探究中的生成往往是學生心中真實的疑惑，是學生科學探究的真正動力。抓住探究生成，幫助學生開展深度思考和二次探究，才能更好地促進學生探究能力的全面提升[3]。

比如，在實驗中出現質量小的花生燃燒后測得的熱量值反而高的現象，是教師在課前不曾預料到的，學生顯然會對這一實驗結果產生疑問。教師應充分利用這一生成契機，引導學生在分析實驗現象或數據與預期相悖時，應該怎樣處理。教師要正視和尊重實驗數據，和學生共同分析其原因。如可能是因為花生在生長過程中存在個體差異，積累的有機物不同，或是有的花生蛋白質含量高，有的則脂肪含量高等，而這恰恰反映了生命的復雜性。教師可以聯系“探究運動與脈搏的關系”這一內容，舉例不同的人測出的心率也是不同的，抓住引導學生形成生命現象多元性觀念的好時機。另外，師生也可推測是實驗裝置造成的相悖，也就是我們通常說的無關變量導致的，還可能是實驗操作時出現的偏差導致數值有誤等。然后教師要強調，正是為了保證實驗結果的準確性，科學家在進行研究時往往需要多次重復實驗。針對這一問題的討論，對幫助學生更準確地理解科學探究的嚴謹性，科學研究工作的一絲不苛都有積極的意義。

實驗探究活動是一種基于合理邏輯論證的綜合的認知過程。在這個 過程中，教師要特別關注學生已有的認知水平和認知思維路徑;正確認識實驗探究活動的育人功能，正確設立學習目標;重視實驗探究相關的科學背景和科學原理;關注每一個探究生成，巧妙地利用生成資源，結合學生的認知規律，促成學生概念的自主建構，只有這樣才能真正提升實驗探究的有效性。

參考文獻：

[1]解凱彬.生物實驗教學現狀分析及對教師實驗教學行為調適的若干建議[J].新課程教學，2013（6）：4-7.

[2]胡衛平，林崇德.青少年的科學思維能力研究[J].教育研究，2003（12）：19-23.

[3]張麗輝.在科學探究活動中培養學生的質疑思維[J].生物學教學，2019（2）：64-65.