加強和改進初中生物學實驗教學的嘗試

劉艷紅

[摘 ? 要]介紹加強和改進初中生物學實驗教學的三點創新做法，即借助虛擬實驗，開齊課程標準規定實驗;以命題促進教學，提高實驗教學的關注度;堅持融合創新，豐富實驗教學的內容與形式。

[關鍵詞]初中生物學;實驗教學;虛擬實驗;融合創新

[中圖分類號] ? ?G633.91 ? ? ? ?[文獻標識碼] ? ?A ? ? ? ?[文章編號] ? ?1674-6058（2020）26-0085-03

2019年11月20日，教育部發布了《關于加強和改進中小學實驗教學的意見》，提出了 “創新實驗教學方式”“健全實驗教學評價機制”“加強實驗教學研究與探索”等主要舉措，倡導“開齊開足開好國家課程標準規定實驗”以及“不斷將科技前沿知識和最新技術成果融入實驗教學，豐富內容，改進方式”。筆者及團隊一直都很關注生物實驗教學的實施，也進行了幾年的實踐摸索，通過不斷嘗試得出了加強和改進初中生物學實驗教學的三點創新做法。

一、借助虛擬實驗，開齊課程標準規定實驗

對于一些因缺乏實驗條件而很難開出的實驗，我們除了要改善實驗條件以外，還應借助虛擬實驗，提高實驗的開出率。《關于加強和改進中小學實驗教學的意見》也指出：“對于因受時空限制而在現實世界中無法觀察和控制的事物和現象、變化太快或太慢的過程，以及有危險性、破壞性和對環境有危害的實驗，可用增強現實、虛擬現實等技術手段呈現。”

例如，人教版八年級生物學下冊的“探究酒精或煙草浸出液對水蚤心率的影響”，該探究常常因為缺乏水蚤活體材料而難以開出，但其作為生物學義務教育階段的最后一個探究，除了幫助學生學習有關水蚤知識以外，還可以引導學生復習設置對照實驗（實驗組和對照組）、控制單一變量、增加重復次數的科學探究原則，培養學生的定量實驗意識，以及通過高濃度煙草浸出液導致水蚤心跳加快和高濃度酒精溶液直接導致水蚤心率消失致死，讓學生直觀體驗吸煙和酗酒對人體的危害。可以說，該探究是對義務教育階段生物學實驗教學的一個總結，不能開出非常可惜。而此時若開展非常規的虛擬實驗，可以得到一定的彌補。

虛擬實驗的實施載體包括虛擬仿真實驗平臺、虛擬實驗課件、數字化游戲、虛擬實驗APP、實驗微視頻（微課）等，其中，虛擬實驗課件方便簡潔，非常實用。筆者團隊原創設計的“探究酒精對水蚤心率的影響”虛擬實驗課件，包括實驗目標、實驗準備、實驗過程、實驗結論、實驗拓展五個欄目。每個欄目都有相關文字或圖片、實驗操作呈現。通過實驗準備欄目，學生可以了解到水蚤的生活習性、心臟位置、心臟跳動（心率）的情況，以及探究中需要考慮的影響水蚤心率的4個可能因素：水蚤的大小、水蚤生活的水體溫度、水質、水蚤個體營養狀況;了解探究中用到的材料、用具，包括不同體積分數梯度（1%、5%、10%、15%、20%）的酒精溶液，以及探究中記錄實驗數據的打點計數法的操作：在觀察水蚤心臟跳動的同時，與水蚤心跳同步，用鉛筆在白紙上點擊（避免在同一位置重復打點），10秒計時結束后，統計白紙上的黑點數作為實驗結果。實驗中，學生可以自主選擇1%、5%、10%、15%、20%體積分數的酒精溶液，分別與蒸餾水對照組一起探究，不僅了解了1只水蚤只能重復做1個組別兩次實驗的過程，也親自實踐了打點計數法，并可以直接將實驗數據填寫在電腦上，而該數據可以同步在實驗結論的表格中出現，并自動轉換成折線圖，非常清晰明了（見圖1）。通過實驗目標和實驗拓展欄目，學生可以了解探究的目標以及探究推論出的酗酒對健康生活的影響的結論。因此，借助該課件，輔之以教師的引導、講解，可以幫助學生獲得該探究的實施體驗。

除了能有效解決活體實驗材料缺乏的問題外，虛擬實驗還可以助力一些其他活動的實施。例如，探究時間長、在課堂上難以完整呈現的“探究種子萌發的環境條件”“測定種子的發芽率”“檢測不同環境中的細菌和真菌”;有潛在安全隱患的實驗“綠葉在光下制造有機物”;難以獲取唾液的“探究饅頭在口腔中的變化”;瞬時、難以全面分析的“測定反應速度”;耗時長、由于學生主觀原因導致結果可能不準確的“模擬保護色的形成過程”;等等。

二、以命題促進教學，提高實驗教學的關注度

隨著全國各地新中考政策的實施，2020年3月，廣州市公布了《廣州市初中學業水平考試地理生物學信息技術音樂美術等科目考試實施方案（試行）》，其中，生物學考試滿分值100分，閉卷筆試90分，實驗操作考試10分。新中考下的試題命制，要求體現立德樹人的根本要求，注重與學生生活經驗、社會實際和科技發展等的聯系，著重考核學生在真實情景中發現問題、運用所學知識分析和解決問題的能力，培養學生的創新精神和實踐能力。由于實驗操作試題為全市統一命制，筆者在命制所在區域的學期末教學質量監測筆試試題時，嘗試在相關實驗試題中設置實驗創新的背景，旨在引領教師重視和加強實驗教學，提高實驗教學質量。

例如，筆者命制的2019-2020學年第一學期期末教學質量監測試題七年級生物第39題如下：

39.圖2是區117中學學生“觀察種子的結構”實驗的實驗結果之一。

請據圖回答問題：

（1）根據該同學的實驗結果，種子的表面有一層 ? ? ? ? ? ? ?，對種子起保護作用。

（2）根據該同學的實驗結果，該種子屬于 ? ? ? ? ? ? ? （選填“雙子葉”或“單子葉”）植物，子葉中含有 ? ? ? ? ?。

（3）種子中的 ? ? ? ? ? ? ?是新植物體的幼體，它通常由4個部分組成。

（4）種子中含有豐富的營養，更適應陸地環境。單子葉植物的營養一般貯存在 ? ? ? ? ? ? ?里。

（5）種子植物包括兩大類群，像蘇鐵、側柏等植物，被稱為 ? ? ? ? ? ? ? 植物。

本題的背景是筆者在常規下校視導中聽到的本區117中學簡偉良老師的實驗課《觀察種子的結構》，試題中的圖片也是當時拍攝的學生所畫的結構圖。簡老師在開展這節實驗課時進行了創新：先請學生觀察花生種子的結構，然后要求學生結合教材內容，將觀察到的花生種子的結構通過概念圖寫在紙上，并把解剖后花生種子的各部分結構擺放在概念圖中的相應位置上。本題中只體現了學生所畫的一種結構圖，事實上學生的結構圖還有分支狀的、圓餅狀的、直線形的……非常巧合的是，同樣是這一屆學生，在參與新中考廣州市初中生物學的第一次實驗操作考試時，試題背景恰好就是“觀察花生種子的結構”，只不過換了一種形式，實驗操作考試要求學生在解剖后用解剖針正確指認結構。

近幾年，在筆者命制的區域教學質量監測筆試試題中，幾乎每套試卷中都會有一兩道以區域教師創新實驗為背景的試題，目的是鼓勵和倡導一線教師積極加強實驗教學。以七年級生物為例，2017-2018學年第一學期期末教學質量監測試題第40題，背景是我區玉巖中學的兩位同學在老師的指導下設計實驗研究光合作用需要的條件和所需要的原料;2017-2018學年第二學期期末教學質量監測試題第39題，背景是探究饅頭在口腔中的變化時使用飲料管幫助獲得唾液;2018-2019學年第二學期期末教學質量監測試題選擇題第21題、簡答題第40題，背景分別是用飲料瓶改進制作“模擬胸廓運動”的教具，以及廣州開發區中學的黃老師帶領學生改進《綠色植物的呼吸作用》一節的兩個教材實驗;即使今年延遲開學，不方便做實驗，2019-2020學年第二學期期末教學質量監測試題第38題，還是利用了區黃埔軍校紀念中學李老師在上《流動的組織——血液》這節網絡公開課時利用動畫對血液的分層現象進行資料分析、利用某生物虛擬實驗仿真平臺開展“用顯微鏡觀察人血的永久涂片”虛擬實驗的背景。

通過教學質量監測試題的背景設置，倡導實驗教學要注重實驗設計的創新、實驗材料的獲得、實驗教具的改進，或使用虛擬實驗助力教學，等等，旨在對教師平時的實驗教學起一個示范作用，共建加強實驗教學的氛圍。

三、堅持融合創新，豐富實驗教學的內容與形式

2018年，教育部下發《教育信息化2.0行動計劃》，提出“堅持融合創新，發揮技術優勢，變革傳統模式，推進新技術與教育教學的深度融合”“依托各類智能設備及網絡，積極開展智慧教育創新研究和示范，推動新技術支持下教育的模式變革和生態重構”。在教育教學中逐步推進的新技術很多，包括已經大面積在基礎教育學校推廣的“希沃”（seewo）交互智能平板教學系統，也包括2019年4月教育部發布的《初中生物學教學裝備配置標準》（JY/T 0621-2019）中倡導學校選配的各類型新裝備，即具有現代科技含量的數字化、信息化、集成化、微型化等多元化教育裝備（信息載體、信息采集加工處理數字化設施、模擬學習情境設備等），更包括有條件的學校引進的各種智慧教育平臺，還有各地市自己引進的，像廣州市教育局引進的可供廣州市教師免費使用的生物虛擬實驗室，等等。

以筆者曾經任教8年的廣州開發區中學為例，作為廣州市第一批中小學（中等職業學校）智慧校園，學校融合使用“訊飛”暢言智慧課堂和“希沃”交互智能平板兩套智慧校園建設系統，“+智能平板”是其一大特色，在初中生物學實驗教學融合創新方面做了很好的嘗試。例如，廣州開發區中學的黃麗敏老師在上區域公開課《細菌》時，一方面利用了“希沃”交互智能平板教學平臺及配合使用的移動端——平板，實現了“拍照上傳”“演示課件”“屏幕同步”;另一方面也使用了“訊飛”暢言智慧課堂互動平臺中的“全班齊答、分組互動討論、隨機PK板、實物展臺”，及其資源庫、作業平臺中的“主觀題、客觀題、講評、本地報告”等功能，整個教學過程感官化、可視化、融合化、技術化，全面調動了學生的參與積極性，培養了學生的信息意識、創新意識和實踐意識。其教學過程與技術支持之間的關系如圖3所示。

《細菌》是人教版生物學八年級上冊第四章第二節的內容，廣州市教育局組織有關專家編寫的《廣州市中小學理科實驗目錄（試行）》將該節內容中的“觀察與思考”《觀察細菌的結構》設為必做演示實驗，要求自2016年9月1日起開出率要達到100%。黃老師在公開課中，不僅將該演示實驗轉化為學生分組實驗，讓每個小組學生用橡皮泥捏制動物、植物細胞和細菌結構模型，并比較;還通過智慧課堂的應用，增加了顯微鏡、細菌發現的科學史，以及細菌分裂生殖虛擬演示等內容。可見，應用融合創新可以對課堂教學進行重構，豐富實驗教學的內容與形式。

《關于加強和改進中小學實驗教學的意見》是為了全面提高基礎教育質量而提出的。中共中央、國務院印發的《關于深化教育教學改革全面提高義務教育質量的意見》中，堅持把課堂教學作為提高義務教育質量的主要環節，強調創新教學方式方法，促進信息技術與教育教學的深度融合應用。以筆者團隊的實踐來看，通過重視虛擬實驗、堅持以實驗為背景命題和實驗教學與新技術的融合創新，對提高實驗教學質量非常有效。

[ ? 參 ? 考 ? 文 ? 獻 ? ]

[1] ?駱慧超.以實驗器具改進為抓手促進實驗教學創新[J].中學教學參考，2019（17）：6-8.

[2] ?黃麗敏.學生全程參與的“光合作用”系列實驗教學創新研究[J].中學教學參考，2019（17）：9-10.

（責任編輯 黃春香）