基于科學探究核心素養的初中生物課堂拓展實驗初探
——以“模擬酸雨影響種子的萌發”為例

（江蘇省南京市浦口區實驗學校 江蘇南京 211800）

生物學學科核心素養包括生命觀念、科學思維、科學探究與社會責任4個方面。其中，科學探究能力的培養主要以實驗教學為載體，通過提出問題、作出假設、設計實驗、記錄數據、分析數據得出結論、討論交流，大大提升學生的科學探究能力和水平。

酸雨在我國普遍存在，覆蓋面積已占國土面積的30%以上。酸雨危害是多方面的，包括對人體健康、生態系統和建筑設施都有直接和潛在的危害。多數學生都沒有經歷過酸雨，對酸雨的危害大多通過媒體了解，并不能真切的認同。蘇教版七年級下冊第十三章第一節“關注生物圈——環境在惡化”中有一個探究實驗，主題為“模擬酸雨影響種子的萌發”。但是僅僅以黃豆為材料，設計了清水組和酸雨組作為對照，實驗能夠說明一定的結論，但限于材料和組數太少，并不能很好地說明酸雨的危害。基于此，筆者試以“模擬酸雨影響種子的萌發”為例，就如何有效進行初中生物課堂拓展實驗的設計進行探討。

1 課堂拓展實驗的層次性

初中生物課堂實驗常常提供探究目的、推薦器材、背景知識、探究指導和討論等多個環節，常常以學生探究或者教師演示的形式進行，以此突破教材上的重難點。拓展實驗不僅僅是圍繞相同主題進行的同類型實驗的類比，更是知識點橫向和縱向的延伸。因此，需要教師設計目標精準的拓展實驗。同時，不同實驗之間要有層次性，以符合學生的認知，避免出現思維混亂。

例如，“模擬酸雨影響種子的萌發”這個實驗是蘇教版七年級下冊第十三章第一節“關注生物圈——環境在惡化”中第二部分“環境問題嚴峻”關于酸雨的一個探究實驗，因為實驗的時間較長，不方便在課堂上完整地呈現，所以筆者將實驗放在了課前完成，并詳細記錄的數據。表1是最初的設計。

該設計流程以書本實驗出發，拓展了在相同酸雨下對小麥、香草種子萌發的影響，還拓展了不同pH酸雨對小麥種子萌發的影響，從內容上看符合學生的認知規律，逐層深入。但仔細觀察教師提供的數據，分析各個實驗形成的結論，不難發現書本實驗和拓展實驗1盡管證明了酸雨對部分種子萌發有影響，但影響卻并不是很大，甚至對小麥種子萌發就沒有影響。那么，學習完這兩個實驗后，學生腦中就會形成“酸雨對種子萌發有一定影響，但影響并不明顯”這樣的概念。這樣的前概念一旦形成對學生后續學習酸雨的危害具有負遷移的作用，會阻礙后續學習的開展。因此，教師可適當調整教學順序，使得教學設計更具層次性，更加符合學生的邏輯，將酸雨具有明顯危害的實驗（即拓展實驗2）放在最前面進行探究和分析。如果考慮到拓展實驗2設置的組別沒有清水對照組，可以先設置2組實驗說明酸雨的危害，再拓展適當增加幾組以增強實驗的說服力，如可以設置pH為2.4、3.4、4.4、5.4、6.4、7.4這樣的多組實驗。這樣處理之后，pH梯度變小，實驗現象更加具體，說服力也更強。改良后的實驗設計見表2。

表1 最初的教學設計

表2 改良后的實驗設計

這樣設計可以讓學生形成“酸雨對種子萌發有明顯的危害”的前概念，教師再進行拓展，就不會干擾學生建立正確概念。改良后的實驗2讓學生可以辯證地看待酸雨的問題。教師還可以進一步深化探究實驗，如探究酸雨對種子萌發有沒有促進作用、探究種子種類受酸雨的影響的區別，以此逐漸打開學生的思維。。

2 課堂拓展實驗的啟發性

孔子說過，“不憤不啟，不悱不發，舉一隅，不以三隅反，則不復也”。在實際的教學活動中，生物學教師在設計拓展實驗的時候還需要注意實驗的啟發性。新課改提倡培養學生獨立思考的習慣，通過自主、合作、探究學習，更好地理解和掌握相應的知識，從而發展學生的生物核心素養。在啟發式教學中，教師要根據學情，引導、啟發學生進行學習，在熟練掌握相關知識點的基礎上，利用所學知識解決生活中的實際問題，從而培養學生發現問題、分析問題并解決問題的能力。

2.1 教師提問的開放性

探究始于“問”，此問一般由學生自己提出，能夠在一定程度上激發學生的探究興趣，培養其科學探究能力。但在探究過程中，學生的進一步“問”的能力需要教師引導，否則非常容易出現眼高手低的現象。不少教師的提問引導往往直指實驗本身，過于具體化反而限制了學生的思維，所以教師提問要具有開放性，又不偏離主題，才能啟發學生的思維。

例如，在探究“模擬不同pH的酸雨對小麥種子萌發的影響”實驗時，教師可以設計以下問題：為什么要設計這么多組不同pH的酸雨組？看到這些實驗現象，你想到了什么？分析這些數據，你能得出哪些結論？你覺得這個實驗還可以怎么改進？根據你的猜想，你還想設計什么樣的實驗？這樣的提問啟發性較強，可以充分發揮學生的主體性，使學生在獲得教師的預設目標之后還能有所延伸，促進學生對知識的應用以及對知識體系的整合。

2.2 方法指導的科學性

培養學生的探究能力是初中生物學課程的重要目標之一。科學探究既需要觀察和實驗，又需要對證據、數據等進行分析和判斷。科學探究需要利用多種方式呈現證據、數據，如采用文字、圖表等方式來表述結果，需要與他人交流和合作。七年級學生在提出問題、作出假設方面已經具備較強的能力，實驗方案的設計也基本可以合作完成，但是收集并分析數據從而得出結論的能力還有待提高，所以教師必須關注方法指導的科學性。

例如，在探究“模擬酸雨種子對黃豆、小麥、香草種子萌發的影響”實驗時，因為涉及3組不同pH的3種植物種子，共計9組數據。當數據呈現出來的時候，學生感覺無從下手，很難得出教師想要的效果。這時，教師要引導學生從橫向、縱向兩個角度去解讀數據。橫向解讀，如選取pH為3.8的酸雨組，比較3種不同植物種子的萌發情況，從而得出“同一pH的酸雨對不同種子有不同影響”的結論。縱向解讀，如選取香草種子，比較3組不同pH溶液對種子萌發的影響，從而得出“不同pH的溶液對同一種子影響也不同”的結論。

在分析數據的時候，教師還可以通過現代化的信息手段，制作直觀的圖表幫助學生分析數據。例如，在橫向解讀時，將數據進行不同顏色的標示，如黃色表示pH為3.8，綠色表示pH為5.6，紅色表示pH為7.4，以此引起學生的無意注意，從而不用教師刻意去講，學生也能按照橫向去對比分析同一pH的溶液對不同植物的影響。縱向解讀某一種子的萌發情況時，可以繪制折線圖，能夠較為直觀地看出不同pH對于同一類型的種子的影響。

2.3 學生合作的有效性

隨著新課改的不斷深化，教師觀和學生觀也在不斷完善。當前的教學活動中，師生之間、生生之間的互動交流不斷增加，學生的主體地位不斷突顯，尊重個性差異、構建和諧的教學氛圍、推動學生有效合作和自主探究就變得尤為重要。當學生合作有效開展，他們的想法就會碰撞，產生令人意想不到的效果，從而促使他們學有所思、學有所得，這也正是啟發教學的目的所在。

例如，在探究“酸雨對黃豆種子萌發的影響”實驗時，教師提出疑問：“你覺得這個實驗還可以怎么改進？”此時，若充分發動學生進行討論，學生就會迸發出各種新奇卻又具有一定價值的想法。觀點1：“pH的溶液配好后，會不會因為蒸發或者其他原因，隨著時間的推移會有所改變，這樣的話就需要定期去測量各組的pH，才能保證實驗結果的科學性。”觀點2：“我覺得每組黃豆選用20粒，數量上有點少，是不是可以考慮增加黃豆的數量，比如增加到50粒甚至100粒，以避免實驗的偶然性。”觀點3：“我覺得pH的梯度可以更小一些，設置更多組。這樣我們甚至可以探究酸雨是從哪個pH開始對植物種子萌發開始產生負面影響的。”觀點4：“我發現老師呈現的圖片中，pH為3.8的酸雨組霉變很嚴重，那么霉變對種子萌發有沒有影響呢?如果有，那怎么說明到底是酸雨影響了種子萌發還是霉變影響了種子萌發呢？”當學生們通過合作交流，產生這些疑惑，提出各種建議的時候，正是他們智慧快速生長的時候。

3 課堂拓展實驗的實踐性

教學研究需要回到實踐本身，這是由教學作為實踐的獨特品質所決定的。“回到實踐本身去”就是讓教學研究者首先認清和尊重教學的實踐本性，義無反顧、毫不動搖地追尋教學的目的性、理性和德性。

首先，生物學課堂的拓展實驗設計應更加理性，更加貼合生活實際。本節課的實驗有個很明顯的字眼“模擬”，教師教學的時候務必強調所做實驗皆為模擬酸雨實驗，所得出的結論也都是建立在模擬實驗的基礎之上的，從而引導學生進一步跳出書本所設置的條件限制，去思考酸雨的本質。酸雨是由于工廠排出的廢氣或者汽車尾氣排放中含有二氧化硫或氮氧化物，與雨水結合形成的酸性降雨。那么書本上用白醋模擬酸雨實驗，實際上只能說明pH對種子萌發的影響，想要進一步說明問題，應該優化實驗材料，選擇合適的實驗場地。例如，在學校的小菜園開辟出一塊實驗園地，以硫酸為原料配制不同pH的溶液，記錄數據從而分析得出結論。這樣做符合真實情境的原則，將種子播種在真實的土壤環境中，并用真實的硫酸型酸雨進行實驗，使得實驗更加科學，更加具有說服力。當然，硫酸或者硝酸的酸性都很強，在實驗過程中，務必注意安全性問題。

其次，生物課堂的拓展實驗設計應目標明確，不能為了告訴學生某個結論而刻意設計并無多大關聯的實驗。本節課的實驗教學始終圍繞“酸雨的危害”展開，主要探究了酸雨對種子萌發的影響。如果教師在設計實驗的時候，發現霉變對種子也可能產生影響，轉而去研究霉變的影響那么就偏離了教學目標，使得這一節生物課的主旨不能突顯，從而導致學生認知混亂。如果還要進行拓展實驗，務必從“酸雨的危害”這一中心點出發，去設計實驗。例如，還可以進一步設計酸雨對動物的危害的實驗，將一條金魚放在一定體積的酸雨溶液中，另一條金魚放在等體積的清水溶液中，定期喂給等量的食物，觀察記錄金魚的變化。這樣，學生不僅可以知道酸雨對植物有影響，還可以了解酸雨對動物的生存也存在的一定的危害。最后，再總結酸雨的危害就顯得水到渠成，學生也能夠通過各個實驗的探究過程，樹立環保意識，真正從情感上認同酸雨的危害以及“保護環境，從我做起”的必要性。

總之，生物學教學要著力提升學生的生物學學科核心素養，其中科學探究核心素養還應該緊密聯系課堂的實驗去挖掘延伸。教師要研讀教材，在研究課本實驗的基礎上，進行創新設計，從層次性、啟發性、實踐性等多個角度綜合考慮，使得課堂拓展實驗更加多維立體。教師要在提出問題、作出假設、設計實驗、記錄數據、分析數據得出結論、討論交流等各個環節中找尋突破口，提高學生的科學探究能力，培養科學思維。