基于情境教學的生化實驗探究能力提升策略

北京日壇中學 鄭 燕 喻 沖 馮 潔

“發(fā)現現實世界中的生物學問題，并能設計方案進行研究、得出結論”是初高中生物核心素養(yǎng)的重要部分。“實驗探究與創(chuàng)新意識”和“證據推理與認知模型”是初高中化學核心素養(yǎng)的重要部分。兩門學科都需要通過實驗來培養(yǎng)學生的學科關鍵能力——實驗探究能力。通過實驗探究活動，學生能加深對生物、化學重要概念的理解，提升應用知識的能力，培養(yǎng)創(chuàng)新精神，進而能用科學的觀點、知識、思路和方法，探討或解決現實生活中的某些問題。實驗探究是培養(yǎng)學生生化課程核心素養(yǎng)、思維嚴謹度的常用方法，掌握科學探究的思維方法和設計原則對提高學生的生化實驗探究能力和核心素養(yǎng)起著重要作用。

義務教育階段的生物和化學課程標準都將“科學探究”列為一級主題，并分解為“提出問題、猜想與假設、制定計劃、進行實驗、收集證據、解釋與結論、反思與評價、表達與交流等要素”。生化實驗探究過程引入情境化教學，不僅可以提升學生的學習興趣和探究意識，充分利用學生動腦動手、合作探究的真切感受，結合學生已有的感性認識，激發(fā)學生求知探索的欲望，調動學生多種感官參與實驗探究活動。

一、從生活情境入手，貼近實際，使學生對實驗探究饒有興趣

在構建化學《溶液》這一單元知識體系時，學生對溶液的溶質質量分數和溶解度的區(qū)別和聯系往往不是很明確，理解上容易混淆。教師可以根據實驗教學的內容引入生活中的情境：閱讀“洗鼻鹽”的使用說明，配制成濃度為0.9%的生理鹽水，判斷配制方法是否正確，激發(fā)學生的學習興趣，促使學生理解溶質、溶劑、溶液和溶質質量分數等概念，有效地提高了實驗教學的效率。

在完成配制一定溶質質量分數的氯化鈉溶液的基礎實驗后，可以先通過定性的判斷是否為飽和溶液，再轉為定量的判斷：加入多少氯化鈉固體為恰好飽和的狀態(tài)？還有其他方法嗎？由此引入溶解度的含義和溶解度曲線的知識，學生運用比較、歸納、概括等方法提高對文字、圖標等信息獲取和加工能力，然后通過探究實驗：將現有的不飽和氯化鈉溶液轉化為飽和溶液，學生能逐步認識與分析溶解的過程和變化，深入思考《溶液》單元中核心知識之間的聯系，提升實驗探究能力，培養(yǎng)生化課程核心素養(yǎng)。

二、從問題情境入手，有的放矢，使實驗探究事半功倍

基于以上理念，筆者對北京版七年級生物“綠色植物是否進行呼吸”進行了教學探索，緊扣“情境化教學”和“實驗探究”兩個環(huán)節(jié)，通過問題情境“為什么在狹小而封閉的臥室中不太適合放太多的綠色植物、植物真的在進行呼吸嗎”，引出本節(jié)課研究的主要問題，激發(fā)學生的學習熱情。學生在明確探究問題后，分別圍繞“植物是否通過呼吸吸入（消耗）了氧氣”和“植物是否通過呼吸產生了二氧化碳”，設計了探究萌芽的黃豆種子呼吸的兩個實驗。實驗探究過程中，學生選擇了合適的實驗材料，利用實驗法的三個基本原則以及化學知識中檢驗氧氣、二氧化碳的知識儲備，初步學會運用實驗法設計實驗解決問題，同時自身的探究能力、思維能力、合作能力、表達能力、動手操作能力也得到了一定的提升。探究至此，學生已形成綠色植物在呼吸且呼吸會消耗氧氣、釋放二氧化碳的認知。筆者繼續(xù)給出問題情境，探究植物呼吸的相關問題，比如，問題情境1：人呼氣導致口罩濕了，說明人呼出的氣體中有什么物質？問題情境2：手冷時人會哈氣在手心中，人呼吸會釋放能量嗎？幾個問題的分析和研究，學生有效地理解了植物呼吸和人類呼吸的共同點，對學習呼吸作用的本質起到了事半功倍的作用。

三、從社會熱點情境入手，聚焦發(fā)展，使實驗探究學以致用

《普通高中化學課程標準》（2017年版2020年修訂）中提到“結合學生以后經驗和將要經歷的社會生活實際，引導學生關注人類面臨的與化學有關的社會問題，培養(yǎng)學生的社會責任感、參與意識和決策能力。”在化學復習階段，教師可以以核心物質“二氧化碳”為抓手，結合“碳中和”“碳達峰”“零排放”等社會熱點問題，開展有效提升實驗探究能力的核心素養(yǎng)發(fā)展的課程教學，提升學生的社會責任感。首先提出問題：如何減少大氣中二氧化碳的含量，實現排放量“收支相抵”？教師引導學生將真實問題情境轉化為化學問題，學生通過回顧二氧化碳的性質：能溶于水、能與氫氧化鈣、氫氧化鈉等堿溶液發(fā)生反應，總結捕獲二氧化碳的各種方法。再通過實驗探究不同捕獲劑和同一種捕獲劑的有效含量多少的對比實驗，用氣體壓強顯示二氧化碳的含量變化，讓學生學會收集證據，解釋壓強變化的原因并得出相應的結論，由此發(fā)展圖形表征能力和證據推理能力，體會實驗探究的過程和樂趣。最后，通過展示科學家們在二氧化碳的捕獲和利用方面的工作與嘗試，讓學生感受化學對社會、科技發(fā)展的促進作用。

四、從環(huán)境情境入手，關注生態(tài)，使實驗探究滲透情感教育

在構建生物“生物適應環(huán)境”生命觀念時，生物適應環(huán)境這個生態(tài)觀點貌似很好理解，但生物在哪些方面體現出適應，為什么適應，適應是如何形成的，學生都答不出來。筆者以沙漠情境為背景，引導學生關注以下生態(tài)現象：我們常吃的普通水稻不能在沙漠地區(qū)良好生長，而海水稻卻可以在干旱的沙漠中生長發(fā)育、開花結果。學生在思考此現象時嘗試解釋、解決此問題，分別針對“水稻植株有怎樣的外部或內部形態(tài)結構可以適應干旱環(huán)境”“水稻細胞在什么濃度的鹽溶液條件開始出現質壁分離現象”進行實驗觀察和實驗探究。學生以水稻為研究載體，通過宏觀觀察、微觀分析進行實驗探究，初步形成透過現象尋求本質的科學思維。此過程中，還給學生提供了“海水稻”圖片、袁隆平團隊研究海水稻歷程，以及海水稻生長環(huán)境等情境資料。學生在實驗探究過程也一定程度地了解了我國農業(yè)的新成果新發(fā)展，在構建生命觀念基礎上，激發(fā)愛國情懷，形成民族自豪感。本節(jié)課以“實驗探究”為基本方式，從環(huán)境情境入手，通過嘗試解釋、解決環(huán)境情境問題，發(fā)展學生理性思維，培養(yǎng)實驗探究等學科素養(yǎng)，同時滲透情感教育，落實立德樹人的要求。

五、從人物情境入手，體驗科學發(fā)現史，使實驗探究的原理更透徹

在學習《常見的酸和堿》這一課題時，要讓學生學會識別酸和堿。筆者從講述英國科學家波義耳發(fā)現酸堿指示劑的化學史入手，啟發(fā)學生利用日常生活中的植物進行實驗探究，如：紫甘藍、紫薯、紅蘿卜等制取指示劑，提升學生學習綜合性知識的欲望。花青素在不同的酸堿環(huán)境中能呈現出不同的顏色，這樣神奇的顏色變化，會激發(fā)學生的探究欲，制作出色彩紛呈的花青素“雞尾酒”。通過不同的酸堿性液體顏色的探究實驗，學生利用食物的味道和生活常識自覺對比、分類，識別酸和堿：發(fā)現有酸味的液體如白醋、蘋果汁等會變紅，堿性液體如肥皂水、洗衣粉水會變藍，不變色的是純凈水等中性液體，體驗到收獲的喜悅。然后，從感性認識上升到理性認知，列出常見的酸和堿的化學式，找出書寫規(guī)律，播放酸堿導電性的視頻學習資料后，結合微粒圖，總結出酸和堿的定義。最后，“從生活走進化學，從化學走向社會”，講述堿液鑒定紅葡萄酒的真?zhèn)危貧w花青素作為酸堿指示劑的用途。整個授課過程因為引入了人物的科學發(fā)現史，將實驗探究賦予趣味性、體驗感和參與度，課堂氛圍活躍，實驗現象極大地激發(fā)了學生學習化學的興趣，也將化學思維構建得更為有序，將化學原理呈現得更為透徹。

總之，情境教學以其感知性、體驗性、探究性、趣味性等特點，能極大地激發(fā)學生參與互動的興趣，觸發(fā)探究靈感，引領深度思考，是一種有效的科學探究手段和方法。尤其對于初高中的學生，在微觀、抽象的科學知識領域積極引入情境式教學，能起到化微觀為直觀、化抽象為可感的效能，促進科學知識的掌握。以上分別從生活情境、問題情境、社會熱點情境、環(huán)境情境、人物情境等方面入手，從不同側面和角度對情境教學進行了過程描述，亦僅為筆者所常用之方法，不足以窮盡情景教學全部之情形。總而言之，情境教學重在找好客觀事物“結合點”，找準學生“興趣點”，也即以具體問題為導向，結合生活現象、現實困惑、熱點話題等，設置議題，由點及面，循循善誘，逐步深入，從而達到由個別問題上升到一般規(guī)律、由具體現象上升到普遍規(guī)律的認知。