深度學習視角下的初中生物學實驗創新與優化路徑

□山東省青州市旗城學校 陳曉榮

實驗作為生物學科教學的重點，是考查學生知識理解能力與應用能力的重要模塊。實驗教學的重要性在于培養學生的創新能力與思考能力，要求學生透過實驗表層現象探索生物學本質，此為提高生物學科實驗教學效果的關鍵。深度學習理念與生物學實驗教學的融合，轉變了形式化、模式化的生物學實驗教學方法，引導學生在理解知識的基礎上對實驗模塊展開探索式學習，培養綜合能力。

本文對初中生物學實驗教學展開研究，分析了深度學習視角下初中生物學實驗創新與優化的意義，探討了相關原則，并從實驗導入、實驗講解、實驗操作和實驗總結四個方面出發，對基于深度學習理念指導下的初中生物學實驗創新與優化提出幾點建議，以期為生物教師提供參考，推動初中生物學教學的創新發展。

一、深度學習視角下初中生物學實驗創新與優化的意義

（一）培養生物學習興趣

生物學科知識內容多涉及微觀領域，與學生現實生活存在距離，具有一定的理解難度，這是多數學生在實驗學習中興致不高的主要原因。在深度學習視角中，學生可以在教師的指導和幫助下，在實踐探索中經歷生物知識的生成過程，直觀地感受生物學科的魅力，滿足自身的學習需求。這不僅充分調動了學生進行實驗探究的主動性，還促使學生對生物學科產生學習興趣。

（二）掌握高效學習方法

生物學實驗具有知識整合性特點，能夠檢驗學生知識理解和掌握程度。換言之，生物學實驗教學幫助學生以系統化思維學習碎片化知識，有助于提高學習效率。生物學實驗教學涉及操作、觀察、收集、整理等一系列操作，本質上是感性認識生物知識的過程。因此，將深度學習作為生物學實驗教學途徑，能夠使學生在摸索規律的基礎上形成相關概念，對生物學知識產生深刻印象，顯著提高學生的學習效率。

（三）提升學科綜合素養

深度學習與初中生物學實驗教學的結合，強調以學生自主探究為實驗教學的主要形式，有助于培養學生的探究學習意識，使其形成嚴謹的科學態度，為學生掌握實驗內容、生成實驗思維、提升學習能力奠定基礎，是提升學生生物核心素養的先決條件。

二、深度學習視角下初中生物學實驗創新與優化的原則

（一）過程性

生物學實驗教學不單是引導學生掌握實驗原理和方法，也不以鍛煉學生的實驗操作能力為總體目標，而是注重學生通過自主學習完成整體實驗的探究過程，強調在實驗教學過程中培養學生的綜合能力。教師需轉變以教材內容為基礎的理論式實驗教學方法，應在實驗教學過程中引導學生開拓思維，創新學習方法，提高生物學實驗教學的有效性。教師應保證“教”與“學”有機結合，促使學生轉被動為主動，在探究過程中扎實地掌握實驗知識，學習相關實驗技能，避免“重結果輕過程”，實現深度學習。

（二）銜接性

系統性是生物學實驗主要特點，實驗教學環節環環相扣，需做好教學銜接，確保實驗教學效果。教師既需注重圍繞實驗課題搜集與實驗相關的資料內容，做好實驗教學準備工作，還需要深入實驗的具體操作過程，細化實驗內容，完善流程設計，便于學生深入理解實驗原理和各項操作。為引導學生在實驗教學活動中實現深度學習，教師應具備專業教學意識，以銜接性為實驗教學原則，使學生的實驗思想、實驗操作能力在生物學實驗教學中得到充分鍛煉與提升。

（三）全面性

由于生物學實驗包含復雜教學內容，因此需重視發揮實驗教學評價的育人作用，保證實驗教學質量。如上文所說，生物學實驗具有系統性特點且強調具體教學過程，因此實驗教學評價應以實驗過程為導向，注重評價的全面性。在深度學習導向下，教師不僅要考查學生對實驗原理與具體內容的理解和記憶，還應檢驗學生對實驗具體操作方法的掌握情況，并結合實驗學習過程，從實驗學習態度、創新思維與實踐能力等多方面展開評價，以全面性評價客觀地反映學生的實驗學習成果。

三、深度學習視角下初中生物學實驗創新與優化的路徑

（一）注重指導，深度分析

生物學實驗深度學習應從學生理解實驗內容并對實驗產生興趣入手，而教師對學生的指導在其中起到重要作用。教師應以巧妙的方式引出實驗課題，并以學生感興趣的內容引導其對實驗展開深度分析。在實驗教學的引導環節，教師應圍繞“實驗學習內容”和“如何學習實驗”兩個核心問題，基于生物學實驗教學突破點，引導學生明確實驗學習思路，探索實驗學習方法，制定實驗學習計劃，初步構建實驗學習框架，打好深度學習基礎。

以濟南版初中生物七年級上冊“細胞的結構和功能”教學為例，在導入階段，教師以趣味問題引入課程內容：“房屋建筑是由磚瓦構成的，可以說磚瓦是房屋建筑的基本結構單位，如果將動植物比作房屋建筑，那什么才是動植物的基本結構單位呢？”由此揭開“細胞”這一生物微細結構的神秘面紗，使學生了解細胞是生物結構的基本單位，多數生物都是由細胞構成的。

隨后，教師再次提出激趣問題：“細胞用肉眼是看不見的，但是細胞也具有其獨特的結構和功能，我們應如何了解細胞的結構特點呢？”引導學生結合教材內容提出“用顯微鏡觀察細胞結構”的實驗方法，并由此進入實驗教學環節。此時，學生又會面臨新的問題，即如何對細胞取樣？教師應鼓勵學生自主解答這一問題，了解在本次實驗中取樣動植物細胞時應分別采用什么樣的方法，組織學生對實驗內容及操作過程展開分析和討論。

至此，實驗教學進入“制作臨時裝片”環節，結合教材中的實驗操作過程，教師引導學生思考：為何在洋蔥鱗片葉內表皮細胞的臨時裝片制作過程中，應在載玻片上滴一滴清水，而在人體口腔上皮細胞的臨時裝片制作中，需要在載玻片上滴一滴生理鹽水？使學生圍繞這一問題，了解動植物細胞臨時裝片制作方法的區別，并分析為何要選擇不同的制作方法。通過這一問題的提出，學生認識到動植物細胞所處環境不同，為更好地觀察動植物細胞結構特點，應在載玻片上模擬動植物細胞適合的環境。這樣，不僅有助于學生把握實驗操作重點，還確保了順利達成實驗探究目標。

（二）圍繞問題，深度思考

深度學習的前提是深度思考，而深度思考需要以深度問題為基礎。教師應以此為實驗教學思路，將設計生物學實驗探究問題作為引導學生深度學習的關鍵。關于探究問題的設計，教師不僅要結合實驗本身，還應貼合學生認知與能力水平，設計合理的探究問題，調動學生的內驅力，激發學生參與實驗探究的學習興趣。教師需圍繞實驗的具體知識點設計問題，使學生以思考問題為切入點，對實驗內容展開主動探究，實現深度思考，培養深度思考的高階思維。

以濟南版初中生物七年級下冊“神經調節的基本方式”教學為例，膝跳反射是本節課程的實驗探究項目，實驗教學目標為認識反射現象。在教師的指導下，學生兩人為一組，受試者坐在椅子上，一條腿搭在另一條腿上，實驗者用橡皮錘快速叩擊受試者上面那條腿膝蓋下方的韌帶，觀察受試者大腿的反應。實驗者發現，在叩擊結束后，受試者的大腿會彈起。

結合實驗現象，教師提出問題：“為何受試者的大腿在受到實驗者的叩擊后，會出現彈跳反應？”引導學生圍繞這一問題展開探討，分析反射的原理，總結反射的概念。學生指出：因為受試者膝蓋下方的韌帶受到外界刺激，而人體神經系統在接收到這種刺激后會做出相應的反應，因此會出現膝跳反射。隨后，教師鼓勵學生根據實驗現象和分析討論得到的結論來總結反射的概念，即人體通過神經系統對刺激所發生的有規律的反應叫作反射。至此，達到實驗教學目標。

此外，教師應在此基礎上帶領學生繼續深入，組織學生討論：“在本次膝跳反射實驗中，如果受試者有意識地控制膝跳，相同的實驗現象是否還會出現？”該問題提出的意義在于引導學生思考“膝跳反射屬于條件反射還是非條件反射？”教師可以組織學生再次進行實驗。學生發現：當受試者有意識控制膝跳時，不論實驗者如何敲擊其大腿膝蓋下方韌帶，受試者都不會出現膝跳反射。由此，學生可得出結論：反射是神經調節的基本方式，而大腦可以控制反射是否發生，這證明了起到控制作用的神經中樞位于人體的大腦皮層。

通過一系列探究性問題的提出，學生通過簡單的膝跳反射了解了復雜的反射知識，有利于自己在生物學實驗中實現深度學習。

（三）實踐操作，深度探究

實踐操作是生物學實驗教學的重點環節，是向學生展現生物實驗魅力的重要途徑。教師應秉持引導學生自主探究、自主實踐的實驗教學原則，鼓勵學生在了解實驗探究目標的基礎上，通過動手操作來探尋生物知識的本質，理解生物實驗的內涵。教師需指導學生嚴格按照實驗操作標準要求展開探究活動，通過細致觀察實驗現象來搜集實驗信息，結合實驗過程總結實驗結論，在實踐操作中逐步進入深度學習狀態，達成深度探究目的。

以濟南版初中生物八年級上冊“果實和種子的形成”教學為例，在“種子的結構”模塊中，教師可以組織學生開展“觀察種子的結構”實驗活動，使學生了解不同植物種子的結構有何異同點。教師需要為學生提供實驗材料器具，將菜豆、玉米等植物的種子作為本次實驗的材料，并預先準備解剖刀、鑷子、放大鏡、培養皿、碘液以及清水等，在帶領學生熟悉并了解實驗操作步驟及相關要求后，便要求學生分組進行本次實驗。

實驗過程中，學生先觀察放在清水中浸泡過一晝夜的菜豆和玉米種子的外觀，通過視覺和觸覺感受種子浸泡前后的區別。其次，將菜豆種子的外皮剝去，對玉米種子進行縱切。該環節需要學生使用解剖刀操作，具有一定的危險系數，教師需要額外注意指導學生使用解剖刀的方法，避免受傷。將處理后的種子進行對比，觀察兩種種子的內部結構。學生發現：菜豆和玉米的種子都具有胚軸、胚根、胚芽、子葉等結構，唯一不同是玉米種子含有胚乳，而菜豆種子不含胚乳。教師可以就此引導學生展開深入思考，引導學生結合菜豆和玉米兩種植物的特點，分析不同的原因。學生通過查閱相關資料可知，菜豆屬于雙子葉植物，而多數雙子葉植物在種子發育過程中會將胚乳內的營養物質轉移到子葉當中，因而種子內不含胚乳。

如此引導學生在實驗操作中發現實驗現象，結合實驗現象探究問題，有利于學生在生物實驗中進行深度學習。

（四）反饋評價，深度反思

深度學習不應局限于實驗教學過程，在實驗講評階段也應通過深度學習來指導學生反思實驗過程、總結實際問題，在了解自身學習狀況的基礎上優化實驗學習方法，提高實驗學習能力。教師應在實驗教學評價活動中對學生實施過程性評價，針對學生的實驗學習計劃、實驗操作過程、實驗結論總結等影響實驗學習成果的內在因素進行評價，并結合學生的實驗學習態度、實驗探究意識等外在表現，實施綜合性過程評價，引導學生深度反思，加深實驗理解。

以濟南版初中生物八年級下冊“生物對環境的適應與影響”教學為例，本節課程教師應帶領學生通過“觀察蚯蚓對土壤的翻耕”實驗活動，探究生物對環境的影響作用。教師應為學生演示實驗操作過程，引導學生觀察實驗現象，并結合實驗內容設計問題，對學生展開實驗學習評價。比如，本次實驗需要將“蚯蚓翻耕土壤”的實驗裝置放置于黑暗處，因此，教師可以提問學生其中的緣由，考查學生是否掌握了實驗設計思路，能否根據蚯蚓的習性對這一問題給出合理解釋。這一問題考查了學生是否理解本次實驗操作步驟設計的原因和目的，是教師了解學生實驗學習態度的有效方法。

本次實驗中，原本具有明顯分界線的細沙和土壤會在蚯蚓翻耕土壤的作用下，導致分界線愈發不明顯，教師可以結合這一實驗現象要求學生對“蚯蚓為何會翻耕土壤？”以及“蚯蚓翻耕土壤有何作用？”等問題做出回答，并結合本次實驗現象簡述生物對環境的影響作用。這為教師評價學生是否具備良好的實驗探究意識提供了重要的參考信息。若學生能夠圍繞實驗，總結生物與環境間的關系和影響作用，則說明學生根據實驗內容及現象又進一步地展開了深入思考。綜合學生的回答情況，教師應為其實驗學習成果打分，要求學生回顧實驗過程，總結學習問題，重視復習鞏固。

四、結語

深度學習理念對實現初中生物學實驗教學創新與優化具有重要作用。深度學習不僅轉變了教師實驗教學思路，也創新了學生實驗學習方法。以深度學習為指導，教師應全面優化生物學實驗教學設計，從實驗內容指導入手，啟發學生生物實驗思維，結合實驗內容設計問題，激發學生的實驗探究熱情，優化實驗操作演示，引導學生探尋實驗本質，注重實驗過程評價，組織學生反思實驗學習過程，實現生物學實驗教學的全面優化，培養學生的生物學思想，開闊學生的學習視野，發揮生物學實驗教學的育人價值。