創新生物學實驗，以提升學生的創新思維

關淑鸞

摘要：初中生物核心素養的四方面是指導生物教學的重要依據，是基礎教育階段總的課程目標。生物科學素養和思維創新能力的培養是初中學生學習生物的主要目標。本文以人教版初中生物課本中的“探究種子萌發的環境條件”實驗裝置改進為例，利用學生身邊常見的廢棄物品做成實驗模型，培養了學生的創新能力，同時也為實驗教學提供便利。

關鍵詞：核心素養 創新思維 實驗創新

一、生物教學重在提升學生的生物學科素養

生物學科素養是學生在解決實際問題時表現出來的價值觀、能力和必備品格，是學生在學習生物學知識過程中逐漸發展起來的知識、能力、情感態度與價值觀的綜合體現，同時也是生物教學的培養目標。其中包括四點內容，即生命觀念、科學探究、科學思維、社會責任。生命觀念是學生在理解并構建生物學概念性知識的基礎上形成的；科學探究是學生構建生物學概念的重要方法和途徑，從觀察現象、發現問題到通過實驗解決問題，并對實驗的結果進行交流和討論；科學思維貫穿于科學探究的整個過程；社會責任則要求學在掌握了基本生物學的知識后，有解決生產生活問題的能力。要提高學生的生物科學素養，特別是注重開展生物探究活動。教材中的探究性活動包括觀察與思考、調查、探究實驗、資料分析、技能訓練、課外實踐等。教學中充分并靈活運用這些探究活動，能較好地培養學生的各種能力及科學態度和科學品質。

在落實核心素養組織科學探究時，需要學生在真實的情境中發現問題、提出問題、分析和解決問題。所謂真實的情境，是指生產生活中的實際情境。這需要老師創設或提供事實性的資料來幫助學生分析和解決問題，這不僅可以讓學生在知識方面達到教學目標，也能夠培養學生的思維能力，培養他們對科學探究的理解，培養他們的社會責任。同時將課堂知識轉化為生產生活的能力，解決生活中遇到的實際問題。實現生物教學來源于生活并指導生活的真正意義。

二、結合教材，培養創新能力

目前社會對于創新人才的需求量很大，對人才的創新能力要求也越來越高，所以培養學生的創新思維和創新技能，培養創新型人才，已成為現階段發展的需要。因此，老師除了自己要不斷地加強學習外，還要培養具有創新意識的中學生。提高學生科學探索、勇于創新的能力，對于學生發展和社會進步都具有重要的意義。

我們在平時的教育教學中，要從不同角度、采用不同的方式，培養學生的創新意識和能力。在教學過程中要注意培養學生收集和處理科學信息的能力，獲取新知識的能力、分析與解決問題的能力、交流與合作的能力，特別是創新精神和實踐能力等探索能力；培養學生具有良好的科學態度和科學品質，以及正確的價值觀。另外，核心素養的落實還要做到實踐育人，學生能力和品格的培養關鍵在實踐。

三、結合“探究種子萌發的環境條件”實驗教學，培養創新意識

（一）實驗背景和改進的基本思路

《種子的萌發》是人教版七年級生物學上冊重點內容，探究種子萌發的環境條件是人教版生物學七年級上冊教學中必做的實驗之一，這個實驗是七（上）探究實驗的核心實驗，目的在于培養學生控制變量，設計對照實驗的能力。

依據課標要求，學生分組設計控制一個變量的實驗裝置，這樣至少需要三套裝置，然后匯總得出結論。傳統實驗裝置的缺點是：玻璃器材易碎，瓶蓋擰緊后不易打開，需要多組實驗裝置進行對照實驗。

實驗教學中本人帶領學生認真分析課本中實驗裝置，并對會考真題中的實驗模型進行改造，利用礦泉水瓶，冰淇淋盒蓋，玻璃棒，橡皮筋等進行實驗裝置的改進和創新。

具體構成器材和操作步驟如下。

構成器材（如下）：礦泉水瓶、冰淇淋盒蓋、玻璃棒、橡皮筋、剪刀、解剖針等。

操作步驟：①先在冰淇淋盒蓋上用剪刀剪成十字花小孔，以便玻璃棒可以穿過。②在中間孔周圍用解剖針打放射狀扎小孔。③將玻璃棒從中間穿過，并用黑色皮筋固定小托盤上下兩端。④三個托盤為一組，每個托盤內放入同種且數量相同的種子。⑤將做好的裝置放入改造后盛有一定量水的透明礦泉水瓶中。⑥兩組裝置互為對照，一組放在遮光柜子中，一組放在冰箱內冷藏。具體操作過程如下圖。

（二）科學方法與原理

依據教材提示，本實驗中對于種子萌發的環境條件主要有三種，即水分、溫度、空氣，利用制作好的實驗裝置可以完成這幾個環境條件的探究。裝置中的最上層接觸不到水，進而探究種子的萌發是否需要水分；中間層托盤內的種子通過小孔既能接觸到水，又能接觸到上方空氣，一組放在遮光柜子中，一組放在冰箱冷藏柜中，進而探討種子的萌發是否需要適宜的溫度；最下層托盤中種子完全浸沒在水中模擬缺少空氣的特點。通過兩組實驗裝置就可以同時探究影響種子萌發的三種不同環境條件。

（三）改進后實驗裝置的效果評價

實驗裝置應用后，學生每天觀察記錄種子萌發的情況并進行數據統計，結果發現中間層種子的萌發效果明顯，上下兩層種子沒有萌發或萌發數量極少。通過兩組對照實驗，最終得出實驗結論種子萌發的環境需要一定的環境條件即水分、溫度、空氣等。

（四）創新后的實驗裝置創新點和優勢

1.實驗裝置由原來的圓形玻璃瓶，改造成新型裝置，避免了玻璃瓶不穩且易碎等缺點。

2.裝置材料中用到礦泉水瓶、冰淇淋盒蓋、玻璃棒、橡皮筋等廢棄物品，取材容易，結構簡單，操作方便，對生活廢品進行利用有利于環保，節約實驗成本的同時可以保護環境。

3.該設計體現了探究實驗的三個原則：設置對照、減少誤差、控制多個變量，對比觀察效果很好。學生可以利用裝置分成不同探究小組，分別對黃豆、綠豆、黑豆、紅豆等進行三種條件的探究，并分別設置低溫對照組。具有易于觀察，操作簡單，方便實用等特點。

4.該裝置適于探究式教學，有利于學生主動參與，合作交流，培養學生的實踐能力和觀察能力，同時能增強學生對實驗數據和現象的處理能力。

5.該裝置除本實驗外，還具有其他探究功能，如探究光及種子自身條件對種子萌發的影響實驗等。

四、啟示與反思

以探究種子萌發的外界環境條件為主線，通過探究實驗的裝置創新與實驗教學的融合，讓學生親自體會發現問題、解決問題的樂趣。養成敢于創新、大膽想象的思辨習慣，進而落實生物學科素養，發展科學思維，培養創新意識。從科學探究走向科學實踐，對于種子萌發所需要的一般環境條件的掌握更加深入，學生對科學方法的理解和掌握也呈現上升的趨勢。這對其今后將生物學知識用于生活實踐具有重要的指導意義。

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