加强和改进初中生物学实验教学的尝试

　　刘艳红 (广东广州市黄埔区教育研究院 510070)

　　摘要：本文介绍了笔者团队在加强和改进初中生物学实验教学中的三点创新做法，即借助虚拟实验，开齐课程标准规定实验;以评价促进教学，提高实验教学的实效;尝试融合创新，丰富实验教学的内容与形式。

　　关键词：加强和改进实验教学;初中生物学实验教学;虚拟实验;融合创新

　　2019年11月20日，教育部发布了《关于加强和改进中小学实验教学的意见》，提出了 “创新实验教学方式”“健全实验教学评价机制”“加强实验教学研究与探索”等主要举措，倡导“开齐开足开好国家课程标准规定实验”以及“不断将科技前沿知识和最新技术成果融入实验教学，丰富内容，改进方式”。笔者一直都很关注实验教学的实施，团队在实践中也进行了几年的摸索，以下三点加强和改进初中生物学实验教学的尝试，供大家参考。

　　一、借助虚拟实验，开齐课程标准规定实验

　　对于一些因缺乏实验条件而很难开出的实验，除了改善实验条件以外，还可以借助虚拟实验这种创新实验教学方式，提高实验开出率。《关于加强和改进中小学实验教学的意见》也指出：“对于因受时空限制而在现实世界中无法观察和控制的事物和现象、变化太快或太慢的过程，以及有危险性、破坏性和对环境有危害的实验，可用增强现实、虚拟现实等技术手段呈现。”

　　例如，人教版八年级生物学下册的探究“酒精或烟草浸出液对水蚤心率的影响”，该探究常常因为缺乏水蚤活体材料难以开出，但作为生物学义务教育阶段最后一个探究，该探究除了帮助学生学习有关水蚤知识以外，不仅可以复习设置对照实验(实验组和对照组)、控制单一变量、增加重复次数的科学探究原则，还可以培养定量实验意识，如酒精或烟草浸出液的浓度梯度设置;实验数据的记录方法：打点计数法;实验数据的处理(平均值、数据转换为折线图)，以及通过高浓度酒精溶液直接导致水蚤心跳消失致死水蚤、高浓度烟草浸出液对水蚤心率的影响，对学生进行直观、感性体验吸烟和酗酒对人体危害的情感态度价值观教育。可以说，该探究是对义务教育阶段生物学实验教学的一个总结，不能开出非常可惜。而开展非常规的虚拟实验，可以做出一定的弥补。

　　虚拟实验的实施载体包括虚拟仿真实验平台、虚拟实验课件、数字化游戏、虚拟实验APP、实验微视频(微课)等，其中，虚拟实验课件方便简洁，非常实用。笔者团队原创设计的探究“酒精对水蚤心率的影响”虚拟课件，包括实验目标、实验准备、实验过程、实验结论、实验拓展五个栏目。每个栏目都有相关文字或图片、实验操作呈现。通过实验准备栏目，可以了解水蚤简介、材料准备、打点计数法。分别为学生提供水蚤的生活习性、心脏位置、心脏跳动(心率)情况介绍，以及该探究中需要考虑的可能对水蚤心率影响的4个因素：水蚤的大小、水蚤生活的水体温度、水质、水蚤个体营养状况;探究中用到的材料、用具，包括设置的不同体积分数梯度的酒精溶液：1%、5%、10%、15%、20%;以及探究中记录实验数据的打点计数法的操作：在观察水蚤心脏跳动的同时，与水蚤心跳同步，用铅笔在白纸上点击(避免在同一位置重复打点)，10秒计时结束后，统计白纸上的黑点为实验结果。通过实验过程，学生可以自主选择1%、5%、10%、15%、20%体积分数的酒精溶液，分别与蒸馏水对照组一起探究，不仅了解了1只水蚤只能重复做1个组别两次实验的过程，也亲自实施了打点计数法，并直接可以记录实验数据填写在电脑上，而该数据可以同步在实验结论的表格中出现，并自动转换成折线图，非常清晰明了。见下图1。通过实验目标和实验拓展栏目，可以了解探究的目标，以及探究推论出的酗酒对健康生活的影响结论。因此，借助该课件，辅之于教师的引导、讲解，可以帮助学生获得该探究的实施体验。

　　图1：探究“酒精对水蚤心率的影响”实验结论画面截图

　　除了帮助解决活体实验材料缺乏实验的实施，虚拟实验还可以助力一些其他活动的实施。例如探究时间长、在课堂上难以完整呈现的探究“种子萌发的环境条件”、探究“测定种子的发芽率”、探究“检测不同环境中的细菌和真菌”;有潜在安全隐患的实验“绿叶在光下制造有机物”;难以获取唾液、影响实验进程的探究“馒头在口腔中的变化”;瞬时、难以全面分析的探究“测定反应速度”;耗时长、由于学生主观原因，结果可能不准确的模拟探究“模拟保护色的形成过程”等等。

　　二、以评价促进教学，提高实验教学的实效

　　随着全国各地新中考政策的实施，2020年3月，广州市公布了《广州市初中学业水平考试地理生物学信息技术音乐美术等科目考试实施方案(试行)》，其中，生物学考试满分值100分，其中闭卷笔试90分，实验操作考试10分。新中考下的试题命制，《广东省教育厅关于初中学业水平考试的实施办法》要求考试试题要体现立德树人根本要求，注重与学生生活经验、社会实际和科技发展等的联系，着重考核学生在真实情境中发现问题、运用所学知识分析和解决问题的能力，培养学生创新精神和实践能力。由于操作试题为全市统一命制，笔者在命制所在区域的学期末质量监测笔试试题时，尝试在相关实验试题中设置实验创新的背景，旨在引领教师重视和加强课堂实验教学，提高实验教学质量。

　　例如，笔者命制的2019-2020学年第一学期期末教学质量监测七年级生物第39题如下：

　　39.(6分)下图是区117中学学生“观察种子的结构”实验结果之一，请据图(图2)回答问题：

　　图2：观察种子的结构实验结果

（1）根据该同学的实验结果可见，种子的表面有一层        ，对种子起保护作用。

（2）根据该同学的实验结果，该种子属于             （选填“双子叶”或“单子叶”）植物，子叶中含有            。

（3）种子中的      是新植物体的幼体，它通常由4个部分组成。

（4）种子中含有丰富的营养，更适应陆地环境。单子叶植物的营养一般贮存在      里。

（4）种子植物包括两大类群，像苏铁、侧柏等植物，被称为         植物。

（参考答案：（1）种皮（2）双子叶  营养物质（3）胚  （4）胚乳  （5）裸子）

　　该题背景就是笔者在常规下校视导中听到的本区117中学简伟良老师的实验课《观察种子的结构》，试题中的图片也是当时拍摄的学生所画的结构图图片。简老师在开展这节实验课时进行了创新：先请学生观察花生的种子的结构，然后要求学生结合教材内容，将观察到的花生种子的结构通过概念图写在纸上，并把解剖后花生的各部分结构摆放在概念图中的相应位置上。当时的课堂气氛非常活跃，试题中只体现了一种学生所画的结构图，事实上学生的结构图还有分枝状的、圆饼状、直线形的等等。非常巧合的是，同样是这一届学生，在参与新中考广州市初中生物学的第一次实验操作考试时，试题恰好就是这个《观察花生种子的结构》，只不过换了一种形式，实验操作考试要求学生在解剖后用解剖针正确指认结构。笔者有理由相信，在经过了七年级这个实验的上述笔试考试之后，学生对八年级学业水平考试中这个实验的操作考试一定会充满信心。

　　近几年，在笔者命制的区域质量检测笔试试题中，几乎每张试卷中都会有1-2道以区域教师创新实验为背景的试题，目的就是鼓励和倡导一线教师积极加强实验教学。以七年级为例，2017-2018学年第一学期期末教学质量监测七年级生物第40题，背景是我区玉岩中学的两位同学在老师的指导下设计实验研究光合作用需要的条件和所需要的原料;2017-2018学年第二学期期末教学质量监测第39题，背景是探究“馒头在口腔中的变化”时使用饮料管帮助获得唾液;2018-2019学年第一学期期末教学质量监测第40题，背景是广州开发区中学的同学们在探究“二氧化碳是否是光合作用必需的原料吗?”时，对实验进行了重新设计;2018-2019学年第二学期期末教学质量监测生物选择题21题、简答题第40题，背景分别是用饮料瓶改进制作“模拟胸廓运动”的教具，以及广州开发区中学的黄老师带领学生改进《绿色植物的呼吸作用》一节教材的两个实验;即使在今年的延迟开学期，由于不方便做实验，2019-2020学年第二学期期末教学质量监测第38题，试题中还是利用了区黄埔军校纪念中学李老师在上《流动的组织——血液》这节线上网络公开课时，利用动画对血液的分层现象进行资料分析、利用NB生物虚拟实验仿真平台开展“用显微镜观察人血的永久涂片”虚拟实验的背景。

　　评价具有诊断、导向、调节、激励、改进等功能，通过质量检测试题相关内容的背景设置，倡导实验课堂教学要注重实验设计的创新、实验材料的获得、实验教具的改进，及其使用虚拟实验助力教学等等，旨在对教师平时的实验课堂教学起一个示范作用，共建加强实验教学的氛围。

　　三、坚持融合创新，丰富实验教学的内容与形式

　　2018年教育部下发《教育信息化2.0行动计划》，提出“坚持融合创新。发挥技术优势，变革传统模式，推进新技术与教育教学的深度融合”“依托各类智能设备及网络，积极开展智慧教育创新研究和示范，推动新技术支持下教育的模式变革和生态重构。”在教育教学中逐步推进的新技术很多，包括已经大面积在基础教育学校推广的“希沃”(seewo)交互智能平板教学系统，也包括2019年4月教育部发布《初中生物学教学装备配置标准》(JY/T 0621-2019)中倡导学校选配的各类型新装备中增加的，具有现代科技含量的数字化、信息化、集成化、微型化等多元化教育装备(信息载体、信息采集加工处理数字化设施、模拟学习情境设备等)，更包括有条件学校引进的各种智慧教育平台，还有各地市自己引进的，像广州市教育局引进的广州市教师可以免费使用的生物虚拟实验室等等。

　　以笔者个人曾经任教8年的广州开发区中学为例，作为广州市第一批中小学(中等职业学校)智慧校园，学校融合使用讯飞畅言智慧课堂和希沃交互智能平板两套智慧校园建设系统，“+智能平板”是其一大特色，在初中生物学实验教学融合创新方面做了很好的尝试。例如，广州开发区中学的黄丽敏老师在上区域公开课《细菌》时，一方面利用了希沃交互智能平板教学平台及配合使用的移动端——平板，实现了“拍照上传”“演示课件”“屏幕同步”;另一方面，也使用了畅言智慧课堂互动平台中的“全班齐答、分组互动、讨论、随机、PK板、实物展台”，以及畅言智慧课堂的资源库、作业平台中的“主观题、客观题、讲评、本地报告”等功能，使得整个教学过程感官化、可视化、融合化、技术化，全面调动了学生的参与积极性，有助于学生的信息意识、创新意识与实践意识的培养。教学过程与技术支持之间的关系如下图3。

　　图3：《细菌》教学过程与技术支持之间的关系图

　　《细菌》是人教版八年级上册初中第四章第二节的内容，广州市教育局组织有关专家编写的《广州市中小学理科实验目录(试行)》中，该节内容中的“观察与思考”《观察细菌卷的结构》为必做演示实验，要求自2016年9月1日起开出率要达到100%。黄老师在所上的公开课中，不仅将该演示实验转化为学生分组实验，每个小组学生用橡皮泥捏制动物、植物细胞、细菌结构模型，并比较;还通过智慧课堂的应用，增加了显微镜、细菌发现的科学史，以及细菌分裂生殖虚拟演示等内容，可以说，应用融合创新可以对课堂教学进行重构，丰富实验教学的内容及形式。

　　《关于加强和改进中小学实验教学的意见》是为了全面提高基础教育质量而提出的。中共中央、国务院印发的《关于深化教育教学改革全面提高义务教育质量的意见》中，坚持把课堂教学作为提高义务教育质量的主要环节，强调创新教学方式方法，促进信息技术与教育教学的深度融合应用。以笔者团队的实践来看，通过重视虚拟实验、坚持创新评价和实验教学与新技术的融合创新，对提高实验教学质量非常有效。

　　参考文献

　　1.骆慧超.以实验器具改进为抓手促进实验教学创新[J].中学教学参考(理科中旬)：2019(6)：6-8

　　2.黄丽敏.学生全程参与的“光合作用”系列实验教学创新研究[J].中学教学参考(理科中旬)：2019(6)：9-10