以實(shí)驗(yàn)器具改進(jìn)為抓手促進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)創(chuàng)新

駱慧超

[摘? ?要]運(yùn)用勢(shì)科學(xué)理論，在實(shí)驗(yàn)器具的改進(jìn)中加入生活元素和融合其他學(xué)科知識(shí)，為初中生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)營(yíng)造強(qiáng)有力的情感勢(shì)和信息勢(shì)，提高實(shí)驗(yàn)課堂的“生產(chǎn)力”，促進(jìn)初中生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的創(chuàng)新。

[關(guān)鍵詞]勢(shì)科學(xué)理論;實(shí)驗(yàn)器具;改進(jìn);實(shí)驗(yàn)教學(xué);創(chuàng)新

[中圖分類號(hào)]? ? G633.91? ? ? ? [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]? ? A? ? ? ? [文章編號(hào)]? ? 1674-6058（2019）17-0006-03

生物學(xué)是一門實(shí)驗(yàn)學(xué)科，每個(gè)經(jīng)典的實(shí)驗(yàn)都是一次成功的創(chuàng)新。初中生物學(xué)從驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)到探究性實(shí)驗(yàn)，都可以多維度地培養(yǎng)學(xué)生觀察、實(shí)驗(yàn)操作、分析現(xiàn)象、設(shè)計(jì)方案、綜合應(yīng)用等能力，提升學(xué)生的創(chuàng)新能力。初中生物課堂可以說(shuō)是培養(yǎng)創(chuàng)新人才的搖籃。但要真正發(fā)揮生物課堂的“搖籃”作用，就有必要對(duì)生物實(shí)驗(yàn)學(xué)教學(xué)進(jìn)行改進(jìn)和創(chuàng)新。勢(shì)科學(xué)理論認(rèn)為，當(dāng)事物間的差異大、內(nèi)在聯(lián)系緊密時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)大的勢(shì)，事物內(nèi)在的創(chuàng)新分岔機(jī)制就隨即形成。初中生物學(xué)實(shí)驗(yàn)與生活息息相關(guān)，與其他學(xué)科知識(shí)融合度也較高。對(duì)此，教師可以運(yùn)用勢(shì)科學(xué)理論激發(fā)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新的熱情，以實(shí)驗(yàn)器具的改進(jìn)為抓手，為初中生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)創(chuàng)新造勢(shì)。

一、跨越生活與課堂，為實(shí)驗(yàn)器具改進(jìn)營(yíng)造情感勢(shì)

初中生物學(xué)實(shí)驗(yàn)與生活有著“差別大，聯(lián)系緊”的關(guān)系，可謂是從生活中來(lái)，到生活中去。引導(dǎo)學(xué)生跳出教材，大膽設(shè)想，勇于嘗試，能激發(fā)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新的熱情，營(yíng)造強(qiáng)烈的情感勢(shì)。實(shí)踐證明，指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)三部曲，即“理解實(shí)驗(yàn)，完成實(shí)驗(yàn)，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)”，能明顯提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)的有效性。教材的實(shí)驗(yàn)方案中，材料、器具、設(shè)計(jì)和方法等方面不盡完善，實(shí)驗(yàn)器具存在的不足有可能會(huì)導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)操作步驟推進(jìn)慢、數(shù)據(jù)采集不準(zhǔn)確、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不明顯等。優(yōu)化改進(jìn)實(shí)驗(yàn)器具是創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的“入門捷徑”。

作為領(lǐng)路人，教師可在課堂小結(jié)時(shí)提出相關(guān)實(shí)驗(yàn)器具的“不足之處”，邀請(qǐng)學(xué)生幫忙改進(jìn)，以引領(lǐng)他們步入創(chuàng)新之門。比如“測(cè)定某種食物中的能量”這一實(shí)驗(yàn)，教材的實(shí)驗(yàn)要求稱量三份（重復(fù)組）花生種子用于檢測(cè)。筆者將教材的“一粒花生種子（約2.2克）”“50毫升蒸餾水”和“錐形瓶”，改為“二分之一花生子葉（0.5克）”“5毫升蒸餾水”和“帶橡皮塞的小試管”。實(shí)驗(yàn)改進(jìn)后，可以使花生子葉燃燒的時(shí)間縮短約7.5分鐘。但由于花生子葉質(zhì)量太小，實(shí)驗(yàn)室用的托盤天平稱量時(shí)耗時(shí)較長(zhǎng)，讀數(shù)時(shí)學(xué)生往往只能進(jìn)行估算，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)存在較大誤差。能否改進(jìn)器具以得到更可靠的實(shí)驗(yàn)結(jié)果呢？有制作烘焙食品經(jīng)驗(yàn)的學(xué)生提出了用廚用電子秤替換托盤天平的優(yōu)化方案。廚用電子秤的讀數(shù)精確到0.01克，可輕松稱量細(xì)小的實(shí)驗(yàn)材料，而且價(jià)格便宜，非常適合在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行分組實(shí)驗(yàn)使用。改進(jìn)前后的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1所示。數(shù)據(jù)顯示用電子秤稱量0.5克花生得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果更接近標(biāo)準(zhǔn)值。

二、融合學(xué)科知識(shí)，為實(shí)驗(yàn)器具改進(jìn)營(yíng)造信息勢(shì)

好的教育就是講“大道理”。勢(shì)科學(xué)理論認(rèn)為“大道理”就是能把不同學(xué)科的知識(shí)內(nèi)容關(guān)聯(lián)在一起，能夠從本質(zhì)上解析自然現(xiàn)象的道理。它包含著信息梯度或信息勢(shì)。當(dāng)下流行的STEAM教育就是這樣的“大道理”。學(xué)生通過動(dòng)手完成他們自己感興趣的與生活相關(guān)的活動(dòng)，來(lái)學(xué)習(xí)各種學(xué)科以及跨學(xué)科的知識(shí)。初中生物學(xué)是七年級(jí)學(xué)生第一個(gè)接觸的自然學(xué)科，大部分教學(xué)內(nèi)容是由國(guó)外原版教材翻譯過來(lái)的內(nèi)容，有明顯的西方探究思維特色，是基礎(chǔ)課程中的“STEAM課程”，是基礎(chǔ)自然學(xué)科的“大道理”。

教師有意融合其他學(xué)科的知識(shí)來(lái)論證生物學(xué)觀點(diǎn)，提供強(qiáng)大的信息流，營(yíng)造強(qiáng)烈的信息勢(shì)，能夠幫助學(xué)生重建知識(shí)網(wǎng)絡(luò)，激活他們的創(chuàng)新潛能。例如，教師引入“分子與原子”“水的三態(tài)”“汽化與液化”“液體的表面張力”“毛細(xì)現(xiàn)象”“地表蒸散”等物理、化學(xué)、地理學(xué)科的知識(shí)，來(lái)介紹植物的蒸騰作用，能從本質(zhì)上解析植物蒸騰現(xiàn)象的發(fā)生機(jī)理。在實(shí)驗(yàn)課上增加用毛細(xì)玻璃管“吸水”的演示實(shí)驗(yàn)，就能宏觀直接地把“水分在植物體內(nèi)運(yùn)輸”的情況呈現(xiàn)于學(xué)生眼前。相比傳統(tǒng)演示實(shí)驗(yàn)，融合學(xué)科知識(shí)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果更為顯著。

三、提高課堂“生產(chǎn)力”，以改進(jìn)器具促實(shí)驗(yàn)教學(xué)創(chuàng)新

在強(qiáng)烈的情感勢(shì)和信息勢(shì)的推動(dòng)作用下，學(xué)生熱切關(guān)注實(shí)驗(yàn)器具的改進(jìn)，使得生物實(shí)驗(yàn)課堂探究氣氛熱烈，成為創(chuàng)新活動(dòng)的搖籃，而學(xué)生的探究思維也得到了培養(yǎng)，創(chuàng)新能力得到了提升。比如，在“探究非生物因素對(duì)某種動(dòng)物的影響”實(shí)驗(yàn)中，增加容積約為20毫升的小塑料杯作為盛裝鼠婦（黃粉蟲）的容器（如圖1），能有效減少對(duì)實(shí)驗(yàn)對(duì)象的刺激，便于觀察杯中情況，局限鼠婦（黃粉蟲）的活動(dòng)范圍，讓實(shí)驗(yàn)結(jié)果更加客觀、準(zhǔn)確。

又如，在進(jìn)行“饅頭在口腔中的變化”探究活動(dòng)中“取2毫升唾液”的這一步驟時(shí)，由于唾液質(zhì)地濃稠，掛壁度高，每滴之間拉絲長(zhǎng)，學(xué)生使用小號(hào)量筒和膠頭滴管取唾液，既不準(zhǔn)確又不美觀，引起其他同學(xué)哄堂大笑，妨礙實(shí)驗(yàn)的推進(jìn)。而改用透明的管口直徑為1厘米的塑料吸管充當(dāng)移液器，則能較為準(zhǔn)確地移取等量液體，大大節(jié)省了移液操作的時(shí)間，有效避免上述尷尬情況的發(fā)生。實(shí)驗(yàn)中，可將吸管平口端插入盛有液體的燒杯中，用食指指腹按緊吸管斜口端進(jìn)行移液，經(jīng)過計(jì)算和重復(fù)測(cè)量確定“2毫升”的刻度線并用油性筆標(biāo)記“*”（注：毫升為容積單位，跟立方厘米對(duì)應(yīng)，1毫升=1立方厘米，因此管口直徑為1厘米的塑料吸管，若取π=3.14，則“2毫升”液體的刻度線位于距離平端管口約2.55厘米處），最后在不同顏色的吸管斜口端標(biāo)記“唾液”和“清水”，以做區(qū)分（實(shí)驗(yàn)中吸管不能混用）。

《發(fā)生在肺內(nèi)的氣體交換》一節(jié)通過一組模型的結(jié)構(gòu)圖來(lái)展現(xiàn)人體呼吸的原理。每逢學(xué)習(xí)到這個(gè)知識(shí)點(diǎn)，我們都會(huì)組織學(xué)生按照教材圖示制作學(xué)具，通過動(dòng)手牽拉橡皮膜（模擬膈?。┦箽馇颍M肺）吸氣，傾聽塑料管（模擬氣管和咽喉）所發(fā)出的氣流聲音，體會(huì)人體吸氣和呼氣的過程。

1.不足之處

第一，教材圖示中用玻璃罩模擬“胸廓”，前后徑不能變化。

第二，教材“膈肌舒張，膈頂部下降”的圖示里，橡皮膜沒有被牽拉的著手點(diǎn)，學(xué)生仿照教材彩圖制作出來(lái)的學(xué)具，橡皮膜也是沒有抓手的，經(jīng)常被戳破，影響學(xué)具的使用時(shí)間。

第三，教材圖示中用左右氣球模擬左右肺，當(dāng)拉動(dòng)橡皮膜時(shí)，雙氣球同時(shí)充氣，如果密封性夠好，效果很明顯。但制作一個(gè)既密封性好又能放入瓶的“Y”形三通管難度較大，多數(shù)作品效果不好的原因就出在這個(gè)三通管上。

2.改良方案

第一，用廢棄的飲料塑料瓶代替玻璃罩作為制作“胸廓”的材料，在使用學(xué)具模擬人體呼氣時(shí)，可一手?jǐn)D壓塑料瓶瓶身，一手頂住橡皮膜（如圖2），大致演示胸廓前后徑、上下徑縮小的過程，這樣，比單純拉動(dòng)橡皮膜的效果更加顯著。

第二，用一小段封箱膠按照“Ω”的形狀對(duì)折制作成一個(gè)簡(jiǎn)易拉條，倒貼在模擬膈肌的橡皮膜上（如圖3），方便拉動(dòng)。

第三，若制作學(xué)具的目的是要體會(huì)膈肌收縮與舒張引起肺內(nèi)氣壓變化，可以用一個(gè)氣球連通塑料管模擬該過程，降低用兩個(gè)氣球模擬左右肺的制作難度，也可以從網(wǎng)上批量購(gòu)買現(xiàn)成的醫(yī)用三通塑料管，給學(xué)生做制作材料。

1.不足之處

第一，該實(shí)驗(yàn)裝置是由多個(gè)實(shí)驗(yàn)器具組裝而成的，實(shí)驗(yàn)室沒有現(xiàn)成的裝置合適該實(shí)驗(yàn)使用，必須通過教師動(dòng)手制作。在廣口瓶的橡皮塞（比較厚）上鉆兩個(gè)洞較為困難，而且還要往洞內(nèi)放置直角玻璃管和漏斗，稍微用力不當(dāng)，很容易折斷玻璃管和漏斗。

第二，該實(shí)驗(yàn)的課時(shí)通常在上學(xué)期期末即12月份左右，氣溫較低，植物種子的呼吸作用較弱，放出二氧化碳的量較少，“二氧化碳使澄清石灰水變渾濁”的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不夠明顯，置于下層的種子則被水淹沒，呼吸作用受到抑制。

第三，教材內(nèi)容中沒有關(guān)于呼吸作用產(chǎn)生水的演示實(shí)驗(yàn)，教材使用的倒水排氣方法只能使用一次，一套演示實(shí)驗(yàn)裝置不能夠滿足連堂實(shí)驗(yàn)的需要，倒水過程中會(huì)破壞掛在容器內(nèi)壁上的由呼吸作用產(chǎn)生的水蒸氣液化成的水珠，而且教師需要在課后把實(shí)驗(yàn)裝置的水倒掉，才能夠讓植物種子繼續(xù)萌發(fā)，此過程會(huì)讓種子的種皮和胚分離，影響美觀。

2.改良方案

第一，用塑料瓶萌發(fā)種子。將飲料或礦泉水塑料瓶（以600毫升礦泉水塑料瓶為例）做演示實(shí)驗(yàn)的主要裝置，去掉瓶身包裝，以便于觀察瓶?jī)?nèi)情況;將植物種子（綠豆）先撒在墊有濕毛巾的解剖盤中，放置于35℃恒溫箱中促進(jìn)萌發(fā)，待種子胚根長(zhǎng)至約2毫米后裝入塑料瓶中（約[13]瓶），倒入50毫升蒸餾水，擰緊瓶蓋，瓶身橫放回恒溫箱內(nèi)（此時(shí)應(yīng)使種子在瓶?jī)?nèi)均勻平鋪，水不淹沒種子，確保呼吸作用持續(xù)進(jìn)行），對(duì)照組進(jìn)行相同的操作步驟。

第二，用注射器抽取瓶?jī)?nèi)氣體（如圖4和圖5）。待實(shí)驗(yàn)組塑料瓶?jī)?nèi)氣體充沛（實(shí)驗(yàn)組塑料瓶捏上去較硬，對(duì)照組塑料瓶不硬）即可進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，用大號(hào)注射器從塑料瓶較薄位置刺入，抽取瓶?jī)?nèi)氣體（抽完后用透明膠貼緊小洞，可以繼續(xù)培養(yǎng)），保護(hù)瓶壁水珠，再將注射器內(nèi)的氣體通入澄清石灰水，驗(yàn)證二氧化碳的存在。

第三，觀察瓶?jī)?nèi)水珠（如圖6）。教材選用綠豆種子作為實(shí)驗(yàn)材料，很好地排除了植物葉片進(jìn)行蒸騰作用產(chǎn)生水蒸氣的干擾，但是教材沒有提及在實(shí)驗(yàn)容器瓶壁內(nèi)的水珠的來(lái)源。演示實(shí)驗(yàn)前，教師可用實(shí)物投影儀放大瓶壁，引導(dǎo)學(xué)生觀察和思考瓶壁內(nèi)為什么會(huì)出現(xiàn)水珠（是植物種子進(jìn)行呼吸作用產(chǎn)生水，釋放能量引起的）。

用塑料瓶和注射器作為演示植物種子呼吸作用的實(shí)驗(yàn)裝置，可以在實(shí)驗(yàn)室里批量準(zhǔn)備，應(yīng)對(duì)連堂需要，免去鉆洞、倒水等煩瑣步驟，而且這個(gè)裝置還可以用于觀察和驗(yàn)證酵母菌發(fā)酵產(chǎn)生二氧化碳的演示實(shí)驗(yàn)（注意發(fā)酵時(shí)間，產(chǎn)生過多的二氧化碳容易導(dǎo)致塑料瓶形變甚至爆開）。

教材里的實(shí)驗(yàn)大多數(shù)是驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，結(jié)果和結(jié)論都可在書中找到。做與不做實(shí)驗(yàn)的最大區(qū)別在于過程中的思考與體驗(yàn)。在勢(shì)科學(xué)理論的引導(dǎo)下，教師引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合實(shí)際生活和各學(xué)科知識(shí)，通過改進(jìn)實(shí)驗(yàn)器具，為實(shí)驗(yàn)帶來(lái)了眾多便利，節(jié)省了實(shí)驗(yàn)時(shí)間，增強(qiáng)了實(shí)驗(yàn)效果，還提高了實(shí)驗(yàn)的開出率與成功率，大大提高了生物實(shí)驗(yàn)課堂的“生產(chǎn)力”，極大地促進(jìn)了生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)的創(chuàng)新。

[? ?參? ?考? ?文? ?獻(xiàn)? ?]

[1]? 李德昌.勢(shì)科學(xué)與現(xiàn)代教育[J].西安交通大學(xué)學(xué)報(bào)（社會(huì)科學(xué)版），2007（2）：84-92+96.

[2]? 宋紅霞，李德昌，劉仲春.基于勢(shì)科學(xué)理論的集約型教育及創(chuàng)新人才選拔與培養(yǎng)機(jī)制[J].教育理論與實(shí)踐，2016（28）：25-28.

[3]? 姚家佳.淺談中學(xué)生物實(shí)驗(yàn)的幾點(diǎn)改進(jìn)和創(chuàng)新[J].新課程研究（基礎(chǔ)教育），2010（1）：98-100.

（責(zé)任編輯 黃春香）