提高初中生物實(shí)驗(yàn)探究教學(xué)有效性的五個(gè)關(guān)鍵

朱曉燕 解凱彬

【摘?要】通過對(duì)“食物中能量的釋放”一節(jié)教學(xué)內(nèi)容的觀摩和反思，分析教學(xué)過程中實(shí)驗(yàn)探究低效的常見原因，并結(jié)合對(duì)生物學(xué)教學(xué)中實(shí)驗(yàn)探究的功能分析，作者提出精準(zhǔn)分析學(xué)情、正確設(shè)計(jì)目標(biāo)、重視探究的科學(xué)背景、關(guān)注拓展遷移和抓住探究生成等五個(gè)提高初中生物實(shí)驗(yàn)探究教學(xué)有效性的關(guān)鍵措施，為教師進(jìn)一步開展初中生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供借鑒和參考。

【關(guān)鍵詞】實(shí)驗(yàn)探究;生物實(shí)驗(yàn);自主建構(gòu)

【作者簡(jiǎn)介】朱曉燕，福建省南平市高中教研室主任，福建省學(xué)科帶頭人培養(yǎng)對(duì)象，福建師范大學(xué)兼職碩士研究生導(dǎo)師;解凱彬（通訊作者），博士，副教授，南京師范大學(xué)基礎(chǔ)教育研究中心副主任，碩士研究生導(dǎo)師。

【基金項(xiàng)目】全國(guó)教育“十三五”規(guī)劃2016年度教育部重點(diǎn)課題“核心素養(yǎng)導(dǎo)向的科學(xué)課程課例研究與實(shí)踐”（DHA160353）

科學(xué)探究是生物學(xué)科核心素養(yǎng)的重要內(nèi)容之一，也是學(xué)生通過生物學(xué)學(xué)習(xí)需要培養(yǎng)的關(guān)鍵能力。通過科學(xué)探究活動(dòng)，教師幫助學(xué)生領(lǐng)悟科學(xué)研究方法，體驗(yàn)科學(xué)研究的魅力與價(jià)值。在主動(dòng)獲取生物科學(xué)知識(shí)的過程中，形成科學(xué)態(tài)度與價(jià)值觀，培養(yǎng)科學(xué)探究能力，是生物教學(xué)的一個(gè)重要目標(biāo)。

實(shí)驗(yàn)探究作為科學(xué)探究的重要形式，不僅是初中階段的重要學(xué)習(xí)內(nèi)容，也是學(xué)生學(xué)習(xí)生物學(xué)的基本方式。實(shí)驗(yàn)探究對(duì)促進(jìn)概念的自主建構(gòu)，發(fā)展學(xué)生綜合能力，引導(dǎo)學(xué)生在新情境下嘗試應(yīng)用所學(xué)知識(shí)進(jìn)行遷移拓展，全面提升學(xué)生生物學(xué)科學(xué)素養(yǎng)都有著不可替代的作用。正因?yàn)槿绱?，?qiáng)化學(xué)生的探究意識(shí)，引導(dǎo)學(xué)生積極思考、主動(dòng)探索，是當(dāng)前生物教學(xué)需要關(guān)注且強(qiáng)調(diào)的內(nèi)容。但教學(xué)實(shí)踐中往往因?yàn)楦鞣N因素，實(shí)驗(yàn)探究教學(xué)效果甚微。究其原因，主要有以下幾點(diǎn)：在教學(xué)中，有的教師對(duì)學(xué)生已有的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)了解不夠，對(duì)探究的目標(biāo)認(rèn)識(shí)不清，對(duì)探究的科學(xué)原理與學(xué)科背景缺乏充分的鋪墊;在探究活動(dòng)中，對(duì)學(xué)生的認(rèn)知過程關(guān)注不夠，對(duì)探究生成的資源不能合理利用等。這些原因?qū)е聦?shí)驗(yàn)探究教學(xué)流于形式和表象，無法達(dá)成預(yù)期的教學(xué)目標(biāo)。

筆者結(jié)合北師大版生物七年級(jí)下冊(cè)第十章第1節(jié)“食物中能量的釋放”一課的教學(xué)活動(dòng)，對(duì)影響實(shí)驗(yàn)探究教學(xué)實(shí)效的一些關(guān)鍵問題展開討論，并提出解決對(duì)策。

關(guān)鍵一：精準(zhǔn)分析學(xué)情，夯實(shí)探究基礎(chǔ)

在探究活動(dòng)開展之前，教師先要進(jìn)行學(xué)情分析。學(xué)生在學(xué)習(xí)“食物中能量的釋放”一課內(nèi)容之前，已經(jīng)了解了食物中含有不同的營(yíng)養(yǎng)成分，知道糖類是人體的主要供能物質(zhì)，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)通過血液循環(huán)運(yùn)輸?shù)襟w細(xì)胞，氧化分解能釋放能量供給人體各項(xiàng)生命活動(dòng)等相關(guān)知識(shí)。但這個(gè)階段的學(xué)生還未開始進(jìn)行物理與化學(xué)學(xué)科的學(xué)習(xí)，沒有學(xué)過能量守恒定律，對(duì)能量等熱力學(xué)概念存在理解困難，不能理解食物中所含能量為何可以用燃燒的方法來呈現(xiàn)。大多數(shù)學(xué)生不具備燃燒需要氧氣等基礎(chǔ)知識(shí)，不能規(guī)范使用天平、溫度計(jì)等儀器，導(dǎo)致數(shù)據(jù)讀取不準(zhǔn)確。學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)意圖不理解，也給探究活動(dòng)的開展帶來障礙。

在教學(xué)過程中，教師可以將小學(xué)科學(xué)相關(guān)實(shí)驗(yàn)原理遷移到本節(jié)課的探究活動(dòng)中，通過學(xué)案將實(shí)驗(yàn)所需要的背景知識(shí)進(jìn)行必要的補(bǔ)充。遷移與補(bǔ)充的內(nèi)容需要建立在對(duì)學(xué)生學(xué)情準(zhǔn)確了解的基礎(chǔ)上。教師可以利用小學(xué)數(shù)學(xué)應(yīng)用題來幫助學(xué)生理解測(cè)定食物中貯存能量的方法和計(jì)算原理，幫助學(xué)生理解實(shí)驗(yàn)中為何要計(jì)算單位質(zhì)量下的熱價(jià)。同時(shí)，梳理學(xué)生在本節(jié)課之前已經(jīng)完成的科學(xué)探究活動(dòng)，總結(jié)過往探究實(shí)驗(yàn)中學(xué)生的收獲與不足，為探究活動(dòng)的開展打好基礎(chǔ)。

關(guān)鍵二：正確設(shè)計(jì)目標(biāo)，凸顯實(shí)驗(yàn)探究的育人價(jià)值

設(shè)計(jì)探究活動(dòng)時(shí)，教師需要思考探究活動(dòng)的教育價(jià)值，以及對(duì)學(xué)科教學(xué)的意義。是為了促成概念建構(gòu)而學(xué)習(xí)科學(xué)探究的一般方法，還是為了在新的具體情境中達(dá)成知識(shí)遷移。只有對(duì)科學(xué)探究活動(dòng)有一個(gè)明確的預(yù)設(shè)目標(biāo)，探究活動(dòng)的開展才具有真正的意義，從而避免形式化。

在教學(xué)中設(shè)置“不同食物中貯存能量不同”的探究活動(dòng)，不僅是為了驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)的假設(shè)，更重要的是通過探究活動(dòng)，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)的論證方法，嘗試在新的情境下應(yīng)用所學(xué)知識(shí)進(jìn)行思考與分析，體驗(yàn)科學(xué)研究的嚴(yán)謹(jǐn)性。基于這一教學(xué)目標(biāo)，教學(xué)的重點(diǎn)應(yīng)該放在對(duì)探究方案設(shè)計(jì)的分析與引導(dǎo)上。在探究活動(dòng)開展過程中，教師要對(duì)食物、能量與人體生命活動(dòng)之間的關(guān)系進(jìn)行充分的解釋說明，幫助學(xué)生深入理解“探究不同食物貯存能量的差異”活動(dòng)的意義。教師結(jié)合生物七年級(jí)上冊(cè)對(duì)科學(xué)探究一般方法的學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，聯(lián)系學(xué)生之前學(xué)習(xí)過的與本探究活動(dòng)有關(guān)聯(lián)的活動(dòng)，引導(dǎo)學(xué)生聯(lián)系舊知識(shí)和跨學(xué)科知識(shí)，將所學(xué)的知識(shí)融會(huì)貫通，最終讓學(xué)生自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，深化理解“不同食物含有的熱價(jià)不同”這一概念，探討食物中的能量。這些教學(xué)任務(wù)的設(shè)置是為了讓學(xué)生在后續(xù)學(xué)習(xí)呼吸作用打下基礎(chǔ)。

關(guān)鍵三：重視探究的科學(xué)背景，避免實(shí)驗(yàn)探究的盲目和無序

在開展探究活動(dòng)之前，教師要讓學(xué)生充分理解探究活動(dòng)所需要的科學(xué)背景知識(shí)，因?yàn)椴换诳茖W(xué)原理的探究是盲目和低效的。只有對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的科學(xué)原理有正確的認(rèn)識(shí)，學(xué)生才能針對(duì)問題提出科學(xué)的假設(shè)，對(duì)探究方案進(jìn)行嚴(yán)謹(jǐn)?shù)脑O(shè)計(jì)，對(duì)探究活動(dòng)的思考和開展才能成為真正意義上的深度學(xué)習(xí)[1]。

在“探究不同食物貯存能量的差異”活動(dòng)中，教師如果不先進(jìn)行知識(shí)準(zhǔn)備，補(bǔ)充本探究活動(dòng)需要的科學(xué)背景知識(shí)，而是機(jī)械地按教材要求讓學(xué)生討論在實(shí)驗(yàn)中如何保證有充足的氧氣使樣品充分燃燒，如何盡可能減少燃燒過程中能量的散失等問題，學(xué)生就會(huì)因?yàn)槿狈ξ锢砼c化學(xué)學(xué)科知識(shí)不能進(jìn)行真正的思考，討論將流于形式。其結(jié)果就是課堂教學(xué)組織混亂，學(xué)生設(shè)計(jì)探究方案盲目和無序，課堂效率受到嚴(yán)重影響。

在“探究不同食物貯存能量的差異”活動(dòng)中，引導(dǎo)學(xué)生回顧北師大版生物七年級(jí)下冊(cè)第八章“人體營(yíng)養(yǎng)”的相關(guān)內(nèi)容，可幫助學(xué)生理解實(shí)驗(yàn)材料的選取原則，理解采用燃燒的方法來比較不同食物能量的意義，從而幫助學(xué)生真正理解實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的原理。在燃燒實(shí)驗(yàn)的過程中，教師要引導(dǎo)學(xué)生思考哪些因素會(huì)導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)誤差，討論如何減小誤差，幫助學(xué)生思考如何設(shè)計(jì)裝置才能盡可能減少熱量的損耗，實(shí)驗(yàn)過程中還有哪些因素會(huì)影響實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的精確度。學(xué)生只有充分理解實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的原理，才能基于新的情境要求提出合理的實(shí)驗(yàn)方案，比如溫度計(jì)的正確置放，熱量測(cè)定儀的設(shè)計(jì)需要考慮的問題等。此外，學(xué)生還要明白進(jìn)行能量值比較時(shí)，需要計(jì)算單位質(zhì)量樣品的能量值，要理解每克樣品中所含能量的計(jì)算原理等。

關(guān)鍵四：關(guān)注拓展和遷移，促進(jìn)學(xué)生自主建構(gòu)

學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)探究所獲取的知識(shí)得到多大程度上的理解，有沒有真正形成科學(xué)探究能力，需要在新的情境中進(jìn)行遷移應(yīng)用以及在新問題的解決中得到檢驗(yàn)。學(xué)生在陌生的情境中面對(duì)新的問題展開嘗試，需要將新舊知識(shí)進(jìn)行連接后再進(jìn)行整合性應(yīng)用，這樣才能檢驗(yàn)其知識(shí)的掌握程度，也才能對(duì)所學(xué)知識(shí)進(jìn)行調(diào)校和修正，從而進(jìn)一步加深對(duì)概念的理解，促進(jìn)知識(shí)內(nèi)化和整合。因此，關(guān)注拓展和遷移是實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要環(huán)節(jié)[2]。

在“探究不同食物貯存能量的差異”實(shí)驗(yàn)中，教師可以先讓學(xué)生聯(lián)系七年級(jí)學(xué)過的其他探究活動(dòng)，比如聯(lián)系“探究唾液對(duì)淀粉的消化作用”實(shí)驗(yàn)，在兩個(gè)探究活動(dòng)中搭建橋梁、進(jìn)行類比，回顧在設(shè)計(jì)對(duì)照實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)從哪些角度來控制無關(guān)變量以減小實(shí)驗(yàn)誤差，如何簡(jiǎn)明合理地表達(dá)實(shí)驗(yàn)結(jié)果等。接著教師引導(dǎo)學(xué)生分組設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，搭建實(shí)驗(yàn)裝置。面對(duì)不同小組搭建的實(shí)驗(yàn)裝置這一新情境，教師要引導(dǎo)學(xué)生對(duì)可能影響實(shí)驗(yàn)的因素進(jìn)行分析，盡可能地減小實(shí)驗(yàn)誤差，從而完善實(shí)驗(yàn)方案。在討論中，學(xué)生能關(guān)注到環(huán)境溫度等無關(guān)變量對(duì)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的影響，推斷測(cè)定的能量肯定要比食物中實(shí)際含有的能量少;自然界中的氣流變化等因素也都會(huì)影響到熱量的傳遞，進(jìn)而提出創(chuàng)造一個(gè)相對(duì)隔離的空間，讓燃燒盡可能在熱量不容易散失的空間中進(jìn)行等。這樣的拓展和遷移促進(jìn)了學(xué)生對(duì)科學(xué)探究的深入理解，提升了學(xué)生在探究實(shí)驗(yàn)中控制變量的水平，促使學(xué)生的思維更加縝密。

關(guān)鍵五：抓住探究生成，促進(jìn)探究能力的全面提升

在實(shí)驗(yàn)探究中，可能會(huì)出現(xiàn)與師生預(yù)期有很大

偏差的情況，教師擔(dān)心遇到的問題無法得到合理解決，所以教師有時(shí)會(huì)刻意忽略學(xué)生生成性的質(zhì)疑，有時(shí)甚至粗暴地理解成學(xué)生在搗亂，這大大挫傷了學(xué)生探究的積極性。其實(shí)，實(shí)驗(yàn)探究中的生成往往是學(xué)生心中真實(shí)的疑惑，是學(xué)生科學(xué)探究的真正動(dòng)力。抓住探究生成，幫助學(xué)生開展深度思考和二次探究，才能更好地促進(jìn)學(xué)生探究能力的全面提升[3]。

比如，在實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)質(zhì)量小的花生燃燒后測(cè)得的熱量值反而高的現(xiàn)象，是教師在課前不曾預(yù)料到的，學(xué)生顯然會(huì)對(duì)這一實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生疑問。教師應(yīng)充分利用這一生成契機(jī)，引導(dǎo)學(xué)生在分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象或數(shù)據(jù)與預(yù)期相悖時(shí)，應(yīng)該怎樣處理。教師要正視和尊重實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，和學(xué)生共同分析其原因。如可能是因?yàn)榛ㄉ谏L(zhǎng)過程中存在個(gè)體差異，積累的有機(jī)物不同，或是有的花生蛋白質(zhì)含量高，有的則脂肪含量高等，而這恰恰反映了生命的復(fù)雜性。教師可以聯(lián)系“探究運(yùn)動(dòng)與脈搏的關(guān)系”這一內(nèi)容，舉例不同的人測(cè)出的心率也是不同的，抓住引導(dǎo)學(xué)生形成生命現(xiàn)象多元性觀念的好時(shí)機(jī)。另外，師生也可推測(cè)是實(shí)驗(yàn)裝置造成的相悖，也就是我們通常說的無關(guān)變量導(dǎo)致的，還可能是實(shí)驗(yàn)操作時(shí)出現(xiàn)的偏差導(dǎo)致數(shù)值有誤等。然后教師要強(qiáng)調(diào)，正是為了保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，科學(xué)家在進(jìn)行研究時(shí)往往需要多次重復(fù)實(shí)驗(yàn)。針對(duì)這一問題的討論，對(duì)幫助學(xué)生更準(zhǔn)確地理解科學(xué)探究的嚴(yán)謹(jǐn)性，科學(xué)研究工作的一絲不苛都有積極的意義。

實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)是一種基于合理邏輯論證的綜合的認(rèn)知過程。在這個(gè) 過程中，教師要特別關(guān)注學(xué)生已有的認(rèn)知水平和認(rèn)知思維路徑;正確認(rèn)識(shí)實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)的育人功能，正確設(shè)立學(xué)習(xí)目標(biāo);重視實(shí)驗(yàn)探究相關(guān)的科學(xué)背景和科學(xué)原理;關(guān)注每一個(gè)探究生成，巧妙地利用生成資源，結(jié)合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，促成學(xué)生概念的自主建構(gòu)，只有這樣才能真正提升實(shí)驗(yàn)探究的有效性。

參考文獻(xiàn)：

[1]解凱彬.生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀分析及對(duì)教師實(shí)驗(yàn)教學(xué)行為調(diào)適的若干建議[J].新課程教學(xué)，2013（6）：4-7.

[2]胡衛(wèi)平，林崇德.青少年的科學(xué)思維能力研究[J].教育研究，2003（12）：19-23.

[3]張麗輝.在科學(xué)探究活動(dòng)中培養(yǎng)學(xué)生的質(zhì)疑思維[J].生物學(xué)教學(xué)，2019（2）：64-65.