邰玉韋

當前教育的核心在于發(fā)展學生的科學思維?！镀胀ǜ咧猩飳W課程標準（2017年版）解讀》一書中將學生科學思維的發(fā)展聚焦為三點：質(zhì)疑是思考的視角、實證是判斷的尺度、邏輯是論辯的準繩。生物學是一門以觀察和實驗為基礎的自然學科，實驗教學是生物學課程的特點，也是生物學教學的基本形式之一，學生對自然界進行探索時，假設、實驗、論證、評價、解釋、得出結論的過程都需要使用科學思維。教師要加強和完善生物學實驗教學，尤其是借助實驗創(chuàng)新教學，可以促進學生深度提升科學思維，落實生物學學科核心素養(yǎng)。

1創(chuàng)設有趣味、有價值的實驗情境，促進學生思維深度參與

蘇霍姆林斯基說過：“在人的心靈深處，都有一種根深蒂固的需要，這就是希望自己是一個發(fā)現(xiàn)者、研究者、探索者?！币环矫妫瑢W生的學習和思維的形成需要建立在一定的認知基礎之上，如學習興趣、生活經(jīng)驗、認知水平、認知沖突;另一方面，重要概念的形成需要在提供恰當?shù)那榫持?，先讓學生在親身體驗中獲得豐富的感性認識，然后再通過科學探究、推理論證等活動上升為理性認識。因此，在學科核心素養(yǎng)視角下，教師創(chuàng)設具有科學性、生活性、趣味性和價值性的實驗創(chuàng)新教學情境，更能激勵學生積極參與，促進學生思維深度參與。

以“探究草履蟲對外界刺激的反應”一節(jié)教學為例，不同版本的教材中多使用顯微鏡來觀察草履蟲對外界刺激的反應，實驗效果不理想，沒有突破學生原有的認知。其主要原因有以下幾種：

①蓋蓋玻片后會將草履蟲擠開，影響了草履蟲活動。

②受到顯微鏡視野的限制，觀察時需要左右移動玻片才能看到完整的草履蟲運動過程，而移動后，原來的視野就發(fā)生了變化，甚至就找不到了。

③學生移動載玻片時容易增加實驗變量，影響實驗結果的準確性等。

課堂上，教師提供了自制的觀察工具裝置，有效地解決了這些困難。該實驗裝置用到的器材有：黑色泡沫、小燈珠、100mL小燒杯一個、500mL燒杯一個、載玻片一枚、放大鏡一個。這些材料都是學生生活中比較熟悉的，學生看到后感覺很親切。在本實驗中，還增加了光源，同時又提供了質(zhì)量分數(shù)分別為5%的食鹽溶液和5%的冰糖溶液作外界刺激物，充分調(diào)動學生探究的熱情，實驗效果非常明顯。通過觀察與探究，學生從開始的質(zhì)疑到設計實驗方案、實施實驗、論證和解釋實驗結果等一系列活動，逐漸理解了草履蟲具有“趨利避害”這一特性。在教學最后拓展環(huán)節(jié)，教師提供了硫酸銅溶液（模擬冶金工業(yè)廢水）作為外界刺激物。學生通過觀察直觀的實驗現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)草履蟲對水體污染的反應很靈敏。這樣既啟發(fā)學生大膽設想可以利用草履蟲應激反應的靈敏性在做水體檢測的探索，又使學生理解了人與自然和諧發(fā)展的意義，形成初步的環(huán)境保護意識。

在課前調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，一部分學生對“草履蟲會對外界刺激產(chǎn)生一定的反應”持質(zhì)疑態(tài)度，認為：草履蟲是單細胞生物，沒有發(fā)達的神經(jīng)系統(tǒng)，不能對外界的不同刺激物進行識別和作出相應的反應。質(zhì)疑是思考的起點。學生帶著疑問進入了新的實驗情境中。教師引導學生通過實驗設計，運用一定的科學探究方法，進行實驗結果的論證和分析。幾乎所有學生在原認知的基礎上都有了新的認識和收獲，主動地運用實驗證據(jù)來修正已有的解釋或支持了自己的觀點。學生學會了運用實證為判斷的尺度，提升了科學思想和科學方法。本節(jié)課實驗情境中的實驗裝置、實驗材料和探究方法的改進以及實驗內(nèi)容的拓展，對于學生的學習和能力提升很有價值，有效落實了課程教學目標。

2聚焦分層問題和實驗任務驅(qū)動，促進學生思維深度提升

任務驅(qū)動是高階思維發(fā)展的動力。學生思維的深度參與，往往在完成具體的情境任務中表現(xiàn)出來，高階思維的品質(zhì)、高階思維能力的發(fā)展與系列深度問題下的實驗任務息息相關。在任務驅(qū)動的實踐體驗中，從學生身上反映出洞察力、想象、預測、設計、行動、生成、展示、互動、鑒賞、評價等行為或傾向，可以發(fā)展學生的問題解決能力、批判性思維與創(chuàng)造性思維。

在“植物的呼吸作用”一節(jié)實驗教學中，發(fā)現(xiàn)學生對植物體有沒有呼吸作用沒有直觀的感受，對植物的呼吸原理還沒有形成科學的認識。因此，實驗創(chuàng)新教學設計可以聚焦分層問題和實驗任務驅(qū)動。

任務1：確定探究問題。教師同時拋出3個問題，每個學習小組自主選擇探究主題，并作出假設：

①蘿卜的呼吸會消耗氧氣嗎？

②蘿卜的呼吸會產(chǎn)生二氧化碳嗎？

③蘿卜的呼吸過程中，會釋放能量嗎？

然后，教師分發(fā)組卡，學生明確氧氣組、二氧化碳組、能量組。

任務2：制定計劃，搭建實驗裝置。教師出示兩等份的新鮮蘿卜和煮熟蘿卜實驗材料，明確形成對照實驗。再逐一出示實驗器材，由學生說出每種器材的用處。各小組再討論針對研究的問題需要選擇的器材，設計并搭建實驗裝置、討論檢驗方法并預估實驗結果。

任務3：展示和評價實驗裝置。各小組展示搭建的實驗裝置并簡要說明，相同探究主題的所有小組共同展示，其他學生提出質(zhì)疑或給出合理的建議。相同探究小組之間比較學習，其他小組觀摩、質(zhì)疑或提出修改建議。

任務4：實施實驗并展示實驗結果。學生有成功、有困惑、有猜想、有創(chuàng)新，收獲滿滿。

最后，教師拓展，并引導學生磁鐵卡片建構呼吸作用概念模型。

教師以問題為線索，以實驗任務為載體，促進實驗過程與思維有機結合，使學生在不同探究實驗任務之間產(chǎn)生思維碰撞。生成連連不斷，智慧頻頻進發(fā)，師生、生生之間形成了多元化意義溝通，實現(xiàn)了協(xié)同發(fā)展，實現(xiàn)了各個層次的學生進行自我提升。學生有了“定量”的意識，形成以事實和證據(jù)作為科學思維的認知方式，明顯加深學習程度，提升了思維有深度，增強了學習效果。分層問題和任務驅(qū)動化設計有多種，如設計一份調(diào)查報告、一個實驗方案，完成一個實驗、一個模型作品、一次訪談或角色扮演等。學生只有通過豐富的實踐經(jīng)驗，才能促進思維向深度發(fā)展。

3適時提供“示范”式教學引導，促進學生思維深度提升

在實驗教學中，有思維深度的創(chuàng)新體驗活動對于學生來說往往都具有一定的思維難度，教師要適時提供“示范”式教學引導?！笆痉丁笔揭龑Ъ扔蟹独x，又包含行為需要基本規(guī)范要求的內(nèi)涵。當學生面對有多種可能性選擇時，“示范”式引導取向于建立有價值取向性的標準，能夠激發(fā)學生的學習興趣，及時幫助學生行為上的選擇判斷。“示范”的主體可以是教師，可以是學生，也可以是真實性情境等。這樣的“示范”式引導有助于降低思維障礙，促進學生及時深度參與到自主探索、動手實踐活動中，及時解決教學中的困惑，推進教學活動向深度發(fā)展，進而提升學生的深度思維。

“蚯蚓在什么樣的物體上爬得快”是蘇教版《生物學》（七年級上冊）“探索生命的方法”一節(jié)中的探究實驗內(nèi)容。教材設計的意圖是讓學生體驗一次探究的全過程，并感悟和理解科學探究的一般過程。在探究過程中，學生對比觀察蚯蚓在硬紙板上和玻璃板上兩種運動狀態(tài)，理解實驗變量的含義并初步學會設計對照實驗。此探究實驗的設計方法簡便易操作，但實驗過程中的影響因素過于復雜，如蚯蚓運動活力不同，觀察指標速度的判斷，實施和論證過程有一定的難度，實驗結果不理想。因這個實驗在七年級第一學期開學不久，若實驗影響因素過于復雜，實驗結果得不到有效保障，將會影響學生理解科學探究的過程和科學探究能力的形成，難以達成教學目標。教師面對這樣的教學困境，就要想辦法降低難度，提供一定的幫助，或提供“示范”式教學引導，或改進實驗情境。

筆者將原實驗改為“探究洗滌劑稀釋液對蚯蚓刺激的反應”，觀察蚯蚓在清水和洗潔精稀釋液不同刺激下的兩種反應狀態(tài)。改進實驗的實驗效果比較理想，有效達成教學目標，有利于學生形成科學探究能力和科學探究思維。但在這個新的實驗情境中，實驗變量的控制難度雖然減低了，但學生也需要一定的“示范”式教學引導。按照學生現(xiàn)有的認知水平，學生還不能科學地使用量筒量取液體體積，教師可以示范如何用滴管量取1mL清水或洗滌劑稀釋液。又如，在設計對照實驗時，教師最好提供一張?zhí)骄抗ぷ鲉芜M行“示范”式引導，把自變量和因變量同時列在一張表格中，確定學生能夠識別出實驗中的單一變量因素后，才能開始實施實驗。在實驗結束時，被洗滌劑稀釋液滴過的蚯蚓應該怎樣及時用清水處理再放回土壤中，也需要進行一定的“示范”式引導。教師適時提供以上“示范”式教學引導，是為了更好地吸引學生的注意力和主動性，更好地促進學生思維深度發(fā)展。

4創(chuàng)新開展實驗考查評價，促進學生思維深度提升

實驗在生物學課程中具有獨特的價值和魅力?？茖W經(jīng)典實驗永遠啟迪人類智慧?！皩嵺`出真知”“事實勝于雄辨”是能穿越時空的教學法則，也是眾多教學策略中的首選。實驗能力一般包括實驗操作、實驗觀察和實驗認知;科學探究能力一般包括科學思想的建立、科學知識的掌握、科學方法的運用和表達與交流，科學探究能力的培養(yǎng)在實驗操作的環(huán)境中更容易深入培養(yǎng)。創(chuàng)新實驗教學評價可以突破教材內(nèi)容的范疇，直指學生發(fā)展的核心素養(yǎng)。創(chuàng)新實驗評價方式需要將動手實驗操作與紙筆測試有效融合。教師只有基于真實情境，回歸日常生活，才能有效提升學生內(nèi)隱的學科關鍵能力，才能進一步完善實驗教與學的品質(zhì)，促進學生思維深度提升。

以“探究水對大豆種子萌發(fā)的影響”實驗考查為例，考查對象為初二學生，實驗考查時間為15min。實驗考查的目的指向?qū)W生的實驗探究能力?？疾閮?nèi)容主要包括：選擇實驗器材、選取實驗對象、設計對照實驗、整理實驗器材;操作過程中包括繪制種子萌發(fā)記錄表。實驗考查準備：教師提前幫助學生準備好相關的實驗器材，如紙巾、培養(yǎng)皿、標簽紙、灑水壺、黃豆種子、工作單。實驗考查方法：學生單人單桌，在規(guī)定時間內(nèi)完成實驗操作內(nèi)容;教師現(xiàn)場對每位學生的操作行為表現(xiàn)和探究工作單相關內(nèi)容的表達進行即時評價。實驗考查結果評定可以分合格或不合格，也可以按照學生能力表現(xiàn)水平層次從高到低劃分A、B和c三個等級。教師實驗考查評價表見表1。

實驗操作評價方式是在新穎、簡單、真實的實驗探究隋境中，借助“探究工作單”，讓學生實驗探究不同水平層次的能力真實地表現(xiàn)出來，從而獲得學生實驗探究能力真實數(shù)據(jù);并基于學生實驗探究能力的不同維度，對學生進行相對真實的評價和反饋。教師只有開展有效評價，才能真正了解學生的科學思維和科學探究能力的水平層次;只有在認真分析評價結果的基礎上，才能促進學生進行更多地創(chuàng)新思考，才能進一步明確學生實驗探究能力和科學思維的發(fā)展方向。實踐證明，實驗考查的內(nèi)容越具有探究性和開放性，越能從操作評價走向?qū)W科關鍵能力評價，促進教師真正轉(zhuǎn)變課堂教學方式，追求理科學科味道，彰顯理科學科魅力。

在生物學教學中，教師要立足于發(fā)展學生核心素養(yǎng)，立足于學生的實際能力發(fā)展需要，不斷地改善課堂教學方式，大膽進行有價值、有思維深度的實驗創(chuàng)新教學，幫助學生在生物學學習過程中逐步形成正確的價值觀念、必備品格和關鍵能力。