陳 維

（江蘇省連云港高級中學，江蘇省生物教育課程基地 江蘇連云港 222042）

實驗是發(fā)展學生生物學學科核心素養(yǎng)的重要載體和手段。在新一輪課程改革的浪潮中，初中生物學實驗應發(fā)揮其應有的價值和導向，避免“紙筆化實驗”，最大限度地開展真實性操作。本文闡述如何從實驗材料、實驗方法、模擬實驗、知識銜接等角度優(yōu)化和創(chuàng)新教材實驗，關注方案設計的合理性、器材選擇的科學性、實驗操作的規(guī)范性、結果分析的反思性等方面，進一步提高初中生物學實驗教學的質量和效益。

1 實驗材料的優(yōu)選與拓展

選擇適合的實驗材料是順利完成生物學實驗的前提，也是開展拓展探究的基礎。受氣候條件、地理分布、生活習慣等因素的影響，教材推薦的材料并非一定合適，需因地、因時、因人優(yōu)選與拓展實驗材料。

1.1 聯(lián)系生活，用熟悉的材料體驗實驗樂趣 將生活中常見的生物材料用于實驗教學，不僅能拉近生活與課堂的距離，激發(fā)學生的興趣，還能讓其在熟悉的場景中體驗樂趣、積極思維。

案例1：探究綠色植物的呼吸作用。

根、莖、葉、花、果實和種子六大器官都可選作實驗材料，增加實驗的選擇性，變驗證性實驗為探究性實驗。可將生活中熟悉的大蔥根、蘿卜片、藕片、綠豆芽、青菜葉、槐花、番茄、毛豆等材料，分為對照組（保持新鮮)和實驗組（經(jīng)微波爐處理），分別裝入不漏氣的黑塑料袋中。插入塑料軟管并扎緊袋口，用止水夾夾緊軟管。過一段時間后將軟管分別通入2 個裝有澄清石灰水的燒杯中。觀察實驗現(xiàn)象，分析結果，得出結論：只有活細胞才有呼吸現(xiàn)象。

1.2 就地取材，充分利用身邊的地域課程資源每所學校所處的地域環(huán)境不同，從學校所在地周圍的生物資源中挖掘、選擇合適的材料，可彌補教材實驗材料的不足，增加實驗的探究性和趣味性，恰恰能體現(xiàn)課程資源的獨特性。例如，在觀察軟體動物的實驗中，沿海地區(qū)的學?？蛇x擇海邊常見的貽貝或蜆進行觀察，效果同樣不錯。在“觀察鳥卵結構”的實驗中，用鵪鶉卵代替雞卵進行觀察，既經(jīng)濟實惠，又取材方便，操作簡單。也可選擇農(nóng)戶自養(yǎng)的“笨雞蛋”（公雞、母雞混養(yǎng)），觀察胚盤等結構。在“觀察花的結構”實驗中，選擇桃花，有時與上課月份(季節(jié))并不相符合，且桃花的胚珠等結構不易觀察。此時，教師就可充分發(fā)動學生根據(jù)自身喜好自由準備[1]?？蛇x用扁豆花、百合花等當季常見花卉，不僅取材容易，而且能觀察到清晰的胚珠等結構。又如，在進行“觀察植物體的生長過程”課外研究活動時，可讓學生種植一些植物，例如，番茄、辣椒、黃瓜等，在陽臺上利用簡易裝置即可完成。

1.3 關注細節(jié)，引導學生縝密思考、改進和拓展 在選擇實驗材料時，不僅要考慮材料的來源和適合度，還要考慮一些細節(jié)問題。細節(jié)關注不夠，會導致實驗“前功盡棄”，無法達到預期的實驗效果，造成無效探究。所以，在實驗教學過程中，教師的“從旁指導”非常重要。例如，在“青霉和葡枝根霉的觀察”實驗中，挑取部位若只選擇深色的部分，則只會觀察到大量有色的孢子；若只挑取白色的部分，則僅觀察到大量無色的菌絲；只有在有色部分挑取少量顏色較淺部位的菌絲，才能既觀察到無色的菌絲，又能觀察到直立菌絲頂端產(chǎn)生的一串串孢子。在實際操作中，如果用饅頭或桔子作為實驗材料，因其外皮較硬，生長的菌絲較短小，不易剝離和挑?。坏舾挠貌ぬ}、面包、香蕉、白皮香瓜等材料培養(yǎng)，則操作和觀察的效果均較好。又如，在開展“觀察小魚尾鰭內(nèi)血液的流動”實驗時，可首選市場上常見的生命力強、成本較低的泥鰍。用濕紗布或棉花蓋在泥鰍的鰓蓋和軀干部，將其尾鰭平貼在培養(yǎng)皿的底部，泥鰍會很快安定，可不使用載玻片。

2 實驗方法的優(yōu)化與創(chuàng)新

設計實驗并進行規(guī)范操作是生物學實驗的核心環(huán)節(jié)，直接關系實驗的成敗。進一步優(yōu)化與創(chuàng)新教材介紹的實驗方法，能增加生物學實驗的科學思維含量，提高實驗教學效率?？蓪嶒炑b置的改進，也可對原有實驗方案的優(yōu)化和完善。

案例2：探究種子萌發(fā)的外部條件。

此實驗難度不大，但時間跨度較長?？梢龑W生利用生活中常見的實驗材料，積極思維，創(chuàng)新實驗思路和方法，拓展實驗空間，在家庭或社區(qū)內(nèi)完成實驗，并將各自的實驗裝置和實驗記錄帶入課堂。在課內(nèi)展示這些鮮活的實驗教學資源，學生在交流分享和思維碰撞中，生成智慧，構建概念。

方法1：透明可樂瓶的利用。將鐵絲繞成2層，每層縫上紗布，制成“萌發(fā)床”。將可樂瓶剪去1/3，將“萌發(fā)床”懸掛其中，加上瓶底共分為3層。分層擺放蠶豆種子，加水至中層紗布處。

方法2：透明吸管的使用。在5 支吸管的上、中、下3 個位置剪開半側管壁，將黃豆種子塞入其中后，置于盛有水的容器中培養(yǎng)，水位控制在中間種子位置。

方法3：一次性透明杯子的利用。在其頂端位置固定4 根棉線，每根線上拴緊3 粒蠶豆種子，使其分別位于杯子的上、中和底部，加水至中間種子的位置，并使其大半浸沒于水中。

以上每種方法，都可在不同的溫度條件下進行培養(yǎng)，引導學生觀察比較，分析實驗現(xiàn)象，形成結論。

案例3：探究饅頭在口腔中的變化。

通過改進方案（表1），學生設計了3 組對照實驗，分別探究“唾液的分泌”“牙齒的咀嚼”和“舌的攪拌”對口腔內(nèi)饅頭（淀粉）消化作用的影響。經(jīng)過實驗操作和結果分析等探究環(huán)節(jié)，學生能更加透徹地理解影響食物消化作用的因素，深入領會對照、單一變量等實驗設計原則。在提高探究能力的同時，激發(fā)了學習興趣，培養(yǎng)了創(chuàng)新思維品質。

表1 改進后的實驗方案

3 模擬實驗的重視與突破

初中生物學實驗中大部分是可演示或分組操作的，但受實驗條件的限制，有些實驗并不具備演示或操作的條件，此時，模擬實驗就起到獨特的教學功能。初中生物學課程標準中也明確提出：“實驗設計應該多樣化，可以采用生物材料設計實驗，也可以設計模擬性實驗”[2]。因此，對于無法開展的實驗，教師可借助常見的器材，依據(jù)相似性原理，建立原型和模擬之間的連接關系，通過開展模型制作、模擬實驗等方式，提升教學效果。

3.1 關注基礎，循序漸進，增加感性認識 模型的建立需要從學生的知識基礎出發(fā)，只有對原型有一定的認識和理解，才能有效地構建實驗模型。學生可在課堂上先通過學習教材中的相關知識，形成初步的理解和認識，也可在課外通過閱讀、調查、訪談等形式了解和熟知。模型的材料要盡量從學生的日常生活和身邊環(huán)境中選擇熟悉的物件，創(chuàng)造相似的條件，增加感性認識。學生在教師的指導下逐步建立模型材料與原型模擬之間的對應聯(lián)系，進而逐步構建模型，開展模擬實驗（觀察）。

案例4：用單向閥和輸液器模擬人體血液循環(huán)。

在學習體循環(huán)、肺循環(huán)等知識的基礎上，教師指導學生利用一次性輸液器等材料制作血液循環(huán)模型，用紅墨水、淀粉、碘液等材料模擬動、靜脈血，增加感性認識。首先，用輸液器的滴壺模擬心臟的4 個腔，4 個單向閥分別模擬心臟的4 個瓣膜，連接時要注意單向閥的方向。然后，用十字通接頭和輸液器軟管制作模擬全身毛細血管網(wǎng)和肺部毛細血管網(wǎng)，用2個單向閥分別模擬靜脈瓣膜。貼上標簽，加以固定，完成模型構建（圖1）。

圖1 人體部分血液循環(huán)模擬裝置

用紅墨水、淀粉溶液混合模擬動脈血，加入少量碘液模擬靜脈血，加入少量洗潔精，形成氣泡，顯示液體流動。打開模擬左、右心室的2 個滴壺，往左邊的注滿“靜脈血”，右邊的注滿“動脈血”。擠壓滴壺，由于模擬瓣膜的單向閥的存在，血液不能倒流。在模擬血液流到對應的毛細血管網(wǎng)時，推動含有維生素C 或碘液的注射器可觀察其顏色變化，從而模擬動脈血和靜脈血的轉換，繼續(xù)擠壓滴壺，血液會在系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)流動。

3.2 巧妙設計，有的放矢，突破重、難點 除了要加強直觀體驗，豐富感性認識外，模擬實驗還應能幫助學生快速理解和掌握學習中的重、難點知識。這就要求模擬實驗的設計要圍繞教學中的重、難點展開，找準靶點，合理選材，巧妙設計。在模型制作的過程中體驗構建知識的意義，通過建立模型發(fā)現(xiàn)基本的生物學規(guī)律。

案例5：模擬眼睛的成像和調節(jié)原理。

眼睛的成像原理、近視成因及矯正是學生不易理解的重點內(nèi)容。如果只用一個凸透鏡模擬成像，無法演示眼球在看近物和遠物時的調節(jié)原理。此時，可將光源（蠟燭）、可變焦凸透鏡和光屏組成一套裝置（圖2）。

圖2 眼球成像與調節(jié)模擬裝置

模擬1：眼晴觀察物體時的調節(jié)過程。先固定凸透鏡與光屏間的距離，再調節(jié)蠟燭與透鏡間的距離，使光屏上的像最清晰。分別向前、向后移動蠟燭，再通過手動（例如，注水或吸水）調節(jié)凸透鏡的焦距，確保光屏上的像一直清晰。

模擬2：近視眼睛的矯正原理。調節(jié)凸透鏡，增大其凸度，使清晰的物像落在光屏之前，讓學生將自己配戴的近視眼鏡放在凸透鏡前面，讓清晰的物像再次落到光屏上。通過這樣的組合模擬實驗，學生對相關原理和過程的理解更加透徹，全面突破了這一重、難點。

3.3 有機組合，相互補充，提升模擬效能 模擬實驗并不能完全替代原型及其變化過程，其所要表達和體現(xiàn)的結構特征和生理過程，往往只是設計者自身選擇關注的“模擬點”，并非盡善盡美，要想發(fā)揮其最大的效能，還應充分與顯微觀察、解剖實驗、生理學實驗、實地調查等多種類型的實驗活動相互關聯(lián)，形成組合，在支撐實驗結論的現(xiàn)象和事實上相互印證或補充。

案例6：模擬肺泡的結構與氣體交換過程。

該部分內(nèi)容非常抽象，僅靠模型的制作和演示，對知識理解的促進作用有限。教師可在課堂初始演示為豬肺打氣的小實驗，讓學生直觀感受氣體進、出肺的變化。在此基礎上，引導學生猜想肺內(nèi)可能存在可膨大或縮小的結構，指導學生從豬肺中剝離出支氣管，在數(shù)碼顯微鏡下觀察，并尋找肺泡[3]。學生通過解剖實驗和顯微觀察直觀地感受到支氣管的數(shù)量之多，再觀看肺泡的動畫及電子顯微鏡下肺泡的真實圖片。最后，在對肺泡結構有進一步認識的基礎上，學生制作肺泡模型并開展模擬實驗。這一系列的實驗串聯(lián)，有效結合了解剖實驗、顯微觀察和動畫模擬等多種形式，最大限度提升模擬實驗的教學效能。

4 初、高中實驗的對應與銜接

初、高中生物學實驗在教學目標、內(nèi)容和方式等方面有緊密的聯(lián)系，具有一定的連貫性、遞進性和整體性。做好初、高中生物學實驗等知識的對應與銜接，是提高生物學教學質量的關鍵切入點，也是對初中生物學實驗進行優(yōu)化和創(chuàng)新的重要依據(jù)和思路來源。

對于初中生物學教師而言，首先要熟悉初、高中生物學課程標準在實驗（活動）內(nèi)容和要求上的區(qū)別和聯(lián)系（表2），找準實驗優(yōu)化的起點和基礎，把握實驗拓展的深度和廣度。

表2 初、高中生物學課程標準中實驗（活動）建議的聯(lián)系與銜接

其次，教師要熟悉掌握高中生物學教材中涉及到的各類實驗、活動等，通過分析課程標準，抓住初、高中實驗教學要求的異同點。

再次，要注意教材中豐富多彩的實驗、調查、實習等實踐活動，盡最大可能開展學生動手實踐，強化實驗基本操作技能的訓練，激發(fā)生物學學習興趣，為高中生物學知識的學習和實驗操作奠定基礎。例如，在進行“使用顯微鏡和制作臨時裝片”實驗時，可要求學生制作洋蔥內(nèi)、外表皮的2 種裝片，讓學生在顯微鏡下觀察，探究其異同；在開展“生態(tài)系統(tǒng)遭到破壞的實例調查”的同時，可安排學生分組制作小型生態(tài)瓶，并長期觀察其穩(wěn)定性的變化；在觀察魚尾鰭的血液循環(huán)時，要讓學生仔細辨認血細胞和血漿，為高中階段學習內(nèi)環(huán)境等知識留下直觀印象；在練習制作面醬或酸奶等發(fā)酵食品時，可加入STEAM 元素，用傳感器探究酸奶制作過程中pH 值的變化等。

實驗探究能力是生物學學科的關鍵能力，對已有實驗進行優(yōu)化和創(chuàng)新，是持續(xù)提高學科關鍵能力的基礎和保障。在年復一年的教學實踐中，教師要善于思考，積極創(chuàng)新，不斷挖掘潛在的課程資源潛能，為生物學實驗教學注入源泉和動力。