黃建林 （浙江省杭州市文海實(shí)驗(yàn)學(xué)校 浙江杭州 310018）

生物學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科。實(shí)驗(yàn)在生物學(xué)教學(xué)過程中起著舉足輕重的作用：培養(yǎng)學(xué)習(xí)興趣、提高實(shí)驗(yàn)技能、促進(jìn)思維發(fā)展等。在“植物的一生”（第2 課時(shí)）的教學(xué)中，讓學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行設(shè)計(jì)、評(píng)價(jià)和優(yōu)化，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維、創(chuàng)新能力，注重對(duì)所學(xué)知識(shí)進(jìn)行遷移應(yīng)用，真正做到學(xué)以致用，促進(jìn)其深度學(xué)習(xí)。

1 教材分析

“植物的一生”（第2 課時(shí)）是浙教版7年級(jí)《科學(xué)》第1 章第4 節(jié)的內(nèi)容，是第1 課時(shí)“種子的結(jié)構(gòu)”的延續(xù)。學(xué)生已具備種子結(jié)構(gòu)的知識(shí)，對(duì)種子的萌發(fā)也不陌生，為本節(jié)課的學(xué)習(xí)打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，但7年級(jí)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力和遷移能力相對(duì)薄弱?？茖W(xué)探究是不斷地發(fā)現(xiàn)問題，通過多種途徑尋求證據(jù)，運(yùn)用創(chuàng)造性思維、邏輯推理解決問題，通過評(píng)價(jià)與交流達(dá)到共識(shí)的過程［1］。因此，基于情境和問題解決的探究，在尋求多方案、多途徑并基于一定的情境應(yīng)用于生活的解決問題的過程中，不但能培養(yǎng)解決問題的能力，還能培養(yǎng)創(chuàng)新思維能力，通過學(xué)以致用培養(yǎng)遷移能力。本節(jié)課將方案的設(shè)計(jì)、優(yōu)化等創(chuàng)新思維和遷移能力培養(yǎng)作為重點(diǎn)和難點(diǎn)，從種子萌發(fā)視頻出發(fā)，通過萌發(fā)條件的提出，猜想及方案的設(shè)計(jì)、優(yōu)化等不斷改進(jìn)及將所學(xué)知識(shí)如何遷移應(yīng)用而展開，在此過程中，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力、批判性思維能力和遷移能力。

2 教學(xué)目標(biāo)

1）理解植物生命運(yùn)動(dòng)是有條件和規(guī)律的，包括內(nèi)部條件和外部條件。通過有、無(wú)完整胚的對(duì)比及胚的死、活和種子子粒飽滿程度對(duì)種子萌發(fā)的影響對(duì)比，理解結(jié)構(gòu)與功能相統(tǒng)一的生物學(xué)生命觀。

2）通過實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)、評(píng)價(jià)、優(yōu)化改進(jìn)及對(duì)所學(xué)知識(shí)的應(yīng)用，培養(yǎng)創(chuàng)新思維和批判性思維及遷移能力。

3）通過種子萌發(fā)探究實(shí)驗(yàn)，明確探究過程和步驟，明白自變量、無(wú)關(guān)變量和因變量的確立及控制變量法、比較法等科學(xué)方法的運(yùn)用，并在探究過程中，培養(yǎng)團(tuán)結(jié)協(xié)作、求真、實(shí)證、理性的科學(xué)態(tài)度和科學(xué)精神。

4）通過利用所學(xué)知識(shí)解決如何更好地保存種子等生活中的問題，培養(yǎng)社會(huì)責(zé)任感，牢記用所學(xué)知識(shí)造福人類的使命。

3 教學(xué)過程

3.1 情境激趣，提出問題 教師播放有關(guān)種子萌發(fā)的視頻，要求學(xué)生觀看視頻并提出感興趣的探究問題。學(xué)生提出以下問題：①種子為什么能萌發(fā)？②種子萌發(fā)需要什么條件？③是否所有的種子都能萌發(fā)？

以種子萌發(fā)視頻入手，開門見山，直接指出了探究的主題——種子萌發(fā)。不但激發(fā)了學(xué)生的求知欲，點(diǎn)燃了探究熱情，更提出了其感興趣的探究問題，為后續(xù)探究種子萌發(fā)條件做好了充分的準(zhǔn)備。

3.2 依據(jù)經(jīng)驗(yàn)，合理假設(shè) 教師提問：大家猜測(cè)一下，種子萌發(fā)需要哪些條件？學(xué)生思考后認(rèn)為：光、溫度、空氣、水、土壤和肥料。教師追問：根據(jù)生活經(jīng)驗(yàn)和課前的實(shí)驗(yàn)，能否排除不必要的條件并說(shuō)出相應(yīng)的理由。最后，學(xué)生一致認(rèn)為：種子萌發(fā)只與溫度、空氣和水分3 個(gè)因素有關(guān)，與光、土壤和肥料等無(wú)關(guān)。

根據(jù)探究問題提出假設(shè)，培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散性思維，讓學(xué)生根據(jù)課前實(shí)驗(yàn)和生活經(jīng)驗(yàn)排除不必要的條件，一方面使得條件更精簡(jiǎn)，有利于探究；另一方面培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)證意識(shí)，即用相應(yīng)的證據(jù)證明自己的想法。

3.3 設(shè)計(jì)優(yōu)化，完善探究方案 教師首先強(qiáng)調(diào)多個(gè)因素影響的探究方案時(shí)，要用控制變量法研究實(shí)驗(yàn)，即每一次設(shè)計(jì)只能改變其中一個(gè)變量（自變量），同時(shí)要控制其他變量不變（無(wú)關(guān)變量），從而研究種子萌發(fā)隨溫度、水分、空氣的變化而變化（種子萌發(fā)為因變量）。例如，若研究溫度對(duì)種子萌發(fā)的影響時(shí)，要控制水分和空氣2 個(gè)變量且均適宜種子萌發(fā)，同時(shí)只改變溫度這個(gè)變量。

3.3.1 設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)，初定方案 學(xué)生先自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案（用簡(jiǎn)圖呈現(xiàn)），再小組合作交流、討論。教師將小組討論的結(jié)果——簡(jiǎn)圖，通過同屏技術(shù)呈現(xiàn)，主要問題是：變量不唯一，難以探究；種子只用1 粒，存在偶然性；溫度設(shè)置不合理等。通過討論后，最終學(xué)生比較認(rèn)可的是如圖1所示的方案。

圖1 初步方案

3.3.2 質(zhì)疑調(diào)整，優(yōu)化方案 有一位學(xué)生質(zhì)疑圖1中的方案——研究空氣對(duì)種子萌發(fā)的影響方案，變量應(yīng)是空氣，但圖1中水的多少?zèng)]有保持相同，即一個(gè)是水分適量，一個(gè)是過量，存在2 個(gè)變量，不夠嚴(yán)謹(jǐn)。他認(rèn)為優(yōu)化的方案應(yīng)改成如圖2所示較為合理。其他學(xué)生贊同此方案，但教師提出了一個(gè)新問題，能否在此方案的基礎(chǔ)上再進(jìn)一步改進(jìn)，使得方案更簡(jiǎn)潔或所需的儀器、材料更少？

3.3.3 比較歸納，完善方案 又有學(xué)生思考后認(rèn)為圖2中的對(duì)照組只需一組即可，這樣儀器總共只需4 套。教師表?yè)P(yáng)這位學(xué)生能從對(duì)照組中找出共同點(diǎn)，并將3 組對(duì)照組精簡(jiǎn)成一組。

圖2 優(yōu)化方案1

教師追問：是否還有其他優(yōu)化方案？學(xué)生思考后認(rèn)為，研究空氣影響的實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組除種子放的位置不一樣，其他都一樣，2 個(gè)實(shí)驗(yàn)可組合在一起。這時(shí)，又有學(xué)生認(rèn)為，圖2中研究水分影響的實(shí)驗(yàn)組也可將之前2 個(gè)實(shí)驗(yàn)拼合在一起，變成圖3的第1 個(gè)實(shí)驗(yàn)方案。

圖3 優(yōu)化方案2

學(xué)生立刻想出了圖3的第2 個(gè)溫度為0℃的方案。教師提問：溫度一個(gè)為0℃，一個(gè)為20℃，從實(shí)驗(yàn)的嚴(yán)謹(jǐn)性來(lái)說(shuō)，是否合理？為什么？應(yīng)怎么改進(jìn)？學(xué)生認(rèn)為已設(shè)置一個(gè)低溫，一個(gè)適宜溫度，還應(yīng)設(shè)置一個(gè)高溫進(jìn)行對(duì)比，否則有可能會(huì)出現(xiàn)低溫不適宜萌發(fā)而室溫和高溫都適宜萌發(fā)的現(xiàn)象，應(yīng)該再加一個(gè)40℃的實(shí)驗(yàn)組。教師追問：為什么是40℃，而不是70℃、80℃？學(xué)生回答：溫度太高，種子會(huì)死亡。教師繼續(xù)追問：圖3實(shí)驗(yàn)中間排的種子，在裝置中如何固定？學(xué)生討論回答：有2 種方案，一種是找有過濾網(wǎng)的茶杯，可直接利用；另一種可用剪刀將石棉網(wǎng)剪成一定的圓形，然后卡在透明的一次性杯的中部即可。

讓學(xué)生通過設(shè)計(jì)方案、小組交流、全班評(píng)價(jià)交流、質(zhì)疑，使方案從“單一變量設(shè)置對(duì)照組”到同一對(duì)照組對(duì)比不同實(shí)驗(yàn)組，再優(yōu)化到多變量進(jìn)行多組對(duì)照，再?gòu)牡蜏亍⑹覝?、高? 檔溫度的對(duì)比，使得方案在質(zhì)疑、評(píng)價(jià)、優(yōu)化過程中趨于完美，使探究對(duì)比和分析的復(fù)雜問題簡(jiǎn)單化、繁鎖問題簡(jiǎn)便化、無(wú)序問題有序化，學(xué)生輕松掌握控制變量法設(shè)計(jì)的規(guī)律性，提高了實(shí)驗(yàn)教學(xué)有效性，并在優(yōu)化過程中，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新思維。

3.4 分析結(jié)果，得出結(jié)論 根據(jù)圖3的方案，讓學(xué)生預(yù)測(cè)結(jié)果并說(shuō)明理由。學(xué)生認(rèn)為：溫度為20℃且中間排的種子能萌發(fā)，其余都不會(huì)，理由是這一排種子具備萌發(fā)的幾個(gè)條件，即：適宜的溫度、充足的空氣、適量的水分。根據(jù)得出的結(jié)論，教師要求學(xué)生對(duì)比原來(lái)的課外實(shí)驗(yàn)——種子萌發(fā)實(shí)驗(yàn)，分析討論種子萌發(fā)與不萌發(fā)的原因。同時(shí)，應(yīng)用所學(xué)知識(shí)回答：如果要播種，你會(huì)選擇在什么季節(jié)、什么樣的土壤、采取什么措施進(jìn)行播種？

通過方案的對(duì)比，得出種子萌發(fā)的條件，根據(jù)結(jié)論，分析自己實(shí)驗(yàn)組成功和失敗的原因，真正做到知其然更知其所以然。通過將所學(xué)知識(shí)應(yīng)用于生產(chǎn)中，使學(xué)生明白，要學(xué)以致用，同時(shí)明白科學(xué)源于生活又用于生活。

3.5 探究條件，解密原因 有的學(xué)生提出：為什么我的這些種子都滿足萌發(fā)的條件，但未萌發(fā)？原來(lái)他的種子是大米。學(xué)生認(rèn)為：可能是種子去皮后，不能萌發(fā)。這時(shí)，教師在PPT 上呈現(xiàn)去掉種皮的花生萌發(fā)的照片，同時(shí)呈現(xiàn)去掉胚后的花生和煮熟的花生均沒有萌發(fā)的照片圖，以及切除所有子葉的花生和切除所有胚乳的玉米種子未萌發(fā)的圖，讓學(xué)生結(jié)合所學(xué)知識(shí)得出：種子萌發(fā)除需要適宜的溫度、充足的空氣、適量的水分等外部條件外，還與是否有完整的胚、活的胚及發(fā)育成熟、飽滿程度及是否處于休眠期等有關(guān)。教師追問：為什么選種時(shí)要選擇飽滿的種子？播種時(shí)是否埋得越深越好？理由是什么？教師要求學(xué)生根據(jù)種子萌發(fā)的內(nèi)部條件，再次優(yōu)化方案，學(xué)生經(jīng)思考后回答提出：種子萌發(fā)還需要具有完整且成熟的胚。

通過幾組實(shí)驗(yàn)照片的強(qiáng)烈視覺沖擊的對(duì)照，學(xué)生得出種子萌發(fā)的內(nèi)部條件，糾正了“沒有種皮不能萌發(fā)”的錯(cuò)誤前概念，并用所學(xué)知識(shí)再次完善實(shí)驗(yàn)方案，同時(shí)明白方案應(yīng)在不斷改進(jìn)、不斷優(yōu)化中逐漸完善。

3.6 遷移拓展，學(xué)以致用 教師提問應(yīng)如何貯存種子并說(shuō)明理由。學(xué)生認(rèn)為：根據(jù)種子萌發(fā)的3 個(gè)外部條件，只需去掉其中1 個(gè)條件即可，例如，干燥、低溫、真空保存即可。教師追問：哪種方法更方便？

應(yīng)用所學(xué)知識(shí)解決貯存種子的問題，一方面是對(duì)所學(xué)知識(shí)的鞏固和應(yīng)用；另一方面，也隱含地告訴學(xué)生，要學(xué)以致用，牢記用科學(xué)知識(shí)造福全人類的使命。

4 反思提高

反思這節(jié)課的教學(xué)設(shè)計(jì)，生物學(xué)教學(xué)要注重以下幾個(gè)方面：一是生物學(xué)教學(xué)應(yīng)注重生活和知識(shí)密切聯(lián)系，特別要注重知識(shí)的遷移應(yīng)用。在情感教學(xué)過程中要鼓勵(lì)和支持學(xué)生用所學(xué)知識(shí)解決生活中的問題。二是要注重探究，重點(diǎn)是實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)及優(yōu)化，在平時(shí)的課堂中一定要多加鍛煉和培養(yǎng)。當(dāng)教材中的實(shí)驗(yàn)方案或裝置不盡人意時(shí)，教師要鼓勵(lì)和支持學(xué)生質(zhì)疑、評(píng)價(jià)和改進(jìn)，用改進(jìn)的方案進(jìn)行探究，且探究過程要有所側(cè)重，不要面面俱到。例如，本節(jié)課主要是方案的設(shè)計(jì)、優(yōu)化及應(yīng)用，從而培養(yǎng)創(chuàng)新思維能力及批判性思維能力和遷移能力。三是要注重方法的指導(dǎo)，特別是像本節(jié)課中的控制變量法的指導(dǎo)，要讓學(xué)生明確什么是自變量、無(wú)關(guān)變量和因變量，在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)，要堅(jiān)持變量的唯一性原則。四是生物學(xué)教學(xué)過程中，要多引導(dǎo)學(xué)生用簡(jiǎn)圖表達(dá)實(shí)驗(yàn)思維，用直接明了的簡(jiǎn)筆畫呈現(xiàn)實(shí)驗(yàn)步驟。當(dāng)然，在教學(xué)設(shè)計(jì)中，要注重設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的環(huán)環(huán)相扣，設(shè)計(jì)問題的循序漸進(jìn)。在教學(xué)過程中，要注重高階思維能力的培養(yǎng)，促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí)，從而培養(yǎng)其生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。