王愉鑫 （四川省教育科學(xué)研究所 四川成都 610225）

實(shí)驗(yàn)作為生命科學(xué)的基礎(chǔ)，在幫助學(xué)生感知生物學(xué)事實(shí)、領(lǐng)悟生物學(xué)現(xiàn)象、構(gòu)建生物學(xué)概念等方面有著舉足輕重的作用。因此，在生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，一線教師也在不斷探索，力求實(shí)驗(yàn)方法簡便易操作、實(shí)驗(yàn)材料易獲取、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯、實(shí)驗(yàn)過程易控、實(shí)驗(yàn)設(shè)備先進(jìn)等。在生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)不斷探索與改進(jìn)的過程中，教師不僅要關(guān)注實(shí)驗(yàn)本身的改進(jìn)，更應(yīng)思考實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目的、價(jià)值及意義，以及與生物學(xué)概念教學(xué)的深度聯(lián)系，即實(shí)驗(yàn)教學(xué)如何幫助學(xué)生深度理解概念、構(gòu)建概念和應(yīng)用概念。

1 對實(shí)驗(yàn)進(jìn)行深度利用與開發(fā)

實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目的有時(shí)不僅僅是讓學(xué)生體驗(yàn)科學(xué)研究的過程及范式，感知生物學(xué)現(xiàn)象，更重要的是通過實(shí)驗(yàn)啟迪學(xué)生思維，讓學(xué)生深入思考，深刻理解概念并構(gòu)建概念。因此，不能一味追求實(shí)驗(yàn)本身的創(chuàng)新，而應(yīng)思考如何充分利用實(shí)驗(yàn)，對實(shí)驗(yàn)進(jìn)行深度開發(fā)，發(fā)掘?qū)嶒?yàn)不同層次的價(jià)值，并將不同層次的實(shí)驗(yàn)與概念建立聯(lián)系，真正通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)幫助學(xué)生突破認(rèn)知的障礙，挖掘概念本質(zhì)特征，深刻理解概念。

例如，“觀察小魚尾鰭的血液流動(dòng)”實(shí)驗(yàn)，目的是讓學(xué)生通過觀察了解不同血管中血液流動(dòng)的情況。此實(shí)驗(yàn)作為學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)可結(jié)合構(gòu)建 “血管”的概念進(jìn)行不同層次的觀察：初次觀察，讓學(xué)生初步感知血管的概念，即血管是血液流動(dòng)的通道；然后進(jìn)行第2次觀察，讓學(xué)生自主尋找血管間的差異，感知不同血管之間在顏色、血流速度、血流方向、粗細(xì)等方面的差異，此時(shí)的感知雖然比較直觀、不夠嚴(yán)謹(jǐn)，但卻是學(xué)生通過仔細(xì)觀察獲得的直觀體驗(yàn)；第3層次的觀察，讓學(xué)生帶著問題邊觀察邊思考“如何區(qū)分動(dòng)脈、靜脈和毛細(xì)血管”，學(xué)生會(huì)發(fā)現(xiàn)血流速度（快慢是相對的，不同動(dòng)脈其血流速度也會(huì)有快慢的區(qū)別）、粗細(xì)（同一類血管也有粗細(xì)的區(qū)別）、顏色、彎直等都不能作為判斷依據(jù)，而血流方向似乎可作為判斷依據(jù)，但在看不到小魚心臟的前提下如何判斷血流方向又是一個(gè)問題，此時(shí)學(xué)生思維處于思而未果，急于突破障礙之時(shí)；第4次觀察，理解不同血管的本質(zhì)特征，進(jìn)行深度觀察，即讓學(xué)生聯(lián)系血液循環(huán)思考如何尋找參照判斷血流方向，學(xué)生會(huì)發(fā)現(xiàn)毛細(xì)血管是一個(gè)突破點(diǎn)，動(dòng)脈內(nèi)的血液流向毛細(xì)血管分支，靜脈內(nèi)的血液是由毛細(xì)血管分支流向靜脈（此課為四川省初中生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)一等獎(jiǎng)?wù)n例，由成都市石室中學(xué)張良老師執(zhí)教）。

這節(jié)課中，教師引導(dǎo)學(xué)生針對一個(gè)經(jīng)典實(shí)驗(yàn)進(jìn)行不同層次的反復(fù)觀察，每次觀察帶著不同層次的問題，激發(fā)學(xué)生層層深入思考，讓學(xué)生在一次次的觀察中，逐步辨析不同血管的本質(zhì)特征，同時(shí)對血液循環(huán)有了更深入的理解。這樣的實(shí)驗(yàn)教學(xué)不求實(shí)驗(yàn)材料、方法和設(shè)備的創(chuàng)新，但求學(xué)生深度參與和利用實(shí)驗(yàn)，并在實(shí)驗(yàn)中思考、觀察、辨析概念的本質(zhì)特征，進(jìn)而深度構(gòu)建概念，能夠更有效地發(fā)揮實(shí)驗(yàn)教學(xué)的價(jià)值及意義。

2 通過實(shí)驗(yàn)挖掘概念的本質(zhì)特征

生物學(xué)重要概念處于學(xué)科中心位置，包括對生命現(xiàn)象、規(guī)律、理論等的理解和解釋，對學(xué)生學(xué)習(xí)生物學(xué)及相關(guān)學(xué)科具有重要的支撐作用［1］。實(shí)驗(yàn)對于認(rèn)識客觀現(xiàn)象具有實(shí)證的作用，可讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中觀察現(xiàn)象、發(fā)現(xiàn)規(guī)律，以幫助學(xué)生構(gòu)建一些抽象的概念。教師需要在實(shí)驗(yàn)與抽象概念之間架設(shè)橋梁，引導(dǎo)學(xué)生在現(xiàn)象觀察中思考產(chǎn)生如此實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的原因，并探析、理解概念的本質(zhì)特征，深度構(gòu)建概念。

例如，北師大版7年級上冊“呼吸作用”一節(jié)，需要多個(gè)實(shí)驗(yàn)支撐，通過觀察燃燒的蠟燭在裝有已萌發(fā)種子的瓶中立即熄滅，得出瓶中缺少氧氣，進(jìn)而推斷呼吸作用需要消耗氧氣；通過觀察已萌發(fā)種子產(chǎn)生的氣體可使澄清的石灰水變渾濁，得出呼吸作用產(chǎn)生二氧化碳；通過觀察裝有已萌發(fā)種子的保溫瓶里的溫度升高，得出呼吸作用產(chǎn)生熱量；通過觀察放置一段時(shí)間的裝有蔬菜的密封保鮮袋內(nèi)壁有水珠，推斷呼吸作用產(chǎn)生水。一節(jié)課上學(xué)生觀察多個(gè)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，然后思考呼吸作用發(fā)生的過程，逐漸建立呼吸作用的反應(yīng)式：有機(jī)物+氧氣→二氧化碳+水+能量。雖然這樣一個(gè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)看似給學(xué)生提供充足的事實(shí)經(jīng)歷，讓學(xué)生通過觀察現(xiàn)象感知客觀事實(shí)，進(jìn)而通過理性思考構(gòu)建呼吸作用的反應(yīng)式，但是這樣的概念構(gòu)建僅僅是一系列實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的簡單累加與羅列，學(xué)生并不能深入理解呼吸作用的實(shí)質(zhì)。例如，呼吸作用為什么要釋放能量，釋放的能量來自于什么？即呼吸作用的實(shí)質(zhì)——分解有機(jī)物，釋放能量，學(xué)生并未感悟到，因此，教師需要幫助學(xué)生通過分析“萌發(fā)的種子隨著萌發(fā)時(shí)間的增加其干重減少”這樣的實(shí)驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識到呼吸作用中有機(jī)物被分解，并釋放能量，思考呼吸作用的意義在于給各種生命活動(dòng)供能。理解了呼吸作用的實(shí)質(zhì)后，學(xué)生就會(huì)自然而然地得出呼吸作用的反應(yīng)式，而不是死記硬背。

因此，實(shí)驗(yàn)教學(xué)在給學(xué)生提供事實(shí)基礎(chǔ)和實(shí)踐經(jīng)歷的同時(shí)，應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生通過觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，思考概念的本質(zhì)，進(jìn)而構(gòu)建概念。

3 基于學(xué)生的視角設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)

學(xué)生作為學(xué)習(xí)的主體，其認(rèn)知能力、興趣點(diǎn)、生活經(jīng)驗(yàn)是其學(xué)習(xí)新知識的基礎(chǔ)，因此，教師要從學(xué)生的實(shí)際出發(fā)，基于學(xué)生視角設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，以幫助學(xué)生構(gòu)建新的概念。

3.1 遵循學(xué)生認(rèn)知發(fā)展規(guī)律 認(rèn)知也稱為認(rèn)識，是指人認(rèn)識外界事物的過程，或者說是對作用于人的感覺器官的外界事物進(jìn)行信息加工的過程。它包括感覺、知覺、記憶、思維、想象、言語，是指人們認(rèn)識活動(dòng)的過程，即個(gè)體對感覺信號接收、檢測、轉(zhuǎn)換、簡約、合成、編碼、儲(chǔ)存、提取、重建、概念形成、判斷和問題解決的信息加工處理過程。了解學(xué)生認(rèn)識事物的規(guī)律，才能從學(xué)生的視角設(shè)計(jì)教學(xué)。例如，講解蒸騰作用時(shí)，學(xué)生對“蒸騰拉力”很難理解，因?yàn)樵撝R點(diǎn)與學(xué)生的一般認(rèn)識（水從高處流向低處）相矛盾，并涉及到細(xì)胞液濃度與外界溶液濃度差問題，而濃度問題學(xué)生還沒有學(xué)習(xí)，所以很難理解。若教師設(shè)計(jì)一個(gè)模擬實(shí)驗(yàn)（圖1），用“海綿（膠泥）吸水”模擬植物通過蒸騰拉力從土壤中吸收水分，將干海綿A放入水槽中，海綿A吸水，再將干海綿B放在海綿A上面，海綿B很快就會(huì)吸水，再將干海綿C放在海綿B上面，海綿C也會(huì)吸水，這樣學(xué)生就很容易理解植物從土壤吸收水分了。再如，讓學(xué)生探究“如何讓紙飛起來”，學(xué)生在探究過程中發(fā)現(xiàn)紙的厚度、重量、形狀都會(huì)影響飛的高度、方向、距離等，進(jìn)而理解鳥類適于飛行的結(jié)構(gòu)特征。

圖1 模擬蒸騰拉力

這樣將抽象的、難于理解的生物學(xué)概念，通過聯(lián)系生活轉(zhuǎn)換成學(xué)生易于觀察、認(rèn)識和理解的模擬實(shí)驗(yàn)，找到學(xué)生認(rèn)識新知識的切入點(diǎn)，能幫助學(xué)生輕松突破認(rèn)知障礙，構(gòu)建概念。

3.2 尊重學(xué)生真實(shí)的生活經(jīng)驗(yàn) 由于時(shí)空的限制和認(rèn)知的發(fā)展，學(xué)生的生活經(jīng)驗(yàn)和經(jīng)歷具有一定的特殊性，教師只有了解學(xué)生真實(shí)的生活體驗(yàn)和心理感受，設(shè)置情境、提出問題才會(huì)貼近學(xué)生，讓學(xué)生有感而發(fā)。源于生活的實(shí)驗(yàn)情境不僅能激發(fā)學(xué)生的探索熱情，還能幫助學(xué)生發(fā)現(xiàn)生活中的問題，并運(yùn)用所學(xué)知識解決生活問題。例如，教學(xué)北師大版教材“血液”一課時(shí)，教材首先讓學(xué)生觀察靜置分層的血液，認(rèn)識血液的成分，然后再觀察血液永久裝片，認(rèn)識血液不同的成分，例如紅細(xì)胞、白細(xì)胞、血小板的結(jié)構(gòu)及功能，這樣的編排邏輯是符合知識的發(fā)生邏輯的，但是不符合學(xué)生的生活經(jīng)驗(yàn)和認(rèn)知邏輯。首先學(xué)生沒有參與血液靜置分層的過程，是教師直接呈現(xiàn)給學(xué)生的，學(xué)生沒有經(jīng)歷事實(shí)發(fā)生發(fā)展的過程，相當(dāng)于死記硬背血液的分層情況，而且學(xué)生在生活中不曾見過血液的分層現(xiàn)象，所以這樣的教學(xué)邏輯不利于學(xué)生深入認(rèn)識血液。而生活中學(xué)生都有的經(jīng)驗(yàn)是 “出血”，因此教學(xué)不妨從學(xué)生的生活經(jīng)驗(yàn)切入，先讓學(xué)生談?wù)剬ρ旱恼J(rèn)識，學(xué)生大致知道血液為紅色，有腥味、咸味，普通出血后不久會(huì)凝固等生活小常識；接著讓學(xué)生觀察血液涂片（教師現(xiàn)場制作），學(xué)生可清晰地觀察到紅細(xì)胞，且紅細(xì)胞數(shù)量最多，在顯微鏡下觀察紅細(xì)胞的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，然后依次觀察白細(xì)胞和血小板，并聯(lián)系生活解決了前面的小問題；最后總結(jié)時(shí)，教師展示血液靜置分層的實(shí)驗(yàn)視頻，讓學(xué)生知道血液的主要成分，形成對“血液”的整體結(jié)構(gòu)性認(rèn)識。

這樣，通過生活經(jīng)驗(yàn)引入實(shí)驗(yàn)，并調(diào)整實(shí)驗(yàn)的順序，既符合學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展邏輯，也能幫助學(xué)生將概念與生活建立聯(lián)系，深度理解血液的成分及功能。

3.3 關(guān)注學(xué)生知識結(jié)構(gòu)的完整 知識不是孤立存在的，知識之間存在著必然的某種聯(lián)系，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中往往難于發(fā)現(xiàn)知識間的內(nèi)在聯(lián)系，孤立地認(rèn)識每一節(jié)的內(nèi)容，很難從整章、整本教材，甚至整個(gè)生物圈認(rèn)識問題，不能清晰地建立知識結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，因此，教師在進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)要關(guān)注學(xué)生已有的知識結(jié)構(gòu)，尋求新、舊知識間的聯(lián)系，將知識結(jié)構(gòu)化。例如，在“種子萌發(fā)”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，啟迪學(xué)生思考種子萌發(fā)為什么需要適量的水分、充足的空氣和適宜的溫度，這樣就將植物細(xì)胞的結(jié)構(gòu)、呼吸作用和酶的作用相聯(lián)系，有利于學(xué)生深度認(rèn)識種子萌發(fā)的外部條件。例如，學(xué)習(xí)“花的結(jié)構(gòu)”時(shí)，學(xué)生通過解剖花認(rèn)識花的各部分結(jié)構(gòu)及功能，如果僅停留在解剖和觀察的實(shí)驗(yàn)層面，學(xué)生雖能認(rèn)識花各部分的結(jié)構(gòu)，但缺少對花的整體認(rèn)識，教師可在實(shí)驗(yàn)過程中邊解剖、邊完成花的結(jié)構(gòu)及功能的概念圖，讓學(xué)生在做完實(shí)驗(yàn)后對花的結(jié)構(gòu)有一個(gè)整體認(rèn)識，更利于理解和記憶。

3.4 促進(jìn)學(xué)生思維能力發(fā)展 靜態(tài)知識的學(xué)習(xí)是有限的，因?yàn)楹棋闹R海洋中需要探知的太多，而思維的發(fā)展才是根本，幫助學(xué)生發(fā)展思維能力、掌握方法，學(xué)生才會(huì)在面臨未知世界時(shí)知道如何探索，并尋得答案?！镀胀ǜ咧猩飳W(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》提出關(guān)注學(xué)生的四大核心素養(yǎng)：生命意識、科學(xué)探究、理性思維和社會(huì)責(zé)任?？梢姡龠M(jìn)學(xué)生思維能力發(fā)展是生物學(xué)教學(xué)應(yīng)關(guān)注的重點(diǎn)，因此在生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中教師不僅要關(guān)注學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力、實(shí)驗(yàn)操作技能和實(shí)驗(yàn)觀察能力，更要關(guān)注學(xué)生對實(shí)驗(yàn)的分析、推理、演繹、辨析等思辨能力。

例如，“驗(yàn)證綠葉在光下合成淀粉”實(shí)驗(yàn)，不僅僅是讓學(xué)生按部就班規(guī)范地操作實(shí)驗(yàn)，并得出實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，更重要的是應(yīng)讓學(xué)生思考分析為什么需要進(jìn)行葉片部分遮光處理？為什么實(shí)驗(yàn)前要進(jìn)行暗處理？為什么是先進(jìn)行暗處理等問題。再如，“探究種子萌發(fā)的外部條件”，不僅僅探究空氣、水、溫度等教材給定的因素，還可鼓勵(lì)學(xué)生發(fā)散思維，思考影響種子萌發(fā)的外部條件還可能有哪些因素，例如光照、土壤等其他因素，然后鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，這樣更能鍛煉學(xué)生的思維能力。

實(shí)驗(yàn)操作結(jié)果成功與否并不是最重要的，關(guān)鍵是學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中的思考、分析和解決問題的經(jīng)歷，不僅有助于培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)的嚴(yán)謹(jǐn)性、科學(xué)性，也能幫助學(xué)生逐漸形成嚴(yán)謹(jǐn)、縝密、邏輯的思維習(xí)慣，并將這種思維能力遷移到其他學(xué)科及生活中。通常在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師將實(shí)驗(yàn)步驟、注意事項(xiàng)等一一羅列，學(xué)生按照步驟機(jī)械地進(jìn)行模仿操作，雖能保證實(shí)驗(yàn)操作規(guī)范、結(jié)果準(zhǔn)確，但缺少了學(xué)生的思考、質(zhì)疑，限制了學(xué)生的思維發(fā)展，因此，實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)少一點(diǎn)對學(xué)生的束縛，給學(xué)生多一點(diǎn)嘗試、質(zhì)疑、試錯(cuò)、思考的空間，或許實(shí)驗(yàn)結(jié)果不夠完美，但實(shí)驗(yàn)過程一定會(huì)帶給學(xué)生更多的樂趣和發(fā)展。