謝竹君

【內(nèi)容摘要】科學學科的核心素養(yǎng)是學生在接受科學教育過程逐步形成的適應個人終身發(fā)展和社會發(fā)展需要的必備品格和關(guān)鍵能力，創(chuàng)新實驗設計促進學生核心素養(yǎng)的發(fā)展。

【關(guān)鍵詞】核心素養(yǎng) 創(chuàng)新實驗

一、問題提出

科學是一門以實驗為基礎的學科。科學實驗伴隨著學習的全過程，是培養(yǎng)學生科學核心素養(yǎng)的重要載體。核心素養(yǎng)是學生通過科學學習內(nèi)化的帶有科學學科特定的品質(zhì)，主要包括科學觀念與應用、科學思維與創(chuàng)新、科學探究與交流、科學態(tài)度與責任四方面。實驗教學需要從四方面進行設計，發(fā)展學生科學核心素養(yǎng)。

梅里爾強調(diào)要將學習置于真實的、聯(lián)系生活或任務序列之中[1]。教學任務應置于真實、循序漸進的任務序列中，在實際問題情境中解決完成。教學設計應先提出問題或者任務，針對問題設計教學環(huán)節(jié)，在各部分教學環(huán)節(jié)中完成該任務，并將所學到的知識運用到實際中從而促進學生科學素養(yǎng)的發(fā)展。

本文將以“光合作用”為例，立足于發(fā)展學生核心素養(yǎng)，以任務驅(qū)動為實驗教學核心設計，談談如何在初中科學實驗教學中發(fā)展學生的科學學科素養(yǎng)。

二、課堂實驗教學設計與實踐

（一）學習任務分析

本課時是浙教版初中科學八年級下冊第3章“空氣與生命”第6節(jié)——光合作用。本課時介紹光合作用的原理和設計不同的實驗，驗證光合作用的條件、產(chǎn)物和原料，由現(xiàn)象到本質(zhì)，由原理到實驗進行學習。教材安排了驗證“光合作用條件、產(chǎn)物和原料”的活動，讓學生領(lǐng)會實驗設計的思想方法，經(jīng)歷實驗方案不斷修改完成的過程，掌握水浴加熱、脫色處理等基本實驗技能。

（二）教學過程

1.巧用生活情景，引入新課教學

核心素養(yǎng)中自主發(fā)展方面包括學會學習和健康生活。巧用生活事例、自然現(xiàn)象引入新課，在于引起學生的學習欲望，調(diào)動學習主動性。熟悉的但又未知的知識情景，能激活學生主動學習的意識，引發(fā)學生積極思維，使學生樂學、想學。

案例：《光合作用》引入片段

本節(jié)課恰逢立夏，本地有吃立夏餅的習俗。我以吃“立夏餅”為生活材料設計引入，先請同學們講講立夏的風俗，在熟悉的生活情景中展示新情景——在做光合作用實驗時，拿起立夏餅，發(fā)現(xiàn)被手指接觸的部分出現(xiàn)變色。

教師：立夏餅變成了什么顏色呢？結(jié)合你所學過的知識，請解釋變色原因？

學生：是老師的手上沾有碘液，淀粉遇到碘液變藍。

教師：淀粉遇到碘液真的會變藍嗎？讓我們親自來驗證。

之后，學生自主挑選試驗材料，進行驗證并交流——粥湯與碘液實驗。

教師：感謝同學們幫我釋疑。但是，我發(fā)現(xiàn)：同學們餓了，會吃食物，然后長大長高。但是植物并不會吃東西，是如何長大長高的呢？

設計意圖：從生活化的情景入手，在討論過程中，突然拋出不一樣的問題，激發(fā)學生的求知欲，不知不覺地引入新課教學。問題的設置使學生經(jīng)歷理性思辨、思考質(zhì)疑、取證驗證，促進學生科學核心素養(yǎng)的發(fā)展。而本實驗中獲得的結(jié)論，將貫穿于本節(jié)課的課堂設計，“淀粉遇碘液變藍”結(jié)論將作為驗證光合作用產(chǎn)物的判定標準。

2.設置問題引導，構(gòu)建教學情境

連續(xù)問題導引能促進學生自主學習。而將問題具體化，情景化的處理，能構(gòu)建適合課堂實驗探究的簡化情境，引導學生思考，發(fā)展學生科學思維，促進學生學習能力提升。

案例：《光合作用》片段——任務一：設計光合作用名片

教師：閱讀課本P107頁光合作用的原理，為光合作用制作一張名片。

教師：光合作用真是這樣嗎？植物真的能通過光合作用產(chǎn)生淀粉嗎？

學生閱讀課本，完成名片設計，如圖1，并展示、交流、評價。

教師：我們就來驗證光合作用的原料、條件、產(chǎn)物。但是課堂時間有限，不可能窮盡所有的研究，同學們想驗證哪些呢？

學生：驗證光合作用產(chǎn)生淀粉。

設計意圖：學生結(jié)合小學已有的光合作用知識，通過科學教學方法，培養(yǎng)其分析、歸納、整理的能力。通過對光合作用原理的探索，引導出本節(jié)課實驗探究的核心問題——驗證研究光合作用產(chǎn)生淀粉。

3.聚焦學習任務，進行驗證實驗

實驗教學是初中科學教學的重點。在教學中，應著重培養(yǎng)學生在真實情境中提出科學問題、形成猜想和假設，用問題促進學生改進和優(yōu)化設計方案，用科學的方法獲取信息、形成結(jié)論，培養(yǎng)學生交流、評估、反思的能力[2]。而實驗課中，任務驅(qū)動、問題導引是較為有效的方法之一。

案例：《光合作用》片段——任務二：驗證光合作用產(chǎn)生淀粉

（1）問題導引，激發(fā)沖突

問題1：我們怎樣檢驗淀粉的存在？

問題2：如果光合作用能夠產(chǎn)生淀粉，則葉片中的淀粉怎么檢驗？

學生：將碘液滴入葉片，觀察葉片是否變色。（呼應課堂導入的新知）

教師：這樣真的可以嗎？每個小組試一試。

實驗結(jié)果：滴加了碘液的葉片不變色。

設計意圖：連續(xù)的問題，引導學生思考檢驗淀粉的方法，從已有認知和實驗現(xiàn)象的不同引起學生認知沖突，促使學生進行有意義的學習。而課堂直接遷移新課所得，提升了學生的思維水平，發(fā)展學生遷移知識能力。

（2）構(gòu)建支架，探索認知

教師：我們發(fā)現(xiàn)，直接在葉片上滴加碘液，無法觀察到葉片變色。這能說明葉片中沒有淀粉嗎？

教師補充：碘液進入葉肉細胞較難且慢。葉肉細胞中淀粉遇碘變紫，但受葉片本身綠色的干擾，使變色不明顯。那怎樣使現(xiàn)象明顯呢？

學生：使葉片褪色。

教師再補充：葉綠素使葉片看上去為綠色。葉綠素容易溶解在酒精中，這樣可以脫去葉片的顏色，變?yōu)辄S白色。研究發(fā)現(xiàn)：在相對較高的溫度，葉綠素能夠較快的溶解到酒精里。而書本中，采用水浴加熱。實驗室選用500ml的大燒杯搭配150ml的小燒杯進行水浴。

學生提問：直接用酒精燈加熱酒精進行脫色不行嗎？

教師又補充：我做了兩個實驗，如圖2。我們發(fā)現(xiàn)，直接用酒精燈加熱酒精進行脫色時，酒精將快速揮發(fā)，彌散在空氣中，有著火的危險。

設計意圖：對于水浴加熱、酒精脫色，學生毫無知識基礎。面對與認知水平不相符的實驗設計與操作時，我們可以采用“鋪墊實驗”策略。鋪墊實驗——酒精直接加熱脫色的設計，彌補了學生原有認知水平的不足，直觀展現(xiàn)兩種方案的效果，促使學生尊重實驗事實，形成解決問題的方法。

（3）設計方案，自主實驗

教師：請同學們小組合作，完善實驗方案，再進行實驗驗證。

學生：小組合作交流，完成實驗方案設計并驗證，如圖3。

設計意圖：讓學生經(jīng)歷探究的過程，學會方案設計與改進、水浴法加熱、酒精脫色等基本操作技能，體驗探究活動中的分析、比較、想象、綜合等思維活動，發(fā)展學生批判質(zhì)疑精神，多角度、辯證分析問題，作出合理的選擇。

（4）分析結(jié)果，交流評價

事先準備的實驗材料，取自于校園內(nèi)現(xiàn)采的植物，8組實驗小組的材料均不同：三葉草葉片、豌豆葉片、小盆草葉片、苧麻葉片、天竺葵葉片……學生進行實驗后，進行小組交流與評價。

設計意圖：實驗材料、光合作用時間、小組操作的不同，都會造成實驗結(jié)果的多樣性。這更能激發(fā)學生的交流能力和創(chuàng)造性，發(fā)展學生勇于探究的科學素養(yǎng)。在交流中，生成了很多值得探究的問題：碘液濃度對于染色的影響，葉片表皮結(jié)構(gòu)對于顯色的影響，酒精濃度與葉片褪色后脆硬程度的影響……

4.遷移課堂新知，提升思維能力

當學生有機會操作，并將所學的技能應用到各類具體問題時，技能水平才會提高。在課堂中遷移所學新知，應用于具體的真實情境中，能促進學生思維的發(fā)展。

案例：《光合作用》片段——任務三：驗證光照是光合作用的發(fā)生條件

教師：通過剛才的實驗，我們驗證光合作用能產(chǎn)生淀粉?，F(xiàn)在，驗證光照是光合作用的發(fā)生條件，我們該如何設計呢？小組合作，討論設計。

實驗梯度設置：

問題1：本實驗觀測指標是什么？

問題2：本實驗自變量是什么？

問題3：在有無光照的條件下，植物葉片中淀粉含量會如何變化？

問題4：如果葉片中原來就有淀粉，我們將如何處理呢？

……

學生通過合作，交流方案，形成驗證光照是光合作用的發(fā)生條件實驗設計，如圖4。

創(chuàng)新實驗：教師事先將豌豆進行暗處理、遮光、光照三步。課前五分鐘，用水浴進行酒精脫色，但是大燒杯加入熱水，小燒杯內(nèi)放入酒精和葉片后，不進行酒精加熱，而用兩塊干燥的毛巾緊緊包裹。此環(huán)節(jié)時（課堂進行約30分鐘），豌豆葉已經(jīng)脫去葉綠色，變?yōu)榘咨〕鐾愣谷~，進行漂洗、加碘液處理。

設計意圖：遷移任務二中的結(jié)論作為任務三實驗設計的觀察指標。這樣的實驗設計，梯度呈現(xiàn)，循環(huán)上升，為光照條件實驗設計做鋪墊，降低學習難度。而創(chuàng)新實驗的演示，縮短水浴加熱的時間，豐富酒精脫色的方法，凸顯酒精脫色的本質(zhì)，對學生有較強震撼。學生體驗了發(fā)現(xiàn)問題，分析綜合，推理論證，方案改進等科學思維與創(chuàng)新的探究行為，促進學生科學素養(yǎng)的發(fā)展。

5.創(chuàng)新實驗演示，拓展思維空間

創(chuàng)新實驗，拓展學生思維空間，激發(fā)求知欲，提升學生的思維、設計、實踐能力。利用新材料改進實驗本身，是實驗創(chuàng)新的基本方向，也是解決疑難實驗的突破口。

案例：《光合作用》片段——演示：驗證二氧化碳是光合作用的原料

將BTB試劑（溴百里酚藍試劑），吹入大量二氧化碳，使試劑由藍色變?yōu)辄S綠色（讓學生當堂吹起，觀察BTB溶液顏色變化）。取三只試管，A、B兩支試管放入等量金魚藻，C作為對照，不放金魚藻。A、C倒入等量的黃綠色BTB試劑溶液，B倒入等量藍色BTB試劑溶液，放在陽光下。

實驗現(xiàn)象：A試管中溶液由黃綠色變?yōu)榈{色，B、C試管中顏色變化不明顯。現(xiàn)象分析：由于A試管中金魚藻進行了光合作用使二氧化碳明顯減少，BTB試劑才發(fā)生了顏色變化。實驗結(jié)論：二氧化碳是光合作用的原料。

設計意圖：采用BTB試劑突破教材實驗中二氧化碳量難以控制的難點，實現(xiàn)光合作用原料、條件、產(chǎn)物的驗證。激發(fā)學生用其他實驗去探究光合作用的影響因素，發(fā)展學生批判質(zhì)疑的能力。

三、科學實驗教學思考

本節(jié)課以“創(chuàng)設情境，引入課題——任務驅(qū)動，驗證實驗——遷移新知，二次設計——創(chuàng)新實驗，拓展思維”的實驗教學。在實驗教學的各個環(huán)節(jié)中，靈活運用手段，結(jié)合知識特點，激發(fā)探究興趣，注重思維發(fā)展，培養(yǎng)探究能力，提高評價水平，發(fā)展科學核心素養(yǎng)。在實驗教學中，讓我明白還有很多方面需要提高。

1.實驗教學應注重教學情境創(chuàng)設

“科學探究與交流”是指具有科學探究的意識，能在真實情境中提出科學問題?！扒榫场獑栴}——探究——認知”的認知構(gòu)建，合適的情境創(chuàng)設提高學生核心素養(yǎng)。

2.實驗教學環(huán)節(jié)可以采取多種教學方式

實驗教學可以是探究式、啟發(fā)式、任務驅(qū)動、聚焦問題、問題導引。但是每一個環(huán)節(jié)，都可以采取不同的方法。我認為，實驗教學的理想方式是在情境中探究問題，在探究中構(gòu)建知識，在應用中啟迪思維。

3.實驗教學催生教學相長

《光合作用》這節(jié)課后，師生都產(chǎn)生了很多有興趣的研究問題，相互交流促進教學相長。在交流中，生成了很多值得探究的問題：碘液濃度對于染色的影響，葉片表皮結(jié)構(gòu)對于顯色的影響，酒精濃度與葉片褪色后脆硬程度的影響……

【參考文獻】

[1]范丹丹. 基于首要教學原理的初中科學微課教學設計研究[D].杭州師范大學，2018.

[2]李丹洋. 物理核心素養(yǎng)在初中物理教材中的體現(xiàn)分析[D].貴州師范大學，2019.

（作者單位：浙江省杭州市余杭區(qū)喬司中學）