基于实验的初中生物教学

光华初级中学   汤珺

《义务教育生物学课程标准》中明确规定：义务教育阶段的生物学课程是国家统一规定的、以提高学生生物科学素养为主要目的的学科课程，是科学教育的重要领域之一，即生物学课程是地位等同于物理、化学的科学课程。生物课程标准还指出：义务教育阶段的生物课程既要让学生理解基础的生物学知识，又要让学生领悟生物学家在研究过程中所持有的观点以及解决问题的思路和方法。因此，生物学科教学不应仅仅为了获得学科的若干知识和技能，还应同时指向学生的价值观、思维方式、思想情感等生物素养的培养与提高。初中阶段的生物学科核心素养主要包括生命观念、科学理性思维、科学探究能力、社会责任感等。核心素养的培养，需要紧密联系教学过程，教学要紧扣核心素养而进行。通过：①以科学素材为媒介，构建学生的生命观念；②以科学论证为导向，培养学生的理性思维；③以合作探究为载体，提高学生的探究能力；④以情境活动为载体，培养学生的社会责任感。

生物学是一门以实验为基础的学科，实验的实施就是通过最直观、最有效、最科学的生物学习方式。而初中生自身生物学科核心素养的落实，也要求初中生物教师在教学中能充分对生物实验加以利用，并将教学设计有效基建于生物实验之上。

正视——寻找前行的动力

相信在座各位同仁和我一样，最初都怀揣着梦想当了一名普通的生物学老师，在几年、十几年、甚至几十年的教学过程中我们隐约都有理想很丰满，现实很骨感的挫败感。初中生物在学生、家长甚至其他老师的眼中就是一门副课，决定不了升学，因此其地位很低，造成学生对生物的学习不重视、不端正，学习缺乏积极性，学校不支持等。实验课上纪律更是堪忧，嘈杂烦乱，远没有规规矩矩地传统式课堂那么掌控自如。我亦是如此。但世界一直在变，如果不主动改变，终将是被淘汰的。犹记得几年前我和夏萍、费雪菲等几位老师去常州参加实验技能的考核，回来的路上，大家都在说一句话：“丢人丢到外面去了！”为什么这么说？许多实验，我们是抓耳挠腮、束手无策；但常州武进地区的老师甚至是金坛的老师却是胸有成竹、气定神闲，反差太大，当时真有点生无可恋的窘迫。上学期，我们去听了常州花园中学刘建昌老师的实验课《探究憋气时间长短对呼出气体的含氧量的关系》，课上用到了氧气传感器和二氧化碳传感器。课后，丁老师问我们听课下来有什么感觉，我口无遮拦地说：“常州的学校肯定很重视生物学科，看看人家的仪器设备，我们那根本不可能取得这样的支持的。”丁老师当时说了几句话，让我心生惭愧：“只有干出了名堂，学校才会支持的哇！你们知道，北郊初级中学的邰玉韦，是江苏省的特级教师，她花费了多少心血，出了多少成果，才能有今天的支持。”暑假里为了讲座内容，我查阅了一些生物学书籍和杂志，经常性的能看到邰玉韦写的论文，而论文很多都是关于学生实验过程中的点滴积累、经验总结的，真的是“宝剑锋从磨砺出,梅花香自苦寒来”。事实上，在平时的各种市级活动中，丁老师也总是强调实验的重要性。当然原本的我只是听多了，也没有太放在心上。而看到人家在实验的天地中竟然创造出了这么多的成果，让我再次审视自己的教学，尤其是反思自己的基于实验的探究性学习的实施情况。初中阶段，不仅是学生身体发育的重要时期，也是世界观人生观形成的关键时期，这个时期青少年对于世界对于自身的身体、对于自然界的各种事物都有好奇心，大家会遇到很多问题，也会迫切地想得到答案，而其中有许多问题正是初中生物能够解答的。初中生物带给学生许多有趣的贴近生活的生物学知识，借助于实验等手段带领学生进行探究性的学习，并逐渐培养学生的探究实践的思想、习惯和精神。不仅如此，初中生物实验教学为科学课程体系中的其他学科，比如物理和化学的实验教学奠定了坚实基础。生物学课程的开设是在前面两年，而物理和化学的开设分别是从第二年和第三年开始，这就使得生物学成为初中阶段最先承担科学实验教学和科学素养培养任务的学科，因此，生物实验教学培养学生掌握科学探究的基本步骤及解决问题的思路和方法，对于整个科学课程体系的实验教学起着奠基性作用。对于这点，我深有体会。女儿已经接触的物理和预习的化学章节中就有很多知识与生物和生物实验相关联。

碰撞——拓展前行的宽度

生物实验能够培养学生实事求是、严谨求实的科学态度，帮助学生掌握科学方法，激发学生的创新思维和能力，同时通过实验还可以增强学生的自信心，磨练学生从失败中总结，在困境中奋起的意志品德。基于生物实验的重要性，我们日常的教学可以尝试从哪些方面来提高和改善呢？我想通过一些案例来交流，如有不当之处或有更好的做法，请大家不吝赐教。

一、增设导入实验，激发学习欲望

初中生物是学习生物的启蒙阶段，生物课堂教学的首要任务就是激发学生学习生物的兴趣和欲望，因此教师在备课时应精心构思好课堂导入，设计一些简短的导入实验以吸引学生的注意力，调动学生的情绪，创设良好的探究氛围。例如我在《人体的消化和吸收》一课的导入是：首先给每位同学发一小片馒头，让他们放一些在嘴里，然后慢慢的咀嚼，细细回味有什么感觉。学生经过细细回味后觉得有越吃越甜的感觉，那为什么会这样呢？我们每天吃的各种食物都在我们人体中发生了什么变化呢？通过课前小实验的引导，他们感到很新奇，学习的兴趣和探究欲望一下子就被激发出来，这样很自然地将学生引入到主动探究学习中，同时为后面的学习做好了铺垫。

二、改善实验条件，提高探究能力

实验是进行科学探究的主要方式，其功能是其他教学手段无法替代的。一般学校里的生物实验设备都是基本档次的配制，所以生物教师应该积极想办法，充分利用现有资源，改善实验条件，以期能提高学生的探究能力。

1、实验材料的选取。

教材中提供一些生物材料往往由于受到季节，地理位置等原因的限制，难以满足实际教学的需要，因此在平常的教学和生活中要多留心、多深入大自然中，经过反复的实验和比较，从中选择出一些容易找到的、实验效果较好的，并且是经济实用的材料来替代。

①在八年级上册中的观察活动《观察脊椎动物运动系统》中，就可以改用鸡爪替代教材中建议的在市场上不易买到且价格较贵的哺乳动物的关节。鸡爪不仅可以展示关节头、关节窝、关节软骨等结构，还可以形象地表现出运动是在神经系统的控制下牵拉骨和关节而完成的。

②观察导管的好材料——香蕉皮。日常生活中，一年到头香蕉皮都易得。取成熟的香蕉的外果皮，用小刀去掉内侧疏松部分，再用解剖针纵向分离，针间距2mm左右，分离时可见有细丝相连。纵向切取一小块组织，放在载玻片上，加一滴水，盖上盖玻片，并用镊子等轻轻地压下盖玻片，用低倍镜即可观察到。

③电话话筒的螺旋电线模拟DNA经过反复螺旋，缩短变粗；用金属电缆来展示神经与神经纤维的关系。这些都是巧妙利用材料的形状和性能来获取最佳效果的教学方法，可增强学生对重点、难点概念的理解。

④在七年级上册“生物与环境的关系”这一节中，教科书上用的实验材料是鼠妇，考虑到有的女学生较为害怕和鼠妇在现有的城市环境下较难找到等原因，我把它换成了“不同水温对金鱼呼吸频率的影响”，学生对实验材料不陌生、不害怕，实验也易操作，教学效果很好。

2、实验用具的改进。

教材中有些实验装置用到的器材较多，也较繁琐，在实际教学中，由于各种原因难以取得理想效果。我们可以通过思维的拓展，选取生活中易得的材料，简单易行的装置来替代，往往可以收到较好的效果。

①在《探究花生果实大小的变异》实验教学案例中，采用直尺、橡皮、双面胶、皮套、长筒圆柱形的食品管等自制的简易“游标卡尺”测量花生长轴的长度，从而解决实验室没有游标卡尺的问题。

②在讲解“鱼的呼吸”时，用生活中常见的塑料线自制成教具演示鱼鳃的原理，采用启发式教学，引导学生观察模型，思考鱼为什么不能离开水，非常的形象直观。

以上的两个都是自制教学用具的例子。自制教具低成本，不花钱或少花钱，利用边角料和日常生活当中的废旧物品制作或改制成有用的教具。这就是平常所说的“瓶瓶罐罐当一切，拼拼凑凑做实验”，特别是适用于我们现在所提倡的建设节约型社会。

③不光如此，我们还可以借助一些手势，可以使知识变得明白易懂，不仅可以把课上得有声有色，提高学生的注意力，而且还可以使他们通过视觉方式获得更多的形象信息，加深印象，巩固记忆。例如，在讲解神经元的结构时，可以借用手来演示。首先，将手指张开，手掌可以看作是神经元的细胞体，5个手指相当于短小且分支众多的树突，而手臂则相当于细长而分支较少的轴突。如果在掌心处再粘贴一个黑色圆形纸片表示细胞核，那么整个神经元的结构就变得简单易懂了。同时，我还和学生调侃：“如果你热爱生活，请张开双手，这样你就能接收更多的讯息，通过双臂的传递来丰富自己大脑。”简简单单地一句话，让学生记住了树突是接受外来信息的，轴突是传递信息的。

三、优化实验方案，唤醒创新意识

对课本上的有些实验方案进行适当改进和优化，让学生将优化前后的实验方案进行比较对照，对训练学生的思维激发学生的创新意识，有着不可替代的作用。

①唾液淀粉酶的实验。“食物在口腔内的化学性消化”是七年级下册中的探究实验。通过探索唾液淀粉酶对淀粉的消化作用，让学生了解大分子物质在体内是如何变成小分子物质的。由于七年级学生刚刚接触生物学实验，理解生物与化学知识上有一定的难度，如果按照教材中实验的用具与方法，耗时过长，且学生面对这么多的用具和恒温加热手忙脚乱，尤其是这两年的实验考察中还抽取了此实验，让学生一个人在15分钟内取唾液，加热，看温度计等，确实有一定的难度。我很感谢刘兰芳老师的建议，她让我们做这个实验时轻松了不少。她告诉我们，由于水浴加热是模拟人体温度的，而人的体温就是接近37℃的，那就可以直接把两支试管同时握在掌心里，两手的温度几乎相同，而且温度是相对稳定的。这样做了相应的改进后，不光减少了实验用具的准备，降低了操作难度，而且效果很明显。

②“模拟血型鉴定”的实验。这个实验是我和张燕上学期开设的市级公开课，当时，我们选用这节内容是因为这节课和学生自身息息相关，学生学习兴趣浓厚。对于血型鉴定这一环节，我们就想根据教材和课件的展示，让学生了解其中的缘由即可。结果，在开课前不到一个星期的时候，当丁老师得知我们要上这节内容时，就让我们准备血型鉴定的实验，大概意思是只有学生动手做了，才会真正了解血型鉴定的过程，课件代替不了实验。顿时，我们两个都有“搬起石头砸自己的脚”的感觉。矛盾归矛盾，犹豫归犹豫，丁老师发话了，我们只能硬着头皮上。当时时间紧迫，我打了好几个电话，请教在座的几位专家，都回答我从来没有做过这个实验。教参中设计的该活动中选用AgNO3、NaI、Pb(NO3)2、BaCl2四种化学试剂代替血液和血清，利用化学反应产生沉淀的现象来模拟凝集现象。但是该设计也有不足。（1）以上化学试剂配制出的溶液颜色和血液、血清相去甚远，化学反应产生的沉淀不明显，颜色为白色和浅黄色，与红细胞的凝集现象差异很大，容易让学生形成错误概念；（2）AgNO3和NaI的价格较高，很多学校不容易配齐。那怎么办？有困难找度娘吧。全组人在网上搜，搜到了一个相对可行的方案。（实验原理：硫酸铁与氢氧化钠反应可生成红褐色的Fe(OH)3沉淀；维生素B1（硫胺素）是可溶性维生素，由于分子中含有嘧啶环和噻唑环，因此能与碘试剂生成红色沉淀。而硫酸铁与维生素B1反应，碘液与氢氧化钠反应，均没有红色沉淀出现。本实验利用以上两种能产生红色沉淀的化学反应，来模拟不同血型互输时，红细胞的凝集现象。）

实验材料的配制：

血清  A型血清：浓度为0.05mol/L的NaOH溶液；B型血清：维生素B1溶液（将1-2片维生素B1药片溶于100mL的水中）

血液  A型血：碘液（先将2克碘化钾溶于5mL水中，然后加1克碘，充分溶解后，加水至100mL）；B型血：红色Fe(SO4)3溶液（先配制浓度为0.05mol/L的Fe(SO4)3溶液，然后每100 mLFe(SO4)3溶液中滴加3-4滴红墨水）；O型血：红色蒸馏水（每100mL蒸馏水中滴加3-4滴红墨水）；AB型血：碘液和Fe(SO4)3溶液的等量混合液。四种血型由于本身的颜色不同，所以在外观上有些许的差异，这是以后需要再探讨再试验的。

找到方案后，我们信心满满，谁知化学实验室告诉我们，硫酸铁没有了。为了硫酸铁，王珏又帮忙跑了几个实验器材店才买到。后来一想，不对，器材不够，每两位同学一组，每组就要准备两种血清和四种血液，再加上滴管，再加上两个班同时开课，不敢想象要准备多少套器具。集体的智慧是无穷的，不知是谁提出，眼药水那样的小瓶子就好了，直接贴上标签，容易操作还不容易损坏。可在购买的过程中又出幺蛾子，离开课还有三四天的时间，可那小瓶子基本都是在河南，快递大概需要两三天。后来好说歹说，有一卖家肯帮忙寄顺丰快递，保证2天之内到货。紧接着，要试上课，实验室还要给提优的上课，又是全组人帮忙弄各种溶液，帮忙收帮忙摆放。那节公开课，实际上是全组人员的共同努力。不知道是化学材料对瓶子可能有腐蚀还是什么问题，瓶子在实验过程中接二连三地出现破裂，这也就是实验当天，我们有的老师可能看到，某几个组上某种模拟液出现漏光了等等插曲。说实话，这节公开课，这节实验课我们上的是真心累，但是完成后也有满足，我们通过自己的努力，做了大家都没做过的尝试。中间可能准备地不够充分，可能设计有漏洞，但当我们真心实意准备后，看到学生在实验中努力地去探索实验教学的规律，能为学生的动手能力、想象力、思维能力的提高做出贡献，我们心里还是很骄傲的。

四、发挥实验功效，创新教学设计

这方面我想以我们学校的王珏老师的一堂公开课《人体泌尿系统的组成》为例，来抛砖引玉。王珏老师参加了常州市邰玉韦的名师工作师。“生物学科核心素养” 、“生物学科能力”、“生物学科关键能力”和“评价”是他们课题研究的内容。王珏老师自从参加了名师工作室后，聆听了诸位专家指导、同组老师的经验交流，更深刻地认识到了生物实验对于生物教学的重要性。因此，她在设计这堂课时，始终坚持要通过应该设计实验等环节来让学生能在一堂课上不光有知识的了解，更要有能力的提升。本着这样的原则，她设计了制作肾小球结构的实验。本节课伊始，通过问题吸引学生的眼球，将他们的注意力集中到课堂上来：“你能用一种较简单的方法去掉水中含有的杂质吗？那血液中的杂质呢？”、“你知道人体内的‘净化工厂’是哪个器官吗？”，引发思考，顺利引入新课教学。接着，通过类比大工厂和小车间，引入肾单位的结构组成。本节课的重点是肾单位的制作，课前让学生适当地预习，并让学生组成实验小组，讨论完成了制作的方法和材料。课堂上肾单位制作环节的设计主要是通过模型的制作加深对此知识点的理解，在主动思考设计及动手制作过程中轻松突破难点，为后面的学习铺好路。课堂上，在制作模型的过程中，能看得出来学生能体会到相互合作的愉悦，同时培养了学生的合作能力和动手能力。由于一节课的时间有限，在制作完模型后简单地展示和相互点评后，就通过回顾平时生活中接触过的猪肾观察，分析手感、气味、颜色、形状、位置等知识，最后把泌尿系统的各器官梳理了一遍，一堂课结束。课后，我和王珏两人针对于这节课的教学设计以及制作肾单位模型的用意等讨论了近两节课，聊到后来，渐渐感觉有了思路和方向：我们可以将用制作肾单位模型的这样的模拟实验来让学生动手，借以提升学生的素养；通过演示肾单位的滤过作用来凸显肾单位是肾脏的结构和功能的基本单位；并在肾单位模型的基础之上来讨论尿液排出路径和血液循环的相互关联。我们当时讨论了个大概的方向，王珏后来将这节内容重新进行了设计，并撰写了论文投稿。在梳理这篇发言稿时，我自己也将这节课重新构思了一下。我的设计如下：课前，学生按实验小组自学、讨论肾单位的结构和模型制作等简单事宜。第一节课，通过问题引领导入新课，了解肾脏是人体中的“净化工厂”。 回忆生活中接触过的猪肾来感知肾脏的外形和颜色等。同样由大工厂小车间类比，引入肾单位的概念，了解肾单位的组成部分。接着，实验小组动手制作肾单位模型。制作完成后，相互点评和完善模型。第一节课的最后，教师运用肾单位的模型演示“尿的动态形成”，为学生补上直观的感性认识，激发了他们进一步探究的欲望和创设问题情境。（制作原理：肾小囊和肾小管就象一个“小漏斗”，所以这两个结构用实验室常用的漏斗表示；输液管上的小孔相当于肾小球和肾小囊壁的过滤作用；输液管的不同节段相当于肾单位的不同血管；注射器推动红墨水在输液管内流动相当于肾脏内的血液流动；红墨水由“肾小球”内的输液管渗出相当于血液中的一些成分过滤到肾小囊中形成原尿，这些成分由漏斗管口流出相当于尿液。尿液形成的动态演示：推动注射器拉杆，血液（红墨水）依次流经“入球小动脉”、“ 肾小球”、“ 出球小动脉”、“肾小管外的毛细血管”、“ 肾静脉”；当“血液”流经“肾小球”时，“血液”中的部分物质经“肾小球壁”和“肾小囊内壁”（滤纸）过滤到“肾小囊”（漏斗），形成“原尿”；“原尿”流经“肾小管”时，部分物质被重吸收进入“肾小管外的毛细血管”；由“肾小管”流出的液体称为“尿液”；红墨水由输液管末端流出表示“已过滤的血液”。  因为滤纸事先用84消毒液打湿，由“肾小球过滤”流出的红墨水变成了无色的液体──“原尿”，继尔由“肾小管”流出形成“尿液”） 。第二节课，带领学生分析上节课的尿液形成的动态过程，借助上节课小组制作的肾单位模型和flash动画等讲解肾单位中发生的滤过作用和重新收作用。通过“每个肾脏里有100万个肾单位，那所有的肾单位产生的尿液汇集到哪里？通过哪些结构排出体外？”等一系列问题的引领，学生对照教材肾纵剖结构模式图和泌尿系统的组成图进行自学和讨论。这样，通过制作肾单位模型的实验，并充分发挥模型的直观感受及结构的串联作用，打破了教材原有的布局，将泌尿系统的各组成部分及尿液的排出途径有了个宏观的认识。最后抛给学生问题：尿液的形成与血液循环有没有关系？将原先的入球小动脉、出球小动脉、肾动脉、肾静脉等结构补充上去到尿液产生及排出的图中去，这样一步步地学生就很容易体会到各个知识间的联系性和整体性。两节课的学习，使学生经历了从肾的宏观到肾单位的微观又到泌尿系统、循环系统宏观认识，感悟人体的各个系统是相互依存在的，树立人体是一个统一整体的观点。                                                                                  

五、拓展课外实验，延伸探究活动

由于课时安排的限制，再加上各种各样的考试活动等因素，使得能真正用于实验课的时间并不多，所以，我们应充分提供条件，给学生自由探究的时间和空间，让学生真切体验生物学实验的魅力，从而潜移默化地渗透了生物学素养的培养。生物课外活动是中学生物实验的重要组成部分，同时也是生物课堂教学的一种有效补充和延伸。通过课外活动学生不仅可以丰富经验开阔视野和华知识，充分发挥各自特长，培养创新意识和提高实践能力。教师可根据教学内容和校内外的实际情况开展课外活动，将课堂教学与课外活动紧密结合起来。由于课外活动是在课堂之外进行的，所以实验方案设计、实验器材使用实、验对象管理、实验现象观察和实验结果分析、整理等环节均要学生独立完成，实验过程中遇到的各种问题也需要学生独立解决，所以与课堂实验相比，课外活动更能发挥学生在学习活动中的主观能动性，更有利于培养学生的独立工作能力。再加上实验延续时间较长，所用器材一般简便易得或者容易自制，这就大大增加了学生的观察分析，动手操作的机会，有利于培养学生的实验能力和理论联系实际的能力。

我们学校曾经搞过一次生物学探究比赛“生物探究总动员”。大家自愿报名，利用课余时间完成了一系列的实验，当然有成功的也有失败的。但在此次探究活动中，每位学生都能沿着问题梯度，发挥自己已有的认知能力，通过探究获取知识。并且在探究活动中获得了生成性资源。

坚持——秉持前行的信念

时间易逝，回望时间轴上的坐标，总有很多感概。作为一名初中生物老师，工作犹如品一盏茶，微苦，却一路留下淡淡的清香，回味无穷。尽管我们是非主课，但我们也想为学生的成长添份力；尽管我们有所欠缺，但我们仍会饱满的热情去迎接挑战，正如小也二郎先生所说“我一直重复同样的事情以求精进，爱自己的工作，一生投身其中。”我想这也正是现在我们要学习的工匠精神，一路学习，一路反思，一路践行。