提高初中生物实验探究教学有效性的五个关键

朱晓燕 解凯彬

【摘 要】通过对“食物中能量的释放”一节教学内容的观摩和反思，分析教学过程中实验探究低效的常见原因，并结合对生物学教学中实验探究的功能分析，作者提出精准分析学情、正确设计目标、重视探究的科学背景、关注拓展迁移和抓住探究生成等五个提高初中生物实验探究教学有效性的关键措施，为教师进一步开展初中生物实验教学提供借鉴和参考。

【关键词】实验探究;生物实验;自主建构

【作者简介】朱晓燕，福建省南平市高中教研室主任，福建省学科带头人培养对象，福建师范大学兼职硕士研究生导师;解凯彬（通讯作者），博士，副教授，南京师范大学基础教育研究中心副主任，硕士研究生导师。

【基金项目】全国教育“十三五”规划2016年度教育部重点课题“核心素养导向的科学课程课例研究与实践”（DHA160353）

科学探究是生物学科核心素养的重要内容之一，也是学生通过生物学学习需要培养的关键能力。通过科学探究活动，教师帮助学生领悟科学研究方法，体验科学研究的魅力与价值。在主动获取生物科学知识的过程中，形成科学态度与价值观，培养科学探究能力，是生物教学的一个重要目标。

实验探究作为科学探究的重要形式，不仅是初中阶段的重要学习内容，也是学生学习生物学的基本方式。实验探究对促进概念的自主建构，发展学生综合能力，引导学生在新情境下尝试应用所学知识进行迁移拓展，全面提升学生生物学科学素养都有着不可替代的作用。正因为如此，强化学生的探究意识，引导学生积极思考、主动探索，是当前生物教学需要关注且强调的内容。但教学实践中往往因为各种因素，实验探究教学效果甚微。究其原因，主要有以下几点：在教学中，有的教师对学生已有的知识和经验了解不够，对探究的目标认识不清，对探究的科学原理与学科背景缺乏充分的铺垫;在探究活动中，对学生的认知过程关注不够，对探究生成的资源不能合理利用等。这些原因导致实验探究教学流于形式和表象，无法达成预期的教学目标。

笔者结合北师大版生物七年级下册第十章第1节“食物中能量的释放”一课的教学活动，对影响实验探究教学实效的一些关键问题展开讨论，并提出解决对策。

關键一：精准分析学情，夯实探究基础

在探究活动开展之前，教师先要进行学情分析。学生在学习“食物中能量的释放”一课内容之前，已经了解了食物中含有不同的营养成分，知道糖类是人体的主要供能物质，营养物质通过血液循环运输到体细胞，氧化分解能释放能量供给人体各项生命活动等相关知识。但这个阶段的学生还未开始进行物理与化学学科的学习，没有学过能量守恒定律，对能量等热力学概念存在理解困难，不能理解食物中所含能量为何可以用燃烧的方法来呈现。大多数学生不具备燃烧需要氧气等基础知识，不能规范使用天平、温度计等仪器，导致数据读取不准确。学生对实验的设计意图不理解，也给探究活动的开展带来障碍。

在教学过程中，教师可以将小学科学相关实验原理迁移到本节课的探究活动中，通过学案将实验所需要的背景知识进行必要的补充。迁移与补充的内容需要建立在对学生学情准确了解的基础上。教师可以利用小学数学应用题来帮助学生理解测定食物中贮存能量的方法和计算原理，帮助学生理解实验中为何要计算单位质量下的热价。同时，梳理学生在本节课之前已经完成的科学探究活动，总结过往探究实验中学生的收获与不足，为探究活动的开展打好基础。

关键二：正确设计目标，凸显实验探究的育人价值

设计探究活动时，教师需要思考探究活动的教育价值，以及对学科教学的意义。是为了促成概念建构而学习科学探究的一般方法，还是为了在新的具体情境中达成知识迁移。只有对科学探究活动有一个明确的预设目标，探究活动的开展才具有真正的意义，从而避免形式化。

在教学中设置“不同食物中贮存能量不同”的探究活动，不仅是为了验证实验的假设，更重要的是通过探究活动，引导学生学习科学的论证方法，尝试在新的情境下应用所学知识进行思考与分析，体验科学研究的严谨性。基于这一教学目标，教学的重点应该放在对探究方案设计的分析与引导上。在探究活动开展过程中，教师要对食物、能量与人体生命活动之间的关系进行充分的解释说明，帮助学生深入理解“探究不同食物贮存能量的差异”活动的意义。教师结合生物七年级上册对科学探究一般方法的学习设计实验方案，联系学生之前学习过的与本探究活动有关联的活动，引导学生联系旧知识和跨学科知识，将所学的知识融会贯通，最终让学生自主设计实验方案，深化理解“不同食物含有的热价不同”这一概念，探讨食物中的能量。这些教学任务的设置是为了让学生在后续学习呼吸作用打下基础。

关键三：重视探究的科学背景，避免实验探究的盲目和无序

在开展探究活动之前，教师要让学生充分理解探究活动所需要的科学背景知识，因为不基于科学原理的探究是盲目和低效的。只有对实验设计的科学原理有正确的认识，学生才能针对问题提出科学的假设，对探究方案进行严谨的设计，对探究活动的思考和开展才能成为真正意义上的深度学习[1]。

在“探究不同食物贮存能量的差异”活动中，教师如果不先进行知识准备，补充本探究活动需要的科学背景知识，而是机械地按教材要求让学生讨论在实验中如何保证有充足的氧气使样品充分燃烧，如何尽可能减少燃烧过程中能量的散失等问题，学生就会因为缺乏物理与化学学科知识不能进行真正的思考，讨论将流于形式。其结果就是课堂教学组织混乱，学生设计探究方案盲目和无序，课堂效率受到严重影响。

在“探究不同食物贮存能量的差异”活动中，引导学生回顾北师大版生物七年级下册第八章“人体营养”的相关内容，可帮助学生理解实验材料的选取原则，理解采用燃烧的方法来比较不同食物能量的意义，从而帮助学生真正理解实验设计的原理。在燃烧实验的过程中，教师要引导学生思考哪些因素会导致实验误差，讨论如何减小误差，帮助学生思考如何设计装置才能尽可能减少热量的损耗，实验过程中还有哪些因素会影响实验数据的精确度。学生只有充分理解实验设计的原理，才能基于新的情境要求提出合理的实验方案，比如温度计的正确置放，热量测定仪的设计需要考虑的问题等。此外，学生还要明白进行能量值比较时，需要计算单位质量样品的能量值，要理解每克样品中所含能量的计算原理等。

关键四：关注拓展和迁移，促进学生自主建构

学生通过实验探究所获取的知识得到多大程度上的理解，有没有真正形成科学探究能力，需要在新的情境中进行迁移应用以及在新问题的解决中得到检验。学生在陌生的情境中面对新的问题展开尝试，需要将新旧知识进行连接后再进行整合性应用，这样才能检验其知识的掌握程度，也才能对所学知识进行调校和修正，从而进一步加深对概念的理解，促进知识内化和整合。因此，关注拓展和迁移是实验教学的重要环节[2]。

在“探究不同食物贮存能量的差异”实验中，教师可以先让学生联系七年级学过的其他探究活动，比如联系“探究唾液对淀粉的消化作用”实验，在两个探究活动中搭建桥梁、进行类比，回顾在设计对照实验时应从哪些角度来控制无关变量以减小实验误差，如何简明合理地表达实验结果等。接着教师引导学生分组设计实验方案，搭建实验装置。面对不同小组搭建的实验装置这一新情境，教师要引导学生对可能影响实验的因素进行分析，尽可能地减小实验误差，从而完善实验方案。在讨论中，学生能关注到环境温度等无关变量对实验产生的影响，推断测定的能量肯定要比食物中实际含有的能量少;自然界中的气流变化等因素也都会影响到热量的传递，进而提出创造一个相对隔离的空间，让燃烧尽可能在热量不容易散失的空间中进行等。这样的拓展和迁移促进了学生对科學探究的深入理解，提升了学生在探究实验中控制变量的水平，促使学生的思维更加缜密。

关键五：抓住探究生成，促进探究能力的全面提升

在实验探究中，可能会出现与师生预期有很大

偏差的情况，教师担心遇到的问题无法得到合理解决，所以教师有时会刻意忽略学生生成性的质疑，有时甚至粗暴地理解成学生在捣乱，这大大挫伤了学生探究的积极性。其实，实验探究中的生成往往是学生心中真实的疑惑，是学生科学探究的真正动力。抓住探究生成，帮助学生开展深度思考和二次探究，才能更好地促进学生探究能力的全面提升[3]。

比如，在实验中出现质量小的花生燃烧后测得的热量值反而高的现象，是教师在课前不曾预料到的，学生显然会对这一实验结果产生疑问。教师应充分利用这一生成契机，引导学生在分析实验现象或数据与预期相悖时，应该怎样处理。教师要正视和尊重实验数据，和学生共同分析其原因。如可能是因为花生在生长过程中存在个体差异，积累的有机物不同，或是有的花生蛋白质含量高，有的则脂肪含量高等，而这恰恰反映了生命的复杂性。教师可以联系“探究运动与脉搏的关系”这一内容，举例不同的人测出的心率也是不同的，抓住引导学生形成生命现象多元性观念的好时机。另外，师生也可推测是实验装置造成的相悖，也就是我们通常说的无关变量导致的，还可能是实验操作时出现的偏差导致数值有误等。然后教师要强调，正是为了保证实验结果的准确性，科学家在进行研究时往往需要多次重复实验。针对这一问题的讨论，对帮助学生更准确地理解科学探究的严谨性，科学研究工作的一丝不苛都有积极的意义。

实验探究活动是一种基于合理逻辑论证的综合的认知过程。在这个 过程中，教师要特别关注学生已有的认知水平和认知思维路径;正确认识实验探究活动的育人功能，正确设立学习目标;重视实验探究相关的科学背景和科学原理;关注每一个探究生成，巧妙地利用生成资源，结合学生的认知规律，促成学生概念的自主建构，只有这样才能真正提升实验探究的有效性。

参考文献：

[1]解凯彬.生物实验教学现状分析及对教师实验教学行为调适的若干建议[J].新课程教学，2013（6）：4-7.

[2]胡卫平，林崇德.青少年的科学思维能力研究[J].教育研究，2003（12）：19-23.

[3]张丽辉.在科学探究活动中培养学生的质疑思维[J].生物学教学，2019（2）：64-65.