在对比中探寻高效生物课堂实验教学

摘    要：传统的生物实验探究教学缺少科学的思维过程及学生原生态的意识呈现，会弱化学生的科学探究精神。任务引领下的开放型实验探究教学可激发乐趣却难兼顾课堂时间成本。先思后行的开放型实验探究教学可保证实验顺利进行却让学生失去创造性。而有限条件式开放型实验探究教学，可将前述三者的优点结合起来，能引导学生先思考再探究，并使学生有解决探究实验失败原因的内在需求。

关键词：初中科学；生物实验；实验教学

生物实验是探究活动的一种方式，而探究活动是生物学习的核心。“酶的催化作用”系列实验是浙教版义务教育科书《科学》九年级上册第4章第2节中的内容，它一直是生物实验考查的重点，涉及控制变量法、对照思想、转换思想、模型法等多种科学方法和实验思想。该节内容中，证明“唾液是否具有消化淀粉的作用”，既是学生对于控制变量实验的一次系统性尝试，也是训练学生对实验材料、试剂用量等因素全面兼顾的一次综合性考查。而在这个实验后面，还有更复杂的“影响唾液淀粉酶活性的因素”研究实验。

如何在有限的时间里引导学生快速高效地完成设计、落实细节、操作实验和讨论交流，是一线教师的使命和责任。下面，笔者以“唾液是否具有催化淀粉的作用”实验教学为例，将传统的实验探究教学与开放型实验探究教学进行对比，探寻适合当下课堂节奏、兼顾知识与能力的高效课堂实验教学方式。

一、传统的实验探究教学

（一）教学设计

实验原理：唾液对淀粉的消化作用，实质上是唾液淀粉酶催化淀粉分解成麦芽糖的过程。

储备知识：淀粉是否已完全分解，可用碘液检验，因为淀粉遇碘能变蓝色。

实验设计：为了证明唾液淀粉酶具有消化作用，需设置对照组。

1.实验所需材料

（1）收集唾液：清水漱口后，取自然流下的唾液1mL，用蒸馏水按1∶1的体积比稀释，备用；（2）制备淀粉溶液：取淀粉1克，放入烧杯中，加入99毫升清水，搅拌，水浴加热溶解，再冷却备用。

2.变量控制

（1）自变量：有无唾液；（2）控制相同变量：淀粉糊的量（2mL）、注入的清水和唾液的量（1mL）、水浴的温度（37℃）、水浴法保温的时间、滴加碘液的量。

3.实验步骤

配制淀粉溶液→采集唾液→2支试管中各取2毫升淀粉溶液→分别加1毫升水、唾液→37℃水浴→分别滴加碘液。（学生实验操作略）

4.思考与交流

（1）为什么要浸在37℃的水浴中加热？（2）淀粉糊为什么不能太稠？（3）实验中，制成的淀粉糊为什么要先冷却，不能立即使用？

（二）教后利弊分析

传统的生物实验探究教学基本是以验证性实验、重复教师思维的既定模式展开的，以直接传授知识为主要目的，在知识目标的达成上思路清晰，在单纯的知识性评价中能得到较高的反馈。在这种课堂中，“教学信息从教师流向学生”，学生不需要表达自己不同的观点，不用主动发散思维，只要顺着教师的思路完成实验即可。显然，在能力目标的达成上，这种课堂缺少科学的思维过程，缺少学生原生态的意识呈现，因此会造成如下弊端：学生对于相似的科学实验，如“其他因素对唾液淀粉酶催化作用的影响”系列拓展探究实验，缺乏独立设计和迁移的能力；学生对控制变量法的实际应用不熟练，束手束脚，不敢大胆展开实验。长此以往，学生的科学探究精神就会被弱化，发现问题、解决问题的能力就得不到提升。当今社会不仅需要学习型人才，更需要创新型和开拓型人才。因此，笔者采用了全新的设计，试着把课堂还给学生，让学生成为真正的主角，呈现他们最原生态的探究过程。

二、任务引领下的开放型实验探究教学

（一）教学设计

情境：细细咀嚼一小块白馒头，感受味道的变化，微甜的感觉是真的还是错觉？

任务导入：唾液真的能消化淀粉吗？

（1）利用白馒头、淀粉粉末、淀粉溶液、唾液以及相关实验仪器，小组讨论方案，组员配合完成实验；（2）小组之间相互观摩实验结果，交流实验成功或失败的经验。

观点分享：小组代表发表观点，介绍小组失败的原因或成功的关键。

改进实验：失败的小组重新实验，成功的小组继续改进实验或者指导失败的小组。

（二）教后利弊分析

现代教学理论下的任务驱动型课堂，关注“教学信息从学生流向教师”的反馈过程。教师可充分掌握学情，进行即时教学评价，进而调整教学策略，提高教学的针对性、精准性。在原生态的沉浸式课堂中，学生真正呈现出了学情的多面性和复杂性，其自主探究充满乐趣。如有的小组发现加了碘液后，混合物长时间是蓝色的，于是自发地开始思考讨论，在组内甚至组间比较后，部分学生意识到要用少量粉末或溶液，而最先这样做的学生则喜形于色、奔走相告，甚至自发地指导起来。这样的主动性和激情让笔者为之动容。这样的课堂充满着原生态的气息，充满着学生探究的激情，充满着学生发自内心地改进自己实验的渴求，也充满着学生成功后的喜悦。

但在课堂实际开展的过程中，笔者发现这样的自主探究过程漫长又艰辛。在拿到一个能引发好奇心的任务后，很少有学生会事先冷静思考设计是否合理，往往被兴奋所驱使，凭着直觉去实施。有一些小组组长缺少魄力，一直犹豫不决，左右观望；更多的小组展现的是一个人的想法，其他人按部就班地实施。当我们采用开放型教学时，很多学生却将控制变量、对照思想、材料选择等统统忘记了。

在知识性评价依然在教学评价中占据主导地位的今天，教师是不是真的能不顾课时安排，摒弃习题巩固，而让学生“自由探究”？即便教师本身认同，学生也喜欢，但当知识性评价难以呈现教学成果时，谁来认同自主探究课堂的价值？

（三）思考再设计

纵观学生的生物学习历程，小学以观察为主，初一、初二以知识储备为主，因此初三学生对生物实验的设计和操作仍处于起步阶段，让其分析并理解生物实验设计的思路一直是整个初三阶段的教学难点。两次课的尝试后，笔者认为教师既不能像过去那样满堂灌，因为这不符合新时代学生成长和发展的需要，也不能像理想中的那样太放手，因为目前的评价体系尚不能支持过于理想化的课堂。处在教育改革过程中的教师，应该具备引导和组织教学的功能，要能指导学生更好地、更高效合理地开展科学探究。在课堂组织中，教师要引导学生做好实验前的设计、思考、讨论、资料查阅等工作，让学生明白开展科学研究不是盲目地造空中楼阁，而是站在前人的肩膀上开拓创新，从而使科研更高效。教师有义务用个人和集体的智慧，打造适合当下的科学探究模式，以提高课堂的实验效率，培养学生严谨细致的实验习惯，使其建立节约实验成本和节省实验时间的观念。

三、先思后行的开放型实验探究教学

（一）教学设计

情境：细细咀嚼一小块白馒头，感受味道的变化，微甜的感觉是真的还是错觉？

任务导入：唾液真的能消化淀粉吗？

（1）原料选择；（2）如何显示淀粉已被消化？（3）如何提高实验的效率？（4）实验步骤（画出实物流程图）；（5）实验中需要控制相同的变量。

（二）教后利弊分析

这节课，笔者利用问题把探究的核心知识呈现给学生，通过学生自行设计和讨论，把学生的错误和改进体现在方案设计中，大大降低了实验出错率。这个过程，学生没有“试错”的体验，呈现的是学生通过逻辑推理、理性分析得出的优化方案。该探究实验教学看似成功，实则缺少课堂活力：学生在实验时已经统一了方法，都预测出了同一个结果，没有人再为实验成功而欢欣鼓舞，探究的气氛和热情陡然下降。笔者在这节课中发现的问题是：在课堂有限的时间内，若只想保证实验顺利完成，则很容易让学生失去发挥创造性和发散思维的机会，而没有沉浸式的体验感，则很难激发学生的探究热情。

能不能在上述几种教学中找到平衡呢？我们的课堂是不是一定就是非此即彼呢？笔者与其他教师反复研讨，大家一致认为科学探究还是应该有科学味。最终，笔者采用了有限条件式开放的设计，这样的课型或许体现了科学课堂的未来发展趋势。

四、有限条件式开放型实验探究教学

（一）教学设计

课前准备：取唾液稀释液，装在小烧杯中备用。

1.引入

情境：细细咀嚼一小块白馒头，感受味道的变化，微甜的感觉是真的还是错觉？馒头的主要成分是淀粉，这是一种无味的有机物，经过咀嚼却能尝到甜味，你觉得是什么原因？

任务导入：唾液真的能消化淀粉吗？

2.如何用实验证明唾液对淀粉的消化作用

材料：馒头、淀粉、淀粉溶液、碘液、小试管、烧杯等。

【环节一】明确探究目的、实验原理

提问：（1）这个实验的目的是什么？（2）你会用什么样的方法来呈现淀粉是否被消化完全？（3）淀粉加到唾液里面去，一段时间后，用1～2滴碘液检验是否变蓝色，就实验现象说明原因。

【环节二】学生讨论，开放式操作

师：这个实验一般5分钟就能完成，但是如果设计得不好，很有可能5分钟内完不成。想一想，需要注意哪些细节才能让实验又快又成功？每位同学先边观察提供的材料边思考1分钟，再在组内讨论1分钟。（等待2分钟后继续）现在每个小组都有初步方案了吗？倒计时5分钟，看哪个小组速度最快，效果最好。开始实验，计时开始！

【环节三】总结归纳，规范操作

师：时间到！哪些小组认为自己的实验是成功的？先请失败的小组来描述一下他们的实验步骤，大家一起来诊断一下问题出在哪里。（挑选实验顺序正确、没有设对照组的小组进行提问）

问题1：如果你所选用的淀粉是变质的，不能遇碘液变蓝呢？

问题2：你为什么选择馒头或淀粉粉末？实验失败的原因是什么？

问题3：（1）同样是用淀粉溶液做实验，为什么这个小组失败、那个小组成功呢？（2）如果是在冬天做这个实验，你觉得效果如何？如果要提高实验效率，我们还可以怎么处理？

问题4：淀粉是否被分解，我们用肉眼是看不到的，这就需要加碘液，用可见的现象来呈现不可见的现象。这种科学方法是什么？（笔者一边提问，一边在黑板上用磁性贴逐步完善规范实验的实物流程图，并将其中体现的探究实验的思想总结到黑板上：控制变量、对照思想；材料纯化；无关变量相同且适宜；转化法）

【环节四】按规范操作重复实验

师：同学们请根据黑板上的实物流程图再规范地操作一遍。温馨提醒：滴管不能伸入试管；碘液滴加 1～2 滴；37℃水浴用同一个人的双手握住（较热的手表面温度接近体温）。

实验结论：唾液确实能消化淀粉。

（二）教后利弊分析

1.有形的线牵无形的课堂

这节课利用两个简单的提示，牵起两条有形的线，引导着学生的思考。第一条线是一个问题：需要注意哪些细节才能让实验又快又成功？“细节”和“又快又成功”这两个词语，引导学生自觉地思考实验方案。这是由内而外的需要，笔者并没有刻意提醒学生按部就班地设计实验。另一条线是限制实验时间。在这两条线的无形引导下，学生不再盲目地满足自己的好奇心，而是有了一定的挑战性，开始去思考实验原料的选择与用量、温度的控制等，来满足“限定时间内完成实验”的任务。这相当于在完全开放的探究中，引导学生先思考再探究。这样的设计，既利用了每个学生的原有知识，也充分体现了团队的力量，使实验成功率大大提高。

2.问题暴露成为生成性资源

有了很多成功小组的经验分享，知识的呈现已经水到渠成。此时，失败小组出现的问题就成为非常重要的课堂生成资源。这些问题体现了学生在科学探究中的知识和能力盲区，解决这些问题既是失败小组的内在需求，也是教师指导学生解题的核心思想。学生呈现出的问题主要有：（1）没有对照组；（2）淀粉粉末直接放入盛唾液的烧杯中，因为颗粒太大，即便加得较少，仍可能变蓝；（3）用的是淀粉溶液，但是量太多或者唾液量太少；（4）没有注意保温，可能在实验时间内没来得及分解（只是颜色变淡）。

在学生自行描述失败的实验，其他小组进行点评、教师进行提问，全体学生一起解决问题并总结出实验的规范操作后，全体学生再利用 3～5 分钟重做优化后的实验。亲身“试错”后，学生对该实验探究中的问题特别有体验和发言权。由此，教师所提的问题不再是教师希望学生回答的问题，而是成了学生希望自己能分享给大家的经验。

五、小结

对于“唾液是否具有催化淀粉的作用”实验教学，笔者前后设计了 4 次，才找到了相对高效又有利于学生核心素养提升的课堂实验教学方法。这样的方法在有些实验中可以迁移和推广，但在更多的实验中，由于不明确学生的知识储备，而且每一届学生的学情也不同，并没有那么长的时间给我们来反复研磨一节课。高效课堂的常规化开展，需要教师的智慧、毅力和决心，需要每一位教师每天都有意识地积累和改变。理念的渗透、意识形态的改变，既需要外界力量来倡导以使这样的教学研究常规化，也需要相关教育部门能激励广大一线教师的激情，保证教师有足够的时间和精力投入到实验教育改革的事业中去。广大教育工作者要先于他人有大局意识、忧患意识、未来意识，只有打开学生创造的思维，我们才能开启中国创新的大门。