许 明 （江苏省丹阳市实验学校 江苏丹阳 212300）

“教学过程重实践”［1］是生物学课程基本理念之一。在初中生物学教材中，许多概念或知识点并没有实验要求，对这部分内容如何实现“实践化”？模拟实验便是一种创新实践的方法。它根据相似性原理，在生活中寻找“类似物”或将研究对象制作成模型，通过对“类似物”或“模型”的研究迁移到对概念原型的理解。近3年，笔者带领项目组对模拟实验进行了实践研究，本文就相关做法与体会进行阐述。

1 模拟实验的方法与实施

在初中生物学教学中如何应用模拟实验？项目组按实验模拟的方向，梳理出4 种方法：结构模拟法、功能模拟法、现象模拟法和过程模拟法。

1.1 结构模拟法 当研究对象过于宏观或微观，难以直接呈现时，可利用简易的材料针对研究对象的主要结构特点，制作成放大或缩小的模型（仿真模拟），或寻找生活中的“类似物”，呈现概念原型的某个结构特点（类比模拟）。

案例1：结构模拟法的应用。

片断1：模拟制作“鼻”（仿真模拟）。

在本实验中，你要制作一个“鼻”的模型。

1）取卷纸的纸筒，在其内表面贴上一层泡棉胶带。

2）取松叶若干，两头插入泡棉胶带中。

3）取保鲜袋，用橡皮筋“固定”在纸筒上（图1）。

图1

4）取一些碎纸，吹向纸筒，观察现象。

请用你的模型解释鼻能清洁空气的原因。

片断2：模拟“小肠绒毛”（类比模拟）。

在本实验中，你要体验小肠的结构。

1）手指并拢，掌心紧贴桌面，用铅笔沿手画出一条轮廓线。

2）5个手指分开，掌心紧贴桌面，用铅笔沿手画出轮廓线（图2）。

图2

3）准备2 根棉线，沿着上述2 条轮廓线放置，剪去多余部分；用米尺量出这2 根线的长度。

请用你的模拟实验解释小肠具有绒毛结构有利消化与吸收的原因。

案例1 中为了说明“鼻”与“小肠”的结构进行了仿真模拟与类比模拟，学生在亲手制作或测量中形成了空间的概念，并顿悟到“鼻”中鼻毛、粘液，小肠中小肠绒毛结构的意义。这比任何形式的说教都要有效得多。

1.2 功能模拟法 有的研究对象过于微观，其功能无法通过实验直观呈现。这时可根据相似性原理，利用相似材料模型进行“类比演绎”，以获得直观的体验。

案例2：功能模拟法的应用。

在本实验中，你要模拟细胞膜的功能。

1）选择新鲜鱼鳔模拟细胞膜，在其中装入淀粉溶液，并扎紧袋口。

2）烧杯中装入碘溶液，将装有淀粉溶液的鱼镖放入烧杯中（图3）。

图3

3）24 h 后观察鱼鳔内、外颜色的变化。

鱼鳔内、外颜色的变化说明什么物质能自由进出鱼鳔？什么物质不能进出鱼鳔？请用你的模拟实验说明细胞膜的功能。

案例2 中的细胞膜是微观结构，学生不能进行直观实验。他们对细胞膜能“控制物质进出”的功能很难理解。这时用鱼鳔（或卵壳膜）进行功能模拟，能化微观为宏观、化抽象为形象，让难点迎刃而解。

1.3 现象模拟法 在初中生物学教学中，有的实验难以取材、难以操作、现象不明显，这时可用简易的实验装置、简便的实验方法、明显的实验现象去模拟。

案例3：现象模拟法的应用。

在本实验中你要模拟晶状体的曲度变化。

1）用铁丝圈、细丝、气球制作模拟实验装置（图4）。

2）松开铁丝圈，观察细丝与气球的变化（图4a）。

3）拉紧铁丝圈，观察细丝与气球变化（图4b）。

图4

请用你的模拟实验说明睫状体是如何调节晶状体曲度的。

案例3 中睫状体调节晶状体的现象无法直观观察，其过程较复杂，学生难以通过想象获得。用铁丝圈、细丝、气球这些简易材料制作模拟装置，让学生在亲自操作中体验。在实践中，他们发现拉紧铁丝圈时：睫状体收缩→悬韧带松驰→晶状体曲度变大；松开铁丝圈时：睫状体放松→悬韧带拉伸→晶状体曲度变小。在模拟实践中，学生知识得以构建，科学思维能力得到提升。

1.4 过程模拟法 有的生命活动过程过于漫长或过于微观，无法在课堂内通过实验直观呈现，例如生物进化过程、艾滋病传播过程、人类的性别决定等。这时可用过程简单、容易控制、能反应其本质的模拟实验替代。实践中，可用类比实验进行直观模拟，也可利用动画等软件开发虚拟学习情境让学生体验。

案例4：过程模拟法的应用（以生物适应环境教学为例）。

在本实验中你要模拟鸟类去捕食蝴蝶，体验生物是如何适应环境的。

1）6 人一组，剪出白蝴蝶和黑蝴蝶各100 只。

2）将200 只蝴蝶撒在黑色纸板上。

3）选择一人扮演捕虫“鸟”，视线离开纸板，转回视线后立即挑出其第一眼看到的蝴蝶。

4）重复步骤3，持续1 min。

5）统计捕捉的白蝴蝶与黑蝴蝶数目。

用你的模拟实验解释生物是怎样适应环境的。

片断2：虚拟体验“桦尺蛾体色进化的原因”。

让信息更对称。乡村成校和文化礼堂各自拥有不少资源，乡村成校相对来讲拥有较好的信息渠道、较为成熟的培训手段和相当数量的兼职教师队伍，而文化礼堂管理部门拥有场地、培训需求信息等资源，通过体制机制的支持，让信息更对称，使目前略显匮乏的教育资源相对集中而高效，增强培训活动的效果，提升社会教育力。

在本实验中你要模拟捕食鸟去捕食桦尺蛾，体验生物是如何适应环境的。

1）课前准备好动画软件：绿色背景中放置绿色、黄色、蓝色、白色桦尺蛾各20 只。

2）选择一位近视学生扮演“捕食鸟”，快速点取桦尺蛾（鼠标点取时消失，表示被吃掉，每吃掉1 只桦尺蛾后屏幕黑一段时间）。

3）当你吃到还剩下20 只桦尺蛾时，表示经过一代，剩下的每只桦尺蛾都会生下3 只与其颜色一样的子一代。

4）继续捕食第2 代，直至第5 代，观察剩下的桦尺蛾的体色。

用你的模拟实验解释桦尺蛾体色进化的原因。

从案例中发现无论是类比模拟还是虚拟体验，过程模拟法都要求学生通过实验或游戏的方式全程参与整个模拟实验过程，他们是实验探究的执行者，是知识的主动构建者。

2 模拟实验的特点与原则

模拟实验与常规的直观实验相比有哪些特点与原则？在此，笔者以2018年江苏省初中生物学优质课评比中“气孔开闭原理”教学片断为例加以说明。

案例5：气孔开闭原理模拟实验。

在2018年江苏省初中生物学优质课评比时，关于“气孔开闭原理”的教学，许多选手采用了模拟实验的方式，其中让笔者印象深刻的是以下3例（图5）。

图5

用气球、输液管、大针管、一次性饭盒、细线、透明胶组装成如图5a模拟装置，其中气球模拟了保卫细胞，透明胶贴于其内表面加厚了内壁。向气球内注水时可发现“气孔”张开，抽取水时可发现“气孔”关闭。

图5b是用棉布内包高吸水性树脂做成的装置，其中内侧的棉布要厚些。将装置放入水中可发现“气孔”张开。

图5c模拟装置用萝卜薄片与订书针做成，它设置了对照实验，A 组萝卜薄片内侧带皮，B 组内、外侧厚度一样。2 组装置中加入清水，可发现A 组“气孔”张开，B 组没有张开（图6）。

图6

分析这3 例模拟实验有以下特点：

1）科学性原则。这3 例模拟装置与真实的气孔并不完全相同，但在本质属性上相似的：都是由2 个“保卫细胞”围成，内壁厚，能吸水。它们都注重了实验的典型性、平实性与科学性。特别是图5c装置，它采用了生物材料，更贴近气孔的原型；设计了对照实验，让模拟实验更科学、更严谨。

2）简易化原则。简易化原则有2 层内涵：一是模拟装置的原材料简单易得，例如案例中的3 例装置，采用了气球、高吸水性树脂（尿不湿内的吸水棉）、萝卜。这些均是生活中常见的材料，经济、可操作性强。二是模拟实验操作过程简单、现象直观。图5a模拟装置通过直接注水，图5b、图5c 装置直接放入清水中，整个实验过程操作简单、现象明显，有利于学生发现本质，得出结论。

3）启发性原则。生物学概念的形成并不是一个被动的接受过程，而是一个主动构建的过程，是学生在自己的头脑中构建与发展生物学认知的过程［2］。3 例模拟实验都注重学生的主动构建，调动学生的主动性，启发学生亲自思考、设计、动手、类比、归纳，让学生主动探索，获取知识。由教师全权包办的模拟实验势必会加重学生负担。