王愉鑫 （四川省教育科学研究所 四川成都 610225）

实验作为生命科学的基础，在帮助学生感知生物学事实、领悟生物学现象、构建生物学概念等方面有着举足轻重的作用。因此，在生物学实验教学中，一线教师也在不断探索，力求实验方法简便易操作、实验材料易获取、实验现象明显、实验过程易控、实验设备先进等。在生物学实验教学不断探索与改进的过程中，教师不仅要关注实验本身的改进，更应思考实验教学的目的、价值及意义，以及与生物学概念教学的深度联系，即实验教学如何帮助学生深度理解概念、构建概念和应用概念。

1 对实验进行深度利用与开发

实验教学的目的有时不仅仅是让学生体验科学研究的过程及范式，感知生物学现象，更重要的是通过实验启迪学生思维，让学生深入思考，深刻理解概念并构建概念。因此，不能一味追求实验本身的创新，而应思考如何充分利用实验，对实验进行深度开发，发掘实验不同层次的价值，并将不同层次的实验与概念建立联系，真正通过实验教学帮助学生突破认知的障碍，挖掘概念本质特征，深刻理解概念。

例如，“观察小鱼尾鳍的血液流动”实验，目的是让学生通过观察了解不同血管中血液流动的情况。此实验作为学生观察实验可结合构建 “血管”的概念进行不同层次的观察：初次观察，让学生初步感知血管的概念，即血管是血液流动的通道；然后进行第2次观察，让学生自主寻找血管间的差异，感知不同血管之间在颜色、血流速度、血流方向、粗细等方面的差异，此时的感知虽然比较直观、不够严谨，但却是学生通过仔细观察获得的直观体验；第3层次的观察，让学生带着问题边观察边思考“如何区分动脉、静脉和毛细血管”，学生会发现血流速度（快慢是相对的，不同动脉其血流速度也会有快慢的区别）、粗细（同一类血管也有粗细的区别）、颜色、弯直等都不能作为判断依据，而血流方向似乎可作为判断依据，但在看不到小鱼心脏的前提下如何判断血流方向又是一个问题，此时学生思维处于思而未果，急于突破障碍之时；第4次观察，理解不同血管的本质特征，进行深度观察，即让学生联系血液循环思考如何寻找参照判断血流方向，学生会发现毛细血管是一个突破点，动脉内的血液流向毛细血管分支，静脉内的血液是由毛细血管分支流向静脉（此课为四川省初中生物学实验教学一等奖课例，由成都市石室中学张良老师执教）。

这节课中，教师引导学生针对一个经典实验进行不同层次的反复观察，每次观察带着不同层次的问题，激发学生层层深入思考，让学生在一次次的观察中，逐步辨析不同血管的本质特征，同时对血液循环有了更深入的理解。这样的实验教学不求实验材料、方法和设备的创新，但求学生深度参与和利用实验，并在实验中思考、观察、辨析概念的本质特征，进而深度构建概念，能够更有效地发挥实验教学的价值及意义。

2 通过实验挖掘概念的本质特征

生物学重要概念处于学科中心位置，包括对生命现象、规律、理论等的理解和解释，对学生学习生物学及相关学科具有重要的支撑作用［1］。实验对于认识客观现象具有实证的作用，可让学生在实验过程中观察现象、发现规律，以帮助学生构建一些抽象的概念。教师需要在实验与抽象概念之间架设桥梁，引导学生在现象观察中思考产生如此实验现象的原因，并探析、理解概念的本质特征，深度构建概念。

例如，北师大版7年级上册“呼吸作用”一节，需要多个实验支撑，通过观察燃烧的蜡烛在装有已萌发种子的瓶中立即熄灭，得出瓶中缺少氧气，进而推断呼吸作用需要消耗氧气；通过观察已萌发种子产生的气体可使澄清的石灰水变浑浊，得出呼吸作用产生二氧化碳；通过观察装有已萌发种子的保温瓶里的温度升高，得出呼吸作用产生热量；通过观察放置一段时间的装有蔬菜的密封保鲜袋内壁有水珠，推断呼吸作用产生水。一节课上学生观察多个实验现象，然后思考呼吸作用发生的过程，逐渐建立呼吸作用的反应式：有机物+氧气→二氧化碳+水+能量。虽然这样一个实验教学看似给学生提供充足的事实经历，让学生通过观察现象感知客观事实，进而通过理性思考构建呼吸作用的反应式，但是这样的概念构建仅仅是一系列实验现象的简单累加与罗列，学生并不能深入理解呼吸作用的实质。例如，呼吸作用为什么要释放能量，释放的能量来自于什么？即呼吸作用的实质——分解有机物，释放能量，学生并未感悟到，因此，教师需要帮助学生通过分析“萌发的种子随着萌发时间的增加其干重减少”这样的实验，引导学生认识到呼吸作用中有机物被分解，并释放能量，思考呼吸作用的意义在于给各种生命活动供能。理解了呼吸作用的实质后，学生就会自然而然地得出呼吸作用的反应式，而不是死记硬背。

因此，实验教学在给学生提供事实基础和实践经历的同时，应引导学生通过观察实验现象和分析实验数据，思考概念的本质，进而构建概念。

3 基于学生的视角设计实验

学生作为学习的主体，其认知能力、兴趣点、生活经验是其学习新知识的基础，因此，教师要从学生的实际出发，基于学生视角设计实验，以帮助学生构建新的概念。

3.1 遵循学生认知发展规律 认知也称为认识，是指人认识外界事物的过程，或者说是对作用于人的感觉器官的外界事物进行信息加工的过程。它包括感觉、知觉、记忆、思维、想象、言语，是指人们认识活动的过程，即个体对感觉信号接收、检测、转换、简约、合成、编码、储存、提取、重建、概念形成、判断和问题解决的信息加工处理过程。了解学生认识事物的规律，才能从学生的视角设计教学。例如，讲解蒸腾作用时，学生对“蒸腾拉力”很难理解，因为该知识点与学生的一般认识（水从高处流向低处）相矛盾，并涉及到细胞液浓度与外界溶液浓度差问题，而浓度问题学生还没有学习，所以很难理解。若教师设计一个模拟实验（图1），用“海绵（胶泥）吸水”模拟植物通过蒸腾拉力从土壤中吸收水分，将干海绵A放入水槽中，海绵A吸水，再将干海绵B放在海绵A上面，海绵B很快就会吸水，再将干海绵C放在海绵B上面，海绵C也会吸水，这样学生就很容易理解植物从土壤吸收水分了。再如，让学生探究“如何让纸飞起来”，学生在探究过程中发现纸的厚度、重量、形状都会影响飞的高度、方向、距离等，进而理解鸟类适于飞行的结构特征。

图1 模拟蒸腾拉力

这样将抽象的、难于理解的生物学概念，通过联系生活转换成学生易于观察、认识和理解的模拟实验，找到学生认识新知识的切入点，能帮助学生轻松突破认知障碍，构建概念。

3.2 尊重学生真实的生活经验 由于时空的限制和认知的发展，学生的生活经验和经历具有一定的特殊性，教师只有了解学生真实的生活体验和心理感受，设置情境、提出问题才会贴近学生，让学生有感而发。源于生活的实验情境不仅能激发学生的探索热情，还能帮助学生发现生活中的问题，并运用所学知识解决生活问题。例如，教学北师大版教材“血液”一课时，教材首先让学生观察静置分层的血液，认识血液的成分，然后再观察血液永久装片，认识血液不同的成分，例如红细胞、白细胞、血小板的结构及功能，这样的编排逻辑是符合知识的发生逻辑的，但是不符合学生的生活经验和认知逻辑。首先学生没有参与血液静置分层的过程，是教师直接呈现给学生的，学生没有经历事实发生发展的过程，相当于死记硬背血液的分层情况，而且学生在生活中不曾见过血液的分层现象，所以这样的教学逻辑不利于学生深入认识血液。而生活中学生都有的经验是 “出血”，因此教学不妨从学生的生活经验切入，先让学生谈谈对血液的认识，学生大致知道血液为红色，有腥味、咸味，普通出血后不久会凝固等生活小常识；接着让学生观察血液涂片（教师现场制作），学生可清晰地观察到红细胞，且红细胞数量最多，在显微镜下观察红细胞的结构特点，然后依次观察白细胞和血小板，并联系生活解决了前面的小问题；最后总结时，教师展示血液静置分层的实验视频，让学生知道血液的主要成分，形成对“血液”的整体结构性认识。

这样，通过生活经验引入实验，并调整实验的顺序，既符合学生的认知发展逻辑，也能帮助学生将概念与生活建立联系，深度理解血液的成分及功能。

3.3 关注学生知识结构的完整 知识不是孤立存在的，知识之间存在着必然的某种联系，学生在学习过程中往往难于发现知识间的内在联系，孤立地认识每一节的内容，很难从整章、整本教材，甚至整个生物圈认识问题，不能清晰地建立知识结构网络，因此，教师在进行教学设计时要关注学生已有的知识结构，寻求新、旧知识间的联系，将知识结构化。例如，在“种子萌发”的实验教学中，启迪学生思考种子萌发为什么需要适量的水分、充足的空气和适宜的温度，这样就将植物细胞的结构、呼吸作用和酶的作用相联系，有利于学生深度认识种子萌发的外部条件。例如，学习“花的结构”时，学生通过解剖花认识花的各部分结构及功能，如果仅停留在解剖和观察的实验层面，学生虽能认识花各部分的结构，但缺少对花的整体认识，教师可在实验过程中边解剖、边完成花的结构及功能的概念图，让学生在做完实验后对花的结构有一个整体认识，更利于理解和记忆。

3.4 促进学生思维能力发展 静态知识的学习是有限的，因为浩瀚的知识海洋中需要探知的太多，而思维的发展才是根本，帮助学生发展思维能力、掌握方法，学生才会在面临未知世界时知道如何探索，并寻得答案。《普通高中生物学课程标准》提出关注学生的四大核心素养：生命意识、科学探究、理性思维和社会责任。可见，促进学生思维能力发展是生物学教学应关注的重点，因此在生物学实验教学中教师不仅要关注学生的实验设计能力、实验操作技能和实验观察能力，更要关注学生对实验的分析、推理、演绎、辨析等思辨能力。

例如，“验证绿叶在光下合成淀粉”实验，不仅仅是让学生按部就班规范地操作实验，并得出实验现象，更重要的是应让学生思考分析为什么需要进行叶片部分遮光处理？为什么实验前要进行暗处理？为什么是先进行暗处理等问题。再如，“探究种子萌发的外部条件”，不仅仅探究空气、水、温度等教材给定的因素，还可鼓励学生发散思维，思考影响种子萌发的外部条件还可能有哪些因素，例如光照、土壤等其他因素，然后鼓励学生进行实验验证，这样更能锻炼学生的思维能力。

实验操作结果成功与否并不是最重要的，关键是学生在实验过程中的思考、分析和解决问题的经历，不仅有助于培养学生实验的严谨性、科学性，也能帮助学生逐渐形成严谨、缜密、逻辑的思维习惯，并将这种思维能力迁移到其他学科及生活中。通常在实验教学中，教师将实验步骤、注意事项等一一罗列，学生按照步骤机械地进行模仿操作，虽能保证实验操作规范、结果准确，但缺少了学生的思考、质疑，限制了学生的思维发展，因此，实验教学应少一点对学生的束缚，给学生多一点尝试、质疑、试错、思考的空间，或许实验结果不够完美，但实验过程一定会带给学生更多的乐趣和发展。