“大實(shí)驗(yàn)”教學(xué)提升學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)

在東營市教育科學(xué)研究院和東營市科技館聯(lián)合舉辦的暑期科普活動(dòng)中，學(xué)生動(dòng)手進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作。岳慶玲 攝

東營市東營區(qū)文華學(xué)校學(xué)生在教師帶領(lǐng)下在黃河口濕地認(rèn)識生物多樣性。郭天天 攝

　　生物學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的自然科學(xué)學(xué)科，做好實(shí)驗(yàn)教學(xué)是落實(shí)立德樹人根本任務(wù)、培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的重要路徑?！督逃筷P(guān)于加強(qiáng)和改進(jìn)中小學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的意見》提出，“實(shí)驗(yàn)教學(xué)是國家課程方案和課程標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的重要教學(xué)內(nèi)容，是培養(yǎng)創(chuàng)新人才的重要途徑”，“注重實(shí)效，強(qiáng)化學(xué)生實(shí)踐操作、情境體驗(yàn)、探索求知、親身感悟和創(chuàng)新創(chuàng)造”。近年來，山東省東營市初中學(xué)校在東營市教科院指導(dǎo)下，在開齊開全學(xué)科常規(guī)實(shí)驗(yàn)課基礎(chǔ)上，積極開展具有高價(jià)值、大場域、全時(shí)段、多類型、親經(jīng)歷、廣參與等特征的“大實(shí)驗(yàn)”，以“大實(shí)驗(yàn)”為抓手，以“探·創(chuàng)·普”的實(shí)施路徑，讓學(xué)生在“大實(shí)驗(yàn)”中成長。

　　1 像科學(xué)家一樣探索

　　“大實(shí)驗(yàn)”教學(xué)讓學(xué)生以思考懷疑為出發(fā)點(diǎn)，以實(shí)證資料為判斷尺度，體驗(yàn)、預(yù)見、構(gòu)想生物發(fā)展變化的規(guī)律和趨勢，從而發(fā)展批判性思維能力，學(xué)會(huì)像科學(xué)家一樣探索。

　　生活經(jīng)驗(yàn)助抽象知識形象化?！读x務(wù)教育生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》（以下簡稱“新課標(biāo)”）指出，要更加關(guān)注學(xué)生已有生活經(jīng)驗(yàn)，鼓勵(lì)學(xué)生通過觀察、思考并結(jié)合已有知識經(jīng)驗(yàn)提出可能性解釋。在生物學(xué)學(xué)習(xí)中，有些內(nèi)容抽象艱澀，借助生活經(jīng)驗(yàn)可以使抽象知識形象化，讓學(xué)生的學(xué)習(xí)變得生動(dòng)形象、簡單深刻。

　　例如，在學(xué)習(xí)“植物細(xì)胞吸水和失水的原理”時(shí)，學(xué)生聯(lián)系糖拌西紅柿盤子里出水、萎蔫的青菜噴灑清水可恢復(fù)硬挺的生活經(jīng)驗(yàn)，將新鮮蘿卜從中間橫切為二，在兩塊蘿卜中央各挖出一個(gè)大小相同的“坑”，分別放等量清水和鹽水。一段時(shí)間后，觀察兩“坑”內(nèi)液面情況，并觸摸兩個(gè)“坑”邊緣的軟硬程度。之后，再將兩個(gè)“坑”中的液體倒入量筒進(jìn)行定量測量，由此得出結(jié)論：細(xì)胞吸水和失水取決于細(xì)胞液和外界溶液的濃度差。學(xué)生還結(jié)合生產(chǎn)生活實(shí)際，對鹽堿地不適合種莊稼、燒苗現(xiàn)象進(jìn)行了解釋，并提出合理施肥的改進(jìn)措施。

　　學(xué)科嫁接促微觀原理具象化。學(xué)科知識不是孤立存在的，在教學(xué)中注入一點(diǎn)“綜合味”，往往會(huì)讓知識成為激活思維的催化劑。在教學(xué)中，我們鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行學(xué)科“嫁接”，在學(xué)科知識融合中，使微觀原理具象化。

　　例如，細(xì)胞膜具有“控制物質(zhì)進(jìn)出”的功能，這一知識點(diǎn)微觀而抽象。學(xué)生查閱資料后，結(jié)合化學(xué)知識進(jìn)行卵殼膜演示實(shí)驗(yàn)：將分別盛有淀粉溶液和食鹽溶液的卵殼膜放入盛有蒸餾水的燒杯中，一段時(shí)間后取兩個(gè)燒杯中的液體置于試管中，分別滴加碘液和硝酸銀溶液，觀察試管內(nèi)溶液的變化，從而得出結(jié)論?！傲可矶ㄗ觥钡募?xì)胞膜模擬實(shí)驗(yàn)，不僅巧妙地突破了難點(diǎn)，還促進(jìn)了化學(xué)知識的跨學(xué)科滲透與應(yīng)用。

　　2 像工程師一樣創(chuàng)造

　　學(xué)生在“大實(shí)驗(yàn)”中，必然會(huì)遇到諸多困難，這就需要另辟蹊徑，將解決問題的想法或創(chuàng)意付諸實(shí)踐，像工程師一樣去創(chuàng)造。

　　服務(wù)教學(xué)，化解學(xué)習(xí)疑難。遇到難題，我們鼓勵(lì)學(xué)生尋求“支架”，在教師的指導(dǎo)下，通過自制教具等豐富課程資源，降低學(xué)習(xí)難度，讓生物學(xué)學(xué)習(xí)有趣、有思、有效。例如，在“探究生男生女的概率是否均等”的模擬實(shí)驗(yàn)中，在教師指導(dǎo)下，學(xué)生創(chuàng)新思維，利用信息技術(shù)，對燈帶、燈泡及屏幕按照所需要求進(jìn)行編程，設(shè)計(jì)“基于Arduino編程探究生男生女概率是否均等的演示模型”，既能直觀演示卵細(xì)胞和精子受精的部位，又能實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)生男生女的比例，快速便捷的操作可以在短時(shí)間內(nèi)獲得大樣本的數(shù)據(jù)，使得實(shí)驗(yàn)結(jié)論更趨科學(xué)。

　　服務(wù)生活，增加家庭樂趣。家庭生活的每個(gè)角落都潛藏著有待解決的小難題。我們鼓勵(lì)學(xué)生利用學(xué)科知識，探索科學(xué)與生活的美好聯(lián)結(jié)，用奇思妙想點(diǎn)亮生活，用創(chuàng)意發(fā)明解鎖更綠色、智能、舒適的家居新體驗(yàn)，讓家庭生活彌漫科學(xué)味，溢滿情趣。

　　例如，能否設(shè)計(jì)制作一套家用裝置，不僅可以吃到新鮮、放心的蔬菜，又能扮靚居家環(huán)境，還能學(xué)習(xí)相關(guān)勞動(dòng)技能呢？在教師指導(dǎo)下，學(xué)生融合初中生物學(xué)、化學(xué)、物理等學(xué)科知識，把水產(chǎn)養(yǎng)殖與水耕栽培巧妙結(jié)合起來，設(shè)計(jì)制作出家庭小型太陽能魚菜共生系統(tǒng)，在較少外來干預(yù)的情況下自行穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)養(yǎng)魚不換水而無水質(zhì)憂患、種菜不施肥而正常生長的生態(tài)共生效應(yīng)。

　　服務(wù)社會(huì)，解決社區(qū)難題。社區(qū)是我們共同生活的家園，每名學(xué)生都是社區(qū)小主人。我們鼓勵(lì)學(xué)生為社區(qū)發(fā)展建言獻(xiàn)策，自覺承擔(dān)起關(guān)心社區(qū)、愛護(hù)社區(qū)、服務(wù)社區(qū)、建設(shè)社區(qū)的義務(wù)和責(zé)任。

　　例如，針對部分小區(qū)內(nèi)部道路傳統(tǒng)廣角鏡在夜間或惡劣天氣下因光線不足導(dǎo)致行人及車輛安全隱患的問題，學(xué)生受生物學(xué)課程中仿生學(xué)知識（蝙蝠超聲波定位原理和夜視動(dòng)物的紅外感應(yīng)原理）啟發(fā)，設(shè)計(jì)出基于仿生學(xué)原理的智能廣角鏡系統(tǒng)，利用超聲波傳感器、人體紅外傳感器與LED燈帶，實(shí)現(xiàn)了對行人或車輛的動(dòng)態(tài)感知與主動(dòng)警示功能，并采用太陽能供電系統(tǒng)保障環(huán)保節(jié)能，顯著提升了拐角處的安全系數(shù)，為交通設(shè)施智能化改造提供了低成本、高可行性的解決方案。

　　3 成為科學(xué)知識普及者

　　“大實(shí)驗(yàn)”突破傳統(tǒng)學(xué)科教學(xué)的時(shí)空限制，倡導(dǎo)學(xué)生走出實(shí)驗(yàn)室，把生物學(xué)實(shí)驗(yàn)向自然、社會(huì)延伸。這種雙向?qū)嵺`既拓展了學(xué)生自身科學(xué)認(rèn)知的深度，也為營造崇尚科學(xué)的社會(huì)氛圍注入活力。

　　倡導(dǎo)健康理念。新課標(biāo)明確指出“健康意識是指在掌握人體生理和衛(wèi)生保健知識的基礎(chǔ)上，關(guān)注身體內(nèi)外各種因素對健康的影響，形成健康生活的態(tài)度和行為習(xí)慣”。學(xué)生不僅是自身健康管理第一人，更要做健康理念倡導(dǎo)者。

　　例如，很多人不知道泡菜的安全食用時(shí)間，更不明白泡菜腌制過程中產(chǎn)生的亞硝酸鹽對人體的危害。在“舌尖上的安全——自制泡菜”實(shí)踐活動(dòng)中，學(xué)生通過設(shè)計(jì)安全食用泡菜宣傳海報(bào)，利用亞硝酸鹽快速檢測試劑盒，現(xiàn)場為居民檢測不同腌制時(shí)間的泡菜中亞硝酸鹽含量，提醒居民安全食用泡菜。在社區(qū)與校園的雙向互動(dòng)中，打造“家門口”的科學(xué)教育陣地。

　　傳播科學(xué)知識。充分利用社區(qū)周邊科技館、博物館、青少年宮等科普教育場所，為學(xué)生提供實(shí)地探索和互動(dòng)體驗(yàn)的機(jī)會(huì)。學(xué)生可以利用這些資源，變“集體游覽式”為“具身體驗(yàn)式”，向公眾普及科學(xué)知識。

　　例如，通過東營市科技館這一平臺，學(xué)生結(jié)合所學(xué)知識，化身場館科普志愿講解員，進(jìn)行生物遺傳等方面的專題科普宣講，向觀眾普及科學(xué)原理，傳播科學(xué)的生育觀念，樹立悅納自我的生活態(tài)度。

　　弘揚(yáng)科學(xué)家精神?？茖W(xué)家精神是科技工作者在長期科學(xué)實(shí)踐中積累的寶貴精神財(cái)富。東營這座城市，成長出了李華軍、李文華等多位科學(xué)家。

　　例如，學(xué)生采訪了“全國勞動(dòng)模范”、東營市一邦農(nóng)業(yè)科技開發(fā)有限公司董事長周紅。她帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)扎根黃河三角洲鹽堿荒灘，選育耐鹽堿品種，歷時(shí)10余年篩選出10余個(gè)耐鹽堿、高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)水稻品種，占當(dāng)?shù)刂魍破贩N的70%以上。團(tuán)隊(duì)同步開展小麥、大豆、油菜等耐鹽作物研究，引進(jìn)2000余份種質(zhì)資源，建成黃河三角洲首個(gè)全梯度鹽堿地試驗(yàn)示范基地，破解了“不毛之地”種植難題，鑄就農(nóng)業(yè)科技傳奇。學(xué)生通過開展科學(xué)家精神宣講活動(dòng)，不僅激發(fā)了熱愛家鄉(xiāng)、崇尚科學(xué)的情感，更在當(dāng)?shù)厣鐓^(qū)種下了一顆科學(xué)的種子，讓科學(xué)家精神傳播開來。

　　初中生物學(xué)“大實(shí)驗(yàn)”教學(xué)育人探索中，“探索”提高了學(xué)生的觀察能力、動(dòng)手操作能力和探究實(shí)踐能力，讓學(xué)生通過基于經(jīng)驗(yàn)的主動(dòng)建構(gòu)獲得知識和技能?！皠?chuàng)造”發(fā)展了學(xué)生的思辨創(chuàng)新與遷移運(yùn)用等高階思維能力，讓學(xué)生在學(xué)以致用中進(jìn)行創(chuàng)新轉(zhuǎn)化與創(chuàng)造實(shí)踐?！翱破铡弊寣W(xué)生體悟知識的實(shí)踐意義，進(jìn)而內(nèi)化科學(xué)精神、涵育社會(huì)責(zé)任，實(shí)現(xiàn)全面發(fā)展、健康成長。

　　（作者楊守菊單位系山東省東營市教育科學(xué)研究院；梁海燕單位系山東省東營市育才學(xué)校）

《中國教育報(bào)》2025年08月11日 第03版