科学思维和生命观念下的生物实验互动教学

    唐传水

    摘 ?要 以观察草履虫的外形、运动和趋性为例，探索生物实验互动教学，以培养学生生物核心素养为导向，合理设置内容，深入挖掘资源，改进生物实验教学。

    关键词 科学思维;生命观念;核心素养;生物实验;草履虫;多媒体互动实验室;显微镜

    中图分类号：G633.91 ? ?文献标识码：B

    文章编号：1671-489X（2020）11-0119-03

    1 前言

    新课程改革以核心素养体系为核心，对于生物教学来说，教学设计、教学理念、教育科研等也应作出相应改变。科学思维是生物学核心素养的重要组成部分，是形成生命观念的重要途径。生命观念是生物学的基础素养之一。

    实验教学是生物教学的基本形式之一，是一种探究活动，对培养学生的科学思维和生命观念具有积极作用。生物学是研究生命体的学科，在实验教学中培养学生的生命观念，帮助学生更加深入地了解生命现象，激发对未知事物的探索和创新，形成正确的人生观和价值观，同时可以提高学生的探究能力、实验操作能力，培养学生的综合素养。

    2 课程标准对生物学科核心素养培养的要求

    学科核心素养是通过学科的学习，形成关键能力、必备品格以及正确的价值观念，集中体现了学科育人的价值。对于生物课程来说，学生可以认识到生物学的重要作用，了解生物学在促进科技发展、人与自然和谐共处、提高人类生活质量方面的意义。在学习中，学生应形成科学思维的习惯，利用生物学的知识、逻辑、证据等思考生物学议题;树立生命观念，探索生命规律，认识生命现象;在面对现实世界的挑战时能够抵制不良生活习惯，利用生物学知识主动宣传引导，承担社会责任;具有开展生物学实践活动的意愿，为继续学习和未来进入社会打下基础。在生物学科学习中，学生要善于从实践的层面解决生活中的问题，形成合作精神，掌握科学的探究思路和方法，提高认识和实践能力。

    根据新课程标准，在生物教学过程中要让学生主动参与学习，学习解决问题的思路和方法以及生物学家在研究过程中所持有的观点等，使学生能够亲自经历生物研究过程，从提出问题、获取信息到发现规律等，从而培养理性思维的习惯，获得生物学知识，发展终身学习的能力，形成积极的科学态度。

    对于本次研究中選取的观察草履虫的外形、运动和趋性生物实验，要帮助学生建构概念，形成科学的思维，综合归纳，形成正确的生命观念;要能够直观感知，进行科学探究，实行多媒体互动，通过生物实验教学激发学生的学习兴趣;重视生物的实践过程，强调参与，培养学生的核心素养，提高学生的综合素质。

    3 观察草履虫的外形、运动和趋性的教学设计与实施

    分析教材与学情 ?本次研究生物实验互动教学课程，选取“观察草履虫的外形、运动和趋性”，实际上就是对单细胞生物体的观察和学习。通过观察草履虫的实验任务，使学生认识到单个细胞也能构成生物体，学习单细胞生物生命活动特点、形态特点等。这一时期的学生有较强的好奇心和探究欲望以及强烈的动手欲望，对生物课比较感兴趣。在本次生物实验教学中，笔者通过利用学校资源和教学素材，引导学生进行微观探秘，培养学生的科学思维和生命观念。

    教学目标 ?根据课程标准以及本次实验教学的内容，设计教学目标，培养学生的核心素养。教学目标包括：

    1）通过小组合作学习，学生自主观察，使用多媒体互动，引导学生应用归纳与概括等思维方法，建构科学概念，总结相关概念内涵，学会对草履虫的外形、运动和趋性进行判断;

    2）进行实验观察，使学生直观观察感知草履虫，分析外形、运动和趋性，形成生命观念;

    3）进行假设，研究草履虫的趋性，设计实验并引导学生完成，科学探究，进行总结，获得结论;

    4）发展学生的核心素养。

    基于草履虫培养方法的实践，让学生关注草履虫培养的研究方法，调动学生的积极性和主动性，提出可行的实验方案。

    生物实验互动教学过程

    1）成立生物兴趣小组并做先期研学。在课前，学生利用各种平台进行资料搜集，或者翻阅书刊，从国外相关的网站检索信息，了解相关知识。教师可以向学生介绍寻找资料的方式和平台。通过课前搜集资料，为科学探究做好准备。学生打印、摘抄搜集的资料，然后采集草履虫进行培养。

    ①采集草履虫。在学校周边可以采集草履虫，比如稻田水域、水池等。

    ②对草履虫进行培养。学生收集干稻草，选取近根部5 g，剪成小段，大约每段16 mm;准备容积为1000 mL的烧杯，在其中放入干稻草，加500 mL清水;然后煮沸，持续大约5～8分钟;放置24小时冷却，形成稻草培养液;培养15天，保持室温28 ℃。学生通过亲自动手，培养草履虫，感受科学研究的过程。

    2）运用多媒体互动实验室探究草履虫的外形和运动。教师引导学生使用多媒体互动实验室进行探究实验。草履虫培养液是学生自己准备好的。每个学生都有自己的操作台，可以使用互动实验设备、双目显微镜等。在最前面的操作台上，教师可以掌控全班的课堂实验教学情况，及时发现问题，指导单个学生的实验操作。通过计算机，教师可以看到学生在显微镜下观察的物像。同时，在最前端的大屏幕上投射学生观察的物像，从而实现课堂实验的实时交互。

    ①观察草履虫的外形。利用显微镜，对草履虫的外形进行观察。学生概述草履虫的外形结构特点，对草履虫的外形有一定的了解，构建生物多样性、统一性的概念。

    ②对草履虫的运动进行观察。分析总结草履虫的具体运动情况，包括变形运动、旋转运动、不定向运动、快速直线运动。

    在交互实验中，观察真实的草履虫的外形和运动，培养学生对生物的兴趣，开阔学生的视野。通过实验，帮助学生有效建构科学概念，认识到作为单细胞生物的草履虫具有运动能力。

    通过教学设计，教师为学生进行生物交互实验创设良好的条件，充分利用学校的资源。在多媒体互动实验室中，引导学生使用电子目镜投影，能够对草履虫进行全面观察，使學生亲历微观世界的学习乐趣，进行深入的科学探究，进而激发学生学习的兴趣，增加课堂教学的交互性、及时性，培养学生的核心素养和科学思维。

    3）探究草履虫的趋性。观察分析草履虫的外形和运动后，探讨草履虫的趋性。把学生分为若干小组，通过深入分析，提出不同的方案，比如观察草履虫在唾液中的趋性、不同温度的水中草履虫的趋性、不同颜色的光照下草履虫的趋性、草履虫在电场中的趋性等。教师根据学生的讨论，选取有可操作性的实验方案，进一步进行分析。

    第一种：草履虫在电场中的趋性研究。使用载玻片，将一滴草履虫培养液滴在上面。在培养液中，草履虫均匀分布。使用两根导线，连接一号电池。草履虫培养液的上、下两侧分别连接电池的正极和负极，从而形成一个微弱的电场。电场作用七分钟，然后对草履虫的运动进行观察。结果发现，在负极一侧，有大部分的草履虫在活动，反映了在电场中草履虫对负极有正趋性。通过生物实验探究，使学生感受实验的快乐、参与的喜悦，体会到鲜活的世界，在快乐中学习，培养科学思维。通过生物实验观察，明确草履虫是由单细胞构成的。观察草履虫的外形、运动和趋性，了解单细胞生物能够独立完成生命活动，生物体结构和功能的基本单位是细胞，从而形成正确的生命观念，建构生物学的重要概念。

    第二种：对草履虫对食盐水的趋性进行探究。使用载玻片，将一滴草履虫培养液滴在一端;滴加一滴清水在载玻片的另一端，两边液体使用牙签连接起来;将食盐粒放入草履虫培养液的一端，观察草履虫的反应情况。学生录制草履虫的趋性实验出现困难，使用显微镜进行观察，视野范围太小，对草履虫的趋性运动难以捕捉。学生最后发现，可以使用普通摄像机进行录制，在载玻片的一侧打强光，进行肉眼观察，能够达到理想的效果。学生观察到草履虫移动时碰上右侧的食盐水，马上掉头向反方向游去，反映了对于食盐，草履虫的运动有负趋性。

    本次教学设计，学生课前和课上搜索资料，课堂中结合使用普通实验室、多媒体互动教室，构建生物教学平台，进行生物科学实验研究。

    4 教学感悟与反思

    本次观察草履虫的外形、运动和趋性实验活动，前后历时两个月。学生从采集资源，到培养草履虫进行观察分析，参与动手实验，准备实验材料，观察实验过程，最终完成实验任务。整体过程包括：3月12日到4月12日，学生建立小组，开始搜集资料，进行草履虫的培养;4月13日到18日，小组成员对实验方案进行讨论和修改;4月19日到25日，观察草履虫，在生物实验室进行大概了解，然后在多媒体互动实验室进一步观察分析其外形、运动和趋性，并对其趋性研究的实验方案进行讨论;5月5日到12日，完成观察草履虫的趋性实验。

    学生对自己的实验过程进行总结，从建立学习小组到完成实验，虽然中间遇到一些问题，但能够积极解决;使用网络搜索资料，学会搜集整理资料、主动获取知识的方

    法;利用学校多媒体互动实验教室进行观察研究，直观感知丰富多彩的微观世界，对生物实验教学有了全新的认识，从中体会科学实验的作用，形成科学的知识体系。

    利用多媒体互动实验室，能够有效提升生物实验教学质量。学生通过显微镜观察草履虫的外形、运动，了解生物现象;借助多媒体设备，实时展现观察的图像。在教学中，学生和学生之间、教师和学生之间进行互动，发现问题、分析问题、共同解决。教师合理使用数字化媒体，能够激发学生的学习兴趣，营造良好的氛围，提升生物教学的质量。

    本次生物实验教学活动获得圆满成功。在教学中，教师首先进行合理的教学设计，充分利用学校的资源;然后建立学习小组，引导全体学生共同参与，共同研究学习，培养学生团队合作的精神。学生使用网络搜索资料，利用学校的教学资源观察生物现象，自己动手完成实验，进行全程的科学探究。

    5 结语

    本文以观察草履虫的外形、运动和趋性为例，开展生物实验互动教学，培养学生的科学思维和生命观念。教学中充分利用各种资源，开阔学生的视野，形成科学概念和生命观念，帮助学生亲历科学研究的过程，进行数字化学习及实践，有利于培养学生的生物学核心素养。

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