“大實驗”教學提升學生科學素養

在東營市教育科學研究院和東營市科技館聯合舉辦的暑期科普活動中，學生動手進行實驗操作。岳慶玲 攝

東營市東營區文華學校學生在教師帶領下在黃河口濕地認識生物多樣性。郭天天 攝

　　生物學是一門以實驗為基礎的自然科學學科，做好實驗教學是落實立德樹人根本任務、培養學生核心素養的重要路徑。《教育部關于加強和改進中小學實驗教學的意見》提出，“實驗教學是國家課程方案和課程標準規定的重要教學內容，是培養創新人才的重要途徑”，“注重實效，強化學生實踐操作、情境體驗、探索求知、親身感悟和創新創造”。近年來，山東省東營市初中學校在東營市教科院指導下，在開齊開全學科常規實驗課基礎上，積極開展具有高價值、大場域、全時段、多類型、親經歷、廣參與等特征的“大實驗”，以“大實驗”為抓手，以“探·創·普”的實施路徑，讓學生在“大實驗”中成長。

　　1 像科學家一樣探索

　　“大實驗”教學讓學生以思考懷疑為出發點，以實證資料為判斷尺度，體驗、預見、構想生物發展變化的規律和趨勢，從而發展批判性思維能力，學會像科學家一樣探索。

　　生活經驗助抽象知識形象化。《義務教育生物學課程標準（2022年版）》（以下簡稱“新課標”）指出，要更加關注學生已有生活經驗，鼓勵學生通過觀察、思考并結合已有知識經驗提出可能性解釋。在生物學學習中，有些內容抽象艱澀，借助生活經驗可以使抽象知識形象化，讓學生的學習變得生動形象、簡單深刻。

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

　　學科嫁接促微觀原理具象化。學科知識不是孤立存在的，在教學中注入一點“綜合味”，往往會讓知識成為激活思維的催化劑。在教學中，我們鼓勵學生進行學科“嫁接”，在學科知識融合中，使微觀原理具象化。

　　例如，細胞膜具有“控制物質進出”的功能，這一知識點微觀而抽象。學生查閱資料后，結合化學知識進行卵殼膜演示實驗：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，一段時間后取兩個燒杯中的液體置于試管中，分別滴加碘液和硝酸銀溶液，觀察試管內溶液的變化，從而得出結論。“量身定做”的細胞膜模擬實驗，不僅巧妙地突破了難點，還促進了化學知識的跨學科滲透與應用。

　　2 像工程師一樣創造

　　學生在“大實驗”中，必然會遇到諸多困難，這就需要另辟蹊徑，將解決問題的想法或創意付諸實踐，像工程師一樣去創造。

　　服務教學，化解學習疑難。遇到難題，我們鼓勵學生尋求“支架”，在教師的指導下，通過自制教具等豐富課程資源，降低學習難度，讓生物學學習有趣、有思、有效。例如，在“探究生男生女的概率是否均等”的模擬實驗中，在教師指導下，學生創新思維，利用信息技術，對燈帶、燈泡及屏幕按照所需要求進行編程，設計“基于Arduino編程探究生男生女概率是否均等的演示模型”，既能直觀演示卵細胞和精子受精的部位，又能實時統計生男生女的比例，快速便捷的操作可以在短時間內獲得大樣本的數據，使得實驗結論更趨科學。

　　服務生活，增加家庭樂趣。家庭生活的每個角落都潛藏著有待解決的小難題。我們鼓勵學生利用學科知識，探索科學與生活的美好聯結，用奇思妙想點亮生活，用創意發明解鎖更綠色、智能、舒適的家居新體驗，讓家庭生活彌漫科學味，溢滿情趣。

　　例如，能否設計制作一套家用裝置，不僅可以吃到新鮮、放心的蔬菜，又能扮靚居家環境，還能學習相關勞動技能呢？在教師指導下，學生融合初中生物學、化學、物理等學科知識，把水產養殖與水耕栽培巧妙結合起來，設計制作出家庭小型太陽能魚菜共生系統，在較少外來干預的情況下自行穩定運轉，實現養魚不換水而無水質憂患、種菜不施肥而正常生長的生態共生效應。

　　服務社會，解決社區難題。社區是我們共同生活的家園，每名學生都是社區小主人。我們鼓勵學生為社區發展建言獻策，自覺承擔起關心社區、愛護社區、服務社區、建設社區的義務和責任。

　　例如，針對部分小區內部道路傳統廣角鏡在夜間或惡劣天氣下因光線不足導致行人及車輛安全隱患的問題，學生受生物學課程中仿生學知識（蝙蝠超聲波定位原理和夜視動物的紅外感應原理）啟發，設計出基于仿生學原理的智能廣角鏡系統，利用超聲波傳感器、人體紅外傳感器與LED燈帶，實現了對行人或車輛的動態感知與主動警示功能，并采用太陽能供電系統保障環保節能，顯著提升了拐角處的安全系數，為交通設施智能化改造提供了低成本、高可行性的解決方案。

　　3 成為科學知識普及者

　　“大實驗”突破傳統學科教學的時空限制，倡導學生走出實驗室，把生物學實驗向自然、社會延伸。這種雙向實踐既拓展了學生自身科學認知的深度，也為營造崇尚科學的社會氛圍注入活力。

　　倡導健康理念。新課標明確指出“健康意識是指在掌握人體生理和衛生保健知識的基礎上，關注身體內外各種因素對健康的影響，形成健康生活的態度和行為習慣”。學生不僅是自身健康管理第一人，更要做健康理念倡導者。

　　例如，很多人不知道泡菜的安全食用時間，更不明白泡菜腌制過程中產生的亞硝酸鹽對人體的危害。在“舌尖上的安全——自制泡菜”實踐活動中，學生通過設計安全食用泡菜宣傳海報，利用亞硝酸鹽快速檢測試劑盒，現場為居民檢測不同腌制時間的泡菜中亞硝酸鹽含量，提醒居民安全食用泡菜。在社區與校園的雙向互動中，打造“家門口”的科學教育陣地。

　　傳播科學知識。充分利用社區周邊科技館、博物館、青少年宮等科普教育場所，為學生提供實地探索和互動體驗的機會。學生可以利用這些資源，變“集體游覽式”為“具身體驗式”，向公眾普及科學知識。

　　例如，通過東營市科技館這一平臺，學生結合所學知識，化身場館科普志愿講解員，進行生物遺傳等方面的專題科普宣講，向觀眾普及科學原理，傳播科學的生育觀念，樹立悅納自我的生活態度。

　　弘揚科學家精神。科學家精神是科技工作者在長期科學實踐中積累的寶貴精神財富。東營這座城市，成長出了李華軍、李文華等多位科學家。

　　例如，學生采訪了“全國勞動模范”、東營市一邦農業科技開發有限公司董事長周紅。她帶領團隊扎根黃河三角洲鹽堿荒灘，選育耐鹽堿品種，歷時10余年篩選出10余個耐鹽堿、高產優質水稻品種，占當地主推品種的70%以上。團隊同步開展小麥、大豆、油菜等耐鹽作物研究，引進2000余份種質資源，建成黃河三角洲首個全梯度鹽堿地試驗示范基地，破解了“不毛之地”種植難題，鑄就農業科技傳奇。學生通過開展科學家精神宣講活動，不僅激發了熱愛家鄉、崇尚科學的情感，更在當地社區種下了一顆科學的種子，讓科學家精神傳播開來。

　　初中生物學“大實驗”教學育人探索中，“探索”提高了學生的觀察能力、動手操作能力和探究實踐能力，讓學生通過基于經驗的主動建構獲得知識和技能。“創造”發展了學生的思辨創新與遷移運用等高階思維能力，讓學生在學以致用中進行創新轉化與創造實踐。“科普”讓學生體悟知識的實踐意義，進而內化科學精神、涵育社會責任，實現全面發展、健康成長。

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

《中國教育報》2025年08月11日 第03版