基于初中科学核心素养下的实验教学设计与实践
作者：***
来源：《中学课程辅导·教师通讯》2019年第24期
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【内容摘要】科学学科的核心素养是学生在接受科学教育过程逐步形成的适应个人终身发展和社会发展需要的必备品格和关键能力，创新实验设计促进学生核心素养的发展。 【关键词】核心素养 创新实验 一、问题提出
科学是一门以实验为基础的学科。科学实验伴随着学习的全过程，是培养学生科学核心素养的重要载体。核心素养是学生通过科学学习内化的带有科学学科特定的品质，主要包括科学观念与应用、科学思维与创新、科学探究与交流、科学态度与责任四方面。实验教学需要从四方面进行设计，发展学生科学核心素养。
梅里尔强调要将学习置于真实的、联系生活或任务序列之中[1]。教学任务应置于真实、循序渐进的任务序列中，在实际问题情境中解决完成。教学设计应先提出问题或者任务，针对问题设计教学环节，在各部分教学环节中完成该任务，并将所学到的知识运用到实际中从而促进学生科学素养的发展。
本文将以“光合作用”为例，立足于发展学生核心素养，以任务驱动为实验教学核心设计，谈谈如何在初中科学实验教学中发展学生的科学学科素养。 二、课堂实验教学设计与实践 （一）学习任务分析
本课时是浙教版初中科学八年级下册第3章“空气与生命”第6节——光合作用。本课时介绍光合作用的原理和设计不同的实验，验证光合作用的条件、产物和原料，由现象到本质，由原理到实验进行学习。教材安排了验证“光合作用条件、产物和原料”的活动，让学生领会实验设计的思想方法，经历实验方案不断修改完成的过程，掌握水浴加热、脱色处理等基本实验技能。
（二）教学过程
1.巧用生活情景，引入新课教学
核心素养中自主发展方面包括学会学习和健康生活。巧用生活事例、自然现象引入新课，在于引起学生的学习欲望，调动学习主动性。熟悉的但又未知的知识情景，能激活学生主动学习的意识，引发学生积极思维，使学生乐学、想学。 案例：《光合作用》引入片段
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本节课恰逢立夏，本地有吃立夏饼的习俗。我以吃“立夏饼”为生活材料设计引入，先请同学们讲讲立夏的风俗，在熟悉的生活情景中展示新情景——在做光合作用实验时，拿起立夏饼，发现被手指接触的部分出现变色。
教师：立夏饼变成了什么颜色呢？结合你所学过的知识，请解释变色原因？ 学生：是老师的手上沾有碘液，淀粉遇到碘液变蓝。 教师：淀粉遇到碘液真的会变蓝吗？让我们亲自来验证。
之后，学生自主挑选试验材料，进行验证并交流——粥汤与碘液实验。
教师：感谢同学们帮我释疑。但是，我发现：同学们饿了，会吃食物，然后长大长高。但是植物并不会吃东西，是如何长大长高的呢？
设计意图：从生活化的情景入手，在讨论过程中，突然抛出不一样的问题，激发学生的求知欲，不知不觉地引入新课教学。问题的设置使学生经历理性思辨、思考质疑、取证验证，促进学生科学核心素养的发展。而本实验中获得的结论，将贯穿于本节课的课堂设计，“淀粉遇碘液变蓝”结论将作为验证光合作用产物的判定标准。 2.设置问题引导，构建教学情境
连续问题导引能促进学生自主学习。而将问题具体化，情景化的处理，能构建适合课堂实验探究的简化情境，引导学生思考，发展学生科学思维，促进学生学习能力提升。 案例：《光合作用》片段——任务一：设计光合作用名片
教师：阅读课本P107页光合作用的原理，为光合作用制作一张名片。 教师：光合作用真是这样吗？植物真的能通过光合作用产生淀粉吗？ 学生阅读课本，完成名片设计，如图1，并展示、交流、评价。
教师：我们就来验证光合作用的原料、条件、产物。但是课堂时间有限，不可能穷尽所有的研究，同学们想验证哪些呢？ 学生：验证光合作用产生淀粉。
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设计意图：学生结合小学已有的光合作用知识，通过科学教学方法，培养其分析、归纳、整理的能力。通过对光合作用原理的探索，引导出本节课实验探究的核心问题——验证研究光合作用产生淀粉。
3.聚焦学习任务，进行验证实验
实验教学是初中科学教学的重点。在教学中，应着重培养学生在真实情境中提出科学问题、形成猜想和假设，用问题促进学生改进和优化设计方案，用科学的方法获取信息、形成结论，培养学生交流、评估、反思的能力[2]。而实验课中，任务驱动、问题导引是较为有效的方法之一。
案例：《光合作用》片段——任务二：验证光合作用产生淀粉 （1）问题导引，激发冲突
问题1：我们怎样检验淀粉的存在？
问题2：如果光合作用能够产生淀粉，则叶片中的淀粉怎么检验？ 学生：将碘液滴入叶片，觀察叶片是否变色。（呼应课堂导入的新知） 教师：这样真的可以吗？每个小组试一试。 实验结果：滴加了碘液的叶片不变色。
设计意图：连续的问题，引导学生思考检验淀粉的方法，从已有认知和实验现象的不同引起学生认知冲突，促使学生进行有意义的学习。而课堂直接迁移新课所得，提升了学生的思维水平，发展学生迁移知识能力。 （2）构建支架，探索认知
教师：我们发现，直接在叶片上滴加碘液，无法观察到叶片变色。这能说明叶片中没有淀粉吗？
教师补充：碘液进入叶肉细胞较难且慢。叶肉细胞中淀粉遇碘变紫，但受叶片本身绿色的干扰，使变色不明显。那怎样使现象明显呢？ 学生：使叶片褪色。
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教师再补充：叶绿素使叶片看上去为绿色。叶绿素容易溶解在酒精中，这样可以脱去叶片的颜色，变为黄白色。研究发现：在相对较高的温度，叶绿素能够较快的溶解到酒精里。而书本中，采用水浴加热。实验室选用500ml的大烧杯搭配150ml的小烧杯进行水浴。 学生提问：直接用酒精灯加热酒精进行脱色不行吗？
教师又补充：我做了两个实验，如图2。我们发现，直接用酒精灯加热酒精进行脱色时，酒精将快速挥发，弥散在空气中，有着火的危险。
设计意图：对于水浴加热、酒精脱色，学生毫无知识基础。面对与认知水平不相符的实验设计与操作时，我们可以采用“铺垫实验”策略。铺垫实验——酒精直接加热脱色的设计，弥补了学生原有认知水平的不足，直观展现两种方案的效果，促使学生尊重实验事实，形成解决问题的方法。
（3）设计方案，自主实验
教师：请同学们小组合作，完善实验方案，再进行实验验证。 学生：小组合作交流，完成实验方案设计并验证，如图3。
设计意图：让学生经历探究的过程，学会方案设计与改进、水浴法加热、酒精脱色等基本操作技能，体验探究活动中的分析、比较、想象、综合等思维活动，发展学生批判质疑精神，多角度、辩证分析问题，作出合理的选择。 （4）分析结果，交流评价
事先准备的实验材料，取自于校园内现采的植物，8组实验小组的材料均不同：三叶草叶片、豌豆叶片、小盆草叶片、苎麻叶片、天竺葵叶片……学生进行实验后，进行小组交流与评价。
设计意图：实验材料、光合作用时间、小组操作的不同，都会造成实验结果的多样性。这更能激发学生的交流能力和创造性，发展学生勇于探究的科学素养。在交流中，生成了很多值得探究的问题：碘液浓度对于染色的影响，叶片表皮结构对于显色的影响，酒精浓度与叶片褪色后脆硬程度的影响……
4.迁移课堂新知，提升思维能力
当学生有机会操作，并将所学的技能应用到各类具体问题时，技能水平才会提高。在课堂中迁移所学新知，应用于具体的真实情境中，能促进学生思维的发展。
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案例：《光合作用》片段——任务三：验证光照是光合作用的发生条件
教师：通过刚才的实验，我们验证光合作用能产生淀粉。现在，验证光照是光合作用的发生条件，我们该如何设计呢？小组合作，讨论设计。 实验梯度设置：
问题1：本实验观测指标是什么？ 问题2：本实验自变量是什么？
问题3：在有无光照的条件下，植物叶片中淀粉含量会如何变化？ 问题4：如果叶片中原来就有淀粉，我们将如何处理呢？ ……
学生通过合作，交流方案，形成验证光照是光合作用的发生条件实验设计，如图4。 创新实验：教师事先将豌豆进行暗处理、遮光、光照三步。课前五分钟，用水浴进行酒精脱色，但是大烧杯加入热水，小烧杯内放入酒精和叶片后，不进行酒精加热，而用两块干燥的毛巾紧紧包裹。此环节时（课堂进行约30分钟），豌豆叶已经脱去叶绿色，变为白色，取出豌豆叶，进行漂洗、加碘液处理。
设计意图：迁移任务二中的结论作为任务三实验设计的观察指标。这样的实验设计，梯度呈现，循环上升，为光照条件实验设计做铺垫，降低学习难度。而创新实验的演示，缩短水浴加热的时间，丰富酒精脱色的方法，凸显酒精脱色的本质，对学生有较强震撼。学生体验了发现问题，分析综合，推理论证，方案改进等科学思维与创新的探究行为，促进学生科学素养的发展。
5.创新实验演示，拓展思维空间
创新实验，拓展学生思维空间，激发求知欲，提升学生的思维、设计、实践能力。利用新材料改进实验本身，是实验创新的基本方向，也是解决疑难实验的突破口。 案例：《光合作用》片段——演示：验证二氧化碳是光合作用的原料
将BTB试剂（溴百里酚蓝试剂），吹入大量二氧化碳，使试剂由蓝色变为黄绿色（让学生当堂吹起，观察BTB溶液颜色变化）。取三只试管，A、B两支试管放入等量金鱼藻，C作
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为对照，不放金鱼藻。A、C倒入等量的黄绿色BTB试剂溶液，B倒入等量蓝色BTB试剂溶液，放在阳光下。
实验现象：A试管中溶液由黄绿色变为淡蓝色，B、C试管中颜色变化不明显。现象分析：由于A试管中金鱼藻进行了光合作用使二氧化碳明显减少，BTB试剂才发生了颜色变化。实验结论：二氧化碳是光合作用的原料。
设计意图：采用BTB试剂突破教材实验中二氧化碳量难以控制的难点，实现光合作用原料、条件、产物的验证。激发学生用其他实验去探究光合作用的影响因素，发展学生批判质疑的能力。
三、科学实验教学思考
本节课以“创设情境，引入课题——任务驱动，验证实验——迁移新知，二次设计——创新实验，拓展思维”的实验教学。在实验教学的各个环节中，灵活运用手段，结合知识特点，激发探究兴趣，注重思维发展，培养探究能力，提高评价水平，发展科学核心素养。在实验教学中，让我明白还有很多方面需要提高。 1.实验教学应注重教学情境创设
“科学探究与交流”是指具有科學探究的意识，能在真实情境中提出科学问题。“情境——问题——探究——认知”的认知构建，合适的情境创设提高学生核心素养。 2.实验教学环节可以采取多种教学方式
实验教学可以是探究式、启发式、任务驱动、聚焦问题、问题导引。但是每一个环节，都可以采取不同的方法。我认为，实验教学的理想方式是在情境中探究问题，在探究中构建知识，在应用中启迪思维。 3.实验教学催生教学相长
《光合作用》这节课后，师生都产生了很多有兴趣的研究问题，相互交流促进教学相长。在交流中，生成了很多值得探究的问题：碘液浓度对于染色的影响，叶片表皮结构对于显色的影响，酒精浓度与叶片褪色后脆硬程度的影响…… 【参考文献】
[1]范丹丹. 基于首要教学原理的初中科学微课教学设计研究[D].杭州师范大学，2018. [2]李丹洋. 物理核心素养在初中物理教材中的体现分析[D].贵州师范大学，2019.
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（作者单位：浙江省杭州市余杭区乔司中学）
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