模拟+生物教学设计运用：基于提升学生学科思维的策略

江 洪

生物学科是学生初中阶段第一个涉及自然科学实验的学科，考虑课时及实验材料、器材、成本等因素，人教版初中生物四册教材整体收录的实验内容不多。基于培养学生的联想、类比、归纳、推理等思维习惯，提升课堂学习效率，教师可拓展思路，借助“模拟+”设计思路，开展更多的创新教学设计。

调研中我发现，目前由于受师资、课时、场地、学情等因素影响，部分生物教师尤其是乡镇教师对于生物教学的定位存在偏差，把生物当作文科来上，教材内容以讲述为主，过多强调默、背，课堂效果不佳，学生没有真正建构自己的生物知识框架，对学生思维提升不利。

教师对生物教学观念的转变要从教学设计改变开始。借助企业管理运用模式，将模拟教学逐渐引入教学设计，模拟是对真实事物或者过程通过一定手段的虚拟呈现。模拟的关键包括有效信息的获取、关键特性和表现的选定、近似简化和假设的应用，这是一种使学生在信息获取、技能训练及决策能力等方面得到锻炼的教学方法。人教版初中生物教材在内容编排方面已经选用了一些模拟教学资源，如七年级下册的《模拟肺的呼吸》、八年级下册的《模拟酸雨对植物的影响》《模拟生男生女概率》等模拟实验。

运用模拟的重现度和有效性。我在实践中提炼总结出“模拟+”设计模式，“模拟+”是指教师依托不同的教材内容背景，有意识地将“模拟+思维”迁移到生物教学设计中，运用模拟器具或模拟情境，建构模拟实验；或使学生模拟科学家经典实验，突出教学设计对学生思维习惯培养点。如“模拟+联想”“模拟+推理”等，通过参与产生问题互动，使学生在解决问题的过程中提升学科思维。

（一）“模拟+”设计模式

图3-30　“模拟+”设计模式

（二）“模拟+思维”设计模式运用示例

1.模拟情境+联想

针对教材中一些文字叙述较多的情况，可对教材上的内容进行模拟实验设计。生物学科是一门实验学科，有些陈述性过多的内容并不能吸引学生注意力，有的老师常常将生物课上成“政治课”或“语文课”，没有凸显生物学科作为自然科学的实验探究魅力。在实践中，这些内容其实完全可以通过一些模拟实验方法加以突破。

案例一：在讲述《自然界的物质循环》时，我设计了一个模拟水土流失的实验，用甲、乙两块木板，甲木板上放已枯死草皮，乙木板放生长良好草皮。分别用水冲刷，可清晰看到甲木板始终流黄泥水，乙木板刚刚开始流的是黄泥水，很快流的是清水。该实验很好地说明了植被在防止水土流失方面发挥的作用。

案例二：在讲述《生物圈的作用》时，学生对湿地的作用并不清楚，我就设计如下实验。选甲、乙两块等体积大海绵，将甲海绵用水湿润，乙海绵不做任何处理，分别放入两培养皿中。然后给两海绵分别注水，出乎学生意料，乙海绵1分钟后很快渗出水，甲海绵则3分多钟才渗水。通过此实验，学生对湿地作用有了明确认识。在条件许可情况下，我们应尽可能多打开教学思路，设计好模拟实验，也鼓励学生大胆进行模拟实验设计，让学生有更多参与、思考的机会。

2.模拟材料（结构）+类比

学校现阶段实验室教具种类少，或因年代久远而破损，我们利用学校一年一度科技文化艺术节契机，组织生物组老师一起广泛发动学生利用各种材料制作生物模型。学生通过类比思维，使用各种材料，小至用不同颜色橡皮泥制作的细胞模型、毛绳制作的神经元模型，大至用硬纸皮、松紧带制作的关节模型，用废油壶、气球制成的肺呼吸模型。老师上课使用这些生物模型时学生特别有认同感，这些生物模型在教学中发挥了良好作用，也充实了生物实验室的资源。

生物学科在学校开展各种活动常常会受到一些局限，经费开支也较紧张，基于校情实际，少花钱甚至不花钱多办事应成为我们的实验教学思路。在不影响教学效果的情况下，可适当对教材中一些成本较高的实验材料换用相对实验成本较低的材料。

在做小鱼尾鳍观察实验时，若用小鱼做实验，往往一个班做完，小鱼也就死了。我们发现用泥鳅来做实验，效果同样很明显，而且一条小泥鳅可以供整个年级做完实验，它还是活蹦乱跳的。

在观察花的结构时，由于季节原因，无法用桃花进行观察，我们就用菜花进行观察，成本很低。而且还观察到菜花上的雄蕊呈现的不同情况，效果很好。

“光合作用”是教材中一个重要内容，作为实验材料的天竺葵有时不容易找到，我就发动学生尝试用其他一些绿色植物来替代。学生发现用红薯叶做实验效果也非常好，而且更便宜。

结构与功能相适应是生物教学的一个基本观点，同类型的实验可以尝试使用不同的实验材料。这样的差异运用，对于学生理解生物学知识、提升类比思维有积极影响。

3.模拟操作+分析(www.xing528.com)

学生实验都会出现问题，有时教师反复强调也没有太大作用。怎么去改变？拍摄“错误实验视频”是一个积极尝试。

在“显微镜操作”一节中，学生做完实验后，先播放一段拍摄视频，视频出现的中学生单手提显微镜镜臂，眼睛看目镜但两手直接转动粗准焦螺旋，使物镜向下等实验片段都引起学生善意的笑声。通过这样的形式，学生对实验操作有了更好的理解。学生在“临时装片制作”的操作中，错误的显微镜操作大大减少。

这种模拟学生实验错误的做法意外成为学生的一个关注点与兴奋点。在一些经典实验课前，可有意识地拍摄部分学生实验不规范的做法，让学生在实验后观看，对实验做法进行横向对比。通过这种形式引导他们讨论得出正确做法，这对学生提高分析能力大有帮助。

4.模拟动画+归纳

对于一些时间周期长、不容易解剖与观察、学生不容易理解的生物现象，如种子萌发、视觉的形成、尿液的形成、人体的消化等，都可利用flash等动画软件制作成相关模拟内容。可以设计一些便于操作的互动按钮，形成一个“模拟实验室”，并逐渐形成一个“模拟实验库”，以弥补无法开展实验或实验现象不明显的不足。

在“根的生长”一节教学中，由于植物根尖细小，教师借助于模拟植物根尖生长动画，使学生对植物根冠、分生区、伸长区、成熟区动态变化有更清楚的认识，不再认为根尖结构是一成不变的。通过观察、分析，学生学会了归纳根尖结构与功能。

但必须指出，教师应该对照学生课标要求，学生该做的实验还是要做，不能片面以多媒体实验动画来代替实验。看完动画后，可以训练学生尝试利用思维导图，对模拟动画呈现的结构进行图例化归纳表述，建构真正意义上的概念教学。

5.模拟经典+推理

质疑是学生应该培养的品质，教材上列举了大量科学家的经典实验，教师要引导学生思考这些实验为什么这样设计、为什么使用这种材料、换用其他材料行不行等问题，在探究中尝试替换其中一些实验材料。通过模拟科学家的经典探究实验，让学生学会推理和分析，学会对科学探究有自己更深更独到的理解。在上《光合作用的发现》一节时，我做了如下尝试：

师：“当人们重复普里斯特利的实验时，有时会成功，有时会失败，请大家想一想什么时候会成功，什么时候会失败呢？曾琪同学也模拟普里斯特利的方法做了一个实验，请曾琪同学说说他的实验。”

曾琪：第一幅照片是在密闭的玻璃缸里点了一支蜡烛，放入一只虫，过了两小时后，蜡烛灭了，虫也死了，所以我拍了第二幅照片。第三幅照片是后来我将一盆植物和小虫都放到密闭的玻璃缸里，结果植物和小虫都很正常地活着。第四幅照片是把蜡烛和植物放到密闭的玻璃缸里，蜡烛燃烧得很久。（数码照片取的角度不是太正，小虫显得不是很清晰，但下面的同学看得津津有味，听着曾琪的介绍，不时发出善意的笑声）

师：哪位同学有问题要问吗？

（有同学问：你的实验是在白天进行还是在夜晚进行。旁边有同学补充：应该问是在光下还是在黑暗处）

曾琪：在光下进行。

（有同学问：你的实验得到什么结论）

曾琪：我认为，前面两幅照片说明虫呼吸需要氧气，蜡烛燃烧消耗完了玻璃缸里的氧气后，小虫会死。氧气没有了，蜡烛也灭了。第三、四幅照片得到的结论是植物能提供氧气，所以小虫能活，蜡烛燃烧得较久……

鼓励学生模拟科学家的经典实验，让学生通过自主学习展示知识发生过程，最终帮助学生深刻理解知识和运用知识。实验的结论可能幼稚，也可能错误，但这并不重要，重要的是这是学生自己通过推理而获取的发现。从前人设计实验的过程中悟出科学研究方法，这种思维习惯也会为学生今后的可持续发展打下良好基础。

（三）“模拟+”设计运用要注意的问题

虽然在教学中引入模拟教学有许多优点，但也要注意几个问题，在可能的条件下，还应该注意实验过程与结果的真实性，避免模拟实验结果可能对学生产生的误导；要注重引导模拟实验现象引申出来的问题。如教师在设计模拟血型的鉴定实验时，由于化学试剂的配置实效问题，实验现象就出现了偏差。因此，在设计模拟教学时，设计的实验原理、步骤科学性如何，制作的模型、替换的材料安全性、适用性有无问题，这些都是我们教师在备课时应考虑的问题。

秉承让不同学生都得到适合发展的理念，这十年的教学实践中，我借助“模拟+”设计模式，在优化教学成本、拓展教学思维、开发可持续课程教学资源等方面都取得了较好效果。学生的创新思维与实践能力的提高应落实在课堂教学中，爱迪生小时候曾闹过自己模拟母鸡孵化小鸡的笑话，但他母亲的宽容与鼓励使他成为改变人类生活的发明家。教学上更多地引入“模拟+”设计，通过“模拟+思维”模式使学生在课堂上比较清晰地建构生物学的概念。让学生在模拟中实验、在实验中模拟、在模拟中思维，换个角度去认识学科的另一面、去学会解决问题，这是提升学生创新思维品质与动手能力的绝佳途径。