初中生物“五彩实验课堂”模式的构建与实践研究
2025-07-03
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大众日报
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□程峰 孔芳芳
生物学是一门以实验为基础的科学，实验教学在生物教育中占据着关键地位。而传统的生物实验教学课堂模式已经不能适应教育理念的更新和时代的发展，出现了价值引领薄弱、技术融合不足、创新维度单一、跨学科整合与前沿拓展欠缺等问题。为此，本文构建了“五彩实验课堂”模式，通过主题色与生物学大概念的映射关系，实现实验教学的结构化升级。
1.立足科学创新，创建五彩实验课堂
1.1渗透课程思政元素，构建“思政红”课堂
红色象征课程思政理念。在“思政红”实验课堂中，寻找契合初中生物实验的思政元素，并将其以背景资料、实验设计理念、操作规范等形式进行渗透。例如，在“观察细菌的结构”实验中，以“细菌与人类健康辩证”为主题，引导学生分析辩论微生物的利与弊，100%学生达成“科技向善”共识，92%主动设计校园洗手宣传方案。学生在家国情怀、生态文明、劳动意识、人文精神、哲学思维等维度都得到显著提升。
1.2绘制生物实验实地地图，构建“实地绿”课堂
绿色代表生态可持续，强调在真实情境中解决真实问题。教学中，教师应充分利用社区生物学课程资源，带领学生到真实环境和生物生产基地中进行实践探究，以项目化的方式完成大单元学习，帮助学生理解生物学概念，进行实验设计，开拓生物视野，身临其境地感受生物的奥秘。例如，以“校园生物多样性地图绘制”为主题，学生以网格法分区调查植物种类，借助“花伴侣”App等技术识别物种，记录动植物物种和生态标本，完成生物多样性目录，提出“校园物种多样性保护”方案。目前，我区已开发了36节“实地绿”实验优质课堂，绘制了“实地绿”初中实验课堂打卡地图，惠及3000多名学生，辐射带动17所初中学校参与打卡实践，形成了“实地绿”生物课堂区域新样态。
1.3开发生物模型和模拟实验，构建“模拟橙”课堂
橙色体现技术温度。通过模型制作、虚拟仿真、物理模型构建等技术突破微观不可见、宏观难复现的教学瓶颈，实现技术赋能。例如，我区开发的“肺与外界的气体交换”模型，以矿泉水桶、空调排水管、注射器和气压实时显示仪等器具，基于物理学气压变化理论，模拟了肺与外界的气体交换中肺内气压的变化以及呼吸运动的实质，将不可见的知识可见化，突破了教学难点，并通过跨学科教学培养了学生的科学思维。截至目前，我区已开发创新教具42项，推广使用30余项，其中两项在核心期刊进行发表，建立了“模拟橙”新课堂库。
1.4关注生命健康，构建“太阳黄”课堂
黄色警示生命健康风险。关联教材中观察种子萌发、设计膳食图谱等实验，通过构建“太阳黄”课堂，帮助学生关注身心健康，落实“健康中国”行动要求。构建了生命观念启发实验6项，保护生命健康实验5项，宣传生命健康实验7项。例如，“种子萌发条件探究”实验中，采用传感器实时监测温湿度、CO2浓度，发现当CO2＞1500ppm时，绿豆萌发率从96%暴跌至32%，启示空气清洁度对呼吸的重要性，从而助推完成《教室通风建议书》。
1.5聚焦前沿科技与自主创新，构建“科技紫”课堂
紫色象征探索精神。通过关注最新科研动态和生物高新科学技术，并结合初中生物知识和初中生思维发展水平进行整合，设置高阶探究问题，启发学生基于教材原有实验自主设计进阶实验，形成“科技紫”实验课堂。目前，我们已引入了合成生物学（基因编辑）、脑科学（神经调控）等前沿领域，培养学生科研志趣与创新思维。
2.五色协同推进，促进五彩实验课堂落地
以“五色”对应五大素养维度，将生物学大概念转化成符合初中生形象思维主导的五色视觉符号，利用红色警示性、绿色舒缓性等色彩心理效应，提升实验课堂专注性与参与度，构建“主题—活动—评价”闭环体系：思政红作为价值引领，在实验课堂中渗透思政元素，设计红色实验，将价值观培养嵌入实验全流程，培养学生思政素养和社会责任意识；实地绿作为生态实践，将实验场景真实化，在实际操作中进行项目化活动，培养学生的科学思维和实践能力；模拟橙进行技术赋能，通过模型制作和模拟实验操作等活动，将抽象概念具体化，培养学生的科学探究能力；太阳黄进行生活运用，在身心健康相关实验操作中，链接生活决策，形成生命观念和关爱生命的意识；科技紫进行前沿探索，将生命科学前沿科技引入初中生物实验中，在教材基本实验的基础上设计进阶实验，进行探究活动，培养科技创新能力和科学思维。
自实施“五彩课堂”实验教学模式以来，济南市长清区17所初中的学生科学探究能力提升32个百分点，教师跨学科备课意愿从41%升至79%，实验教学学生满意度达93.5%，创历史新高。“五彩实验课堂”模式以核心素养为指导，通过思政红、实地绿、模拟橙、太阳黄和科技紫的协同推行，实现了初中生物实验从“知识传递”向素养生成的转型。
（作者程峰系济南市长清区教育教学研究中心科研部负责人，曲阜师范大学教育学院在读教育学博士研究生；作者孔芳芳系济南市长清区第三初级中学老师；本文为山东省教育教学研究一般课题《指向科学思维的初中生物学“四级进阶”式实验教学的实践研究》阶段性成果，课题批准号：2024JXY298）
生物学是一门以实验为基础的科学，实验教学在生物教育中占据着关键地位。而传统的生物实验教学课堂模式已经不能适应教育理念的更新和时代的发展，出现了价值引领薄弱、技术融合不足、创新维度单一、跨学科整合与前沿拓展欠缺等问题。为此，本文构建了“五彩实验课堂”模式，通过主题色与生物学大概念的映射关系，实现实验教学的结构化升级。
1.立足科学创新，创建五彩实验课堂
1.1渗透课程思政元素，构建“思政红”课堂
红色象征课程思政理念。在“思政红”实验课堂中，寻找契合初中生物实验的思政元素，并将其以背景资料、实验设计理念、操作规范等形式进行渗透。例如，在“观察细菌的结构”实验中，以“细菌与人类健康辩证”为主题，引导学生分析辩论微生物的利与弊，100%学生达成“科技向善”共识，92%主动设计校园洗手宣传方案。学生在家国情怀、生态文明、劳动意识、人文精神、哲学思维等维度都得到显著提升。
1.2绘制生物实验实地地图，构建“实地绿”课堂
绿色代表生态可持续，强调在真实情境中解决真实问题。教学中，教师应充分利用社区生物学课程资源，带领学生到真实环境和生物生产基地中进行实践探究，以项目化的方式完成大单元学习，帮助学生理解生物学概念，进行实验设计，开拓生物视野，身临其境地感受生物的奥秘。例如，以“校园生物多样性地图绘制”为主题，学生以网格法分区调查植物种类，借助“花伴侣”App等技术识别物种，记录动植物物种和生态标本，完成生物多样性目录，提出“校园物种多样性保护”方案。目前，我区已开发了36节“实地绿”实验优质课堂，绘制了“实地绿”初中实验课堂打卡地图，惠及3000多名学生，辐射带动17所初中学校参与打卡实践，形成了“实地绿”生物课堂区域新样态。
1.3开发生物模型和模拟实验，构建“模拟橙”课堂
橙色体现技术温度。通过模型制作、虚拟仿真、物理模型构建等技术突破微观不可见、宏观难复现的教学瓶颈，实现技术赋能。例如，我区开发的“肺与外界的气体交换”模型，以矿泉水桶、空调排水管、注射器和气压实时显示仪等器具，基于物理学气压变化理论，模拟了肺与外界的气体交换中肺内气压的变化以及呼吸运动的实质，将不可见的知识可见化，突破了教学难点，并通过跨学科教学培养了学生的科学思维。截至目前，我区已开发创新教具42项，推广使用30余项，其中两项在核心期刊进行发表，建立了“模拟橙”新课堂库。
1.4关注生命健康，构建“太阳黄”课堂
黄色警示生命健康风险。关联教材中观察种子萌发、设计膳食图谱等实验，通过构建“太阳黄”课堂，帮助学生关注身心健康，落实“健康中国”行动要求。构建了生命观念启发实验6项，保护生命健康实验5项，宣传生命健康实验7项。例如，“种子萌发条件探究”实验中，采用传感器实时监测温湿度、CO2浓度，发现当CO2＞1500ppm时，绿豆萌发率从96%暴跌至32%，启示空气清洁度对呼吸的重要性，从而助推完成《教室通风建议书》。
1.5聚焦前沿科技与自主创新，构建“科技紫”课堂
紫色象征探索精神。通过关注最新科研动态和生物高新科学技术，并结合初中生物知识和初中生思维发展水平进行整合，设置高阶探究问题，启发学生基于教材原有实验自主设计进阶实验，形成“科技紫”实验课堂。目前，我们已引入了合成生物学（基因编辑）、脑科学（神经调控）等前沿领域，培养学生科研志趣与创新思维。
2.五色协同推进，促进五彩实验课堂落地
以“五色”对应五大素养维度，将生物学大概念转化成符合初中生形象思维主导的五色视觉符号，利用红色警示性、绿色舒缓性等色彩心理效应，提升实验课堂专注性与参与度，构建“主题—活动—评价”闭环体系：思政红作为价值引领，在实验课堂中渗透思政元素，设计红色实验，将价值观培养嵌入实验全流程，培养学生思政素养和社会责任意识；实地绿作为生态实践，将实验场景真实化，在实际操作中进行项目化活动，培养学生的科学思维和实践能力；模拟橙进行技术赋能，通过模型制作和模拟实验操作等活动，将抽象概念具体化，培养学生的科学探究能力；太阳黄进行生活运用，在身心健康相关实验操作中，链接生活决策，形成生命观念和关爱生命的意识；科技紫进行前沿探索，将生命科学前沿科技引入初中生物实验中，在教材基本实验的基础上设计进阶实验，进行探究活动，培养科技创新能力和科学思维。
自实施“五彩课堂”实验教学模式以来，济南市长清区17所初中的学生科学探究能力提升32个百分点，教师跨学科备课意愿从41%升至79%，实验教学学生满意度达93.5%，创历史新高。“五彩实验课堂”模式以核心素养为指导，通过思政红、实地绿、模拟橙、太阳黄和科技紫的协同推行，实现了初中生物实验从“知识传递”向素养生成的转型。
（作者程峰系济南市长清区教育教学研究中心科研部负责人，曲阜师范大学教育学院在读教育学博士研究生；作者孔芳芳系济南市长清区第三初级中学老师；本文为山东省教育教学研究一般课题《指向科学思维的初中生物学“四级进阶”式实验教学的实践研究》阶段性成果，课题批准号：2024JXY298）