提升生物學(xué)科能力的深度探究教學(xué)

邰玉韋

摘 要 結(jié)合教學(xué)案例，探討尋找事實(shí)證據(jù)，開(kāi)展“動(dòng)手實(shí)驗(yàn)”；促進(jìn)概念理解，重視“模型制作”；提升理性思維，關(guān)注“推理論證”；解決生活問(wèn)題，突出“創(chuàng)新實(shí)踐”等多方面的深度探究教學(xué)活動(dòng)，進(jìn)而提升學(xué)生的生物學(xué)科能力。

關(guān)鍵詞 生物學(xué)科能力 探究教學(xué) 生物學(xué)教學(xué)

中圖分類號(hào) G633.91 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 B

隨著生物課程改革的深入實(shí)施，促進(jìn)生物學(xué)科能力的提升是目前一線教師正面對(duì)挑戰(zhàn)的重要課題。生物課程的性質(zhì)決定了生物學(xué)科的能力表現(xiàn)。有學(xué)科專家認(rèn)為生物學(xué)科能力表現(xiàn)的內(nèi)涵主要包括：對(duì)生物科學(xué)知識(shí)、科學(xué)過(guò)程和方法的理解能力；思維能力；觀察能力；實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?；調(diào)查能力；健康生活能力；實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力等。《義務(wù)教育生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2011版）》積極倡導(dǎo)探究性學(xué)習(xí)的理念，一方面，在科學(xué)探究體驗(yàn)活動(dòng)中，讓學(xué)生理解和掌握“科學(xué)探究”的內(nèi)容和思想方法；另一方面，通過(guò)已具備的科學(xué)探究能力，進(jìn)一步嘗試著解釋生物學(xué)科的一些現(xiàn)象和規(guī)律以及現(xiàn)實(shí)生活中的相關(guān)生物學(xué)問(wèn)題。

1 尋找事實(shí)證據(jù)，開(kāi)展“動(dòng)手實(shí)驗(yàn)”的探究活動(dòng)

生物學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的自然科學(xué)。生物學(xué)的各種理論知識(shí)大多數(shù)都是通過(guò)實(shí)驗(yàn)得出的，許多生物現(xiàn)象只有通過(guò)實(shí)驗(yàn)尋找事實(shí)證據(jù)，才可以得以解釋。因此，生物學(xué)實(shí)驗(yàn)是整個(gè)生物學(xué)教學(xué)的基礎(chǔ)，能幫助學(xué)生理解生物學(xué)基本事實(shí)、概念、原理和規(guī)律。

案例1：為幫助學(xué)生理解重要概念“無(wú)機(jī)鹽對(duì)植物生長(zhǎng)有促進(jìn)作用”，教師鼓勵(lì)學(xué)生這樣設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)：提供兩個(gè)分別裝有等量無(wú)土營(yíng)養(yǎng)液A和蒸餾水B的錐形瓶，并向A、B錐形瓶中分別放入2棵生長(zhǎng)狀況一樣的青菜植株。在其他環(huán)境條件都相同的情況下，培養(yǎng)一段時(shí)間，觀察比較A和B植物生長(zhǎng)情況。結(jié)果裝有蒸餾水B錐形瓶中的青菜植株明顯長(zhǎng)勢(shì)較弱，葉片發(fā)黃，A錐形瓶中的青菜植株明顯長(zhǎng)勢(shì)健壯。按照常規(guī)實(shí)驗(yàn)，此時(shí)就可以得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論“無(wú)機(jī)鹽對(duì)植物生長(zhǎng)有促進(jìn)作用”。但這位教師又提出問(wèn)題：A錐形瓶的營(yíng)養(yǎng)液中到底有什么物質(zhì)可以促進(jìn)植物生長(zhǎng)呢？學(xué)生的積極性一下子又被調(diào)動(dòng)起來(lái)了。教師繼續(xù)引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)，尋找證據(jù)，探究其原因：取2片潔凈的載玻片，在載玻片中央分別滴一滴無(wú)土營(yíng)養(yǎng)液和蒸餾水，用鑷子夾住載玻片，放在酒精燈上加熱烘干，觀察實(shí)驗(yàn)結(jié)果。學(xué)生興奮地發(fā)現(xiàn)：在滴加無(wú)土營(yíng)養(yǎng)液的載玻片上留下白色的斑痕，這就是促進(jìn)植物生長(zhǎng)的無(wú)機(jī)鹽。而在滴加蒸餾水的載玻片上沒(méi)有白色的斑痕。通過(guò)進(jìn)一步探究實(shí)驗(yàn)的方式，學(xué)生看到了真實(shí)存在的無(wú)機(jī)鹽，對(duì)于無(wú)機(jī)鹽及其作用就獲得了一定的感性認(rèn)識(shí)。因此，實(shí)驗(yàn)探究對(duì)建構(gòu)概念“無(wú)機(jī)鹽具有促進(jìn)植物生長(zhǎng)作用”，起到了促進(jìn)和理解的作用。

2 促進(jìn)概念理解，重視“模型制作”的探究活動(dòng)

有效解決生物學(xué)概念教學(xué)中疑難問(wèn)題的方式有很多，模型建構(gòu)是最直接最有效的途徑之一?！澳Ｐ椭谱鳌笔且粋€(gè)學(xué)生體驗(yàn)式學(xué)習(xí)的過(guò)程，可以發(fā)揮學(xué)生的主體意識(shí)，積極改變學(xué)生的學(xué)習(xí)方式，凸顯學(xué)生探究學(xué)習(xí)的過(guò)程。它不僅可以降低學(xué)生學(xué)習(xí)重要概念的難度，還可以促進(jìn)學(xué)生對(duì)較抽象的概念知識(shí)、原理等發(fā)生過(guò)程獲得較清晰、直觀的理解。因此，當(dāng)實(shí)驗(yàn)不能提供科學(xué)事實(shí)和證據(jù)時(shí)，實(shí)物模型是解決生物學(xué)問(wèn)題的有效載體和證據(jù)。

案例2：“人體與外界環(huán)境的氣體交換”中“呼吸運(yùn)動(dòng)的發(fā)生過(guò)程”對(duì)于許多學(xué)生而言，比較困難。首先，學(xué)生對(duì)胸廓的組成、膈肌、肋間外肌等分布和功能缺乏基礎(chǔ)的認(rèn)識(shí)；其次，呼吸運(yùn)動(dòng)的過(guò)程是動(dòng)態(tài)的，較為復(fù)雜和抽象；同時(shí)，這部分內(nèi)容還涉及到很多知識(shí)點(diǎn)的理解，如肌肉與骨、體積變化與氣壓、吸氣和呼氣與胸廓體積變化等在學(xué)生缺乏基礎(chǔ)知識(shí)的情況下，對(duì)學(xué)生的思維具有很大的挑戰(zhàn)性。所以，這部分內(nèi)容既是教學(xué)重點(diǎn)，又是教學(xué)難點(diǎn)。若在實(shí)際教學(xué)中，教師增加“動(dòng)手做模型”的進(jìn)一步探究活動(dòng)，可以化難為易。

“呼吸運(yùn)動(dòng)模型”制作材料：小氣球、醫(yī)用V型三通塑料管、乳膠手套、PP材料塑料杯、剪刀、橡皮泥、橡皮筋或細(xì)線等。活動(dòng)要求：（1） 每小組制作一個(gè)簡(jiǎn)易呼吸運(yùn)動(dòng)模型，并說(shuō)明每一部分代表什么結(jié)構(gòu)。（2） 進(jìn)行模型操作演示。（3） 學(xué)生探究并回答：① 膈肌收縮（下拉乳膠手套），胸廓體積增大還是減??？這時(shí)，肺吸氣還是呼氣？② 膈肌舒張（松手回升），胸廓體積增大還是減??？這時(shí)，肺吸氣還是呼氣？③ 用手連續(xù)捏幾下塑料杯的壁，觀察“氣球”有什么變化？（4） 肋間肌收縮時(shí)，胸廓會(huì)怎樣運(yùn)動(dòng)？體積怎樣變化？肺吸氣還是呼氣？通過(guò)問(wèn)題搭橋、模型制作和探究，學(xué)生加深了對(duì)概念的直觀體驗(yàn)和感性認(rèn)識(shí)，增強(qiáng)了對(duì)呼吸運(yùn)動(dòng)發(fā)生過(guò)程和原理的理解。該活動(dòng)降低了學(xué)生學(xué)習(xí)的難度，有效解決了教學(xué)的重難點(diǎn)。

3 提升理性思維，關(guān)注“推理論證”的探究活動(dòng)

推理論證探究教學(xué)就是一種強(qiáng)調(diào)利用資料進(jìn)行合理的推理和論證，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維方式和能力，解決問(wèn)題的一種教學(xué)策略。它可以與探究教學(xué)過(guò)程緊密結(jié)合，使探究思維有“理”，還可以創(chuàng)造性進(jìn)一步增加科學(xué)概念表達(dá)和生生互評(píng)等教學(xué)過(guò)程。

案例3：在2014年江蘇省初中教師優(yōu)質(zhì)課比賽活動(dòng)中，其中一個(gè)課題就是“生態(tài)系統(tǒng)的自我調(diào)節(jié)”。蘇科版初中生物教材中提供了“分析草原生態(tài)系統(tǒng)的自我調(diào)節(jié)能力”一段材料，內(nèi)容如下：“某草原上有著大量的植物，為鼠類提供了豐富的實(shí)物，鼠類因此大量繁殖，結(jié)果草原植被很快被鼠類破壞，植物數(shù)量迅速減少。食鼠動(dòng)物（如蛇、鷹）因鼠類的增加，有了豐富的食物來(lái)源，數(shù)量也隨之逐漸增加。由于植物數(shù)量的減少，造成鼠類的食物不足，隨之而來(lái)的是，鼠類由于食物不足和天敵數(shù)量的增多，數(shù)量很快下降，使植物的數(shù)量又得以增長(zhǎng)恢復(fù)。”

同時(shí)教材中又給出一個(gè)曲線圖（圖1）和一道討論題：嘗試用坐標(biāo)曲線表示草原生態(tài)系統(tǒng)中草和鼠之間的關(guān)系。

在實(shí)際教學(xué)中，如果沒(méi)有站在學(xué)生的思維角度，很多教師可能就直接利用教材中這個(gè)曲線圖，讓學(xué)生畫出草的曲線，學(xué)生也就自然畫出了如圖2所示的曲線。顯然答案是錯(cuò)誤的，因?yàn)閷W(xué)生把草的數(shù)量變化和鼠的數(shù)量變化因果和邏輯關(guān)系顛倒了。而一位參賽教師則通過(guò)進(jìn)一步推理和論證，恰當(dāng)?shù)靥幚砹舜藛?wèn)題，并解決本節(jié)的重難點(diǎn)，培養(yǎng)了學(xué)生的理解能力和思維能力。進(jìn)一步探究活動(dòng)設(shè)計(jì)如下：（1） 想一想：① 在草原生態(tài)系統(tǒng)中生活著哪些生物？② 草、鼠、鷹之間是什么關(guān)系？請(qǐng)你用學(xué)過(guò)的方法表示出來(lái)。（突破1：借助學(xué)前概念，鞏固基本概念食物鏈）（2） 試一試：先從草開(kāi)始分析，以表格形式引導(dǎo)學(xué)生，隨著時(shí)間變化草、鼠、鷹之間的數(shù)量變化是怎樣的？（突破2：列表格分析生物數(shù)量關(guān)系，為初步理解生態(tài)系統(tǒng)的自我調(diào)節(jié)做鋪墊）（3） 擺一擺：給出曲線（圖3）提出活動(dòng)要求：① 認(rèn)真讀圖，了解縱、橫坐標(biāo)軸各表示什么？② 在草原生態(tài)系統(tǒng)中草、鼠、鷹的數(shù)量相同嗎？在坐標(biāo)上如何表示？③ 根據(jù)表格的分析，請(qǐng)用磁鐵在白板的坐標(biāo)軸內(nèi)擺一擺三種生物的數(shù)量變化曲線。（突破3：使用教具，小組合作探究，引領(lǐng)學(xué)生自主建構(gòu)三條曲線、解釋規(guī)律）（4） 理一理：草、鼠、鷹三種生物在數(shù)量上的變化規(guī)律？這種規(guī)律是人為控制的嗎？學(xué)生很順利表達(dá)出概念的內(nèi)涵和規(guī)律，自然得出結(jié)論：生態(tài)系統(tǒng)具有自我調(diào)節(jié)恢復(fù)穩(wěn)定狀態(tài)的的能力。

4 解決生活問(wèn)題，突出“創(chuàng)新實(shí)踐”的探究活動(dòng)

生物創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)的立項(xiàng)和完成都是基于生物學(xué)知識(shí)和原理來(lái)解決實(shí)際生活問(wèn)題的課題，而教師選擇的課題情境相對(duì)于學(xué)生的課堂學(xué)習(xí)情境，應(yīng)具有明顯的新穎性、豐富性、實(shí)踐性、創(chuàng)新性和探究性等特點(diǎn)。通過(guò)觀察，發(fā)現(xiàn)生活中的困惑現(xiàn)象，提出要探究的問(wèn)題，進(jìn)一步開(kāi)展“創(chuàng)新實(shí)踐”探究活動(dòng)是最有效的補(bǔ)充。

案例4：創(chuàng)新實(shí)踐課題的提出：紙巾或手帕紙是學(xué)生比較熟悉的生活必需品。廢棄的紙巾或手帕的紙?jiān)谕寥乐惺侨绾蜗У哪?？紙巾的主要成分是纖維素，和淀粉一樣都是糖類大分子，分解后都會(huì)有產(chǎn)生葡萄糖這個(gè)過(guò)程。廢棄的紙巾如果被土壤微生物發(fā)酵降解，會(huì)產(chǎn)生葡萄糖，可以用尿糖試紙來(lái)檢驗(yàn)。于是，教師就可以引導(dǎo)學(xué)生開(kāi)展“紙巾降解”的探究實(shí)踐活動(dòng)。因?yàn)榻滩纳蠜](méi)有安排這個(gè)實(shí)驗(yàn)，所以要充分體現(xiàn)學(xué)生的自主創(chuàng)新實(shí)踐能力。創(chuàng)新實(shí)踐課題的方案設(shè)計(jì)如下：① 用盆子取中層土壤加水?dāng)嚢柚辆鶆?。?用小刀把礦泉水瓶制作成兩個(gè)大小一樣的容器A、B。③ 在容器A中放入150 mL蒸餾水。④ 用紗布過(guò)濾2～3次土壤溶液后，置于燒杯中。⑤ 在容器B中放入150 mL土壤溶液過(guò)濾液。⑥ 在實(shí)驗(yàn)容器A、B各放入一張紙巾，放在實(shí)驗(yàn)室里待觀察。⑦ 每隔一周用尿糖試紙檢測(cè)一次。⑧ 觀察記錄現(xiàn)象、發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和臨時(shí)解決辦法。⑨ 得出結(jié)論。

最后，創(chuàng)新實(shí)踐課題的證據(jù)呈現(xiàn)和創(chuàng)新實(shí)踐課題的問(wèn)題解釋，都可以順利進(jìn)行。創(chuàng)新實(shí)踐解決生活中垃圾如何消失的實(shí)際問(wèn)題，符合新課程探究學(xué)習(xí)的核心理念。同時(shí)，教師又提供給學(xué)生自主創(chuàng)新的空間，如表現(xiàn)在土壤選用上、器具選用上、方案設(shè)計(jì)上、尿糖試紙使用方法等。這些實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力和健康能力的進(jìn)一步培養(yǎng)都是生物學(xué)科觀點(diǎn)最重要的一部分。

總之，生物學(xué)科能力具有極其豐富的內(nèi)涵，而科學(xué)探究也是一種多側(cè)面的活動(dòng)，面對(duì)要解決的、具體的實(shí)際問(wèn)題，教師安排合理的、充分的、有效的進(jìn)一步探究教學(xué)活動(dòng)，讓學(xué)生經(jīng)歷較為深刻的思考和體驗(yàn)，發(fā)展學(xué)生多層次的科學(xué)探究能力，進(jìn)而完善和提升生物學(xué)科的能力。