基于“科學(xué)探究”的生物學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)

《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020年）》指出，“樹立科學(xué)的質(zhì)量觀，把促進人的全面發(fā)展、適應(yīng)社會需要作為衡量教育質(zhì)量的根本標準”。學(xué)生的核心素養(yǎng)是我國建立教育質(zhì)量標準的基礎(chǔ)與核心。教育部出臺的“關(guān)于高中學(xué)科核心素養(yǎng)（討論稿）”對生物學(xué)科的核心素養(yǎng)做了敘述，高中生物學(xué)科核心素養(yǎng)具體擬定為四個內(nèi)容：生命觀念、理性思維、科學(xué)探究、社會責任?？茖W(xué)探究是指學(xué)生用來獲取知識、領(lǐng)悟科學(xué)的思想觀念、領(lǐng)悟科學(xué)家們研究自然界所用的方法而進行的各種活動。下面，筆者結(jié)合教學(xué)實踐，談?wù)勅绾瓮ㄟ^科學(xué)探究活動來培養(yǎng)生命觀念、理性思維、科學(xué)探究、社會責任等高中生物學(xué)科核心素養(yǎng)的相關(guān)做法。

一、在科學(xué)探究中形成生命觀念

生命觀念是指對觀察到的生命現(xiàn)象及相互關(guān)系或特性進行解釋后的抽象，是經(jīng)過實證后的想法或觀點。它有助于理解或解釋較大范圍的相關(guān)事件和現(xiàn)象。學(xué)生應(yīng)該在較好地理解了生物學(xué)概念性知識的基礎(chǔ)上形成生命觀念，如結(jié)構(gòu)與功能觀、進化與適應(yīng)觀、穩(wěn)態(tài)與平衡觀、物質(zhì)與能量觀等，并能夠用生命觀念認識生命世界、解釋生命現(xiàn)象。

在生物教學(xué)中，讓學(xué)生簡單地記住生物學(xué)知識并不能有效形成生命觀念，學(xué)生只有親歷生物學(xué)知識的發(fā)現(xiàn)過程，感悟知識中蘊含的思想、觀點和方法，才能將生物學(xué)知識轉(zhuǎn)化為生命觀念。在課堂教學(xué)中，教師應(yīng)積極組織學(xué)生開展科學(xué)探究活動，讓學(xué)生深刻理解和反思生物學(xué)知識和核心概念，挖掘生物學(xué)知識背后深層次的思想和觀點，從而讓學(xué)生真正形成自己的生命觀念。

例如，有關(guān)細胞器的知識，教材上都是以“分布—結(jié)構(gòu)—功能”為主線作結(jié)論性知識介紹的。在教學(xué)中，筆者改變教學(xué)順序，選擇以“功能—結(jié)構(gòu)”為主線，給學(xué)生提供一種問題探究的環(huán)境，實現(xiàn)了從“教授知識”到“經(jīng)歷學(xué)習(xí)”的轉(zhuǎn)變。以線粒體教學(xué)為例，教師首先給學(xué)生提供如下科學(xué)史資料：①1890年，德國生物學(xué)家A1tmann首先在光學(xué)顯微鏡下觀察到動物細胞質(zhì)中存在一種顆粒狀結(jié)構(gòu)，稱作“生命小體”。1897年Benda重復(fù)了以上實驗，因這種小體呈短線狀或顆粒狀，故根據(jù)形態(tài)將其命名為線粒體；②后來的研究發(fā)現(xiàn)，線粒體普遍存在于動植物細胞中；③植物幼嫩組織和分生組織中線粒體數(shù)量比衰老組織中多；④肝細胞和心肌細胞中線粒體數(shù)量較表皮細胞多；⑤在同一細胞中線粒體分布不均勻，常聚集在精子尾基部、原生動物的纖毛基底部、小腸上皮細胞的微絨毛基部等。接著教師提出問題：①根據(jù)初中所學(xué)內(nèi)容，生命活動所需能量從哪里來？②有機物在有氧條件下的分解被稱作細胞的有氧呼吸，線粒體和能量供應(yīng)有關(guān)，由此你能推出線粒體的功能嗎？學(xué)生在經(jīng)歷了“思考分析—整理原有知識使之系統(tǒng)化—利用原有知識使之轉(zhuǎn)化為推理能力—科學(xué)推理”的過程后，得出“線粒體是細胞有氧呼吸的主要場所”的結(jié)論。然后，借助“結(jié)構(gòu)總是和功能相適應(yīng)”的生物學(xué)觀點，教師又引導(dǎo)學(xué)生由功能反向推理線粒體的結(jié)構(gòu)并讓學(xué)生在黑板上畫出線粒體的結(jié)構(gòu)模式圖。在教學(xué)過程中自始至終都讓學(xué)生參與到教學(xué)探究過程中，通過問題探究自主發(fā)現(xiàn)和獲取知識，這些探究有助于學(xué)生形成和深化“結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)”的生命觀念。

二、在科學(xué)探究中鍛煉理性思維

生物學(xué)屬于理科范疇，理科就要講理，促進學(xué)生理性思維的發(fā)展是生物學(xué)科的基本任務(wù)。理性思維是一種有明確的思維方向，有充分的思維依據(jù)，能對事物或問題進行觀察、比較、分析、綜合、抽象與概括等的一種思維。新課程十分注重培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力，倡導(dǎo)探究性學(xué)習(xí)是普通高中生物課程的一個基本理念，是提高生物學(xué)科核心素養(yǎng)的一條重要途徑。在教學(xué)中，教師應(yīng)有計劃地指導(dǎo)學(xué)生進行科學(xué)探究，讓學(xué)生像科學(xué)家那樣去思考和探究，在完成科學(xué)探究“提出問題—作出假設(shè)—設(shè)計實驗—實驗驗證—得出結(jié)論”的一般步驟的實踐過程中，鍛煉學(xué)生自己的理性思維。

例如，“檢測生物組織中的糖類、脂肪和蛋白質(zhì)”的實驗是學(xué)生進入高中階段的第一個實驗，這個實驗傳統(tǒng)上屬于驗證性實驗，驗證生物組織樣液中含有相應(yīng)的有機物，如蘋果勻漿富含還原糖、花生富含脂肪、大豆富含蛋白質(zhì)。為讓學(xué)生初步接觸探究性實驗的一般程序，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究的基本素養(yǎng)，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，筆者在教學(xué)中將其設(shè)計成探究性實驗。本實驗總體難度不大，但實驗所用化學(xué)試劑、用具以及實驗步驟較多，故教師在課前要求學(xué)生依據(jù)導(dǎo)學(xué)單做好預(yù)習(xí)工作，以保證實驗的順利開展。在設(shè)計導(dǎo)學(xué)單時，教師還把煩瑣的實驗步驟簡化為圖形，幫助學(xué)生進一步掌握實驗操作步驟。在本實驗教學(xué)中，教師提供了蘋果勻漿、馬鈴薯勻漿、豆?jié){、花生種子勻漿、花生種子5種實驗材料，以及相關(guān)實驗用具和試劑。在學(xué)生實驗之前，教師先按教材展示還原糖、淀粉、蛋白質(zhì)和脂肪與相應(yīng)化學(xué)試劑顏色反應(yīng)的驗證性實驗，使學(xué)生明確生物組織中主要化合物的鑒定方法。在此基礎(chǔ)上，教師引導(dǎo)學(xué)生提出問題：檢測還原性糖最好的材料一定是蘋果勻漿嗎？檢測蛋白質(zhì)最好的材料一定是豆?jié){嗎？檢測淀粉最好的材料一定是馬鈴薯勻漿嗎？檢測脂肪最佳的方法是制作花生子葉裝片觀察脂肪顆粒，還是在花生種子勻漿中直接進行觀察？在作出假設(shè)的基礎(chǔ)上，教師讓學(xué)生討論、設(shè)計實驗方案。接著，教師讓學(xué)生以小組為單位完成一種實驗材料的三種試劑的檢測以及鑒定脂肪的兩種方法的操作，具體如下：進行實驗操作活動一時，以6位同學(xué)為一個大組，以同桌2位同學(xué)為一個小組，每個小組負責其中一種成分用三種不同的試劑的檢測實驗（如甲、乙兩學(xué)生先后用斐林試劑、雙縮脲試劑、碘液對蘋果勻漿進行實驗，丙、丁兩學(xué)生對豆?jié){進行檢測實驗，戊、己兩學(xué)生對馬鈴薯勻漿進行檢測實驗），并把做好的實驗結(jié)果保留在試管中；進行實驗操作活動二時，以小組為單位，對脂肪鑒定的兩個實驗進行操作，并保留實驗結(jié)果。在實驗操作活動一全部完成后，教師組織大組內(nèi)成員展示交流，分別對斐林試劑、雙縮脲試劑、碘液對應(yīng)的三種材料進行比較、討論，明確檢測生物組織中的糖類、脂肪和蛋白質(zhì)的最佳材料；在完成實驗操作活動二后，小組之間進行展示交流，明確鑒定脂肪的最好辦法。在本探究性實驗結(jié)束后，教師還可引導(dǎo)學(xué)生進行思考、討論，如檢測還原糖除了蘋果勻漿外，還有其他材料嗎？西瓜也含有較多的還原糖，能否作為檢測還原糖的材料？……通過拓展思考，能培養(yǎng)學(xué)生批判的思維，繼而發(fā)現(xiàn)問題，提出問題，開始下一輪探究。在本實驗的科學(xué)探究活動過程中，以邏輯為指引讓學(xué)生進行實驗設(shè)計和分析，可以使學(xué)生的理性思維能力得到提升。

三、在科學(xué)探究中認識社會責任

生物學(xué)科的社會責任是指基于生物學(xué)的認識，參與個人與社會事務(wù)的討論，作出理性解釋和判斷，嘗試解決生產(chǎn)生活中的生物學(xué)問題的擔當和能力。學(xué)生應(yīng)能夠關(guān)注涉及生物學(xué)的社會議題，參與討論并作出理性解釋，辨別迷信和偽科學(xué)；主動向他人宣傳健康生活、關(guān)愛生命和保護環(huán)境等相關(guān)知識；結(jié)合本地資源開展科學(xué)實踐，嘗試解決現(xiàn)實生活中與生物學(xué)相關(guān)的問題。

例如，在教學(xué)“生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性”一課時，在課前兩周，筆者讓學(xué)生回憶并查閱發(fā)生于2007年的“無錫太湖水污染事件”的相關(guān)資料，讓學(xué)生通過網(wǎng)絡(luò)、報紙、雜志、去太湖邊實地考察、去環(huán)保部門訪問等多種途徑，分小組開展“調(diào)查太湖水污染”的課外探究活動，寫出社會調(diào)查報告，并評出優(yōu)秀作品。課始，教師讓獲優(yōu)秀作品一等獎的小組代表利用PPT向全班作匯報。圍繞匯報內(nèi)容，教師讓學(xué)生思考以下問題：①過去人們把少量的生活污水排到太湖中，為什么太湖中的水仍能保持清澈呢？②報告中講到過去的太湖魚蝦游弋，太湖邊的漁民以捕魚為生，為什么那時太湖中的魚不會絕跡呢？③2007年5月29日，太湖藍藻大規(guī)模暴發(fā)，太湖成了一條臭氣熏天、“魚”不聊生的臭水溝。既然生態(tài)系統(tǒng)具有抵抗力穩(wěn)定性特點，為什么還會出現(xiàn)這種情況呢？④太湖遭到如此嚴重的水污染后，是不是就萬劫不復(fù)，永無翻身之日了呢？⑤生態(tài)系統(tǒng)的抵抗力穩(wěn)定性和恢復(fù)力穩(wěn)定性之間有什么關(guān)系呢？請舉例說明。⑥什么叫生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性？如何提高生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性？接著，教師讓各小組進行討論交流，在學(xué)生獲得了“生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性”知識的主動建構(gòu)后，教師又讓學(xué)生以“假如我是一名當?shù)貪O民、學(xué)生、企業(yè)老總、政府官員，我會為治理太湖做些什么”為主題，開展角色扮演活動。各小組成員自主選擇了不同的角色，設(shè)身處地地進行思考，并在小組內(nèi)積極交流匯報。同學(xué)們紛紛說出了自己的想法：“假如我是一名漁民，我一定不會將生活污水倒入太湖，并配合政府完成定置漁具的清除工作，在太湖禁魚期不偷捕魚蝦……”“假如我是一名學(xué)生，我會做好宣傳工作，提高人們保護環(huán)境的思想意識……”“假如我是一名企業(yè)老總，我會遵守國家法律，堅決不將工業(yè)廢水排入太湖……”“假如我是一名政府官員，我將提議建立河網(wǎng)污染控制與生態(tài)修復(fù)綜合示范區(qū)……”這樣的教學(xué)，不但實現(xiàn)了建構(gòu)概念、理解原理的知識性目標，也鍛煉了學(xué)生的思維能力，而且在科學(xué)探究的學(xué)習(xí)過程中，培養(yǎng)了學(xué)生熱愛家鄉(xiāng)并積極參與家鄉(xiāng)建設(shè)的美好情感，增強對自然和社會的責任心和使命感，使學(xué)生的精神境界得到升華。

綜上所述，開展科學(xué)探究活動是培養(yǎng)學(xué)生生物學(xué)科核心素養(yǎng)的一條行之有效的途徑。在今后的生物教學(xué)中，我們應(yīng)不斷地探索和嘗試，讓生命觀念、理性思維、科學(xué)探究、社會責任在生物課堂教學(xué)中生根發(fā)芽，結(jié)“核心素養(yǎng)”之果。

本文為江蘇省教育科學(xué)“十二五”規(guī)劃青年自籌課題“基于多元智力理論的高中生物“三單”導(dǎo)學(xué)實踐研究”，課題編號為C—b/2013/02/009。

袁錦明，江蘇省無錫市南湖中學(xué)副校長，江蘇省生物特級教師，江蘇省“333高層次人才培養(yǎng)工程”培養(yǎng)對象，無錫市有突出貢獻的中青年專家，無錫市名教師，無錫市德育帶頭人，無錫市教科研帶頭人，無錫市教科研先進個人。筆耕不輟的他，先后撰寫的500多篇文章在多家報紙雜志上發(fā)表，其中38篇優(yōu)質(zhì)論文在省級以上生物專業(yè)期刊《生物學(xué)通報》《生物學(xué)教學(xué)》《中學(xué)生物教學(xué)》《中學(xué)生物學(xué)》上發(fā)表。