基于科學(xué)方法的生物探究學(xué)習(xí)類型及其案例分析

吳文清（蘇州大學(xué)醫(yī)學(xué)部基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)與生物科學(xué)學(xué)院江蘇蘇州 215000）

基于科學(xué)方法的生物探究學(xué)習(xí)類型及其案例分析

吳文清（蘇州大學(xué)醫(yī)學(xué)部基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)與生物科學(xué)學(xué)院江蘇蘇州 215000）

文件編號：1003－7586（2017）01－0023－03

科學(xué)方法是科學(xué)課程中的重要內(nèi)容，也是科學(xué)素養(yǎng)的重要組成部分。根據(jù)在探究學(xué)習(xí)中采取的科學(xué)方法的不同，可以將探究學(xué)習(xí)分成不同的類型。教師根據(jù)不同的教學(xué)內(nèi)容，可以采用基于特定科學(xué)方法的探究學(xué)習(xí)類型，例如生物體的結(jié)構(gòu)特征探究學(xué)習(xí)中常使用觀察比較法，又如生物體復(fù)雜結(jié)構(gòu)的功能的探究學(xué)習(xí)中可利用建構(gòu)簡易模型的方法。下面結(jié)合一些具體案例分析生物探究學(xué)習(xí)的類型及實(shí)施原則。

1 基于科學(xué)方法的主要探究學(xué)習(xí)類型

1.1 基于觀察比較的探究

觀察是一種重要的探究技能。研究資料發(fā)現(xiàn)，初中生的觀察能力普遍不高，這和教師在平時教學(xué)中不夠重視有關(guān)。在觀察活動中，教師也較少對學(xué)生進(jìn)行觀察方法的指導(dǎo)。在以往的觀察活動中，往往教師只給學(xué)生布置了觀察任務(wù)，對活動開展缺少引導(dǎo)，致使學(xué)生觀察活動流于形式，淺嘗輒止。而如果在學(xué)生觀察的同時，融入比較分類等方法的應(yīng)用，那么觀察效果必定會大大提升。

案例1：觀察比較幾種動物的運(yùn)動方式。

教師展示資料：觀察課前收集的有關(guān)水螅、蚯蚓、河蚌、烏賊、蜜蜂、鯽魚、青蛙、蛇、家鴿、兔等動物以及人運(yùn)動方式的圖片和視頻資料。

教師要求學(xué)生將各種動物的運(yùn)動方式按其生活環(huán)境的特征進(jìn)行分類，并回答問題：

（1）舉例說出哪些動物的活動范圍比較廣泛。

（2）動物的運(yùn)動方式與它們的生活環(huán)境有什么關(guān)系？

（3）說出動物與人造運(yùn)動器（如飛機(jī)、汽車等）的運(yùn)動有什么異同？

設(shè)計意圖：通過觀察比較，學(xué)生明確了生活在不同環(huán)境的動物，其運(yùn)動方式也有所不同，從而適應(yīng)其生活環(huán)境。同時通過分析和討論，學(xué)生了解到動物運(yùn)動的意義在于主動出擊獲取食物，逃避敵害和遷移到合適的棲息場所，以及完成求偶和交配等。

1.2 基于實(shí)驗(yàn)的探究

實(shí)驗(yàn)是生物學(xué)學(xué)習(xí)的“標(biāo)簽”，教材的重點(diǎn)和難點(diǎn)的展開往往是：先通過學(xué)生開展相關(guān)實(shí)驗(yàn)，獲得豐富的感性認(rèn)識；然后，教師在事實(shí)和證據(jù)的基礎(chǔ)上結(jié)合學(xué)生的理性思維過程，引導(dǎo)學(xué)生實(shí)現(xiàn)新知識的構(gòu)建。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師不但要加強(qiáng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能（如顯微鏡的使用，生物標(biāo)本的制作等）的培養(yǎng)，更要關(guān)注學(xué)生設(shè)計方案、控制變量、解釋數(shù)據(jù)等探究技能的發(fā)展?fàn)顩r。

案例2：探究溫度和濕度對霉菌生長的影響。

探究目的：觀察霉菌在不同條件下的生長狀況，探究環(huán)境因素對霉菌生長的影響。

材料用具：新鮮面包、培養(yǎng)皿、清水、放大鏡、烘箱。

方法步驟：

（1）取新鮮面包片，切成邊長為2 cm的小塊若干，在空氣中暴露20～30 min。

（2）取3只培養(yǎng)皿，標(biāo)記為①、②、③，分別放入2塊小面包，將裝有面包的培養(yǎng)皿①放入烘箱中2 min，晾涼后蓋上蓋子，在室溫下放置4或5 d；②號培養(yǎng)皿加蓋后放在冰箱保鮮室4或5 d；③號培養(yǎng)皿不作任何處理，放在室溫下4或5 d。

（3）每天觀察各培養(yǎng)皿中面包表面是否有霉菌出現(xiàn)以及霉菌的生長狀況，觀察到的現(xiàn)象。

1.3 基于模型建構(gòu)的探究

涉及一些生物體復(fù)雜結(jié)構(gòu)的功能教學(xué)時，由于圖片和文本是靜態(tài)的，所以給學(xué)生理解這些結(jié)構(gòu)的功能帶來了不少困難，有時教師講解的隨意性可能還會導(dǎo)致學(xué)生對生物體復(fù)雜結(jié)構(gòu)的功能產(chǎn)生誤解。教師不妨先指導(dǎo)學(xué)生設(shè)計并制作生物體復(fù)雜結(jié)構(gòu)的簡易模型，然后在修正和演示模型的過程中，使學(xué)生自然達(dá)成對生物體復(fù)雜結(jié)構(gòu)功能的深刻理解。

案例3：模擬設(shè)計人的“龍骨突”。

實(shí)驗(yàn)步驟：

（1）觀察家鴿的骨骼標(biāo)本和人的骨骼標(biāo)本，找到胸骨。

（2）測量家鴿的胸骨（基部）的長度，測量龍骨突的長度和寬度。

（3）如果要按比例給一個胸骨20 cm的人安裝一塊類似家鴿的龍骨突的話，這塊“龍骨突”大概有多大？完成表1。

1.4 效果評定標(biāo)準(zhǔn) ①參照WHO關(guān)于疼痛的分級標(biāo)準(zhǔn)，將疼痛分Ⅲ級，I級(輕度疼痛):雖有疼痛但仍可忍受并能正常生活，睡眠不受干擾;Ⅱ級;疼痛明顯，不能忍受，需鎮(zhèn)痛藥物，睡眠受干擾;Ⅲ級:疼痛劇烈，不能忍受，需要鎮(zhèn)痛藥物，睡眠受干擾，可伴有神經(jīng)功能紊亂［2］。②出血情況:“陰性”無明顯活動性出血;“+”少量出血，出血量小于5 mL，經(jīng)干棉球壓迫后可止血;“++”出血量較多，多于5 mL，需用麻黃素棉片短暫壓迫止血［3］。

表1 家鴿龍骨突與人（假設(shè)）的比較

（4）利用A4紙、剪刀完成人的“龍骨突”模型。

（5）將人的“龍骨突”模型貼放在胸骨部位，體會龍骨突對鳥類飛行的意義。

設(shè)計意圖：通過模擬設(shè)計活動，讓學(xué)生體會人之所以不會飛，不僅僅是沒有外在的飛行器官，更多的是源于人類和鳥類內(nèi)在的結(jié)構(gòu)差異。同時貼放人“龍骨突”模型讓學(xué)生觀察體會，能使學(xué)生更深刻認(rèn)識鳥類胸骨的特點(diǎn)，進(jìn)一步理解發(fā)達(dá)的胸肌和鳥類飛行的關(guān)系，領(lǐng)會結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的生物學(xué)思想。

案例4：制作并演示肋骨運(yùn)動模型。

材料：硬紙板、縫衣針、訂書釘、剪刀、解剖針。

制作方法：

（1）按表2剪取硬紙板。

表2 硬紙板剪取示意

（2）按圖1所示進(jìn)行組裝，制作完成后標(biāo)注各結(jié)構(gòu)名稱。

圖1 肋骨運(yùn)動模型組織示意圖

（3）學(xué)生先以小組為單位進(jìn)行相互演示，并講解，達(dá)到熟練使用模型的程度。最后請學(xué)生到前面進(jìn)行演示。

設(shè)計意圖：制作模型可以提高學(xué)生的動手能力和演示能力，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。特別使學(xué)生能準(zhǔn)確理解呼吸肌收縮舒張和胸廓擴(kuò)大縮小之間的關(guān)系。

1.4 基于概念轉(zhuǎn)變的探究

《義務(wù)教育生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2011版）》中明確了50個重要概念，依據(jù)初中學(xué)生的認(rèn)知水平界定了概念的內(nèi)涵和外延，為生物學(xué)教師開展概念教學(xué)提供了參照標(biāo)準(zhǔn)。生物學(xué)的重要概念在生物學(xué)科中處于核心地位，教學(xué)時教師需要盡量削減非核心概念的“絮叨”，避免學(xué)習(xí)過程在事無巨細(xì)中的“顛沛流離”，以便騰留更多的時間讓學(xué)生感悟與體認(rèn)、順應(yīng)與同化那些日久彌堅(jiān)的核心概念。實(shí)現(xiàn)概念轉(zhuǎn)變的策略有很多，其中以學(xué)生熟知的事物進(jìn)行類比是促進(jìn)學(xué)生概念轉(zhuǎn)變的有效教學(xué)策略，較符合初中學(xué)生認(rèn)知心理特征。

案例5：巧設(shè)類比對象，建構(gòu)“光合作用”概念。

“光合作用”是生物學(xué)的一個重要概念，在概念轉(zhuǎn)變的初期，教師不妨把光合作用和工廠制作產(chǎn)品進(jìn)行類比，例如“葉片”是廠房，“葉肉細(xì)胞”是生產(chǎn)車間，“葉綠體”是車間里的生產(chǎn)機(jī)器，“光”是機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)的能源，“二氧化碳和水”是生產(chǎn)原料，而“有機(jī)物”是產(chǎn)品。在上述的類比中雖存在不當(dāng)之處,但相似之處的類比確實(shí)為學(xué)習(xí)者提供了良好的學(xué)習(xí)“支架”，教師運(yùn)用得當(dāng)可以使學(xué)生對光合作用概念產(chǎn)生良好的正遷移。在概念轉(zhuǎn)變的后期，教師還可以引導(dǎo)學(xué)生把類比過程中的光合作用各要素進(jìn)行整合，以描述概念內(nèi)涵的方式將光合作用概念表達(dá)出來。

2 基于科學(xué)方法的探究學(xué)習(xí)實(shí)施原則

2.1 形式與內(nèi)容的統(tǒng)一原則

形式要服從于內(nèi)容，理論上來說，教學(xué)中存在探究學(xué)習(xí)類型和教學(xué)內(nèi)容的最佳組合。教師要在研讀教材的基礎(chǔ)上，選擇與教學(xué)內(nèi)容匹配度高的探究學(xué)習(xí)類型，結(jié)合學(xué)生實(shí)際精心設(shè)計探究活動，在活動前和活動中加強(qiáng)相關(guān)科學(xué)方法的指導(dǎo)，保證探究活動正常有序的開展，以實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)的高效達(dá)成。當(dāng)然也不是所有的內(nèi)容都要用探究學(xué)習(xí)。學(xué)生課堂學(xué)習(xí)的時間畢竟是有限的，教師應(yīng)該在審視教材的基礎(chǔ)上，研究具體內(nèi)容在培養(yǎng)探究能力時有側(cè)重點(diǎn)，有選擇有重點(diǎn)地開展探究學(xué)習(xí)活動。

2.2 注重直觀化和體驗(yàn)化原則

如果探究活動超出了學(xué)生的能力范圍，學(xué)習(xí)效果就會大打折扣。例如在基于模型建構(gòu)的探究學(xué)習(xí)中，如果制作模型的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，操作程序繁瑣，那么制作和演示模型的過程就會干擾學(xué)生對原型功能的理解，也就不能達(dá)到探究學(xué)習(xí)的真正目的。所以探究學(xué)習(xí)的開展必須考慮學(xué)生的“最近發(fā)展區(qū)”?；诖苏J(rèn)識，教師設(shè)計的探究學(xué)習(xí)活動應(yīng)該具有情境是真實(shí)的、實(shí)驗(yàn)具可觀察可測量的特點(diǎn)即直觀化原則。同時不同的探究學(xué)習(xí)類型開展過程中，教師都要預(yù)留足夠的時間，讓學(xué)生在活動中不斷體驗(yàn)和感悟。

2.3 體現(xiàn)過程性和開放性原則

在生物學(xué)教學(xué)中，開展豐富的探究學(xué)習(xí)活動是實(shí)現(xiàn)學(xué)生探究能力發(fā)展的重要載體。知識的獲得主要依賴對探究結(jié)果的獲取和分析，而能力的發(fā)展則主要通過探究過程中學(xué)生有關(guān)實(shí)驗(yàn)技能的訓(xùn)練和對科學(xué)方法的體悟。在學(xué)生探究學(xué)習(xí)過程中，教師既要加強(qiáng)指導(dǎo)，也可以通過表現(xiàn)性評價量表對學(xué)生的科學(xué)過程技能進(jìn)行實(shí)時評價。此外，教師還可以設(shè)計開放程度不同的探究學(xué)習(xí)活動。例如在基于實(shí)驗(yàn)的探究學(xué)習(xí)中，針對同一個課題，教師可以設(shè)計能力要求不同的3種方案。上文提供的霉菌實(shí)驗(yàn)案例屬于能力要求較低的方案，因?yàn)榻o定了實(shí)驗(yàn)材料和實(shí)驗(yàn)步驟，學(xué)生只需“照方抓藥”、按步實(shí)施就行。當(dāng)然，教師也可以設(shè)計提供實(shí)驗(yàn)材料和實(shí)驗(yàn)實(shí)施指導(dǎo)意見，但不出示具體實(shí)驗(yàn)步驟的方案，給予學(xué)生一定的探究空間。能力要求最高的實(shí)驗(yàn)方案則為圍繞指定的實(shí)驗(yàn)課題，由學(xué)生自主選擇實(shí)驗(yàn)材料和設(shè)計實(shí)驗(yàn)方案開展探究。當(dāng)然這種方案必然是學(xué)生在開展大量探究實(shí)驗(yàn)后，具備了較高探究能力的基礎(chǔ)上才可以開展的。

通過基于科學(xué)方法的探究學(xué)習(xí)，不僅有利于學(xué)生深刻理解知識，更重要的是在“做中學(xué)”的過程中學(xué)生的探究能力也會不斷提高。教師要加強(qiáng)教材文本的研究和科學(xué)方法的指導(dǎo)基礎(chǔ)上，探索更多科學(xué)方法和探究活動整合的新案例，提高其實(shí)效性和實(shí)用性，促進(jìn)學(xué)生探究能力又快又好的發(fā)展。

［1］吳成軍.初中生物學(xué)科學(xué)方法體系的建構(gòu)及其教學(xué)建議［J］.中學(xué)生物學(xué),2014,10:4－7.

［2］李穎慧.中學(xué)生物觀察能力評價指標(biāo)體系建立的實(shí)驗(yàn)研究［D］.北京：首都師范大學(xué),2000.

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［4］吳舉宏.概念教學(xué)的“新概念”:核心概念和概念轉(zhuǎn)變［J］.中學(xué)生物學(xué),2014,09:4－7.

［5］李紅,陳香,盧媛.初中生物教材編制如何應(yīng)對教學(xué)中科學(xué)探究活動實(shí)施的困境［J］.課程·教材·教法,2009,08:57－61，87.

［6］邰玉韋.實(shí)證型探究學(xué)習(xí)的創(chuàng)新開展及案例分析［J］.教學(xué)月刊·中學(xué)版（教學(xué)參考）,2015,Z2:29－31.