基于高中生物核心素養(yǎng)中科學(xué)探究能力的培養(yǎng)與提升

李超

【摘要】提升學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)是高中生物課堂教學(xué)的重要支撐。教師在教學(xué)過(guò)程中除了要做好生物基礎(chǔ)知識(shí)的傳授工作，還要切實(shí)加強(qiáng)對(duì)學(xué)生核心素養(yǎng)之一的科學(xué)探究能力的挖掘、培養(yǎng)與提升。文章結(jié)合一線工作經(jīng)驗(yàn)，就高中生物核心素養(yǎng)中科學(xué)探究能力的挖掘、培養(yǎng)與提升進(jìn)行了探討。

【關(guān)鍵詞】高中生物核心素養(yǎng)；科學(xué)探究能力；問(wèn)題情境；教學(xué)方法；實(shí)驗(yàn)教學(xué)

新一輪《高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》指出，科學(xué)探究是指能夠發(fā)現(xiàn)現(xiàn)實(shí)世界中的生物學(xué)問(wèn)題，針對(duì)特定的生物學(xué)現(xiàn)象，進(jìn)行觀察、提問(wèn)、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、方案實(shí)施以及對(duì)形成的結(jié)果進(jìn)行交流與討論的能力。基于核心素養(yǎng)的生物學(xué)科的科學(xué)探究可極大加深對(duì)核心概念的理解，喚起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。作為教學(xué)活動(dòng)的主導(dǎo)者，高中生物教師必須在課堂教學(xué)中著眼于課堂教學(xué)、學(xué)生基本能力和基本素養(yǎng)的實(shí)際，在教學(xué)過(guò)程中始終貫徹核心素養(yǎng)這一基本主題，注重對(duì)學(xué)生生物學(xué)科的科學(xué)探究能力的培養(yǎng)，從而培養(yǎng)出符合社會(huì)發(fā)展的高素質(zhì)學(xué)生。

一、創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境，培養(yǎng)探究意識(shí)

生物教師要想提升學(xué)生的生物核心素養(yǎng)中的科學(xué)探究能力，首先要對(duì)學(xué)生的探究意識(shí)進(jìn)行培養(yǎng)，只有激發(fā)學(xué)生的探究潛能和欲望，才能充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性。而培養(yǎng)學(xué)生探究意識(shí)的方式有很多，其中，創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境就是一種行之有效的方法，讓學(xué)生在問(wèn)題情境的驅(qū)動(dòng)下，在學(xué)習(xí)的過(guò)程中主動(dòng)植入自己的思考和探究，通過(guò)課堂提問(wèn)、討論來(lái)提升學(xué)生的科學(xué)探究能力。因此，生物教師在教學(xué)過(guò)程中要根據(jù)學(xué)生的實(shí)際學(xué)習(xí)情況找到學(xué)生的“最近發(fā)展區(qū)”，然后按照相關(guān)的邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有關(guān)聯(lián)性的“問(wèn)題串”，以此為載體展開課堂有效教學(xué)并將其貫穿到教學(xué)活動(dòng)中的各個(gè)環(huán)節(jié)。

首先，教師要巧借“問(wèn)題串”，將學(xué)生的求知欲有效激發(fā)出來(lái)。在實(shí)際教學(xué)過(guò)程中，教師應(yīng)當(dāng)將教學(xué)目標(biāo)設(shè)計(jì)成帶有內(nèi)在邏輯關(guān)聯(lián)的、貼近學(xué)生認(rèn)知水平的問(wèn)題串，對(duì)學(xué)生的探究潛能進(jìn)行有效挖掘，充分激發(fā)和調(diào)動(dòng)學(xué)生的好奇心、求知欲，讓學(xué)生能夠因此產(chǎn)生積極的情感體驗(yàn)和濃厚的學(xué)習(xí)興趣。學(xué)生在這種情感體驗(yàn)和興趣基礎(chǔ)上進(jìn)行學(xué)習(xí)，能在求知中獲得樂(lè)趣，在快樂(lè)中收獲新知，在求知中錘煉探究能力，從而實(shí)現(xiàn)全面發(fā)展。

比如，筆者在進(jìn)行《遺傳信息的表達(dá)——基因指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成》教學(xué)的時(shí)候，充分利用多媒體給學(xué)生播放轉(zhuǎn)錄和翻譯過(guò)程的FLASH動(dòng)畫及暫停狀態(tài)下生成的圖1和圖2畫面。通過(guò)視頻觀察讓學(xué)生直觀地對(duì)“轉(zhuǎn)錄和翻譯”的過(guò)程的初步印象一目了然。在這個(gè)基礎(chǔ)上，結(jié)合教學(xué)的重難點(diǎn)，我拋出以下幾個(gè)具有內(nèi)在關(guān)聯(lián)的問(wèn)題：①兩個(gè)過(guò)程的模板是什么？模板最后的去向？②兩個(gè)過(guò)程需要什么原料？產(chǎn)物又分別是什么？③兩個(gè)過(guò)程中分別需要什么酶參與？④這兩個(gè)過(guò)程分別具有什么特點(diǎn)？⑤基因如何通過(guò)該過(guò)程來(lái)控制生物性狀？通過(guò)這一連串具有內(nèi)在聯(lián)系又相互遞進(jìn)的問(wèn)題使學(xué)生的探究學(xué)習(xí)一探到底，既檢驗(yàn)了學(xué)生的自我學(xué)習(xí)成果，又形成了具有探究品質(zhì)的高質(zhì)量課堂。

其次，教師要利用“問(wèn)題串”，拓展學(xué)生探究性學(xué)習(xí)的深度和廣度，對(duì)學(xué)生創(chuàng)新思維進(jìn)行培養(yǎng)。在“問(wèn)題串”的教學(xué)模式中，教師要根據(jù)教學(xué)實(shí)際情況進(jìn)行大膽的實(shí)踐和創(chuàng)新，驅(qū)動(dòng)學(xué)生進(jìn)行主動(dòng)探究和主動(dòng)思考。這樣不僅可以將學(xué)生的問(wèn)題意識(shí)激發(fā)出來(lái)，還能對(duì)學(xué)生思維的廣度和深度進(jìn)行有效的拓展。

例如在《遺傳信息的傳遞》這節(jié)課的教學(xué)中，筆者首先在課堂上向?qū)W生呈現(xiàn)了一段2004年印度洋大海嘯的視頻，這次海嘯共造成東南亞各國(guó)約30萬(wàn)人死亡，經(jīng)過(guò)海水的浸泡，大量遺體面目全非，親人無(wú)法確認(rèn)。在學(xué)生看完這些震撼的畫面后，筆者趁機(jī)提問(wèn)：“如何用生物學(xué)的方法確認(rèn)遺體？”學(xué)生立即想到了DNA。我又提出：“為什么DNA能確認(rèn)？DNA如何來(lái)決定親子代之間的遺傳信息？”為了有效解決這些問(wèn)題，學(xué)生不僅要對(duì)相關(guān)的知識(shí)進(jìn)行調(diào)動(dòng)和分析，還要融入自己的想法和判斷，思維也在這個(gè)過(guò)程中不知不覺(jué)得到創(chuàng)新，探究意識(shí)逐漸得到培養(yǎng)和增強(qiáng)。

問(wèn)題情境的創(chuàng)設(shè)，調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，有效激發(fā)了學(xué)生的潛在意識(shí)，使學(xué)生主動(dòng)參與課堂，自發(fā)進(jìn)行學(xué)習(xí)和探究，科學(xué)探究意識(shí)得到培養(yǎng)和增強(qiáng)。

二、改進(jìn)教學(xué)方法，重視探究過(guò)程

從一定意義上來(lái)說(shuō)，課堂教學(xué)目標(biāo)不僅僅是知識(shí)目標(biāo)的達(dá)成，更是學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性和創(chuàng)造性的調(diào)動(dòng)，這一過(guò)程主要取決于教師在教學(xué)中使用的教學(xué)方法。因此，生物教師一定要對(duì)教學(xué)內(nèi)容以及教學(xué)大綱進(jìn)行深入研究，在此基礎(chǔ)上選擇最佳的教學(xué)方法，比如角色扮演教學(xué)法、互動(dòng)游戲式教學(xué)法、構(gòu)建物理模型教學(xué)法等。這樣不僅可以活躍課堂氣氛，突出學(xué)生的主體地位，還能激發(fā)學(xué)生的思維，提高學(xué)生的科學(xué)探究能力。

首先，教師要指導(dǎo)學(xué)生對(duì)探究方法進(jìn)行了解和掌握，讓學(xué)生了解和掌握科學(xué)探究的一般方法是探究性學(xué)習(xí)實(shí)施的一個(gè)重要目標(biāo)。一般來(lái)說(shuō)，科學(xué)探究的方法主要包括綜合、分析、判斷、推理等和獲取信息、收集證據(jù)、調(diào)查、實(shí)驗(yàn)、觀察等思維方法。教師只有先讓學(xué)生掌握探究學(xué)習(xí)的方法，才能調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，讓學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度由“要我學(xué)”轉(zhuǎn)變?yōu)椤拔乙獙W(xué)”，從“學(xué)會(huì)”轉(zhuǎn)變?yōu)椤皶?huì)學(xué)”。

例如在“觀察葉綠體”實(shí)驗(yàn)活動(dòng)之前，教師要讓學(xué)生先弄清楚自己要“觀察什么”“如何觀察胞質(zhì)環(huán)流現(xiàn)象”，再進(jìn)一步探究“如何加強(qiáng)胞質(zhì)環(huán)流現(xiàn)象”。這一系列實(shí)驗(yàn)問(wèn)題的解決可使學(xué)生通過(guò)先明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡膶?shí)驗(yàn)活動(dòng)，再細(xì)致地、有目標(biāo)地去進(jìn)行觀察活動(dòng)，并進(jìn)一步完成探究過(guò)程，從而培養(yǎng)學(xué)生的觀察和實(shí)踐能力，然后在此基礎(chǔ)上培養(yǎng)和開發(fā)學(xué)生的探究能力。

其次，教師要根據(jù)實(shí)際情況采取小組合作學(xué)習(xí)模式。由于高中生物主要是針對(duì)微觀領(lǐng)域知識(shí)的研究，很多知識(shí)超出了學(xué)生的認(rèn)知范圍，學(xué)生在獨(dú)立思考的基礎(chǔ)上無(wú)法有效解決。這個(gè)時(shí)候如果教師能夠使用小組合作探究的方式，就可以將學(xué)生的思維和力量匯聚起來(lái)，讓學(xué)生的思維相互碰撞，讓微觀知識(shí)以直觀的形式呈現(xiàn)出來(lái)，以此拓寬學(xué)生的視野，降低學(xué)生的學(xué)習(xí)難度，還可以讓學(xué)生的科學(xué)探究思維以及能力在交流討論的過(guò)程中得到訓(xùn)練和提高。

例如在講授《生物變異的來(lái)源——染色體畸變》有關(guān)內(nèi)容的時(shí)候，教師可以提出這樣一組問(wèn)題：①對(duì)于非同源染色體，你有怎樣的認(rèn)識(shí)？②同源染色體可以在果蠅的精子中存在嗎？③對(duì)于染色體組的概念，你有怎樣的認(rèn)識(shí)？利用這樣一系列的問(wèn)題，教師可以指導(dǎo)學(xué)生合作探究來(lái)加深對(duì)相關(guān)概念的理解。在相互交流的過(guò)程中，有學(xué)生提出將雙手手指比喻成雌果蠅一個(gè)卵原細(xì)胞中的五對(duì)染色體（假設(shè)果蠅體內(nèi)有五對(duì)染色體），一只手的五個(gè)手指好比果蠅卵細(xì)胞中的染色體，而這五個(gè)手指頭代表的染色體就表示一個(gè)染色體組。學(xué)生通過(guò)這樣合作探究獲得的概念更加清楚，分析得更加形象透徹，得出來(lái)的結(jié)論也更加準(zhǔn)確。

再次，教師要指導(dǎo)學(xué)生對(duì)探究活動(dòng)中所獲得的信息資料進(jìn)行歸納和總結(jié)，將其內(nèi)化成自己的學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)和新知識(shí)。在此過(guò)程中，學(xué)生的思維能力和科學(xué)探究能力便能夠得到有效的鍛煉和提升。

例如在《酶》這節(jié)課的教學(xué)中，筆者通過(guò)“探究淀粉酶對(duì)淀粉和蔗糖的水解作用”“探究pH值對(duì)過(guò)氧化氫酶的影響”“探究溫度對(duì)唾液淀粉酶的影響”三個(gè)學(xué)生實(shí)驗(yàn)來(lái)探究酶的生物學(xué)特性，在此基礎(chǔ)上提出如何確定酶的最適溫度和最適pH值。在對(duì)已有實(shí)驗(yàn)結(jié)果和結(jié)論進(jìn)行歸納總結(jié)的基礎(chǔ)上，讓學(xué)生進(jìn)一步開展實(shí)驗(yàn)來(lái)探究，使其科學(xué)探究能力得到進(jìn)一步培養(yǎng)和提升。

在課堂教學(xué)中，教師要積極踐行以生為本，要從有利于學(xué)生學(xué)習(xí)的實(shí)際出發(fā)，改進(jìn)固有的教學(xué)方式，注重學(xué)生科學(xué)探究意識(shí)的培養(yǎng)，通過(guò)建立課內(nèi)外一體化多樣性深層次的教學(xué)新模式，不斷激發(fā)學(xué)生參與探究的各種積極因素，讓學(xué)生在活動(dòng)中參與，在參與中培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)、探究能力。

三、拓展實(shí)驗(yàn)教學(xué)，培養(yǎng)探究能力

高中生物是一門建立在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上的學(xué)科，在實(shí)際教學(xué)過(guò)程中，生物教師可以根據(jù)教學(xué)內(nèi)容開展一些拓展式的探究性實(shí)驗(yàn)，給學(xué)生提供一個(gè)能夠合作、交流、動(dòng)腦思考以及探究創(chuàng)新的平臺(tái)和空間，將學(xué)生的求知欲充分激發(fā)出來(lái)，促進(jìn)學(xué)生的主動(dòng)探究，逐漸提升學(xué)生的探究能力和知識(shí)水平。更重要的是，生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)具有較強(qiáng)的實(shí)踐性，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中不僅要?jiǎng)幽X還要?jiǎng)邮?，在?dòng)手過(guò)程中可以加強(qiáng)對(duì)一些理論知識(shí)的認(rèn)識(shí)，實(shí)踐能力也因此得到有效的提升。

在進(jìn)行“觀察洋蔥表皮細(xì)胞質(zhì)壁分離以及質(zhì)壁分離復(fù)原”實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)候，筆者先帶領(lǐng)學(xué)生做一個(gè)演示性的實(shí)驗(yàn)，達(dá)到教學(xué)目標(biāo)以后，根據(jù)教學(xué)內(nèi)容和學(xué)生的實(shí)際情況引導(dǎo)學(xué)生向探究的方向逐步邁進(jìn)：①實(shí)驗(yàn)操作方法是否可以進(jìn)一步簡(jiǎn)化，以實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)效率的提高？②除了蔗糖溶液外，是否可以使用其他的試劑？③實(shí)驗(yàn)是否只能用洋蔥的紫色外表皮細(xì)胞，換作其他的植物細(xì)胞能否可以？讓學(xué)生帶著這些問(wèn)題進(jìn)行驗(yàn)證和探索，在此基礎(chǔ)上深化學(xué)生對(duì)相關(guān)知識(shí)的理解，提高學(xué)生的實(shí)踐能力。

學(xué)生經(jīng)過(guò)探討、實(shí)踐和思考之后，得出如下結(jié)論：①實(shí)驗(yàn)操作可以進(jìn)一步簡(jiǎn)化，比如直接掀開蓋玻片，滴加蔗糖溶液，這樣既可以省略幾次重復(fù)滴加試劑以及利用吸水吸紙吸引的步驟，縮短操作時(shí)間，又可以防止實(shí)驗(yàn)操作者因?yàn)椴僮鞑划?dāng)而對(duì)顯微鏡造成污染；②蔗糖溶液有較強(qiáng)的黏性，容易對(duì)顯微鏡造成污染，該實(shí)驗(yàn)可以使用其他的試劑如KNO3代替，KNO3使用過(guò)程中還省略了給植物細(xì)胞滴加清水的步驟而發(fā)生自動(dòng)質(zhì)壁分離復(fù)原；③除了使用洋蔥外表皮細(xì)胞作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象外，還可以使用其他的植物細(xì)胞，只是因?yàn)檠笫[外表皮細(xì)胞紫色，它的液泡是紫色的，所以細(xì)胞壁和原生質(zhì)層的區(qū)分非常明顯，質(zhì)壁分離現(xiàn)象在顯微鏡下觀察非常清晰。這種基于課本實(shí)驗(yàn)，適度拓展實(shí)驗(yàn)，提出新的實(shí)驗(yàn)問(wèn)題，讓學(xué)生進(jìn)行新的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和實(shí)施的探究過(guò)程，使學(xué)生的科學(xué)探究能力得到了培養(yǎng)和提升。

在結(jié)合教材理論和實(shí)驗(yàn)方法的基礎(chǔ)上，學(xué)生在教師的引領(lǐng)和輔助下，通過(guò)相互探討，大部分都能獨(dú)立地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，開展實(shí)驗(yàn)，分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果和討論交流實(shí)驗(yàn)結(jié)論等，從而充分挖掘和拓展課本實(shí)驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)原理、材料、步驟、結(jié)論交流等方面發(fā)揮學(xué)生的積極作用，激發(fā)學(xué)生的探究興趣，培養(yǎng)和提升學(xué)生生物學(xué)核心素養(yǎng)中的科學(xué)探究能力。

四、創(chuàng)新作業(yè)形式，延伸探究空間

作為教學(xué)活動(dòng)的有機(jī)組成部分，作業(yè)對(duì)于課堂教學(xué)效果的優(yōu)化具有非常重要的作用。作業(yè)是課堂教學(xué)活動(dòng)的延伸，作業(yè)的批改和布置在一定程度上能夠?qū)φn堂教學(xué)中的不足進(jìn)行彌補(bǔ)，是課內(nèi)知識(shí)的發(fā)展和延伸。

教師要從實(shí)際出發(fā)，按照學(xué)生的個(gè)性特征和年齡特征有針對(duì)性和有目的性地布置和批改作業(yè)。可以根據(jù)部分學(xué)生喜歡標(biāo)新立異以及好動(dòng)手的特點(diǎn)布置一些小創(chuàng)新、小實(shí)驗(yàn)等形式的實(shí)踐性作業(yè)。

例如在講解完“質(zhì)膜的結(jié)構(gòu)模型”這部分內(nèi)容后，教師要求學(xué)生利用乒乓球、廢棄紙箱、剪刀及鐵絲制作質(zhì)膜流動(dòng)鑲嵌模型。學(xué)生用鐵絲穿過(guò)乒乓球制作“親水基團(tuán)”和“疏水基團(tuán)”，再用紅色的紙板剪出大小不規(guī)則形狀的蛋白質(zhì)分子，最后用綠色的紙板剪出六邊形的“單糖分子”，用鐵絲穿起來(lái)，并固定在部分蛋白質(zhì)上。通過(guò)鐵絲穿過(guò)大塊白色方形紙板的固定，學(xué)生在準(zhǔn)確地制作出了質(zhì)膜流動(dòng)鑲嵌模型后，還指出每一部分結(jié)構(gòu)的排布特點(diǎn)。這樣既可以鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力，又能有效激發(fā)學(xué)生的探究欲望，還能培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力，從而提升學(xué)生的核心素養(yǎng)。

生物知識(shí)紛繁復(fù)雜，教師要根據(jù)實(shí)際情況指導(dǎo)學(xué)生在課外廣泛閱讀，利用網(wǎng)絡(luò)查找一些與生物學(xué)有關(guān)的信息和資料，提醒學(xué)生在日常學(xué)習(xí)和生活中重視生物知識(shí)素材的整理和收集。

例如在教學(xué)《生態(tài)工程》相關(guān)內(nèi)容的時(shí)候，教師可以選擇某一塊具體的區(qū)域，例如杭州臨江濕地灘涂，讓學(xué)生在課后通過(guò)網(wǎng)絡(luò)和實(shí)地查找杭州臨江濕地灘涂這幾年的變化，在此基礎(chǔ)上提出相關(guān)的開發(fā)策略。例如在保持原貌的基礎(chǔ)上創(chuàng)建一個(gè)濕地公園；將蘆葦蕩改成養(yǎng)殖場(chǎng)、漁場(chǎng)、桑樹林和果園等；開發(fā)某一個(gè)特定主題的水上樂(lè)園等。通過(guò)這樣的開放性、自主性作業(yè)，學(xué)生不僅對(duì)所學(xué)的知識(shí)進(jìn)行了鞏固，而且對(duì)知識(shí)進(jìn)行了系統(tǒng)的整理和自主建構(gòu)，學(xué)習(xí)能力和探究意識(shí)得到了進(jìn)一步升華。

創(chuàng)新作業(yè)形式可以開闊學(xué)生的思維，拓寬學(xué)生的視野。學(xué)生在這個(gè)過(guò)程中可以領(lǐng)悟到因地制宜的重要性，尊重自然發(fā)展規(guī)律的重要性，思維活躍起來(lái)，拓展了科學(xué)探究空間，提高了科學(xué)探究能力和核心素養(yǎng)，成為知識(shí)和能力并重的新型人才。

五、反思培養(yǎng)方式，鞏固探究效果

通過(guò)以上措施，有效地提升了學(xué)生生物核心素養(yǎng)中的科學(xué)探究能力，同時(shí)也有幾點(diǎn)值得反思。

科學(xué)探究素養(yǎng)的培養(yǎng)對(duì)教師和課堂教學(xué)提出了新挑戰(zhàn)。作為教師，需要改變固有的教學(xué)認(rèn)知和教學(xué)行為，承載科學(xué)素養(yǎng)探究能力培養(yǎng)的任務(wù)與目標(biāo)，這個(gè)調(diào)整需要一個(gè)較長(zhǎng)的過(guò)程。在課堂教學(xué)中如何處理好打基礎(chǔ)與培養(yǎng)科學(xué)探究素養(yǎng)的關(guān)系？教師需要通過(guò)轉(zhuǎn)變課堂教學(xué)方式，充分挖掘?qū)W生在科學(xué)素養(yǎng)方面的潛能，使科學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)過(guò)程更多地轉(zhuǎn)變?yōu)橥诰?、培養(yǎng)與提升三位一體的綜合過(guò)程，而這種過(guò)程的完成需要較高的課堂教學(xué)組織能力，這種組織能力對(duì)教師提出了更高要求。

綜上所述，學(xué)生核心素養(yǎng)中科學(xué)探究能力的培養(yǎng)與教師的核心素養(yǎng)和教師的課堂教學(xué)有著密切的聯(lián)系。高中生物教師要心懷核心素養(yǎng)的理念，通過(guò)創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境，改進(jìn)教學(xué)方法，拓展實(shí)驗(yàn)教學(xué)，創(chuàng)新作業(yè)形式，反思培養(yǎng)方式等最大限度地促進(jìn)學(xué)生生物核心素養(yǎng)中科學(xué)探究能力的系統(tǒng)培養(yǎng)與提升。

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