以“問題”為核心的科學探究教學策略

楊紅麗 朱家華 崔 鴻

(1 華中師范大學生命科學學院 武漢 430079； 2 西南大學生命科學學院 重慶 400715； 3 華中師范大學教師教育學院 武漢 430079)

“引導并組織學生進行探究性學習”是第八次基礎教育課程改革生物學課程重要的教學實施建議?？茖W探究既是學生學習生物學課程的“學習方式”，也是其“學習目標”。近年來，關于“科學探究”內(nèi)涵的觀點已經(jīng)得到廣泛的認同： 科學探究的本質是尋找解答疑問的信息，關鍵是提出問題，重要途徑是觀察和實驗，結果是獲取證據(jù)、數(shù)據(jù)等；通過對結果中證據(jù)、數(shù)據(jù)等的分析、判斷，回答提出的問題，并嘗試發(fā)現(xiàn)和提出新的問題。顯然，科學探究是圍繞問題進行的，問題既是起點也是終點。問題成為貫穿整個科學探究的核心要素。然而，科學課程改革至今，科學探究教學實踐中對探究本身的“問題”并未給予充分的重視，在提出問題、制定計劃和得出結論等環(huán)節(jié)中表現(xiàn)得尤為嚴重。為此，以“問題”為核心的科學探究教學策略的研究尤為重要。

1 科學探究教學應圍繞問題構建探究主線

科學探究教學中，應擺脫“提出問題、作出假設、制訂計劃、實施計劃、得出結論、表達交流”這幾個環(huán)節(jié)的外在束縛，跳出死板的外在形式，抓住聯(lián)系各環(huán)節(jié)的內(nèi)在要素——探究要研究和解決的“問題”本身。

以“探究細胞大小與物質運輸?shù)年P系”為例，教學可圍繞以下問題(圖1)構建探究主線。此過程中，研究和解決的“問題”本身推動著探究不斷前進，確定探究變量、制定探究計劃、實施探究步驟，直至探究結果的記錄、分析、討論，都是緊緊圍繞“問題”展開的。在問題的引導下，該探究實驗選擇的模擬材料不會局限于教材中的瓊脂和顏色反應，可以是其他的材料和顯色方法，后續(xù)的操作原理和方法也不一樣，能解決探究問題即可。恰是不變的探究問題催生了探究方案的創(chuàng)新和改進。從探究要解決的具體問題出發(fā)，通過邏輯推理，衍生出探究過程中需攻克的各個關鍵問題，最后又回到探究的具體問題。正是“問題”將這些探究環(huán)節(jié)從本質上串聯(lián)在一起，使其成為一個整體，這樣才能真正培養(yǎng)學生科學的思維方式和發(fā)展其科學探究實踐能力。

圖1 “探究細胞大小與物質運輸?shù)年P系”探究主線

2 科學探究教學應強化科學論證

論證是使用推理、理論觀點和經(jīng)驗證據(jù)來辯護知識主張的過程。科學探究中“分析和判斷證據(jù)，得出結論”的基本要求實際上就是論證的具體表現(xiàn)?？茖W探究的本質即“尋找解答疑問的信息”，那么如何利用獲得的事實和證據(jù)等信息進行歸納、推理，形成科學知識和概念，從而形成對問題的解釋和回答，正是科學論證要做的事情。在科學探究中強化科學論證成分，可以有效地建立事實、證據(jù)和結論之間的聯(lián)系。從認知心理學角度來說，即圍繞“問題”有效地發(fā)展了學生的科學思維這一生物學學科核心素養(yǎng)。

以“探究酵母菌細胞呼吸的方式”實驗為例，通過對問題的分析明確該實驗的自變量是氧氣的有無，因變量是呼吸作用產(chǎn)生的物質、能量(由于不易檢測，不作探究)。因此，如何控制有氧條件和無氧條件、如何檢測有氧條件和無氧條件下酵母菌細胞呼吸產(chǎn)生的物質成為要具體解決的關鍵問題。當然，凡是影響這兩個問題的因素都會成為實驗的干擾因素。而事實上，實驗結果經(jīng)常會出現(xiàn)有氧組被檢液體也變綠的情況，教師引導學生稍加論證就能發(fā)現(xiàn)實驗結果的現(xiàn)象、證據(jù)不能支持假設。此時，圍繞具體問題繼續(xù)論證，就會發(fā)現(xiàn)很多新的問題，例如： ①有氧組被檢液體變綠說明有氧組也可能發(fā)生了無氧呼吸，有氧組在創(chuàng)造和控制有氧條件方面可能出現(xiàn)了問題，是什么原因導致的？②葡萄糖作為底物且具有還原性，其濃度既會影響呼吸反應速率，也會影響酒精的檢測，其濃度不能過低也不能過高。那么，到底什么樣的濃度最合適？科學論證使探究產(chǎn)生了新的問題并進入新的循環(huán)，這與真正的科學研究不謀而合。

3 科學探究教學應重視教學的情境性

忽略“問題”的科學探究教學實踐，過分強調(diào)教學的預設性，從而過于關注探究環(huán)節(jié)本身。殊不知，科學家共同體的科學探究具有社會性學習活動特征，即真正的科學研究總是處于復雜、具體的情境之中。科學探究的課堂學習也應努力追求社會性學習的特點，這樣學生才能通過科學探究真正認識科學的本質；認識到科學知識隨著研究的深入而改變；形成基于實證的科學思維。最終，在參與探究的經(jīng)歷中發(fā)展生物學學科核心素養(yǎng)。因此，科學探究教學一定要注重情境性。這種情境性具體表現(xiàn)為生成性和不確定性。

再以“探究酵母菌細胞呼吸的方式”實驗為例，雖然教材將其設計為探究性實驗，但實際上不少教師會質疑這個實驗的探究性，認為學生通過初中階段的學習已經(jīng)知道了酵母菌細胞的呼吸方式，而且對有氧呼吸和無氧呼吸也有一定程度的了解，該實驗應為驗證性實驗。從“酵母菌細胞的呼吸方式”這個問題來說，本實驗的探究性確實值得懷疑。但基于教學的情境性，教師卻可以根據(jù)實際情況生成新的探究性。

首先教師需要注意的是，在探究開始之前，學生對此問題的認識可能只是一種前科學概念。因此，教師可以利用學生的生活經(jīng)驗，創(chuàng)設發(fā)現(xiàn)和提出問題的情境，如通過對“發(fā)面”和“做米酒”兩種過程(表1)的對比、分析、推理，激發(fā)學生的思考并提出問題。

表1 發(fā)面與做米酒的比較

這種情況下，由于每個學生關于這兩方面的生活經(jīng)驗不同，提出問題和作出假設的多樣性會遠遠超過教師的預設，探究的必要性會大大加強。

再者，即使學生學習前已經(jīng)形成了關于細胞呼吸的科學概念，該實驗從教學內(nèi)容角度來說仍然有很多值得學生去探究的地方。例如，實驗裝置的組裝，當學生清楚了有氧呼吸和無氧呼吸條件、產(chǎn)物的不同后，教師可以引導學生根據(jù)實驗目的和已提供的裝置，摸索裝置的組裝方式，這樣的方式比教師手把手教學生組裝更有效。教師甚至可以把主動權全部交給學生，組織學生根據(jù)實驗目的，以小組為單位設計、制作、開發(fā)、組裝實驗裝置，進行一次關于實驗裝置的完全探究。