學(xué)習(xí)科學(xué)視野下生物學(xué)“研學(xué)課堂”的建構(gòu)

邵紹元

摘要：在生物學(xué)課堂場域中，以“制作生態(tài)瓶”活動為例，遵循學(xué)習(xí)的本質(zhì)和規(guī)律等學(xué)習(xí)科學(xué)原理，以關(guān)注學(xué)生前概念的“學(xué)”為基礎(chǔ)，以基于生物學(xué)科本質(zhì)的“研”為落腳點(diǎn)，以重要概念為基本架構(gòu)，平衡事實(shí)性知識和概念性知識，通過互動交流與表達(dá)、基于項(xiàng)目和設(shè)計的科學(xué)實(shí)踐，提升學(xué)生的生物學(xué)科核心素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：學(xué)習(xí)科學(xué);研學(xué)課堂;生態(tài)瓶

中圖分類號：G633.91 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

1學(xué)習(xí)科學(xué)視野下研學(xué)課堂的內(nèi)涵

研學(xué)課堂是教師和學(xué)生共同學(xué)習(xí)建構(gòu)知識的生物學(xué)課堂場域。以關(guān)注學(xué)生前概念的“學(xué)”為基礎(chǔ)，以重要概念為基本架構(gòu)，以基于生物學(xué)科本質(zhì)的“學(xué)”為落腳點(diǎn)，面向問題解決，平衡事實(shí)性知識和概念性知識，通過基于項(xiàng)目和設(shè)計的科學(xué)實(shí)踐，在活動體驗(yàn)和理解性的研學(xué)過程中意義生成復(fù)雜的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，發(fā)展學(xué)生的生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

2學(xué)習(xí)科學(xué)視野下研學(xué)課堂的建構(gòu)

2.1研學(xué)課堂的前提條件：關(guān)注前概念

學(xué)習(xí)科學(xué)第一條原理表明，重視學(xué)生的原有經(jīng)驗(yàn)，前概念是學(xué)習(xí)發(fā)生的前提條件。前概念是指學(xué)生在未正式學(xué)習(xí)生物學(xué)前所形成的對生命現(xiàn)象和規(guī)律的非本質(zhì)認(rèn)識和觀點(diǎn)，具有其不確定性和模糊性。合理的前概念是建構(gòu)生物學(xué)概念的基礎(chǔ)，是研學(xué)課堂的生長點(diǎn);錯誤的前概念具有隱蔽性和片面性，影響生物學(xué)概念的形成，是研學(xué)課堂的阻抗點(diǎn)。

經(jīng)課前調(diào)查，發(fā)現(xiàn)學(xué)生錯誤的前概念有：

①由于日常生活經(jīng)驗(yàn)，如馬桶中或水溝里的水生活著許多細(xì)菌，建立了微生物與臟亂環(huán)境的必然連結(jié)，學(xué)生普遍認(rèn)為微生物不利于生態(tài)瓶的維持，更難以想象特定微生物在生態(tài)瓶凈化及穩(wěn)定水質(zhì)的可能性。

②學(xué)生普遍認(rèn)為動物不是消費(fèi)者，就是分解者。

③學(xué)生普遍認(rèn)為，生態(tài)系統(tǒng)一定要有消費(fèi)者等。

因此，教師及時準(zhǔn)確調(diào)查前概念，研學(xué)前暴露前概念，設(shè)置疑問引發(fā)認(rèn)知沖突，激起研學(xué)欲望，有利于研學(xué)策略的制定，提高研學(xué)的針對性和實(shí)效性。

2.2研學(xué)課堂的基本架構(gòu)：精選重要概念

學(xué)習(xí)科學(xué)認(rèn)為，專家型知識不是對事實(shí)的簡單羅列，而是圍繞著重要概念和原理組織起來的，專家解決問題是運(yùn)用重要概念或“大觀點(diǎn)”進(jìn)行研判的過程。重要概念是生物學(xué)科中的關(guān)鍵內(nèi)容、重要思想和關(guān)鍵能力，是組織研學(xué)課堂的載體。精選重要概念和原理，使其成為的研學(xué)課堂基本骨架。

如制作生態(tài)瓶活動前，大多數(shù)學(xué)生能意識到生態(tài)系統(tǒng)是由生物和環(huán)境組成，但并不清楚生態(tài)系統(tǒng)中各組成成分是如何組成，不能準(zhǔn)確區(qū)分生產(chǎn)者、消費(fèi)者和分解者。教師結(jié)合生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)和學(xué)情，精選重要概念為：生態(tài)系統(tǒng)由利用無機(jī)物制造有機(jī)物的生產(chǎn)者、直接或間接以綠色植物為食的消費(fèi)者、分解動植物遺體的分解者等生物成分和非生物成分組成，各組成成分共存共榮、相克相生，通過物質(zhì)循環(huán)和能量流動使生態(tài)系統(tǒng)成為統(tǒng)一體。

2.3研學(xué)課堂的必要條件：用事實(shí)性知識支撐重要概念

學(xué)習(xí)科學(xué)強(qiáng)調(diào)專家知識的概念性和原理性組織特征，豐富事實(shí)性知識利于理解和建構(gòu)概念性知識。保持事實(shí)性知識和概念性知識的穩(wěn)態(tài)，形成組織良好的知識結(jié)構(gòu)，這是研學(xué)課堂發(fā)生的必要條件。建構(gòu)研學(xué)課堂，在重要概念的框架下，豐富生物學(xué)事實(shí)，并從中抽象和概括，使概念自然地生長出來。

例如，學(xué)生對生物成分中的定義模糊，分別設(shè)計單一變量控制的生態(tài)瓶（表1）。學(xué)生長期觀察生態(tài)瓶，發(fā)現(xiàn)三大生物因素的特征。

學(xué)生觀察①有菌液和③無菌液的生態(tài)瓶，一周后發(fā)現(xiàn)①含菌液組能維持清澈，而③無菌液組第二周起微呈混濁，且瓶壁上附著大量微生物。學(xué)生通過觀察，認(rèn)同：微生物在生態(tài)系統(tǒng)中必要性，并不是所有微生物都造成臟亂環(huán)境，硝化細(xì)菌在生態(tài)瓶中不可或缺。學(xué)生的前概念受到觀察結(jié)果的挑戰(zhàn)。學(xué)生觀察①有蝦和②無蝦的生態(tài)瓶，發(fā)現(xiàn)兩生態(tài)瓶的水蘊(yùn)草生活均良好，在此感性認(rèn)識的基礎(chǔ)上，以事實(shí)為依據(jù)，建構(gòu)生態(tài)系統(tǒng)不一定需要消費(fèi)者的概念，為重要概念提供支撐。

再如，在制作生態(tài)瓶的起初，各種顏色的米蝦引起學(xué)生的注意。將水草和死蝦分別放入兩生態(tài)瓶中，觀察到米蝦既吃水草，又吃死蝦，學(xué)生對米蝦的食性產(chǎn)生感性認(rèn)識，并根據(jù)米蝦獲取有機(jī)物的方式作大致區(qū)分為消費(fèi)者和分解者?；诿孜r在生態(tài)系統(tǒng)中扮演的雙重角色的事實(shí)，學(xué)生得出“米蝦既為消費(fèi)者，又為分解者”的結(jié)論。豐富而典型的事實(shí)性知識，將重要概念形象化和直觀可視化，提升重要概念的可理解性和精準(zhǔn)性。

2.4研學(xué)課堂的必然要求：基于生物學(xué)科本質(zhì)的科學(xué)探究

生物學(xué)科本質(zhì)的集中表現(xiàn)為生物學(xué)科觀，而學(xué)科觀直接影響著教什么和怎么教。生物學(xué)科本質(zhì)是生物學(xué)科的靈魂，是對進(jìn)化思想和生態(tài)思想等生物學(xué)科思想方法的高度概括，源于生物學(xué)研究對象復(fù)雜性和研究方法的綜合性。生態(tài)思想主要包括理解生物與環(huán)境整體性，自我調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)的穩(wěn)定性，生物與環(huán)境的發(fā)展協(xié)調(diào)性等。研學(xué)課堂要秉持正確的生物學(xué)科觀，基于學(xué)科本質(zhì)開展科學(xué)探究教學(xué)是引導(dǎo)學(xué)生研學(xué)的必然要求。研學(xué)課堂注重將研學(xué)置于具體的實(shí)踐情境中，融入科學(xué)探究的方法，形成生物學(xué)特有思維方式。例如，在討論光照對生態(tài)瓶影響的實(shí)驗(yàn)方案時，有學(xué)生提出方案設(shè)計者忽略室外復(fù)雜的環(huán)境（如氣流、日夜溫差、光照時間等）對生態(tài)瓶的影響，導(dǎo)致為操作一個變量反而衍生出更多變量。在多次討論修正后，學(xué)生逐漸掌握控制單一變量的方法，進(jìn)而形成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度。

2.5研學(xué)課堂的有效路徑：基于項(xiàng)目和設(shè)計的科學(xué)實(shí)踐

學(xué)習(xí)科學(xué)研究表明，基于項(xiàng)目和設(shè)計的學(xué)習(xí)最有效，如構(gòu)思假設(shè)、項(xiàng)目設(shè)計方案、收集記錄證據(jù)、形成暫時性結(jié)論以及評價反思等科學(xué)實(shí)踐是研學(xué)課堂切實(shí)可行的有效路徑。基于項(xiàng)目的科學(xué)實(shí)踐融入科學(xué)的研究方法，尋求解決問題的方法與思路，使核心概念和原理融入項(xiàng)目中，從而使研學(xué)深入和有效。在基于設(shè)計的科學(xué)實(shí)踐中，學(xué)生共享項(xiàng)目設(shè)計方法，征求意見，批判性地評價他人設(shè)計和考慮同伴的意見等，使研學(xué)具有具身性和社會性。

例如，“如何延長生態(tài)瓶的壽命”項(xiàng)目的科學(xué)實(shí)踐過程具體為：

①小組討論生態(tài)瓶可能的自變量;

②根據(jù)課前觀察為例，說明單一變量的實(shí)驗(yàn)設(shè)計，設(shè)計實(shí)驗(yàn)記錄表格;

③小組形成合理假說;

④通過實(shí)踐材料模擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計，教師協(xié)助判斷是否符合假說;

⑤每組選擇影響生態(tài)瓶維持穩(wěn)態(tài)的條件，制作生態(tài)瓶;

⑥各組形成暫時性結(jié)論;

⑦根據(jù)結(jié)論嘗試解釋環(huán)境問題，并提出解決方案。

教師通過提示線索，協(xié)助學(xué)生，使學(xué)生在科學(xué)實(shí)踐后產(chǎn)生一種撥開云霧見青天的成就感，進(jìn)一步建構(gòu)生態(tài)系統(tǒng)的各成分是相異相依，相互制約的統(tǒng)一整體的概念。

2.6研學(xué)課堂的深化：互動交流與表達(dá)

學(xué)習(xí)科學(xué)認(rèn)為：學(xué)生對發(fā)展中的知識進(jìn)行加工、組織和表達(dá)時，可以學(xué)得更好;互動交流與表達(dá)是學(xué)習(xí)最容易發(fā)生的環(huán)節(jié);評價反饋是所有學(xué)習(xí)發(fā)生的重要條件，因而是最有效的。在運(yùn)用學(xué)習(xí)科學(xué)原理進(jìn)行研學(xué)的課堂上，學(xué)生的討論、展示交流和表達(dá)占時較多，教師主要作用是引導(dǎo)和促進(jìn)，將研學(xué)引向重要概念，促進(jìn)學(xué)生對自己的想法和觀點(diǎn)進(jìn)行反思并達(dá)到條理化，從而促進(jìn)復(fù)雜交流的延續(xù)和發(fā)展。

例如，在對解釋①和③生態(tài)瓶現(xiàn)象差異的互動表達(dá)中，學(xué)生根據(jù)蝦的排泄物含氮本質(zhì)以及水質(zhì)的關(guān)系，初步認(rèn)同硝化細(xì)菌屬于分解者。但有學(xué)生提出質(zhì)疑：水質(zhì)變化并不能成為鑒別分解者和生產(chǎn)者的主要依據(jù)，光合作用和硝化作用兩者的共同點(diǎn)都是利用無機(jī)物的代謝合成有機(jī)物，并且和利用有機(jī)物分解成無機(jī)物的分解代謝截然不同，復(fù)雜交流把學(xué)生不斷引向核心概念的深入理解，進(jìn)一步建構(gòu)了硝化細(xì)菌為自營生產(chǎn)者的概念。在互動交流與表達(dá)環(huán)節(jié)，學(xué)生關(guān)于硝化細(xì)菌在生態(tài)瓶中的作用以及地位的理解在互動交流中步步深入。通過互動交流與表達(dá)，學(xué)生的見解得以闡發(fā)，問題得以解決，思想得以融合，認(rèn)識得以升華，是非得以明析，并認(rèn)識到研學(xué)是不斷深入的研究過程，逐漸形成進(jìn)化的知識觀。

遵循學(xué)習(xí)科學(xué)原理，通過“生態(tài)瓶的制作”系列活動，學(xué)生對生態(tài)系統(tǒng)重要概念的理解不斷精進(jìn)，向著專家型知識和結(jié)構(gòu)不斷發(fā)展，生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)生命觀不斷形成，在科學(xué)探究、科學(xué)思維中發(fā)展解決復(fù)雜問題的能力。