高中生物教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究能力的嘗試

劉文奇

科學(xué)探究作為高中生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的四大內(nèi)容之一，是學(xué)生習(xí)得科學(xué)知識(shí)的行動(dòng)方式和探索未知問(wèn)題的一種實(shí)踐方法。但是，筆者發(fā)現(xiàn)學(xué)生基于問(wèn)題的探究意識(shí)并不是很高。產(chǎn)生這個(gè)現(xiàn)象的原因可能是部分教師的教學(xué)主張比較單一，缺乏靈活多變的教學(xué)技能，不能對(duì)學(xué)生進(jìn)行有效的引導(dǎo);也可能是部分教師還沒(méi)有走出應(yīng)試教育的思想禁錮，認(rèn)為通過(guò)講授知識(shí)也可以使學(xué)生掌握科學(xué)探究的方法、步驟;還可能是部分教師沒(méi)能找到培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究能力的具體策略。顯然，要想提高學(xué)生的科學(xué)探究能力，需要教師改變自身的認(rèn)識(shí)，提升自己的教學(xué)策略，引導(dǎo)學(xué)生會(huì)思考、會(huì)探究。筆者在生物課堂教學(xué)中曾對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力做過(guò)如下嘗試，收到不錯(cuò)的教學(xué)效果。

1創(chuàng)設(shè)具體而真實(shí)的情境問(wèn)題，培養(yǎng)學(xué)生問(wèn)題意識(shí)和質(zhì)疑能力

科學(xué)探究是學(xué)生獲取科學(xué)知識(shí)的一種學(xué)習(xí)方式，也是分析現(xiàn)象和解決科學(xué)問(wèn)題一種能力，還是探索未知知識(shí)的一種實(shí)踐活動(dòng)?？茖W(xué)知識(shí)的產(chǎn)生和發(fā)展源自日常社會(huì)生活、社會(huì)自然現(xiàn)象，這就要求教師從生活實(shí)際入手，從生活情境著眼，讓生活情境走進(jìn)科學(xué)，積極創(chuàng)設(shè)探究情境，化問(wèn)題情境為探究源，激發(fā)學(xué)生探究的興趣，培養(yǎng)學(xué)生問(wèn)題意識(shí)和質(zhì)疑能力。

例如，在教學(xué)“細(xì)胞膜——系統(tǒng)的邊界”一課時(shí)，教師引導(dǎo)學(xué)生思考：科學(xué)家在電子顯微鏡誕生之前，就已經(jīng)能夠確定細(xì)胞膜的存在了。能否根據(jù)自己的學(xué)習(xí)認(rèn)知，說(shuō)出細(xì)胞膜存在的事實(shí)？什么方法可以證明細(xì)胞膜的存在？活細(xì)胞的細(xì)胞膜具有選擇透過(guò)性的功能特點(diǎn)，即細(xì)胞膜允許自身需要的物質(zhì)或者自身代謝的廢物可以通過(guò)，不是細(xì)胞需要的物質(zhì)不能通過(guò)。你能否設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)來(lái)證明這一結(jié)論？實(shí)驗(yàn)的目的、原理和實(shí)驗(yàn)材料及用具分別是什么？設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案和實(shí)驗(yàn)步驟是什么？

教師設(shè)置情境問(wèn)題，促進(jìn)學(xué)生深入思考探究問(wèn)題，激發(fā)學(xué)生的探究熱情。在思考情境問(wèn)題時(shí)，學(xué)生的問(wèn)題意識(shí)得到培養(yǎng)，質(zhì)疑能力得到增強(qiáng)，解決實(shí)際問(wèn)題的能力得到強(qiáng)化。所以，教師在開(kāi)展生物學(xué)教學(xué)時(shí)，要充分利用各種真實(shí)問(wèn)題，積極創(chuàng)設(shè)探究情境，引導(dǎo)學(xué)生積極主動(dòng)參與科學(xué)探究，從而培養(yǎng)學(xué)生的問(wèn)題意識(shí)和對(duì)生活問(wèn)題的質(zhì)疑能力。

2創(chuàng)新教材實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究的方法與設(shè)計(jì)能力

教材中的實(shí)驗(yàn)是編者精心設(shè)置和安排的教學(xué)載體，教材中的探究實(shí)驗(yàn)是引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)探究的最好范例。學(xué)生進(jìn)行科學(xué)探究實(shí)驗(yàn)時(shí)，教師可引導(dǎo)學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、提出問(wèn)題，從多層次、多角度思考分析問(wèn)題，提出可能的猜想假設(shè)，應(yīng)用已有知識(shí)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)或?qū)ふ易C據(jù)加以論證，結(jié)合實(shí)驗(yàn)事實(shí)和證據(jù)對(duì)問(wèn)題作出合理解釋，并對(duì)探究過(guò)程和結(jié)果進(jìn)行交流評(píng)價(jià)。這一嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)驗(yàn)過(guò)程可以培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究的具體方法，提升學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的能力。

例如，教材中的“植物細(xì)胞的質(zhì)壁分離及復(fù)原實(shí)驗(yàn)”，首先從2個(gè)完全相同的蘿卜條入手：打孔器在蘿卜的相近部位選取兩個(gè)圓柱體a、b，然后把a(bǔ)蘿卜柱放在清水溶液中，把b蘿卜柱放在質(zhì)量濃度為0.3g/mL的食鹽溶液中。兩蘿卜柱放入溶液的時(shí)間均是2h。學(xué)生猜想：處理后的兩個(gè)蘿卜條還能否與原來(lái)的孔相匹配？教師創(chuàng)設(shè)情境問(wèn)題，讓學(xué)生直觀感知細(xì)胞的吸水和失水，激起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，引發(fā)學(xué)生的探究欲望。基于生活情境，教師引導(dǎo)學(xué)生提出問(wèn)題：成熟的植物細(xì)胞能夠滿足一個(gè)滲透系統(tǒng)嗎？學(xué)生做出假設(shè)：成熟的植物細(xì)胞是一個(gè)滲透系統(tǒng)。設(shè)計(jì)并實(shí)施實(shí)驗(yàn)：將成熟的植物細(xì)胞放在濃度較高的蔗糖溶液中，在顯微鏡下觀察其大小，再將發(fā)生質(zhì)壁分離后的細(xì)胞放在清水中觀察其大小變化。教師引導(dǎo)學(xué)生分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果、得出結(jié)論。教師提出問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)教材實(shí)驗(yàn)進(jìn)行拓展：如何測(cè)定植物細(xì)胞溶液的濃度？請(qǐng)按照科學(xué)探究的一般流程進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

通過(guò)對(duì)教材實(shí)驗(yàn)的探究，學(xué)生不僅可以掌握實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，更重要的是能習(xí)得科學(xué)探究的一般方法。教師利用教材實(shí)驗(yàn)，一步步引導(dǎo)學(xué)生觀察現(xiàn)象、發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題和提出假設(shè)，然后通過(guò)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、收集選擇有用信息，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行交流、評(píng)估。所以，教材中的實(shí)驗(yàn)可訓(xùn)練學(xué)生的科學(xué)探究方法，也可不斷增強(qiáng)學(xué)生的科學(xué)探究能力。

3充分利用生物科學(xué)史，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究的嚴(yán)謹(jǐn)性

高中生物科學(xué)史材料是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究的很好素材，展現(xiàn)了許多科學(xué)家孜孜以求、不懈努力的結(jié)果。雖然，科學(xué)史的發(fā)展過(guò)程不能在實(shí)驗(yàn)室推演，但這一內(nèi)容可激發(fā)學(xué)生的科學(xué)探究興趣，有助于學(xué)生系統(tǒng)理解生物學(xué)核心概念，形成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪壿嬎季S和形象思維等科學(xué)思維品質(zhì)，形成自己的科學(xué)探究思路，掌握科學(xué)探究的基本方法，崇尚科學(xué)家的科研精神，感悟科學(xué)家的品格。所以科學(xué)史可以培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究的嚴(yán)謹(jǐn)性。

例如，在“生長(zhǎng)素的發(fā)現(xiàn)”一節(jié)“探究生長(zhǎng)素的發(fā)現(xiàn)過(guò)程”中，達(dá)爾文從生活發(fā)現(xiàn)入手，根據(jù)金絲雀虉草的胚芽鞘受到單側(cè)光照射時(shí)會(huì)向光彎曲生長(zhǎng)的現(xiàn)象，提出假設(shè)，開(kāi)展科學(xué)探究：

1胚芽鞘是否具有向光性？胚芽鞘彎曲生長(zhǎng)的是哪一部分？感受光刺激的是哪部分？

2胚芽鞘的向光生長(zhǎng)是否與尖端有關(guān)？

3胚芽鞘感受光刺激的是尖端，還是尖端以下部位？

4胚芽鞘彎曲的部位在哪里？

5單側(cè)光的照射下，胚芽鞘背光側(cè)與向光側(cè)哪個(gè)生長(zhǎng)快？

將科學(xué)史融入到高中生物課堂教學(xué)是落實(shí)科學(xué)探究的有效途徑。教師要充分利用教材中的科學(xué)史，引領(lǐng)學(xué)生深入思考問(wèn)題，并嚴(yán)格按照實(shí)驗(yàn)要求，明確實(shí)驗(yàn)的實(shí)施步驟，引導(dǎo)學(xué)生重新體驗(yàn)科學(xué)知識(shí)發(fā)現(xiàn)的探索過(guò)程，親身經(jīng)歷發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題、作出假設(shè)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、進(jìn)行試驗(yàn)及數(shù)據(jù)的評(píng)價(jià)分析，沿著科學(xué)家的思想層層遞進(jìn)，步步深入進(jìn)行推理分析，完成科學(xué)探究，從而培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究的嚴(yán)謹(jǐn)性，提升學(xué)生的科學(xué)探究素養(yǎng)水平。

4通過(guò)深度學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究的意識(shí)深度學(xué)習(xí)概念的最早提出是計(jì)算機(jī)科學(xué)和人工智能領(lǐng)域，本質(zhì)是一種基于模擬人腦思維深層次認(rèn)知過(guò)程，如今該研究和應(yīng)用逐步延伸到教育領(lǐng)域。教師將深度學(xué)習(xí)運(yùn)用于高中生物教學(xué)中，可以發(fā)展學(xué)生的高階思維，幫助學(xué)生從知識(shí)本位走向探索知識(shí)本質(zhì)轉(zhuǎn)變，提高學(xué)生的科學(xué)探究素養(yǎng)。

例如，在學(xué)習(xí)“細(xì)胞增殖”一節(jié)時(shí)，教師提出問(wèn)題：

染色體為什么會(huì)運(yùn)動(dòng)？是什么引起染色體的運(yùn)動(dòng)？并展示有絲分裂圖片，講述有絲分裂過(guò)程，引導(dǎo)學(xué)生分析染色體的位置變化。在學(xué)生說(shuō)出染色體的行為變化特點(diǎn)后，教師追問(wèn)：是什么引起染色體運(yùn)動(dòng)？引導(dǎo)學(xué)生按照科學(xué)探究的一般過(guò)程進(jìn)行分析討論。

1提出假設(shè)：紡錘絲的牽引導(dǎo)致染色體運(yùn)動(dòng)的。

2實(shí)驗(yàn)方法：破壞分裂過(guò)程中的紡錘絲。

3查閱資料：查找文獻(xiàn)資料，哪些條件或者試劑使紡錘絲解體或阻止紡錘絲的形成（低溫、秋水仙素或Ca2+均能抑制紡錘絲的形成）。

4出現(xiàn)障礙：若按照教材中的實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行解離、漂洗、染色、制片后，植物細(xì)胞已經(jīng)死亡，無(wú)法完成后續(xù)實(shí)驗(yàn)。能否找到不經(jīng)解離、漂洗、染色、制片等實(shí)驗(yàn)步驟直接觀察細(xì)胞中的染色體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)？

5查閱文獻(xiàn)：可以利用相差顯微鏡解決這個(gè)問(wèn)題。

6設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)：將洋蔥根尖縱切成一個(gè)薄片，利用相差顯微鏡觀察一個(gè)分裂周期所需的時(shí)間，然后在蓋玻片的一側(cè)滴加一定濃度的秋水仙素，用吸水紙?jiān)诹硪粋?cè)吸引。將制作好的臨時(shí)裝片置于秋水仙素溶液一段時(shí)間，待紡錘絲解體后，用一個(gè)分裂周期的時(shí)間觀察染色體的運(yùn)動(dòng)情況。

7預(yù)測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果：若染色體的運(yùn)動(dòng)是由于紡錘絲的牽引形成的，那么紡錘絲解體后，染色體將不再運(yùn)動(dòng)，不能完成細(xì)胞分裂。若染色體的運(yùn)動(dòng)不是由于紡錘絲的牽引形成的，那么紡錘絲解體后，染色體能夠發(fā)生正常的運(yùn)動(dòng)，并且能完成一個(gè)細(xì)胞周期的分列過(guò)程。

8實(shí)施實(shí)驗(yàn)，并得出結(jié)論。

教師引導(dǎo)學(xué)生開(kāi)展深度學(xué)習(xí)，學(xué)生科學(xué)知識(shí)的建構(gòu)、探究能力的發(fā)展及科學(xué)精神的培育都會(huì)得到提升。在實(shí)際教學(xué)過(guò)程中，教師要基于生物學(xué)現(xiàn)象及其科學(xué)規(guī)律，對(duì)生物學(xué)學(xué)科思想進(jìn)行深度挖掘，使學(xué)生由知識(shí)本位到知識(shí)本質(zhì)的轉(zhuǎn)變，使學(xué)生對(duì)問(wèn)題充滿好奇和思考，從而對(duì)問(wèn)題和現(xiàn)象進(jìn)行深度探究，逐漸增強(qiáng)科學(xué)探究的意識(shí)。

在生物學(xué)教學(xué)中踐行新課標(biāo)理念，滲透學(xué)科核心素養(yǎng)內(nèi)容是樹(shù)立社會(huì)主義核心價(jià)值觀、落實(shí)立德樹(shù)人根本任務(wù)的具體要求。教師在教學(xué)中要注重教學(xué)策略，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)情境問(wèn)題常思考“為什么”，努力促使他們?nèi)ヌ綄ぶR(shí)的本源，有效發(fā)展學(xué)生的生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

參考文獻(xiàn)：

樊熒熒.指向深度學(xué)習(xí)的高中生物復(fù)習(xí)課策略探討——以“細(xì)胞器——系統(tǒng)內(nèi)的分工合作”為例[J].中學(xué)生物學(xué)，2020，（11）：10-12.

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