基于“實踐-匯報-交流”教學模式培養(yǎng)科學探究能力

彭琨

摘要 把握“科學探究”內(nèi)涵，以“種群的數(shù)量特征（第二課時）”為例，闡明通過“實踐-匯報-交流”教學模式能更好地培育學生的科學探究素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞 科學探究 種群 生物學教學

中圖分類號 G633.91??????????? ??文獻標志碼 B

《普通高中生物學課程標準（2017年版2020年修訂）》（以下簡稱《課程標準》）要求學生主動地參與學習，在親歷提出問題、獲取信息、尋找證據(jù)、檢驗假設(shè)、發(fā)現(xiàn)規(guī)律等過程中習得生物學知識，養(yǎng)成科學思維的習慣，形成積極的科學態(tài)度，發(fā)展終身學習及創(chuàng)新實踐能力。《課程標準》強調(diào)教學重實踐，在實踐過程中，運用生物學概念進行多元多樣的課堂評價，落實學科核心素養(yǎng)。2019年人教版高中生物學教科書（以下簡稱“新教材”）的特色之一也是關(guān)注真實問題，強調(diào)實踐活動。實踐不是學生簡單的動手、動腦活動。它是在科學思維前提下的科學探究?！翱茖W探究”是指能夠發(fā)現(xiàn)現(xiàn)實世界中的生物學問題，針對特定的生物學現(xiàn)象，進行觀察、提問、實驗設(shè)計、方案實施以及對結(jié)果的交流與討論的能力。學生應(yīng)在探究過程中，逐步增強對自然現(xiàn)象的好奇心和求知欲，掌握科學探究的基

本思路和方法，提高實踐能力;在探究中，樂于并善于團隊合作，勇于創(chuàng)新。

傳統(tǒng)課堂教學中，由于教師理念、課時安排、教學場地、教學組織等因素限制，學生參與的探究實踐活動很少，且進行的實踐活動很多都流于形式，沒有遵循科學探究的基本流程，沒有計劃、總結(jié)、交流與討論等，教學效果不佳。在一課時內(nèi)，要完成陌生的實踐活動并進行交流是難以實現(xiàn)的，尤其是不能在教室進行的實踐活動?；谝陨蠁栴}，教師可以采用“實踐-匯報-交流”教學模式，即課前實踐、課中小組匯報與交流的教學模式來培養(yǎng)科學探究素養(yǎng)。

1 教材分析和設(shè)計思路

“種群的數(shù)量特征”是2019年人教版《選擇性必修2·生物與環(huán)境》第一章“種群及其動態(tài)”第一節(jié)。該部分內(nèi)容主要包括種群的數(shù)量特征和調(diào)查種群密度的方法，且調(diào)查種群密度的方法是教學難點，主要介紹了樣方法和標記重捕法。本節(jié)教學建議安排2課時，第一課時完成“種群的數(shù)量特征”理論部分的學習，第二課時完成“調(diào)查草地中某種雙子葉植物的種群密度”的探究活動。第二課時內(nèi)容是高中生物學課程中為數(shù)不多的實地調(diào)查活動。真實的自然環(huán)境往往就是復(fù)雜的情境，因此，這項探究活動對提升學生的探究和實踐能力具有重要的價值。而傳統(tǒng)教學往往只是對其進行了理論學習或在教室進行模擬調(diào)查，沒有組織學生進行實地調(diào)查，且對標記重捕法學習過于粗糙。因此，學生很難領(lǐng)悟調(diào)查方法的要領(lǐng)、原理，更難領(lǐng)會應(yīng)根據(jù)不同調(diào)查對象的特點采用不同的方法。新教材本節(jié)課后習題中的第一題“概念檢測”中的“調(diào)查青蛙等活動范圍不大的動物的種群密度可以用樣方法”這一判斷題就難度極大，可見第二課時有效開展的重要性。

本課“種群的數(shù)量特征”（第二課時）采用“實踐-匯報-交流”教學模式。興趣小組通過對真實情境觀察、提問、設(shè)計實驗，課前進行樣方法實地調(diào)查和標記重捕法模擬實驗;課中通過小組匯報、交流、考核互評等教學方式，突破兩種科學方法的適用范圍和要領(lǐng)，培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)問題、實驗設(shè)計、評價、分析總結(jié)等科學探究能力，培育學生正確的科學精神和科學態(tài)度。

2 教學目標

（1）通過樣方法實地調(diào)查和模擬標記重捕法，了解兩種方法的要領(lǐng)和適用范圍。

（2）通過對標記重捕法模擬實驗數(shù)據(jù)的分析，了解標記數(shù)量對標記重捕法調(diào)查結(jié)果的影響。

（3）通過“蝗蟲監(jiān)測技術(shù)流程圖”“東非蝗災(zāi)危害”，認同科技進步促進種群密度調(diào)查的發(fā)展、創(chuàng)新，關(guān)注生態(tài)環(huán)境保護問題。

3 課前實踐探究

興趣小組在課前開展實地調(diào)查和模擬實驗，并在課堂上進行匯報。

興趣小組1實地調(diào)查長沙市木蓮世家小區(qū)草坪中鉆葉紫菀種群密度，并探究樣方大小對種群密度調(diào)查結(jié)果的影響。興趣小組2模擬標記重捕法，探究標記重捕法能否用于蝗蟲種群密度調(diào)查。各組完成小組分工，制定方案，自主調(diào)查或模擬實驗，統(tǒng)計記錄，完成匯報準備。

教師跟隨指導(dǎo)，適時引導(dǎo)學生發(fā)現(xiàn)問題，展開討論，提出解決方案。

設(shè)計意圖：學生在真實的環(huán)境中體驗種群密度調(diào)查，了解科學探究的基本思路和方法，分工合作，提高實踐能力，培養(yǎng)科學探究的精神。同時，教師通過興趣小組課前的實踐活動，解決學校常規(guī)教學中由于教學場地、教育政策要求、課時等限制不易組織全班同學進行校外調(diào)查、實踐等難題。

4 教學過程

4.1創(chuàng)設(shè)情境，導(dǎo)入新課

教師展示新聞資訊“長沙某小區(qū)由于物業(yè)不作為，草坪雜草叢生，引發(fā)物業(yè)與業(yè)主矛盾”“長沙市民反映，瀏陽河沿岸有大量蝗蟲若蟲，建議相關(guān)部門采取措施，以防引發(fā)新一輪蝗災(zāi)”及相關(guān)圖片，引發(fā)學生討論：該小區(qū)的雜草主要是什么？如何對雜草、蝗蟲數(shù)量進行調(diào)查？

設(shè)計意圖：教師聯(lián)系學生的生活，用真實的情境導(dǎo)入，創(chuàng)設(shè)問題情境，激發(fā)學生的學習動機，并引出興趣小組的實踐探究。

4.2活動1：樣方法調(diào)查匯報與交流

興趣小組從確定調(diào)查地點、地形及面積，確定調(diào)查對象、取樣的方法、結(jié)果分析及結(jié)論、小結(jié)5個方面進行匯報，并與同學交流。

4.2.1介紹調(diào)查地點、地形及調(diào)查對象

該次調(diào)查在木蓮世家小區(qū)一雜草叢生的近似長方形的草坪開展。此處草坪的雜草主要是鉆葉紫菀，是一種雙子葉植物，且為外來入侵物種。小組沒有選擇叢生和蔓生的雜草，且翅果菊與調(diào)查對象形態(tài)特征相似，小組首先對植物進行了辨別。

4.2.2確定樣方、開展探究

根據(jù)地形采用等距取樣法，每隔6 m 設(shè)置一組樣方，共設(shè)置8組樣方。為探究樣方大小對調(diào)查結(jié)果的影響，又設(shè)置了3種不同規(guī)格（0.25 m2、1 m2和2.25 m2）的樣方。實踐探究前，小組作出了假說和結(jié)果預(yù)測，認為：樣方面積大小會影響種群密度的調(diào)查結(jié)果，樣方面積太小調(diào)查結(jié)果誤差較大;預(yù)期0.25 m2的樣方調(diào)查結(jié)果與其他兩組調(diào)查結(jié)果相差較大。

小組設(shè)置統(tǒng)計表格，分工開展實踐調(diào)查。

4.2.3結(jié)果分析及結(jié)論

小組的調(diào)查統(tǒng)計結(jié)果總表見表1。

以上結(jié)果跟預(yù)期結(jié)果并不相符，小組根據(jù)實地情況，分析原因：①鉆葉紫菀在該草坪種群密度較大;②每組設(shè)置8個樣方數(shù)較多。故本實驗不能說明樣方面積太小調(diào)查結(jié)果誤差較大，為驗證假說，有待進一步調(diào)查。

4.2.4實踐小結(jié)和交流

小組在“如何做到隨機取樣”“如何精準記數(shù)”“數(shù)據(jù)處理”等方面進行小結(jié)。學生也對取樣方法、數(shù)據(jù)處理、適用范圍等進行重點討論。例如，為什么采用等距取樣法而沒有用五點取樣法？若是“S”形地形又應(yīng)采用什么取樣方法？是否需要舍棄調(diào)查數(shù)據(jù)中的最大值、最小值？藤蔓植物能否用樣方法調(diào)查？在此過程中，教師要引導(dǎo)學生注意實地調(diào)查應(yīng)根據(jù)真實情境科學開展、合理調(diào)整調(diào)查方案，如樣方大小設(shè)置、取樣方法等，并使學生注重嚴謹?shù)目茖W態(tài)度、求真的科學精神。

設(shè)計意圖：基于興趣小組的調(diào)查匯報和交流，教師幫助學生領(lǐng)悟樣方法原理、要領(lǐng)、適用范圍，熟悉調(diào)查類科學研究的一般過程，培養(yǎng)學生表達、分析能力以及科學探究能力，使學生理解在實踐探究中根據(jù)調(diào)查對象、環(huán)境等復(fù)雜因素下合理開展實驗，滲透求真的科學態(tài)度。匯報交流的形式能幫助學生認識自我、建立自信，改進學習方式，創(chuàng)建多元評價體系。

教師提出問題，過渡到興趣小組2的活動展示：動物種群密度一般可以用什么方法調(diào)查？蝗蟲種群密度調(diào)查能否用標記重捕法？

4.3活動2：標記重捕法模擬實驗匯報與交流

4.3.1提出問題，明確探究方向

小組展示蝗災(zāi)照片，引發(fā)討論：蝗蟲種群數(shù)量調(diào)查能否采用標記重捕法？

教師匯總學生的兩種觀點：①蝗蟲活動能力強、活動范圍廣，可以采用;②蝗蟲種群數(shù)量龐大，不適宜采用。進而引導(dǎo)學生明確探究方向：種群大小對標記重捕法調(diào)查結(jié)果的影響。學生根據(jù)數(shù)學分析，作出假說：種群數(shù)量龐大時，采用標記重捕法的調(diào)查結(jié)果實驗誤差較大，不宜采用。

4.3.2制定計劃，開展探究

實驗器材、用具有圓形塑料盒、勺子、黃豆及染黑的黃豆。小組設(shè)置真實數(shù)量為3000粒、400粒的組別分別模擬數(shù)量較大和較小的種群。先用染黑的黃豆等量置換圓形塑料盒部分黃豆模擬標記重捕法中第一次捕捉標記數(shù)，搖勻;然后，用勺子隨機取樣來模擬重捕情況，統(tǒng)計取樣總數(shù)和其中的染黑黃豆數(shù)，根據(jù)計算公式獲得調(diào)查實驗結(jié)果;進行3次實驗，得到估算平均值;并依次增加圓形塑料盒染黑黃豆數(shù)，重復(fù)實驗，獲得各組實驗結(jié)果。

4.3.3結(jié)果分析及結(jié)論

小組的兩個組別的調(diào)查統(tǒng)計結(jié)果總表見表2、表3。

小組根據(jù)結(jié)果分析，得到實驗結(jié)論：①種群數(shù)量較大時，采用標記重捕法，實驗誤差較大。②第一次捕捉標志總數(shù)大約是種群總數(shù)的1/10時，調(diào)查出的結(jié)果相對接近實際值。

綜上，種群數(shù)量龐大的蝗蟲，采用標記重捕法調(diào)查時需標記數(shù)非常多才有可靠的實驗結(jié)果，不具可操作性。故蝗蟲的種群數(shù)量調(diào)查不宜采用標記重捕法。

4.3.4小結(jié)和交流

小組分別在“設(shè)計模擬實驗的原則”“采用數(shù)學思維分析結(jié)果”“蝗蟲不宜采用標記重捕法的其他思考”等方面進行小結(jié)。例如，一般在不宜對研究對象直接干預(yù)、控制時可采用模擬實驗，但務(wù)必講究科學性，包括實驗原理、材料選擇、方法等的科學性。

其他學生對實驗用具與材料、實驗操作、實驗結(jié)論等展開激烈討論，如能不能用綠豆代替染黑的黃豆，對于“1/10”這一結(jié)論存在質(zhì)疑。教師建議：數(shù)據(jù)分析時，可以用曲線圖來表示更直觀。有的學生甚至對標記重捕法的實用性產(chǎn)生了質(zhì)疑。

設(shè)計意圖：通過模擬實驗，學生理解了標記重捕法的原理、要領(lǐng)、適用范圍。教師引導(dǎo)學生總結(jié)種群密度調(diào)查方法選擇的依據(jù)，使學生明確：種群密度調(diào)查時應(yīng)根據(jù)所調(diào)查的生物特性，選擇恰當?shù)姆椒ㄉ踔翆Ψ椒ㄟM行改良。同時，學生也了解模擬實驗的設(shè)計原則，培養(yǎng)了科學探究能力，進一步培養(yǎng)了表達、分析、科學評價、分工合作能力，發(fā)展了數(shù)學統(tǒng)計思維、批判性思維等。

教師追問：在使用標記重捕法時，標志物消失或脫落等異常情況都會導(dǎo)致調(diào)查結(jié)果與實際值偏差較大。是否通過模擬實驗進行演繹來評估調(diào)查結(jié)果是偏大或偏??？

4.4活動3：通過模擬實驗探究異常情況

教師展示實驗器具與材料、異常情況（標記消失、脫落;標記對動物造成傷害，甚至死亡;標記過于醒目，導(dǎo)致比未標記的更容易被重捕），并提出課堂探究實驗匯報要求：①說明如何模擬異常情況;②記錄、統(tǒng)計實驗結(jié)果;③用調(diào)查數(shù)據(jù)說明異常情況導(dǎo)致的結(jié)果。

學生分組討論，確定主題、開展實驗，興趣小組2的成員對標記重捕法熟悉，作為觀察員分別在每個組觀察、記錄并進行指導(dǎo)，教師巡視。分組探究后，小組匯報并進行交流評價。

設(shè)計意圖：通過模擬實驗對標記重捕法中異常情況分析，教師進一步培育學生合作探究、交流討論等綜合素養(yǎng)。學生通過成果展示，匯報交流，進一步認識自我、建立自信，改進學習方式，創(chuàng)建多元評價體系。

4.5聯(lián)系實際，創(chuàng)新應(yīng)用

教師提供有關(guān)衛(wèi)星遙感技術(shù)的資料，展示蝗蟲監(jiān)測技術(shù)流程圖（圖1）。

教師引導(dǎo)思考：為什么蝗蟲監(jiān)測需要獲取植被指數(shù)、地表溫度等數(shù)據(jù)？打理的草坪和荒廢的草坪，哪種容易滋生蝗蟲？以此呼應(yīng)課題導(dǎo)入情境，引發(fā)學生們進一步思考。教師布置任務(wù)：①查閱資料了解我國蝗蟲防治手段、成果。②以長沙市某種外來入侵生物如福壽螺、一枝黃花為例，通過查閱資料、調(diào)查等方式，了解其分布、危害及給出預(yù)防建議等。

學生分析資料，了解種群密度調(diào)查方法的發(fā)展：現(xiàn)在更多是根據(jù)生物自身特性與其影響因子，利用多技術(shù)手段和學科融合來追蹤其種群數(shù)量動態(tài)變化及預(yù)期未來發(fā)展情況。

設(shè)計意圖：教師引導(dǎo)學生認同伴隨科技發(fā)展，促進調(diào)查手段的發(fā)展、創(chuàng)新，并利用情境任務(wù)，進一步激發(fā)學生的實踐興趣，促進學生學以致用，培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)問題、信息獲取、解決問題等能力，落實社會責任素養(yǎng)。

5 教學反思

本課例采用“實踐-匯報-交流”教學模式，創(chuàng)設(shè)“草坪雜草叢生”“瀏陽河蝗蟲”等真實教學情境，帶領(lǐng)學生開展樣方法實地調(diào)查、標記重捕法模擬實驗、匯報研討等探究實踐活動。學生邊做、邊學、邊想、邊議，對兩種科學方法的使用范圍和要領(lǐng)有了更深層次的理解;通過匯報、交流，能對教材的理論知識和真實實踐中遇到的具體問題進行批判性思考;對如何開展調(diào)查類科學研究和模擬實驗有了真實體驗。同時，本課例通過真實情境關(guān)注真實問題，通過實踐探究解決問題，在實踐過程中又生成新問題，引發(fā)學生進一步思考，加深了學生對生物學概念的理解，這是傳統(tǒng)的理論教學無法達到的育人效果。例如，興趣小組2的探究方向（種群大小對標記重捕法調(diào)查結(jié)果的影響）是基于我校去年在做標記重捕法模擬實驗時由于放置了2000顆黃豆而導(dǎo)致很多學生小組的實驗因為加入的染黑黃豆素數(shù)太少而偏差很大，沒有成功。這次興趣小組2還發(fā)現(xiàn)重捕數(shù)的數(shù)量也對實驗結(jié)果有影響。重捕數(shù)是多少時調(diào)查出的估算值更接近真實值呢？這又是一個新的探究方向。總之，實踐探究、匯報、討論交流等多樣的教學方式發(fā)展了學生的數(shù)學統(tǒng)計思維、評價與質(zhì)疑等科學思維，更好地培育學生科學探究能力。

參考文獻：

[1]中華人民共和國教育部.普通高中生物學課程標準（2017年版2020年修訂）[S].北京：人民教育出版社，2020.

[2]朱正威，趙占良.普通高中教科書教師教學用書·生物學·選擇性必修2·生物與環(huán)境[M].北京：人民教育出版社，2020：15. [3]黃健熙，卓文，楊春喜，李林，張超，劉佳.基于 Landsat8衛(wèi)星數(shù)據(jù)的蝗蟲遙感監(jiān)測方法研究[J].農(nóng)業(yè)機械學報，2015，46（5）：258-264.