云南

1.科學(xué)探究活動(dòng)與高中生物核心素養(yǎng)的關(guān)系

《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》中界定的學(xué)科核心素養(yǎng)包括生命觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究、社會(huì)責(zé)任四個(gè)維度。趙占良老師在人教版高中生物教材培訓(xùn)和經(jīng)驗(yàn)交流會(huì)上提到，落實(shí)學(xué)科核心素養(yǎng)需要學(xué)生在真實(shí)的情境中發(fā)現(xiàn)問題、提出問題、分析問題、解決問題，而不是“從理論到理論”的講解，更不是講完理論知識(shí)就做題。真實(shí)的情境可以來自生活、生產(chǎn)、科學(xué)史，也可以來自科研實(shí)踐?？蒲袑?shí)踐有很多形式，科學(xué)探究活動(dòng)就是其中的形式之一，教師在授課過程中適當(dāng)結(jié)合科研實(shí)踐內(nèi)容，不僅可以在知識(shí)方面達(dá)到教學(xué)目標(biāo)，還能夠培養(yǎng)學(xué)生的思維能力、對(duì)科學(xué)探究的理解能力以及社會(huì)責(zé)任，讓學(xué)生樹立正確的生命觀念。鑒于高中生物課程作為一門基礎(chǔ)性的實(shí)驗(yàn)學(xué)科，教材在編排上也是先安排了大量的探究性實(shí)驗(yàn)、觀察類實(shí)驗(yàn)及科學(xué)探索歷程等，然后再介紹相關(guān)的抽象性、理論性較強(qiáng)的生物學(xué)概念及原理，所以教師在生物教學(xué)中應(yīng)該重視實(shí)驗(yàn)教學(xué)、模型建構(gòu)、模擬實(shí)驗(yàn)等科學(xué)探究活動(dòng)。

2.結(jié)合科學(xué)探究活動(dòng)培養(yǎng)核心素養(yǎng)的實(shí)施過程

2.1 創(chuàng)新建模，培養(yǎng)科學(xué)思維，樹立結(jié)構(gòu)與功能觀

以人教版教材選修1“固定化酶的應(yīng)用實(shí)例”為例，在傳統(tǒng)的教學(xué)模式下，很多教師會(huì)采用理論講解的方式來處理高果糖漿這部分知識(shí)點(diǎn)，而在本文中，筆者充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的主觀能動(dòng)性，讓學(xué)生從生活中挖掘材料，制作高果糖漿反應(yīng)柱的物理模型，并模擬高果糖漿生產(chǎn)過程，讓學(xué)生基于教材理論知識(shí)，建構(gòu)模型，表達(dá)并闡述知識(shí)的內(nèi)涵，培養(yǎng)科學(xué)思維。同時(shí)以“結(jié)構(gòu)與功能觀”為指導(dǎo)，幫助學(xué)生理清反應(yīng)柱各部分的結(jié)構(gòu)與作用。在該科學(xué)探究活動(dòng)中，學(xué)生利用身邊的簡(jiǎn)易材料，如海綿、粉筆等模擬固定化酶，用飲料瓶模擬反應(yīng)柱，在飲料瓶蓋上扎幾個(gè)小孔代表多孔篩板，用蒸餾水模擬原料葡萄糖溶液，通過在篩板上墊了一層涂有色素的棉花，讓生成的“果糖溶液”呈現(xiàn)另外一種顏色。通過該探究活動(dòng)，不但讓學(xué)生達(dá)成了知識(shí)目標(biāo)，還培養(yǎng)了學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力，真正落實(shí)了學(xué)科核心素養(yǎng)。

2.2 學(xué)會(huì)探究性實(shí)驗(yàn)的一般方法和步驟，培養(yǎng)科學(xué)探究能力

在以往的教學(xué)案例中，涉及制備固定化酵母細(xì)胞的實(shí)驗(yàn)時(shí)，教師一般會(huì)讓學(xué)生按照課本上的實(shí)驗(yàn)步驟自己動(dòng)手操作一遍，親自體會(huì)制作凝膠珠的過程，并觀察制作好的凝膠珠的顏色和形狀。而在本文中，筆者將“驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)”改為“探究性實(shí)驗(yàn)”，按照探究性實(shí)驗(yàn)的研究思路，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)“海藻酸鈉溶液濃度會(huì)影響凝膠珠的質(zhì)量”提出可探究的生物學(xué)問題，基于原有的實(shí)驗(yàn)條件，自己提出問題、作出假設(shè)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、實(shí)施方案、最終得出結(jié)論。學(xué)生在整個(gè)探究過程中，會(huì)不斷遇到新的問題，需要及時(shí)調(diào)整實(shí)驗(yàn)方案來解決問題。針對(duì)本探究性實(shí)驗(yàn)，學(xué)生提出的問題是“探究固定化酵母細(xì)胞實(shí)驗(yàn)中最適的海藻酸鈉溶液濃度”，作出的假設(shè)是“7%的海藻酸鈉溶液濃度是固定化酵母細(xì)胞實(shí)驗(yàn)的最適濃度”，據(jù)此學(xué)生在預(yù)方案中設(shè)計(jì)了1%、2%、3%、4%、5%、6%、7%、8%、9%、10%共10個(gè)濃度梯度，把不同濃度下凝膠珠的顏色和形狀作為評(píng)價(jià)指標(biāo)。而在進(jìn)行預(yù)實(shí)驗(yàn)時(shí)，學(xué)生發(fā)現(xiàn)了3個(gè)問題：（1）7%的海藻酸鈉溶液濃度并不是最適濃度；（2）當(dāng)海藻酸鈉溶液濃度≥4%時(shí)，不僅在配制海藻酸鈉溶液時(shí)容易焦糊，而且融化后的海藻酸鈉不是液態(tài)的，而是呈塊狀或膠狀，這樣就會(huì)導(dǎo)致在將海藻酸鈉溶液與活化的酵母細(xì)胞混合時(shí)不能充分混勻，影響包埋效果；（3）即使在適宜的海藻酸鈉溶液濃度條件下，制作出的凝膠珠形狀也不全是球狀或橢球狀。于是學(xué)生在做正式實(shí)驗(yàn)時(shí)及時(shí)調(diào)整了實(shí)驗(yàn)方案：（1）增設(shè)了0.2%、0.5%兩個(gè)濃度梯度；（2）該實(shí)驗(yàn)的評(píng)價(jià)指標(biāo)除了以凝膠珠的顏色和形狀為主，還應(yīng)該綜合考慮配制海藻酸鈉溶液是否操作簡(jiǎn)便，包埋效果好壞等；（3）盡量排除無關(guān)變量，要以恒定的、緩慢的速度將注射器中的溶液滴加到CaCl2溶液中。實(shí)驗(yàn)結(jié)果：當(dāng)海藻酸鈉溶液濃度≤0.5%時(shí)，制備的凝膠珠有一端是尖頭的，顏色稍微發(fā)白；當(dāng)海藻酸鈉溶液濃度≥4%時(shí)，制備的凝膠珠顏色為淺黃色，但是形狀不是球狀，而是呈“蝌蚪狀的”，帶有“尾巴”，且濃度越大，“尾巴”越長(zhǎng)，最終變成條狀；當(dāng)海藻酸鈉溶液濃度為1%、2%、3%時(shí)，凝膠珠的顏色為淺黃色，形狀為球狀。實(shí)驗(yàn)結(jié)論：該實(shí)驗(yàn)最適的海藻酸鈉溶液濃度為1%、2%、3%。這個(gè)結(jié)論并不是教材上假設(shè)的7%，于是學(xué)生又分析其原因可能是海藻酸鈉品質(zhì)不同造成的。在該探究活動(dòng)中，筆者讓學(xué)生觀察并提問、自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，在方案實(shí)施過程中發(fā)現(xiàn)問題并及時(shí)調(diào)整實(shí)驗(yàn)方案，不斷補(bǔ)充完善評(píng)價(jià)方案，觀察現(xiàn)象得出結(jié)論后交流、討論。此方式能夠極大地提高學(xué)生的科學(xué)探究能力，使學(xué)生養(yǎng)成一定的科學(xué)探究習(xí)慣及批判性思維，鍛煉了學(xué)生的語言文字表達(dá)能力。

2.3 評(píng)價(jià)、完善、實(shí)施教材實(shí)驗(yàn)方案，培養(yǎng)科學(xué)探究素養(yǎng)

對(duì)于教材已有的實(shí)驗(yàn)方案，筆者一般指導(dǎo)學(xué)生利用“五看法”評(píng)價(jià)其科學(xué)性和可行性：一看對(duì)照，二看步驟，三看驗(yàn)證，四看材料，五看條件，最常見的實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)就是分析實(shí)驗(yàn)是否遵循對(duì)照原則、單一變量原則等。在評(píng)價(jià)完善的過程中，能有效培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力、科學(xué)思維能力。在本課題中，筆者讓學(xué)生評(píng)價(jià)完善教材上的兩個(gè)實(shí)驗(yàn)，并進(jìn)行探究性實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。第一個(gè)實(shí)驗(yàn)是教材上“將海藻酸鈉溶液與酵母溶液混合后滴加到CaCl2溶液中制備凝膠珠”的實(shí)驗(yàn)，據(jù)此得出“凝膠珠形成的原理是海藻酸鈉溶液和CaCl2溶液發(fā)生離子置換反應(yīng)生成不溶于水的海藻酸鈣”這一結(jié)論，讓學(xué)生來評(píng)價(jià)完善方案，并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。學(xué)生討論后發(fā)現(xiàn)該實(shí)驗(yàn)缺少空白對(duì)照組，沒有遵循實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的對(duì)照原則，不能排除凝膠珠的形成是在水中發(fā)生物理變化，從液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)這一情況。于是學(xué)生完善了該實(shí)驗(yàn)方案，設(shè)置兩組實(shí)驗(yàn)，分別為實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組，實(shí)驗(yàn)組把注射器中的溶液滴加到CaCl2溶液中，對(duì)照組把注射器中的溶液滴加到蒸餾水中，一段時(shí)間后觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：開始時(shí)在CaCl2溶液和蒸餾水中都會(huì)形成凝膠珠；可是8分鐘后，CaCl2溶液中的凝膠珠依然存在，而蒸餾水中的凝膠珠已溶解，由此得出結(jié)論：凝膠珠的形成是化學(xué)變化，而不是物理變化。第二個(gè)實(shí)驗(yàn)是教材上“把固定化酵母細(xì)胞接種到葡萄糖溶液中進(jìn)行發(fā)酵，觀察是否有氣泡產(chǎn)生，聞聞是否有酒味”的實(shí)驗(yàn)，據(jù)此得出“用固定化酵母細(xì)胞發(fā)酵葡萄糖溶液會(huì)產(chǎn)生CO2和酒精”這一結(jié)論。筆者引導(dǎo)學(xué)生思考CO2和酒精會(huì)不會(huì)是除酵母菌之外的其他微生物發(fā)酵所產(chǎn)生的，讓學(xué)生評(píng)價(jià)、完善此方案，學(xué)生同樣發(fā)現(xiàn)該實(shí)驗(yàn)沒有遵循對(duì)照原則，于是又增設(shè)了空白對(duì)照組，即把不含酵母細(xì)胞的凝膠珠接種到葡萄糖溶液中，同時(shí)進(jìn)行發(fā)酵，沒有觀察到氣泡，也沒有聞到酒味，由此才得出結(jié)論：氣泡和酒味的產(chǎn)生是酵母菌發(fā)酵所致。接著筆者告知學(xué)生工業(yè)上若需要反復(fù)使用固定化酵母細(xì)胞，如需要進(jìn)行果酒、果醋連續(xù)生產(chǎn)，就要避免其他微生物的污染。通過這兩個(gè)探究實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，能幫助學(xué)生形成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目蒲袘B(tài)度及良好的科研素養(yǎng)，并讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到學(xué)習(xí)科學(xué)知識(shí)應(yīng)為生產(chǎn)實(shí)踐服務(wù)，落實(shí)學(xué)生的社會(huì)責(zé)任。

3.在科學(xué)探究活動(dòng)中落實(shí)學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的建議

由于受傳統(tǒng)教育理念的束縛，在大部分地區(qū)，高中生物教師在實(shí)施教學(xué)的過程中存在“唯分論”的觀念，再加上有些地區(qū)的學(xué)校實(shí)驗(yàn)條件受限等多方面原因，很多教師僅限于從枯燥的理論層面上傳授生物知識(shí)，忽視了實(shí)驗(yàn)等科學(xué)探究活動(dòng)，這樣極易讓學(xué)生失去學(xué)習(xí)興趣，不能真正落實(shí)學(xué)科核心素養(yǎng)。因此，高中生物教師要轉(zhuǎn)變教學(xué)觀念，強(qiáng)化科學(xué)探究活動(dòng)，增強(qiáng)教學(xué)意識(shí)。對(duì)于實(shí)驗(yàn)教學(xué)，要善于從生活中挖掘材料，模擬實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景，引導(dǎo)學(xué)生走出教室，參與各類社會(huì)科學(xué)實(shí)踐活動(dòng)，如調(diào)查人類遺傳病的發(fā)病率、觀察豌豆生長(zhǎng)等。學(xué)校、教育行政管理部門應(yīng)該加大對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的投入和鼓勵(lì)、優(yōu)化生物課程方案設(shè)計(jì)等。

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)的過程中，要構(gòu)建和諧輕松的教學(xué)氛圍，耐心引導(dǎo)學(xué)生的思維，嚴(yán)格規(guī)范實(shí)驗(yàn)過程中的觀察與操作，遵循科學(xué)研究的基本規(guī)律，鼓勵(lì)學(xué)生大膽提出問題，作出假設(shè)，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證得出正確結(jié)論，學(xué)會(huì)評(píng)價(jià)、完善實(shí)驗(yàn)方案。

總之，通過各種探究活動(dòng)，可以轉(zhuǎn)變學(xué)生被動(dòng)接受知識(shí)的學(xué)習(xí)方式。倡導(dǎo)探究性學(xué)習(xí)，主要是提高學(xué)生的科學(xué)探究能力，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)。