初探人教版高中生物教学中探究模型的构建.doc

初探人教版高中生物教学中探究模型的构建
宜兴市官林高级中学 钱江 214251
qjok@
内容摘要：科学探究原指科学家们研究自然界的科学规律时，所进行的科学研究活动。学生生物学习过程中的科学探究是指学生在课程学习中的自主学习方式和学习过程，即能从日常生活、自然现象或实验现象的观察中发现与生物学有关的问题，并能通过发现问题、调查研究、动手操作、表达与交流等探究性活动，获得知识、技能、方法。在探究式教学实践的过程中，笔者从科学概念、科学问题、科学现象、科学规律四个方面构建了相应的科学探究模型。
关键词：生物教学、科学探究 模型构建

进入20世纪80年代后，世界各国都将科学探究引入到科学教育过程之中。现代教育观认为，科学教育除了科学知识的传授和技能的训练外，还应该重视培养学生的探究兴趣、探究能力、良好思维习惯以及创新意识，从强调知识内容获取向理解科学过程转变，从强调单纯知识积累向探索知识转变，科学教育的目标越来越倾向于培养学生的科学探究能力、科学态度和科学精神。
从我国近年来的科学教育改革看，高中理科各科的课程改革都一致地把培养科学素养作为最重要的指导理念，高中阶段新的理科课程标准按照这一教育理念来制订课程教育的目标和选择教育内容。我国以科学素养为中心的科学教育，其核心目标是科学探究，科学探究原指科学家们研究自然界的科学规律时，所进行的科学研究活动。学生生物学习过程中的科学探究是指学生在课程学习中的自主学习方式和学习过程，即能从日常生活、自然现象或实验现象的观察中发现与生物学有关的问题，并能通过发现问题、调查研究、动手操作、表达与交流等探究性活动，获得知识、技能、方法。
1．生物学科的教育教学特点
生物学是通过研究不同种类的生物体的形态结构、生理功能、生长发育和繁殖，研究不同生物的遗传、变异、进化及其与环境的相互作用等，来认识生命现象和生命活动规律的。生物教育教学中要重视观察和形象思维，要体现直观性和实践性原则，生物学科的知识特点和学科学习特点为探究性学习提供了条件，通过课内外的实验和活动为学生提供大量的探究学习机会，帮助学生在参与探究活动的过程中掌握生物学观点、理解生物学知识、了解生命科学的研究方法，培养学生的各种能力，形成正确的学习生物学的观念和态度，养成良好的行为习惯。

2．生物课堂教学中探究式教学的设计
2．1生物课堂教学设计的特点
教学设计是面向教学系统，解决教学问题的一种特殊的设计活动，是运用现代学习与教学心理学、传播学、教学媒体论等相关的理论与技术，来分析教学中的问题和需要、设计解决方法、试行解决方法、评价试行结果并在评价基础上改进设计的一个系统过程。[1]生物学科课堂教学设计要努力体现对学生智力、体力、情感、态度以及创新精神和实践能力的培养，促进全体学生的全面发展，有个性的发展和可持续发展；要努力体现以学生的自主学习为中心的特点，通过研究过程、活动过程以及对学习内容、方法和时空的开放，充分调动学生的内在因素，促进学生积极、主动地学习。[2]探究是能动地学习科学的过程，是培养学生的创新精神和实践能力的重要途径。探究式教学模式用于生物学课堂教学，把培养学生的探索能力、发展能力、研究能力作为主要目标，把传授基础知识、训练基本技能和培养学生获得知识的能力统一起来，在实践——讨论——总结的过程中，把知识、技能、能力融为一体，从而使学生的基本素质得到全面提高。
2．2生物课堂教学中探究式教学设计的理论依据
探究式教学模式的理论依据是布鲁纳的教育理论。布鲁纳认为：“所谓知识，是过程不是结果。所谓学科知识，不是灌输作为结果的知识，而是指导学生参与 形成知识的过程。”“思维过程是可教的，且思维过程的学习比结果的学习更为重要。”他提倡以培养探究性思维方法为目的，以基本教材为内容，使学生通过再发现的步骤来进行学习。[3]探究式教学模式使学生的传统认知程序发生重大改变，即从“感知——理解——巩固——应用”转变为“探索——发现——归纳——迁移”，有利于学生主体性的充分发挥。
生物教学中探究活动的开展是为了促进学生学习方式的改变，使学生能主动地获取生物科学知识，体验科学过程与科学方法，形成一定的科学探究能力和科学态度与价值观，培养学生的创新精神
。学生科学探究能力的形成需要教师在教学中组织学生进行探究性学习，但由于受学生知识、经验、技能的制约，教学中的大多数探究活动不可能进行“全过程”探究，更多的是“片段式”探究，有的探究侧重于探究方案的设计，有的探究侧重于数据的分析处理等，我在进行探究式教学实践的过程中，从科学概念、科学问题、科学现象、科学规律四个方面构建了相应的科学探究模型。
3．生物教学中的科学探究模型
3．1科学概念的探究模型
科学概念是客观事物的共同属性和本质特征在人脑中的反映，是客观事物的抽象，它来自于客观现实，又高于客观现实。科学概念是组成科学知识的基本单元，是科学知识结构的基础，科学概念教学是科学知识教学的最基本又最重要的内容之一。要形成正确的科学概念，充分理解科学概念的内涵和外延，灵活地解决科学问题，必须获得有关客观事物的足够多的感性材料，这些感性材料是形成和掌握科学概念的必要条件。科学概念的掌握是对已经建立的科学概念的一个有组织的学习过程，它虽不像科学史上建立科学概念那样曲折漫长，但也是分阶段的，是极其复杂的，需要经历从具体到抽象、从感性到理性、从模糊到精确、从简单到系统的发展过程。为了使中学生有效地掌握科学概念，感性认识是进行思维加工以形成科学概念的基本材料，是激发学生学习动机和兴趣的有效武器。教学中的模式为：创设问题——做出假设——感性材料——推理判断——结论。
比如减数分裂和有性生殖细胞的形成这一节的教学中，为了让学生掌握减数分裂这一科学概念，首先从学生自身的染色体数及父母的染色体数入手，引导学生分析：怎样才能保证亲子代染色体数的连续性和稳定性？提出假设并以动物精子形成过程为例进行分析引入课题，教师再通过动画呈现动物精子的形成过程，为学生提供相关的感性材料，通过层层深入的问题，引导学生不断探索减数分裂的过程，通过归纳、总结，得出减数分裂的概念。因此，要使学生更好地掌握科学概念，必须启发学生挖掘问题、思考问题、探索事物的共同特征和本质属性，使学生获得必要的、充分的感性认识，培养和发展学生抽象概念、归纳推理等各种能力。此外，指导学生形成概念的同时应当重视指导学生经历科学探究的过程，指导学生展开思维，帮助学生自行探究，不为概念而教概念。
3．2科学问题的探究模型
爱因斯坦说过：“提出一个问题比解决一个问题更重要。”科学探究源于发现和提出问题，教师引导学生发现新的生物情景与已有知识的冲突，进一步提出问题，做出合理的假设与猜想。对中学生来说，能否发现问题、提出问题主要依赖于教学中的问题创设，教师提供的教学资料要具有指向性和探究的可能性，这样容易引起学生的认知心理冲突，动摇学生的知识结构和学习心理平衡，激发学生的兴趣与求知欲，其模型为设疑——质疑——辩疑——释疑——生疑。
学生发现并提出问题，是求知的起始，也是教师展开教学的最好开端，抓住这样的时机，引导学生尝试着应用实验探究、资料查询、调查访问等方法学习知识是帮助学生尽快步入自主性学习轨道的极好途径
。比如在探索影响酶活性条件的实验中，学生在一步步的探究中还会提出这样的问题：为什么在探索温度对酶活性的影响中，试管内先加淀粉液，再加60℃的热水、沸水、冰水，最后才加淀粉酶，能否颠倒？实验步骤颠倒后会有怎样的结果？在探索pH值对酶活性影响中为何要先加淀粉酶，后加淀粉液？此外，在结果的检验中是碘液检测效果好还是斐林试剂的检测效果好？这些问题的提出又成为学生设计探究实验的起点，这样通过不断地探究，学生能确定该实验的最佳条件和最佳手段。在这样的过程中学生应用生物学知识分析、解决一系列问题，使学生体验到提出并解决问题的成就感，激发学生的探究动机，逐步养成善于思考的习惯。
3．3科学现象的探究模型
生物学是一门实验科学，观察和实验是生物学最基本的研究方法，生物学的每一步发展总是和一系列著名的经典实验联系在一起，因而在高中生物教学中，教师要充分发挥生物学科以实验证实或证伪假说猜想的特点，以实验为基础开展教学，把实验作为启发兴趣、探索问题、阐述内容、解释原因、归纳总结的重要依据和手段，其模型为：创设问题——理论探究——实验探究——科学推断——迁移拓展。
比如在细胞膜的结构和功能这一节的学习之前，教师布置这样的探究课题：是否只有活细胞的细胞膜才具有选择透过性？如何加以证明？要求学生通过自己查阅文献资料，思考选择合适的实验原理，提出相应的假说，确定实验自变量和因变量，自主地设计相应的小实验来验证自己的假说是否正确，课堂上将相应的实验结果展示出来，做出相应的科学结论，并通过知识的迁移进一步理解细胞膜的选择透过性。再如观察植物细胞质壁分离和复原的实验中，同学提出了这样的问题：在观察质壁分离时，用30%的蔗糖浓度效果最好吗？其他浓度的蔗糖液实验结果如何呢？能否用其他的试剂——如NaCL代替蔗糖？为了解决这些问题，教师鼓励学生提出相应的实验设计思路和方案，引导学生在实践中探索并得出正确的结论。通过这样一个自行研究、探索的过程，学生“动脑”设计实验、“动手”实施实验，训练了思维的新颖性和创造性，培养了创新能力和实践能力。
3．4科学规律的探究模型
科学史能提供重要的科学事实、概念、原理、方法以及技术发明的历史背景、现实来源和应用
，这些内容有助于启发学生的思维，加深学生对所学科学知识的理解，有助于促进学生对科学、技术与社会相互关系的理解，从而使学生感受科学在人类文化与社会进步过程中的地位和影响，认识到科学是一种生动的、基本的人类文化活动，引导他们重视科学在当代社会发展中的作用，并且关注科学各领域之间的内在联系。在现有的教学时间、教学条件下用科学探究的方式设计全部教学内容是不现实的，但教师若能结合教材中的科学史，精心设计教学方法，用科学探究的精神处理教学内容，也能获得很好的效果，其模型为：发现问题——提出假设——查找证据——总结规律——构建理论。
高中生物必修1《酶的发现史》、《光合作用》的发现史、《生长素》的发现史，高中生物必修2探寻《DNA是主要遗传物质》中格里菲斯的实验、艾弗里的实验、噬菌体侵染细菌的实验，《孟德尔杂交实验》等科学史实的学习能让学生体会科学家设计实验的思路，理解科学家通过探究发现真理的过程，教师在科学史教学中引导学生进行探究性学习能进一步培养学生的科学态度、科学方法及不断探究的科学精神。如生长素的发现史中达尔文通过单侧光照射金丝雀翳草的胚芽鞘，发现胚芽鞘有向光性，他进一步推想：向光性的产生可能与胚芽鞘的尖端有关，教学中先让学生自己设计实验来验证这个推想，然后再介绍达尔文的实验。达尔文的实验证明了胚芽鞘的向光性与尖端有关后，他又提出推想：在胚芽鞘向光生长的过程中，尖端的作用是感受光的刺激，弯曲生长是尖端下面一段，这个推想仍然让学生先设计实验，再来看科学家的实验是怎样进行的。这样教师引导学生沿着科学的逻辑思维路线，一步一步地分析、推测和探究达尔文、温特、郭葛的实验，引导学生总结这些科学家的成功都是经过实验——假说（推想）——实验（验证）——结论这一过程的，让学生体验科学认识是一个不断深化的过程。再如基因的分离定律这一节包括一对相对性状的遗传学实验、对实验现象的解释、对解释的验证、分离定律的应用4个知识内容，在对分离现象解释的实验验证（测交）这一部分的学习中，教师可引导学生根据分离现象的结果提出：F2 中会出现高茎：矮茎=3：1这样的性状分离现象，这是根据已有知识进行的一个科学推理，在科学研究中，这就是一个假设，这个假设是否成立，需要我们通过科学实验去验证，那么实验应如何设计呢？通过教师设置的问题的引导，让学生设计出实验方案，根据子代表现型的反向推理，验证假设的正确性。
教师在教学中应重视科学史上一些重大发现、发明过程的介绍以及一些简单而典型的著名案例的学习，使学生经历科学研究过程，这能激发学生对科学的兴趣，能促进学生理解科学方法，理解科学的本质，培养他们的探索精神和科学态度。
在科学探究活动中，学生不仅获得知识、发展能力，而且会产生对事物的态度与情感，这种态度、情感和知识在一起，成为学生认知结构的一部分，这是科学探究活动固有的教育价值，是学生形成正确的人生观、价值观和世界观的重要途径。科学探究模型的构建是以问题的发现、解决、应用为主线，以实验、生物模型和电教为手段，以创新、发展为目的，以学生“动”为中心，充分发掘学生的潜能，积极培养学生的创新能力。

参考文献：
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