高中生物課堂培養(yǎng)“科學(xué)探究”素養(yǎng)的教學(xué)策略研究

高中生物課堂培養(yǎng)“科學(xué)探究”素養(yǎng)的教學(xué)策略研究【摘要】生物核心素養(yǎng)是課程宗旨，是學(xué)生學(xué)習(xí)生物學(xué)課程后終身受益的結(jié)果，需要在每節(jié)課中加以培養(yǎng)。作為一名一線(xiàn)教師，在關(guān)注學(xué)生習(xí)得知識(shí)的同時(shí)，更要關(guān)注生物核心素養(yǎng)的提高。因此，尋找并實(shí)施能夠使學(xué)生構(gòu)建有效獲得生物學(xué)科核心素養(yǎng)的教學(xué)策略便成為首要任務(wù)。本文以遺傳專(zhuān)題的教學(xué)為例，闡述了如何采取過(guò)程體驗(yàn)、自主合作的教學(xué)策略培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)中的理性思維和科學(xué)探究素養(yǎng)?！娟P(guān)鍵詞】生物核心素養(yǎng)理性思維科學(xué)探究教學(xué)策略生物學(xué)專(zhuān)家劉恩山教授指出：“核心素養(yǎng)是課程設(shè)計(jì)的指向標(biāo)，是教育目標(biāo)的‘抓手’；生物核心素養(yǎng)是課程的靈魂，它是指學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中獲得和形成的能力和習(xí)慣，對(duì)學(xué)生而言，在完成生物課程后是終身受益的，能體現(xiàn)生物學(xué)課程特有的育人價(jià)值，需要在每節(jié)課中加以培養(yǎng)?！鄙锖诵乃仞B(yǎng)包括生命觀念、理性思維、科學(xué)探究、社會(huì)責(zé)任四個(gè)方面。理解生物學(xué)科核心素養(yǎng)和構(gòu)建學(xué)生有效獲得生物學(xué)科核心素養(yǎng)的教學(xué)策略將成為一線(xiàn)教師面臨的一個(gè)重要課題。人教版高中生物教材必修2《遺傳與進(jìn)化》模塊中的遺傳專(zhuān)題揭示了生物在繁殖過(guò)程中遺傳物質(zhì)是如何儲(chǔ)存、傳遞和變化的規(guī)律?！镀胀ǜ咧猩镎n程標(biāo)準(zhǔn)》明確指出：“要求學(xué)生在獲得遺傳的基本事實(shí)、概念、原理、規(guī)律和模型等方面知識(shí)的基礎(chǔ)上，領(lǐng)悟假說(shuō)演繹、建立模型等科學(xué)方法及其在科學(xué)研究中的應(yīng)用，體驗(yàn)科學(xué)家探索生物生殖和遺傳奧秘的過(guò)程，對(duì)于提高全體高中學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)具有不可或缺的作用?！薄翱茖W(xué)探究”是指能夠發(fā)現(xiàn)現(xiàn)實(shí)世界中的生物學(xué)問(wèn)題，針對(duì)特定的生物學(xué)現(xiàn)象，進(jìn)行觀察、提問(wèn)、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、方案實(shí)施以及結(jié)果的交流與討論的能力。學(xué)生應(yīng)在探究中，逐步加強(qiáng)對(duì)自然現(xiàn)象的好奇心和求知欲，掌握科學(xué)研究的基本思路和方法，培養(yǎng)實(shí)踐能力。在探究中，樂(lè)于并善于團(tuán)隊(duì)合作，勇于創(chuàng)新。筆者根據(jù)本校學(xué)生的特點(diǎn)，在教學(xué)實(shí)踐中不斷探索、創(chuàng)新，根據(jù)教學(xué)內(nèi)容的不同，嘗試采取不同的教學(xué)策略培養(yǎng)學(xué)生的理性思維和科學(xué)探究素養(yǎng)。1．過(guò)程體驗(yàn)，形成科學(xué)思維的習(xí)慣，掌握科學(xué)研究的方法對(duì)比人教版的新教材和老教材我們不難發(fā)現(xiàn)：老教材是以知識(shí)為主線(xiàn)，先從遺傳的本質(zhì)——遺傳物質(zhì)入手，然后再看現(xiàn)象；而新教材則突破了這樣的呈現(xiàn)方式，更重視知識(shí)的形成過(guò)程和科學(xué)思想、科學(xué)方法的教育，它以科學(xué)發(fā)展過(guò)程為線(xiàn)索，更符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律。本專(zhuān)題是循著人類(lèi)認(rèn)識(shí)基因之路展開(kāi)的，從遺傳現(xiàn)象入手，先是孟德?tīng)柾ㄟ^(guò)豌豆的雜交實(shí)驗(yàn)揭示基因分離定律和自由組合定律，作出遺傳因子假說(shuō)，接著是摩爾根通過(guò)果蠅的眼色遺傳實(shí)驗(yàn)證明基因在染色體上，再到沃森和克里克提出DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)模型，從個(gè)體水平到細(xì)胞水平再到分子水平。既然要總結(jié)人類(lèi)對(duì)遺傳物質(zhì)的探索過(guò)程，所以涉及到的生物科學(xué)史的內(nèi)容就有很多，如：孟德?tīng)柕耐愣闺s交實(shí)驗(yàn)（一）和（二）、基因在染色體上、DNA是主要的遺傳物質(zhì)等。為了能夠通過(guò)生物科學(xué)史的學(xué)習(xí)培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)研究方法，提高學(xué)生的實(shí)踐能力，養(yǎng)成科學(xué)思維的習(xí)慣，我采用“過(guò)程體驗(yàn)教學(xué)模式”。該模式是指在現(xiàn)代教育理論指導(dǎo)下，通過(guò)教師創(chuàng)設(shè)情境，引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷“發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，提出問(wèn)題，作出假設(shè)，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證假設(shè)，得出結(jié)論”的科學(xué)探索過(guò)程。例如，在《DNA是主要的遺傳物質(zhì)》一課的教學(xué)中，我是這樣做的。首先，創(chuàng)設(shè)情景，提出問(wèn)題。呈現(xiàn)打亂次序的班內(nèi)學(xué)生和父母的照片，讓學(xué)生對(duì)號(hào)入座，引出生物體具有遺傳現(xiàn)象，激發(fā)學(xué)生強(qiáng)烈的求知欲望和興趣。通過(guò)介紹遺傳物質(zhì)與染色體的位置關(guān)系，再加上學(xué)生已經(jīng)知道的染色體的主要成分是DNA和蛋白質(zhì)，引導(dǎo)學(xué)生提出本節(jié)課的主題——遺傳物質(zhì)究竟是DNA還是蛋白質(zhì)？接著，通過(guò)幻燈片提供科學(xué)家在20世紀(jì)20、30年代對(duì)DNA和蛋白質(zhì)的認(rèn)識(shí)資料，引導(dǎo)學(xué)生分析，做出假設(shè)。然后，通過(guò)實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證假設(shè)。此環(huán)節(jié)是突破教學(xué)難點(diǎn)的重要步驟。以科學(xué)發(fā)現(xiàn)史中的3個(gè)經(jīng)典實(shí)驗(yàn)為載體，但3個(gè)實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)側(cè)重點(diǎn)不同——肺炎雙球菌體內(nèi)轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)：側(cè)重于分析。用生動(dòng)形象的多媒體課件的播放，引發(fā)學(xué)習(xí)興趣，強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)步驟及結(jié)果，體驗(yàn)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的原則；肺炎雙球菌體外轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)：側(cè)重于設(shè)計(jì)。先讓學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究“轉(zhuǎn)化因子”是什么？引導(dǎo)學(xué)生體驗(yàn)探究實(shí)驗(yàn)的方法，總結(jié)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的思路，再重現(xiàn)科學(xué)家的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)，并將實(shí)驗(yàn)結(jié)果和學(xué)生們的預(yù)期結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析；探究煙草花葉病毒的遺傳物質(zhì)實(shí)驗(yàn)：側(cè)重于應(yīng)用。應(yīng)用總結(jié)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路，解決實(shí)際問(wèn)題。此外，還可以引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)病毒重組實(shí)驗(yàn)，拓展學(xué)生的思路。這樣設(shè)計(jì)環(huán)環(huán)相扣、層層深入，引導(dǎo)學(xué)生重走探索遺傳物質(zhì)之路，體驗(yàn)自主構(gòu)建知識(shí)的過(guò)程，體驗(yàn)科學(xué)研究的過(guò)程和科學(xué)探究的精神。最后，師生共同歸納總結(jié)，得出結(jié)論。整個(gè)教學(xué)過(guò)程使學(xué)生在學(xué)習(xí)遺傳知識(shí)的同時(shí)，猶如親歷了科學(xué)家的探索過(guò)程，學(xué)生像科學(xué)家那樣經(jīng)歷一個(gè)“發(fā)現(xiàn)”的過(guò)程，會(huì)受到科學(xué)態(tài)度、科學(xué)精神和科學(xué)方法（如：假說(shuō)演繹法、類(lèi)比推理法、模型建構(gòu)法）等多方面的啟迪，也有助于幫助學(xué)生形成科學(xué)的思維習(xí)慣。由于引導(dǎo)學(xué)生圍繞任務(wù)，提出問(wèn)題，解決問(wèn)題的探究活動(dòng)在前，呈現(xiàn)教材中的科學(xué)家經(jīng)典實(shí)驗(yàn)在后，學(xué)生思想基本上沒(méi)有禁錮，給學(xué)生營(yíng)造了一定的猜想空間。學(xué)生發(fā)現(xiàn)的某些知識(shí)，對(duì)社會(huì)對(duì)他人是已知的，但對(duì)學(xué)生本人尚是未知的，通過(guò)對(duì)這些“未知”知識(shí)的探索，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新意識(shí)。實(shí)驗(yàn)帶有探索性，往往多次失敗才取得一次成功，這將培養(yǎng)學(xué)生堅(jiān)韌不拔的毅力和鍥而不舍的精神。2．模型建構(gòu)，加強(qiáng)核心概念的理解，培養(yǎng)動(dòng)手和實(shí)踐能力《課標(biāo)》中明確將獲得生物學(xué)模型的基本知識(shí)作為課程目標(biāo)之一，模型的教育意義需要通過(guò)“建構(gòu)”來(lái)實(shí)現(xiàn)。本模塊突出體現(xiàn)了這一思想。遺傳的細(xì)胞基礎(chǔ)和分子基礎(chǔ)是看不見(jiàn)，摸不著的，非常抽象。所以本專(zhuān)題在實(shí)際教學(xué)中必須依賴(lài)于信息技術(shù)的支持。利用多媒體課件、微課，通過(guò)創(chuàng)設(shè)情境，讓學(xué)生有目的地去觀察、思考，通過(guò)反復(fù)播放加深理解，例如：減數(shù)分裂和受精作用、噬菌體侵染細(xì)菌的實(shí)驗(yàn)、DNA的復(fù)制、基因指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成、逆轉(zhuǎn)錄等微觀過(guò)程。另外，充分利用模型與建模，加深核心概念的理解，運(yùn)用科學(xué)的思維方法認(rèn)識(shí)事物、解決實(shí)際問(wèn)題，使學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中逐步發(fā)展理性思維，培養(yǎng)科學(xué)探究素養(yǎng)。例如：課本中已有的減數(shù)分裂中染色體數(shù)目和行為變化、DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)等物理模型的建構(gòu)。學(xué)生通過(guò)嘗試用不同的材料建構(gòu)模型，體驗(yàn)建立模型的思維過(guò)程，提高學(xué)生的動(dòng)手能力，更主要的是將抽象的概念、過(guò)程具體化、形象化，加深理解。此外，我還引導(dǎo)學(xué)生拓展建構(gòu)了DNA復(fù)制的模型，在動(dòng)手過(guò)程中讓學(xué)生體會(huì)半保留復(fù)制的方式、中心法則模型的建構(gòu)則可以幫助學(xué)生找到知識(shí)與知識(shí)之間的聯(lián)系，使知識(shí)系統(tǒng)化，從而培養(yǎng)學(xué)生的歸納、概括、總結(jié)規(guī)律的能力。（見(jiàn)下圖）。3．自主合作，組織好探究性學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、交流與討論的創(chuàng)新能力。組織好探究性學(xué)習(xí)是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究素養(yǎng)的有效途徑之一。在日常教學(xué)中，要充分利用好教材中的“資料分析”，通過(guò)設(shè)置層層遞進(jìn)的問(wèn)題串，引導(dǎo)學(xué)生展開(kāi)探究，深入地分析問(wèn)題，解決問(wèn)題，建構(gòu)知識(shí)，發(fā)展能力。而探究學(xué)習(xí)不僅局限于對(duì)資料進(jìn)行分析探究，還包含學(xué)生動(dòng)手操作的實(shí)驗(yàn)研究。所以，要充分利用實(shí)驗(yàn)拓展合作探究學(xué)習(xí)的空間，提升科學(xué)探究素養(yǎng)。例如：孟德?tīng)柕耐愣闺s交實(shí)驗(yàn)（一）中為了體驗(yàn)孟德?tīng)柕募僭O(shè)，教材設(shè)計(jì)了“性狀分離比”的模擬實(shí)驗(yàn)，而遺傳的自由組合定律相對(duì)于基因分離定律，因?yàn)檠芯康男誀钤龆?，情況更為復(fù)雜，學(xué)生學(xué)習(xí)起來(lái)困難增多。于是，在學(xué)習(xí)孟德?tīng)柕耐愣闺s交實(shí)驗(yàn)（二）時(shí)，學(xué)習(xí)完對(duì)自由組合現(xiàn)象的解釋之后，我們適時(shí)地提出“設(shè)計(jì)2對(duì)相對(duì)性狀自由組合的模擬實(shí)驗(yàn)”的探究任務(wù)，引導(dǎo)學(xué)生以小組為單位，在一對(duì)相對(duì)性狀分離比的模擬實(shí)驗(yàn)的啟發(fā)下，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)完成探究。學(xué)生經(jīng)過(guò)相互合作，相互啟發(fā)，提出了多組設(shè)計(jì)方案，經(jīng)過(guò)匯報(bào)、對(duì)比、交流，篩選出了科學(xué)、簡(jiǎn)便的最佳方案：選用四個(gè)小桶，每?jī)蓚€(gè)粘在一起，形成甲乙兩組，分別代表雌雄生殖器官。選用四種顏色的圓形玻璃小球分別代表Y、y、R、r四種基因，并將寫(xiě)有Y、y、R、r的小紙片分別貼在四種玻璃彩球上。實(shí)驗(yàn)步驟為：（1）在代表生殖器官的兩個(gè)黏在一起的小桶內(nèi)分別放入標(biāo)有Y、y的彩球和R、r彩球各20個(gè)，這樣代表雌雄性個(gè)體的基因型均為YyRr（如下圖）。（2）搖動(dòng)小桶，使每個(gè)小桶內(nèi)的玻璃彩球充分混合。（3）隨機(jī)從代表雌性生殖器官的放有Y、y彩球的小桶中抓取一個(gè)小球，從放有R、r彩球的小桶中抓取一個(gè)小球，二者組合在一起，便是雌性生殖器官內(nèi)產(chǎn)生的雌配子類(lèi)型。同理，獲得雄性生殖器官產(chǎn)生的雄配子。（4）將雌配子和雄配子組合在一起，設(shè)計(jì)下列表格記下四個(gè)彩球的字母組合，便是子一代受精卵的基因型。2對(duì)相對(duì)性狀自由組合的模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)表隨機(jī)抓取次數(shù)第1次第2次第3次第4次第5次第6次第7次第8次……雌配子基因組成雄配子基因組成子一代基因型子一代表現(xiàn)型（5）將抓取的彩球放回原來(lái)的小桶內(nèi)，搖勻，按步驟（3）（4）重復(fù)做30次。（6）每小組統(tǒng)計(jì)親代產(chǎn)生的配子類(lèi)型和出現(xiàn)的數(shù)目，統(tǒng)計(jì)子一代受精卵的基因型、表現(xiàn)型的類(lèi)型和數(shù)目。（7）匯總?cè)喔餍〗M的統(tǒng)計(jì)結(jié)果總和，計(jì)算配子類(lèi)型及比例，子一代受精卵的基因型、表現(xiàn)型的類(lèi)型及比例。學(xué)生通過(guò)親歷體驗(yàn)自己設(shè)計(jì)的2對(duì)相對(duì)性狀自由組合的模擬實(shí)驗(yàn)，親自驗(yàn)證了在形成配子時(shí)，決定同一性狀的基因彼此分離，決定不同性狀的基因自由組合的本質(zhì)規(guī)律，很好地突破了遺傳的自由組合定律的學(xué)習(xí)難點(diǎn)，變傳授知識(shí)為培