在高中生命科学探究性实验中引导学生自主学习——以“百草一号和自制生物农药的药效比较实验”为例,本文主要内容关键词为:百草论文,药效论文,生命科学论文,为例论文,引导学生论文,此文献不代表本站观点,内容供学术参考,文章仅供参考阅读下载。
自主学习是与传统的接受学习相对应的一种现代化学习方式。基础教育课程改革将“改变学习方式,倡导自主学习”作为其首要目标,倡导以学生作为学习的主体,通过学生独立的分析、探索、实践、质疑、创造等方法来实现学习目标。高中生命科学探究性实验教学的各个环节,充满了学生自主学习的契机,在教师适时的引导下,学生自主地发现问题、设计方案并通过有效的学习方法解决问题,既充分发挥了学生主动学习的能动性,同时提高了学生的科学素养和思维品质。
一、案例背景:营造良好的自主学习氛围
学生的自主学习需要在一定的氛围下产生和激发。探究性课题的产生往往也需要一定的背景和大环境,有的是学校文化氛围使然,有的是受一门课程的特点决定,而有的可能就是学生或老师本人的兴趣导致。“自制生物农药和市售生物农药的药效对比实验”就源于与生命科学相关的一门拓展课程“校园有机农场”。
生命科学是一门包含环境科学、农学、食品与健康等多学科的综合性学科。为了给学生搭建更丰富的学习平台,在教育教学实践中,我引导学生在校内自主建立、经营和管理一个有机栽培基地,种植安全环保的有机蔬菜和花卉,并在此基础上建立了一门拓展型课程“校园有机农场”,对学校根与芽环保社团的同学开设。通过参观和体验,学生对有机栽培有了一定的认识,他们按照认领的蔬菜种类自行分组,将有机蔬菜栽培和管理的各个环节形成任务,分配到人。对与有机栽培相关的问题,如优良品种培育、改良土壤、厨余堆肥、自制生物农药等进行了一系列的探究。“自制生物农药和市售生物农药的药效对比实验”就是这众多的探究之一。
二、确立课题:发现问题是自主探究的源头
具体的探究性课题的确立一般是建立在对问题的发现、讨论及寻求解决途径的过程中,发现问题是自主探究的源头。学生在学习和生活的实际中发现的问题引起了他们强烈的探究欲望,教师对发现问题的学生不仅要给予肯定和认可,而且要提供有效的帮助和支持,同时在问题解决过程中要及时关注学生的思维动态,进行有效的引导直至确立科学的课题。
一天早晨,杭白菜小组的组长沈肇基同学急促地跑到我的办公室,他说:“老师,我们的杭白菜出现了太多的虫洞,菜青虫已经严重影响蔬菜生长了!”原来有机栽培过程中不能使用化学药物,学生利用早晨人工捕捉的方法控制虫害,看来现在人力已经不能解决这个问题了,怎么办呢?看着他着急的样子,我感到他对这个问题的重视,于是一边从我的书架上找出一本《有机蔬菜标准化良好操作规范》给他看,一边建议他和其他的组员上网或者给相关的技术员打电话咨询一下解决问题的途径。
那个星期三的第8节就是拓展课,课前,我去基地拍了几张密布虫洞的蔬菜照片,我决定在课堂上了解一下其他学生对虫害问题关注的程度。我边展示图片边说:“同学们,杭白菜小组的同学在校园有机农场发现蔬菜上出现了许多虫洞,严重影响了蔬菜的生长,大家有什么好办法来解决这个问题呢?”学生思维的发散度真的太令我惊讶,他们不仅提出了自己在网上看到的一些见解,有的学生还结合之前在有机农场参观的经历,建议设计灯诱捕虫及黄板捕虫的物理方法,热烈的交流大概持续了近20 min。肖梦凯这位平常不大讲话的同学突然站了起来,他说:“老师,我觉得并不是所有的方法都适合我们自己的校园有机农场,我爸爸就是农技公司的,据我了解,有机农药还是个新鲜事物,一般价格很贵,不符合我们开展这个活动的初衷,所以我想可以尝试用自然材料自制生物农药。”他的话音刚落,陈静就站了起来,她说:“我同意肖梦凯的看法,但自制生物农药的药效会不会太差,杀不了虫怎么办?”组长沈肇基大声地说:“那我们就做个药效对比实验啊!”台下几乎所有的学生为他这个提议都鼓起掌来。
三、形成方案:排除式讨论是有效的自主学习方法之一
学生在自主学习中需要根据内容的不同选择有效的学习方法,排除式讨论的方法适用于探究性实验方案的设计。在这个过程中,教师需要预先捕捉到学生思维可能放散的火花,为学生发表不同见解和进行头脑风暴提供开放的环境,并为他们及时记录和展示讨论的成果进行一些必要的准备。如在这个实验方案的设计中,我事先给学生下发了任务单,让他们自行分组,领取任务,并给不同的组别分发记号笔、彩色纸及普通A4纸等物品备用,同时提示学生可以通过网络搜索寻找自己需要的资料,建议他们在课堂上进行小组讨论、汇报、质疑等方式确定实验的要素。
师:在实验前,我们要先进行方案的设计,实验方案包括哪些要素呢?
生:实验试剂确定,实验材料选择,实验过程确定,实验结果记录等。(师板书)
师:能不能再具体一点?
生:实验试剂的选择实际上指用哪种生物农药,实验对象就是指用哪种蔬菜,实验过程是指用什么方法做实验。
(分组讨论,每两个小组讨论一个主题)
师:下面我们来听一下各小组讨论的结果。
小组一学生:市售的生物农药比较多,比如说植物源的生物农药,有烟碱、苦参碱、川楝素等,如对付菜青虫的普克,对付各类蔬菜病虫害的百草系列农药;动物源的生物农药主要有以虫治虫的蜂类的卵卡,主要用于农业和林业虫防治。微生物源的农药主要有苏云金杆菌(BT)等。根据我们查阅的资料,我们小组认为百草一号比较好,它对上海市的蔬菜虫害非常有效,如菜青虫,蚜虫等。
小组二学生:我们小组认为贵州三宝奇花也可以,在浦东Ostore参观的时候,技术员告诉我们这种生物农药的药效也非常好,特别是对甲壳虫类很有效。
师:两个小组出现了不同的意见,而且都很有道理,我们思考一下。生物农药都有针对性,我们是不是先将实验对象确定了再来看哪一种市售生物农药更好呢?请讨论第二个要素的小组发表意见。
小组三学生:我们的农场现在有20多个品种的蔬菜和香料植物,通过比较分析,我们认为杭白菜、小青菜等叶菜类是比较好的实验对象。像罗勒和薄荷等香草类,不能作为实验材料,因为它们本身就有一种奇异的香味,几乎没有害虫敢入侵。像花菜有巨大的花蕾,很少看到花被虫子吃掉,可想而知用花菜作实验材料的效果也不会好。
小组四学生:我们小组也认为叶菜类最合适,我们觉得茄果类的番茄、黄瓜和茄子果实不容易受到害虫啃食,而且他们的生长期很长,不适合作实验材料。
师:大家对我们栽培的蔬菜习性真的非常熟悉,分析的也很透彻,结合季节特点叶菜类如杭白菜和青菜确实是我们实验最适宜的材料。大家决定选哪一种呢?
学生[齐声]:杭白菜。
师:再回到第一个因素的讨论,市售生物农药选什么呢?
生:百草一号。
师:为什么?
生:百草一号对杭白菜比较有针对性,三宝奇花主要是防治马铃薯等蔬菜免受甲壳虫侵害的。
师:那选用什么自制生物农药呢?
小组五学生:自制生物农药可以用辣椒水、大蒜汁、烟草浸出液,大葱和黄瓜蔓作为材料,我们组查找的资料显示,这些自制的生物农药取材于植物体,无毒无残留,是安全首选的药物。
小组六学生:我们认为辣椒水不合适,要是在喷洒的过程中有些同学辣椒水过敏,进入眼睛会产生刺激。
小组六学生:烟草浸出液也不行,烟草防治害虫的有效成分是尼古丁,我们现在都提倡禁烟,公共场合都写着No smoking,表明吸烟有害健康,烟草虽能杀虫,但它对蔬菜是否安全呢?这是个很大的问题。
小组五学生:我们刚才又思考了一下,在现有的资料当中,虽然这些自制生物农药都有用到,但正如刚才六组的同学所说,有些材料是不合适的。我们组查找的资料中,关于大葱和黄瓜蔓的研究是比较少的,我们认为这两者值得探究,可以作为自制生物农药的材料。
师:真是一场激烈的争辩,根据刚才的讨论,大家认为市售生物农药为百草一号,自制生物农药材料为:大葱、黄瓜蔓。
经过进一步的讨论,学生确立了该实验过程的三个环节:制备农药、田间试验和结果记录,并通过小组讨论确定了细节,田间实验平面图如图1。在以上讨论的基础上,学生又一起设计和完善了探究性实验方案和结果记录表格,以备原始资料保存和结果分析。
作为教学的组织者,特别是在探究性实验教学的时候,教师不能像传统的教学那样采用直接告诉、简单命令、详细指示等方法指导学生完成实验方案的设计,而应创设恰当的教学情境和为学生提供有效的学习环境,让学生整个人(包括情感和认知等方面)都投入到学习活动中,使学生主动地有意义地去学习。只有亲自经历排除式讨论并设计出完整的实验后,学生对探究的技能与方法才能够更深入的掌握,才能为解决今后生活和学习中类似的问题形成正确的思维和方向。自主学习的过程也是一个潜移默化培养学生科学思维素养与品质的一个过程。
四、实施实验:团队协作使自主学习的成效更明显
“团队协作”学习是提高学生自主学习能力、团队合作精神及责任感的有效途径。在实验实施阶段采用团队协作的学习方式,由于小组成员采取了合理安排时间、明确任务到人、互相支持和督促等举措,实验的效率高了、问题的解决快了,学生自主学习的劲头会得到进一步的加强,探究的意义也提高到最大化。此外,面对已经具备良好“团队协作”能力的学生,教师仍需要适时的监督、指导和评价,以保证学习的有效性。
在方案形成的当天,以沈肇基为组长,肖梦凯和陈静为组员的实验小队成立了,考虑到田间实验需要人力物力,他们首先在自己班级里“招兵买马”,共争得其他11位志愿者同学的支持,学生的热情全被点燃。第二天放学后,十几位学生一起到有机农场将原有的蔬菜拔除,重新翻地整地,暴晒两天后,选取5.5m×4m的地块,按照方案分为12块,每块之间留0.5m左右间隔。然后进行播种(均匀撒播)。三天后,杭白菜发芽。大约一个星期后,杭白菜长出2片子叶,他们开始间苗,在每一个小区间上保留25棵左右,并且将地块分为4组,树上标牌,以便区分。之后他们制备好生物农药并放置到实验室储存。社团所有的同学分成小组在喷药后大约每三天(喷药当天不需要统计)用五点法统计每个区间里的死虫数并做好记录。
在实验实施的每一个环节,我都和学生一起参与,对于学生完全能胜任的任务,如:播种、间苗等,我基本上只作一个旁观者;对于学生第一次接触的任务,如配置农药、喷洒农药、数虫洞等,我不仅仅作为一个监督者的身份参与,有时候也进行实践。如在第一次统计虫洞时,徐洋为了求快,只统计了每个地块的某一个点然后乘以五,数据拿到后,我亲自去统计了一遍,差别比较大。于是结合数据误差的后果和他好好交谈,学生渐渐对科学态度和科学精神有了更深的体会。徐洋后来考取了同济大学,还选了与之相关的环境专业作为自己未来的研究方向。
五、论文写作:有效的学法指导提高了学生自主学习的动力
如果没有有效的学法指导,学生往往认为实验结束即为探究终止,探究的意义因此而大打折扣。其实对于高中生,特别是对实验探究兴趣相当浓厚的优秀学生来说,教师应该在这个时候引导他们体验用论文的形式来表达探究结果,从而方便与更多的人分享探究成果,为解决生产实践问题提供一些参考和依据。自然,当学生的成果得到认可甚至被应用于生产和生活实践,他们自主学习的动力会更强。
模仿是高中生科学论文写作最有效的方法。教师在给出有效的模仿范本后,引导学生了解论文写作的要素,并结合自己探究的主题将相应的内容填写进去。同时在有条件的情况下,鼓励学生在研究(或论文写作)之前进行查新,这样避免浅显和重复,写出的论文也将更有创新性和实用价值。
当学生拿着实验的记录数据兴冲冲地来找我时,我首先肯定了他们的辛苦探究,然后问:“实验结束了,哪一组药效最好呢?”显然学生被我问的措手不及,我顺势说道:“大家下一步还要处理数据,这样才能知道实验结果。”学生都会用Excel,于是,我让他们用柱状图来对这些数据进行处理。图2是他们处理的结果。
看着一目了然的实验结果,学生都有些兴奋,我告诉他们,期望他们再用曲线图对比分析一下不同的农药药效。图3是实验结果。
在这一基础上,我拿出两本《生物学通报》给学生看,我说:“论文是表达实验探究成果的一种很好的文体,我希望大家也能尝试着将这次探究的成果写成小论文”。在翻阅了几篇发表的自然科学论文之后,学生逐渐归纳出撰写小论文的几个要素,如:标题、作者、摘要、关键词、前言、材料与方法、结果与讨论、参考文献等。我对每个要素逐一进行讲解分析,学生领悟得很快。他们还说想在讨论里面写一些对有机蔬菜农药使用的建议和他们进行实验的感想。我完全同意他们的想法并带学生去了一次青浦图书馆,对相关主题进行查询,让他们在写论文的时候可以站得更高,思路更开阔。学生的效率很高,三天后,他们就拿出了自己的小论文。这次课题探究获得了上海市第24届英特尔科技创新大赛二等奖,上海市第8届壳牌美镜方案设计大赛二等奖和实施二等奖。
通过这次自主探究,学生不仅解决了本实验所研究的问题,对食品安全、健康生活的理念有了更深的理解,同时形成了进行探究的一般思路和方法,提升了科学素养与思维品质。在教师的主导下,让学生自主学习,不仅可以有效地提高教学效率,还可以发展全体学生,并有效地发展学生自身的巨大潜能。