在高中生物学教学中显化科学探究技能教育的教学建议，本文主要内容关键词为：生物学论文,技能论文,高中论文,建议论文,科学论文，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。
学科学的中心环节是探究。探究比“作为过程的科学”又前进了一步，学生在探究过程中可以学到各种技能，如观察、推论和实验[1]。从表面上看，《美国国家科学教育标准》中并没有包括科学过程的技能，实际上，这些技能被整合进了更加广泛的科学探究能力之中[2]。美国科学促进会（AAAS）将科学探究技能分为观察、分类、测量、预测、推理、交流等6项基础技能以及控制变量、解释数据、形成假设、确定操作性定义、完成实验、建立模型等6项综合技能。美国国家研究理事会（NRC1996）则将探究技能分解为探究行为和对科学探究技能理解的能力。本文采用了陶俞佳的观点：“科学探究技能是指从科学探究过程中发掘的、以心智技能为中心的特殊技能，也是学生在探究学习过程中必须学习和掌握的基本技能。包括观察、描述、归纳、假设和推理等基础技能及建构模型、实验和交流等综合技能”[3]。教育实践表明：“科学探究技能不仅是可教的，而且学习者一旦掌握了这些技能，就会将其广为应用[3]，从而更好地进行探究性学习。
我国在中学生物学教学中开展科学探究技能教育已有多年的历史，然而教学效果难以令人满意，教学实践与课程目标存在着较大落差。其原因有很多，如：重探究形式轻探究过程等，而科学探究中技能教育的教学方式为隐性，又无明确的考查和检验系统是最为直接的原因。“从隐含的印象中得出的认识将是混乱不清和一堆零散的概念。隐性教育方式存在教学目标不明确、教学内容不确定、教学效果不显著的缺陷”[4]。高中生物学教学中显化科学探究技能教育是指在探究学习活动过程中，采用恰当的方式对科学探究技能进行适当揭示、适时归纳和适度提炼，并使之思想明朗化、方法体系化、操作熟练化的过程。
一、在模块教学中“渗透”科学探究技能
赵占良认为：“人教版普通高中生物学课程标准实验教科书在着力构建知识体系的同时，也力图构建符合高中学生探究能力发展需要的科学方法体系和技能体系”[5]。如人教版高中生物学教材（下同）在必修广细胞核——系统的控制中心”中介绍了模型法，在必修2“孟德尔的豌豆杂交实验（一）”中介绍了假说—演绎法。我国现行各种版本的高中生物学教材中，均有很多科学探究技能训练的具体案例，并采用专栏形式进行重点介绍。
但是，能力的发展毕竟还是要以知识为载体来实现的，因此更多的科学探究技能教育是隐性的，是蕴含在知识教学中的，这就要求教师在教学过程中充分挖掘蕴含在知识传递中的科学探究技能教育资源，并巧妙地将其显化。在进行必修1第1章第2节“细胞的多样性和统一性”的教学时，笔者采用了以显化“观察、实证、分析与综合”技能为主要策略设计本节内容的教学：学生先在高倍镜下观察多种多样的植物细胞，感悟植物细胞的多样性及结构与功能相统一的特点，师生共同归纳得出植物细胞结构的统一性；学生再在高倍镜下观察多种多样的动物细胞，通过比较发现动、植物细胞结构的差异性，并在此基础上归纳得出动物细胞结构的统一性；最后，再观察真菌等其他真核细胞的结构，并归纳得出真核细胞的统一性——“具有核膜包被的细胞核”。在上述学习过程中，学生通过实验观察获取了真核细胞结构特点的有关科学事实，并通过比较、分析、归纳等得出了真核细胞结构统一性的科学概念，步步深入、环环相扣，在形成科学概念的同时，感悟了科学探究技能对于知识学习的重要价值，就是一种很好的科学探究技能显化的教育策略。
针对高中生已经具备了较强的分析、综合、完成实验以及一定的逻辑推理能力，在高中3个必修模块教学中的不同阶段，应以课程标准为指引、教材为载体，在多个层面、有所侧重地展开科学探究技能的显化教育。“分子与细胞”模块是高中生物学课程的起点和基础，侧重于观察和实证，建议尽可能多地开展实验和经典科学史讨论等活动，让学生在形成科学概念的同时，掌握观察与实证为主的科学探究技能。“遗传与进化”模块侧重于假说和演绎，它与遗传规律及遗传物质的探索等科学发现过程中蕴含的思想是一脉相承的。教学中可以通过回顾并讨论经典科学的发现过程，帮助学生从科学探究的角度了解科学知识的形成过程，从中感悟假说—演绎对于科学探究的重要价值，从而提升学生的科学探究能力。“稳态与环境”模块以个体和群体的稳态为研究对象，应侧重于数学模型和系统分析技能的运用，这也是前2个模块中探究技能的进一步延伸和发展。实践证明：在模块教学中渗透科学探究技能教育，能让学生在学习生命科学知识的同时掌握科学探究技能；科学探究技能的掌握，又能更好地帮助学生理解生命科学的规律和原理，提高探究能力，提升科学素养。
二、在实验教学中“体验”科学探究技能
生物学是一门以实验为基础的科学，构成生物科学体系的概念、规律大多是建立在实验基础上的。无论在哪种情况下，教师都要检查作为增进学生理解手段的探究活动和直接实验在一门课程中所占的比重有多大[1]。实验不仅可以让学生熟练操作技能，形成并理解概念，还可以有效提高学生综合运用多种探究技能开展探究活动的能力，因此实验教学是科学探究技能显化教育的重要实施渠道。
在高中生物学实验教学中，教师应从学生的生活经验出发，创设真实的问题情境，遵循“真实验、真体验”的指导思想，让学生尽可能有更多的机会参与“提出问题、作出假设、制定计划、实施计划、得出结论、表达和交流”的各个环节，在体验中提高诸如测量、变量控制、观察和数据分析等科学探究技能。如为了让学生体验“假说—实证”的探究技能，在某次实验课上，笔者向学生提出了这样一个探究实验问题：尝试用生物学方法鉴别2个没有标签的试剂瓶中的五色溶液，哪一瓶是蒸馏水，哪一瓶是0.3g/mL的蔗糖溶液？（至少写出5种不同方案）并用实验桌上标记有甲、乙的2个试剂瓶中的无色溶液（蒸馏水、0.3g/mL的蔗糖溶液）、紫色洋葱鳞茎、显微镜、玻片等必需的实验器材，设计并完成实验，验证设计方案的可行性。在实验教学中显化科学探究技能教育，不仅能让学生掌握诸如“临时装片的制作与观察”等诸多具体实验技术手段，更能让学生明白如何运用“观察、测量、比较、归纳、演绎”等技能开展科学研究，还能帮助学生认同“求实、质疑、严谨”的科学精神，感悟科学探究对于学习和研究的价值和巨大作用，从而提升自己的科学素养。
三、在科学史教学中“感悟”科学探究技能
生命科学史是一部思想史[6]，也是科学探究技能不断发展的历史。高中生物学教材所涉及的许多科学家，在取得伟大成就的过程中，所运用的科学研究方法和实验构思精妙绝伦，为教师提供了宝贵的科学探究技能教学素材。如在总结光合作用探究历程时，可以将知识和方法同时呈现（见下页表1），这样不仅可以让学生加深对光合作用本质的理解，也可帮助学生感悟到科学探究技能对于科学研究的重要作用。
生命科学史是前人探究生物学知识的科学过程史和科学探究技能史。它不仅呈现了在探究知识过程中人与人之间的合作，也反映了不同科学家所持观点间的碰撞和争论。生命科学的每一点进步，从宏观层面来看，是科学思想、科学探究技能以及科学精神、科学态度、科学世界观的进步；从微观层面来看，与选择的实验对象和材料、实验操作技术和手段、数据处理方法等的发展密切相关。在生命科学史教学中，注重科学探究技能的显化教育，有助于学生形成—个既有“肌体”又有“灵魂”的学科认知结构，使学习者的理性思维和精神世界获得实质性的发展和提升。
四、在概念教学中“凸显”科学探究技能
高中生物学概念从性质上看，大多为具体概念[7]。具体概念的教学，需要通过具体的生物学事实（或现象），利用实例和学生的生活经验，引导学生进行观察、比较，对事实（或现象）的共同属性、本质特征（概念内涵）和范围、条件（概念外延）进行归纳概括，才能使学生真正形成科学概念。由此不难看出，重视科学探究技能的显化教育，不仅有助于学生形成正确的概念，更有助于概念被理解和运用。在必修1第5章第1节“ATP的主要来源——细胞呼吸”的教学中，学生可能具有以下前概念：①所有的生物都能进行细胞呼吸；②在
存在条件下，细胞都进行有氧呼吸；在无存在条件下，细胞都进行无氧呼吸，无氧呼吸的产物就是酒精。为了帮助学生纠正上述前概念中的某些偏差，重建科学概念，笔者在教学中采取了以下策略：首先通过日常生活中酵母菌的具体应用事例引出实验——“探究酵母菌的细胞呼吸方式”，再根据实验现象得出实验结论，尝试写出酵母菌有氧呼吸的总反应式，然后通过图片呈现菠菜叶肉细胞、小鼠肝细胞有氧呼吸的有关实验与现象，形成细胞有氧呼吸的一般反应式，并在此基础上引导学生把反应物、条件、产物进行“串联”，即把总反应式转化成文字，从而形成有氧呼吸的具体概念；对无氧呼吸也采用相似的教学策略，明确无氧呼吸的原理和实质；最后将“有氧呼吸”、“无氧呼吸”2个概念进行比较、概括、归纳，得到“细胞呼吸”的核心概念（见下图）。
另外，高中生物学教材中有许多相似的概念，如原生质体与原生质层、初生演替与次生演替等，在针对这些概念进行教学时，可以运用比较和分类、归纳和演绎、分析和综合及建立模型（理想化）等科学探究技能，抽取客观事实的共同本质属性，形成科学概念，并加深学生对概念内涵的理解和外延的把握，促进学生对概念的运用。概念是生命科学的“基石”，在概念教学中凸显科学探究技能教育，有助于学生同化概念，更好地理解和运用概念。
五、在问题解决过程中“演练”科学探究技能
G.波利亚认为“好的教育”的评价标准就是能够让学生发现并解决问题。教学实践表明：仅靠教师的讲述，即使非常精辟生动，也往往只能让学生达到理解知识的水平而已。而要达到运用水平，必须由学生参与分析解决新问题的实践。对此，评价方式与手段应当作出相应的转变，新的评价方法不是简单地看学生是否已记住某些方面的知识，而是考查学生的理解能力、推理能力和对知识的运用程度——通过探究培养起来的能力[1]。问题解决过程实际上是一个科学探究的过程，而合理运用各种探究技能则有助于学生更好地解决问题。探究技能教育的意义在于训练学生的智力技能，只有通过实际操作和运用，灵活准确运用各种技能解决问题，才能让学生深刻理解并掌握科学探究。因此，教师要巧妙设计问题和训练，引导学生综合运用各种探究技能解决具体的问题，并形成问题解决的优化策略。以实验设计问题的解决为例，首先挖掘科学探究技能与这一问题解决相结合的落脚点，再根据变量控制的基本思想与实验现象观测的具体方法，引导学生写出实验操作的“可视化”步骤，通过讨论加深学生对这些操作过程性细节的理解，并尝试对实验可能的结果进行预期评判，就是非常有效的问题解决方法指导。
六、在总结反思中“领悟”科学探究技能
由于生物学教材主要是按学科知识体系的逻辑关系组织编排的，因此，蕴含同一种科学探究技能的不同实例往往分布于各个模块和章节中，学生所习得的科学探究技能往往比较零碎、片面。教师应适时帮助学生回顾所学过的实例，及时对科学探究技能进行分类、定义，对同一科学探究技能在教学中的不同应用进行总结，以形成相对完整的科学探究技能体系。例如，在复习模型建构的有关方法时，首先通过列举的方式总结各种模型方法在教学中的具体应用，如物理模型的应用有：真核细胞三维结构模型、人工制作或绘制的DNA分子双螺旋结构模型、细胞分裂中染色体、DNA变化的模型、血糖调节的模型等；再采用相似的策略总结概念模型和数学模型；然后通过归纳得出物理模型、概念模型、数学模型的概念，让学生自主构建各模块、章节的有关概念图，并尝试在班级内进行交流、评价，从而在具体应用中领悟模型方法。教师在教学中适时进行总结和反思，能更好地帮助学生提炼和归纳科学探究技能，并使科学思想明朗化、科学探究技能体系化和实验方法程序化。
科学是格物致知的一种路径，其基本特点是以实证为判别尺度、以逻辑作论辩的武器、以怀疑作审视的出发点。科学探究技能教育应贯穿于整个高中生物学教学中，采用模块渗透、整体推进、显化总结的多种方法，实现由“单一隐性”逐步向“显性—隐性结合”的转变，进而达成科学探究技能教育“显性为主、隐性为辅”的教育愿景。同时，也呼吁逐步改变教学评价的方法和策略，促进科学探究技能教育的水平和质量不断提升，不断提高学生的科学素养。