高中生物课堂培养“科学探究”素养的教学策略研究

高中生物课堂培养“科学探究”素养的教学策略研究【摘要】生物核心素养是课程宗旨，是学生学习生物学课程后终身受益的结果，需要在每节课中加以培养。作为一名一线教师，在关注学生习得知识的同时，更要关注生物核心素养的提高。因此，寻找并实施能够使学生构建有效获得生物学科核心素养的教学策略便成为首要任务。本文以遗传专题的教学为例，阐述了如何采取过程体验、自主合作的教学策略培养学生的学科核心素养中的理性思维和科学探究素养。【关键词】生物核心素养理性思维科学探究教学策略生物学专家刘恩山教授指出：“核心素养是课程设计的指向标，是教育目标的‘抓手’；生物核心素养是课程的灵魂，它是指学生在学习过程中获得和形成的能力和习惯，对学生而言，在完成生物课程后是终身受益的，能体现生物学课程特有的育人价值，需要在每节课中加以培养。”生物核心素养包括生命观念、理性思维、科学探究、社会责任四个方面。理解生物学科核心素养和构建学生有效获得生物学科核心素养的教学策略将成为一线教师面临的一个重要课题。人教版高中生物教材必修2《遗传与进化》模块中的遗传专题揭示了生物在繁殖过程中遗传物质是如何储存、传递和变化的规律。《普通高中生物课程标准》明确指出：“要求学生在获得遗传的基本事实、概念、原理、规律和模型等方面知识的基础上，领悟假说演绎、建立模型等科学方法及其在科学研究中的应用，体验科学家探索生物生殖和遗传奥秘的过程，对于提高全体高中学生的学科核心素养具有不可或缺的作用。”“科学探究”是指能够发现现实世界中的生物学问题，针对特定的生物学现象，进行观察、提问、实验设计、方案实施以及结果的交流与讨论的能力。学生应在探究中，逐步加强对自然现象的好奇心和求知欲，掌握科学研究的基本思路和方法，培养实践能力。在探究中，乐于并善于团队合作，勇于创新。笔者根据本校学生的特点，在教学实践中不断探索、创新，根据教学内容的不同，尝试采取不同的教学策略培养学生的理性思维和科学探究素养。1．过程体验，形成科学思维的习惯，掌握科学研究的方法对比人教版的新教材和老教材我们不难发现：老教材是以知识为主线，先从遗传的本质——遗传物质入手，然后再看现象；而新教材则突破了这样的呈现方式，更重视知识的形成过程和科学思想、科学方法的教育，它以科学发展过程为线索，更符合学生的认知规律。本专题是循着人类认识基因之路展开的，从遗传现象入手，先是孟德尔通过豌豆的杂交实验揭示基因分离定律和自由组合定律，作出遗传因子假说，接着是摩尔根通过果蝇的眼色遗传实验证明基因在染色体上，再到沃森和克里克提出DNA的双螺旋结构模型，从个体水平到细胞水平再到分子水平。既然要总结人类对遗传物质的探索过程，所以涉及到的生物科学史的内容就有很多，如：孟德尔的豌豆杂交实验（一）和（二）、基因在染色体上、DNA是主要的遗传物质等。为了能够通过生物科学史的学习培养学生科学研究方法，提高学生的实践能力，养成科学思维的习惯，我采用“过程体验教学模式”。该模式是指在现代教育理论指导下，通过教师创设情境，引导学生经历“发现问题，提出问题，作出假设，设计实验验证假设，得出结论”的科学探索过程。例如，在《DNA是主要的遗传物质》一课的教学中，我是这样做的。首先，创设情景，提出问题。呈现打乱次序的班内学生和父母的照片，让学生对号入座，引出生物体具有遗传现象，激发学生强烈的求知欲望和兴趣。通过介绍遗传物质与染色体的位置关系，再加上学生已经知道的染色体的主要成分是DNA和蛋白质，引导学生提出本节课的主题——遗传物质究竟是DNA还是蛋白质？接着，通过幻灯片提供科学家在20世纪20、30年代对DNA和蛋白质的认识资料，引导学生分析，做出假设。然后，通过实验，验证假设。此环节是突破教学难点的重要步骤。以科学发现史中的3个经典实验为载体，但3个实验的学习侧重点不同——肺炎双球菌体内转化实验：侧重于分析。用生动形象的多媒体课件的播放，引发学习兴趣，强化实验步骤及结果，体验设计实验的原则；肺炎双球菌体外转化实验：侧重于设计。先让学生设计实验探究“转化因子”是什么？引导学生体验探究实验的方法，总结设计实验的思路，再重现科学家的经典实验，并将实验结果和学生们的预期结果进行对比分析；探究烟草花叶病毒的遗传物质实验：侧重于应用。应用总结的实验设计思路，解决实际问题。此外，还可以引导学生设计病毒重组实验，拓展学生的思路。这样设计环环相扣、层层深入，引导学生重走探索遗传物质之路，体验自主构建知识的过程，体验科学研究的过程和科学探究的精神。最后，师生共同归纳总结，得出结论。整个教学过程使学生在学习遗传知识的同时，犹如亲历了科学家的探索过程，学生像科学家那样经历一个“发现”的过程，会受到科学态度、科学精神和科学方法（如：假说演绎法、类比推理法、模型建构法）等多方面的启迪，也有助于帮助学生形成科学的思维习惯。由于引导学生围绕任务，提出问题，解决问题的探究活动在前，呈现教材中的科学家经典实验在后，学生思想基本上没有禁锢，给学生营造了一定的猜想空间。学生发现的某些知识，对社会对他人是已知的，但对学生本人尚是未知的，通过对这些“未知”知识的探索，培养了学生的创新思维和创新意识。实验带有探索性，往往多次失败才取得一次成功，这将培养学生坚韧不拔的毅力和锲而不舍的精神。2．模型建构，加强核心概念的理解，培养动手和实践能力《课标》中明确将获得生物学模型的基本知识作为课程目标之一，模型的教育意义需要通过“建构”来实现。本模块突出体现了这一思想。遗传的细胞基础和分子基础是看不见，摸不着的，非常抽象。所以本专题在实际教学中必须依赖于信息技术的支持。利用多媒体课件、微课，通过创设情境，让学生有目的地去观察、思考，通过反复播放加深理解，例如：减数分裂和受精作用、噬菌体侵染细菌的实验、DNA的复制、基因指导蛋白质合成、逆转录等微观过程。另外，充分利用模型与建模，加深核心概念的理解，运用科学的思维方法认识事物、解决实际问题，使学生在学习过程中逐步发展理性思维，培养科学探究素养。例如：课本中已有的减数分裂中染色体数目和行为变化、DNA双螺旋结构等物理模型的建构。学生通过尝试用不同的材料建构模型，体验建立模型的思维过程，提高学生的动手能力，更主要的是将抽象的概念、过程具体化、形象化，加深理解。此外，我还引导学生拓展建构了DNA复制的模型，在动手过程中让学生体会半保留复制的方式、中心法则模型的建构则可以帮助学生找到知识与知识之间的联系，使知识系统化，从而培养学生的归纳、概括、总结规律的能力。（见下图）。3．自主合作，组织好探究性学习，培养学生实验设计、交流与讨论的创新能力。组织好探究性学习是培养学生科学探究素养的有效途径之一。在日常教学中，要充分利用好教材中的“资料分析”，通过设置层层递进的问题串，引导学生展开探究，深入地分析问题，解决问题，建构知识，发展能力。而探究学习不仅局限于对资料进行分析探究，还包含学生动手操作的实验研究。所以，要充分利用实验拓展合作探究学习的空间，提升科学探究素养。例如：孟德尔的豌豆杂交实验（一）中为了体验孟德尔的假设，教材设计了“性状分离比”的模拟实验，而遗传的自由组合定律相对于基因分离定律，因为研究的性状增多，情况更为复杂，学生学习起来困难增多。于是，在学习孟德尔的豌豆杂交实验（二）时，学习完对自由组合现象的解释之后，我们适时地提出“设计2对相对性状自由组合的模拟实验”的探究任务，引导学生以小组为单位，在一对相对性状分离比的模拟实验的启发下，设计实验完成探究。学生经过相互合作，相互启发，提出了多组设计方案，经过汇报、对比、交流，筛选出了科学、简便的最佳方案：选用四个小桶，每两个粘在一起，形成甲乙两组，分别代表雌雄生殖器官。选用四种颜色的圆形玻璃小球分别代表Y、y、R、r四种基因，并将写有Y、y、R、r的小纸片分别贴在四种玻璃彩球上。实验步骤为：（1）在代表生殖器官的两个黏在一起的小桶内分别放入标有Y、y的彩球和R、r彩球各20个，这样代表雌雄性个体的基因型均为YyRr（如下图）。（2）摇动小桶，使每个小桶内的玻璃彩球充分混合。（3）随机从代表雌性生殖器官的放有Y、y彩球的小桶中抓取一个小球，从放有R、r彩球的小桶中抓取一个小球，二者组合在一起，便是雌性生殖器官内产生的雌配子类型。同理，获得雄性生殖器官产生的雄配子。（4）将雌配子和雄配子组合在一起，设计下列表格记下四个彩球的字母组合，便是子一代受精卵的基因型。2对相对性状自由组合的模拟实验结果统计表随机抓取次数第1次第2次第3次第4次第5次第6次第7次第8次……雌配子基因组成雄配子基因组成子一代基因型子一代表现型（5）将抓取的彩球放回原来的小桶内，摇匀，按步骤（3）（4）重复做30次。（6）每小组统计亲代产生的配子类型和出现的数目，统计子一代受精卵的基因型、表现型的类型和数目。（7）汇总全班各小组的统计结果总和，计算配子类型及比例，子一代受精卵的基因型、表现型的类型及比例。学生通过亲历体验自己设计的2对相对性状自由组合的模拟实验，亲自验证了在形成配子时，决定同一性状的基因彼此分离，决定不同性状的基因自由组合的本质规律，很好地突破了遗传的自由组合定律的学习难点，变传授知识为培