楊紅麗 朱家華 崔 鴻

(1 華中師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院 武漢 430079； 2 西南大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院 重慶 400715； 3 華中師范大學(xué)教師教育學(xué)院 武漢 430079)

“引導(dǎo)并組織學(xué)生進(jìn)行探究性學(xué)習(xí)”是第八次基礎(chǔ)教育課程改革生物學(xué)課程重要的教學(xué)實(shí)施建議?？茖W(xué)探究既是學(xué)生學(xué)習(xí)生物學(xué)課程的“學(xué)習(xí)方式”，也是其“學(xué)習(xí)目標(biāo)”。近年來，關(guān)于“科學(xué)探究”內(nèi)涵的觀點(diǎn)已經(jīng)得到廣泛的認(rèn)同： 科學(xué)探究的本質(zhì)是尋找解答疑問的信息，關(guān)鍵是提出問題，重要途徑是觀察和實(shí)驗(yàn)，結(jié)果是獲取證據(jù)、數(shù)據(jù)等；通過對(duì)結(jié)果中證據(jù)、數(shù)據(jù)等的分析、判斷，回答提出的問題，并嘗試發(fā)現(xiàn)和提出新的問題。顯然，科學(xué)探究是圍繞問題進(jìn)行的，問題既是起點(diǎn)也是終點(diǎn)。問題成為貫穿整個(gè)科學(xué)探究的核心要素。然而，科學(xué)課程改革至今，科學(xué)探究教學(xué)實(shí)踐中對(duì)探究本身的“問題”并未給予充分的重視，在提出問題、制定計(jì)劃和得出結(jié)論等環(huán)節(jié)中表現(xiàn)得尤為嚴(yán)重。為此，以“問題”為核心的科學(xué)探究教學(xué)策略的研究尤為重要。

1 科學(xué)探究教學(xué)應(yīng)圍繞問題構(gòu)建探究主線

科學(xué)探究教學(xué)中，應(yīng)擺脫“提出問題、作出假設(shè)、制訂計(jì)劃、實(shí)施計(jì)劃、得出結(jié)論、表達(dá)交流”這幾個(gè)環(huán)節(jié)的外在束縛，跳出死板的外在形式，抓住聯(lián)系各環(huán)節(jié)的內(nèi)在要素——探究要研究和解決的“問題”本身。

以“探究細(xì)胞大小與物質(zhì)運(yùn)輸?shù)年P(guān)系”為例，教學(xué)可圍繞以下問題(圖1)構(gòu)建探究主線。此過程中，研究和解決的“問題”本身推動(dòng)著探究不斷前進(jìn)，確定探究變量、制定探究計(jì)劃、實(shí)施探究步驟，直至探究結(jié)果的記錄、分析、討論，都是緊緊圍繞“問題”展開的。在問題的引導(dǎo)下，該探究實(shí)驗(yàn)選擇的模擬材料不會(huì)局限于教材中的瓊脂和顏色反應(yīng)，可以是其他的材料和顯色方法，后續(xù)的操作原理和方法也不一樣，能解決探究問題即可。恰是不變的探究問題催生了探究方案的創(chuàng)新和改進(jìn)。從探究要解決的具體問題出發(fā)，通過邏輯推理，衍生出探究過程中需攻克的各個(gè)關(guān)鍵問題，最后又回到探究的具體問題。正是“問題”將這些探究環(huán)節(jié)從本質(zhì)上串聯(lián)在一起，使其成為一個(gè)整體，這樣才能真正培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)的思維方式和發(fā)展其科學(xué)探究實(shí)踐能力。

圖1 “探究細(xì)胞大小與物質(zhì)運(yùn)輸?shù)年P(guān)系”探究主線

2 科學(xué)探究教學(xué)應(yīng)強(qiáng)化科學(xué)論證

論證是使用推理、理論觀點(diǎn)和經(jīng)驗(yàn)證據(jù)來辯護(hù)知識(shí)主張的過程?？茖W(xué)探究中“分析和判斷證據(jù)，得出結(jié)論”的基本要求實(shí)際上就是論證的具體表現(xiàn)?？茖W(xué)探究的本質(zhì)即“尋找解答疑問的信息”，那么如何利用獲得的事實(shí)和證據(jù)等信息進(jìn)行歸納、推理，形成科學(xué)知識(shí)和概念，從而形成對(duì)問題的解釋和回答，正是科學(xué)論證要做的事情。在科學(xué)探究中強(qiáng)化科學(xué)論證成分，可以有效地建立事實(shí)、證據(jù)和結(jié)論之間的聯(lián)系。從認(rèn)知心理學(xué)角度來說，即圍繞“問題”有效地發(fā)展了學(xué)生的科學(xué)思維這一生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

以“探究酵母菌細(xì)胞呼吸的方式”實(shí)驗(yàn)為例，通過對(duì)問題的分析明確該實(shí)驗(yàn)的自變量是氧氣的有無，因變量是呼吸作用產(chǎn)生的物質(zhì)、能量(由于不易檢測(cè)，不作探究)。因此，如何控制有氧條件和無氧條件、如何檢測(cè)有氧條件和無氧條件下酵母菌細(xì)胞呼吸產(chǎn)生的物質(zhì)成為要具體解決的關(guān)鍵問題。當(dāng)然，凡是影響這兩個(gè)問題的因素都會(huì)成為實(shí)驗(yàn)的干擾因素。而事實(shí)上，實(shí)驗(yàn)結(jié)果經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)有氧組被檢液體也變綠的情況，教師引導(dǎo)學(xué)生稍加論證就能發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的現(xiàn)象、證據(jù)不能支持假設(shè)。此時(shí)，圍繞具體問題繼續(xù)論證，就會(huì)發(fā)現(xiàn)很多新的問題，例如： ①有氧組被檢液體變綠說明有氧組也可能發(fā)生了無氧呼吸，有氧組在創(chuàng)造和控制有氧條件方面可能出現(xiàn)了問題，是什么原因?qū)е碌?？②葡萄糖作為底物且具有還原性，其濃度既會(huì)影響呼吸反應(yīng)速率，也會(huì)影響酒精的檢測(cè)，其濃度不能過低也不能過高。那么，到底什么樣的濃度最合適？科學(xué)論證使探究產(chǎn)生了新的問題并進(jìn)入新的循環(huán)，這與真正的科學(xué)研究不謀而合。

3 科學(xué)探究教學(xué)應(yīng)重視教學(xué)的情境性

忽略“問題”的科學(xué)探究教學(xué)實(shí)踐，過分強(qiáng)調(diào)教學(xué)的預(yù)設(shè)性，從而過于關(guān)注探究環(huán)節(jié)本身。殊不知，科學(xué)家共同體的科學(xué)探究具有社會(huì)性學(xué)習(xí)活動(dòng)特征，即真正的科學(xué)研究總是處于復(fù)雜、具體的情境之中?？茖W(xué)探究的課堂學(xué)習(xí)也應(yīng)努力追求社會(huì)性學(xué)習(xí)的特點(diǎn)，這樣學(xué)生才能通過科學(xué)探究真正認(rèn)識(shí)科學(xué)的本質(zhì)；認(rèn)識(shí)到科學(xué)知識(shí)隨著研究的深入而改變；形成基于實(shí)證的科學(xué)思維。最終，在參與探究的經(jīng)歷中發(fā)展生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。因此，科學(xué)探究教學(xué)一定要注重情境性。這種情境性具體表現(xiàn)為生成性和不確定性。

再以“探究酵母菌細(xì)胞呼吸的方式”實(shí)驗(yàn)為例，雖然教材將其設(shè)計(jì)為探究性實(shí)驗(yàn)，但實(shí)際上不少教師會(huì)質(zhì)疑這個(gè)實(shí)驗(yàn)的探究性，認(rèn)為學(xué)生通過初中階段的學(xué)習(xí)已經(jīng)知道了酵母菌細(xì)胞的呼吸方式，而且對(duì)有氧呼吸和無氧呼吸也有一定程度的了解，該實(shí)驗(yàn)應(yīng)為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)。從“酵母菌細(xì)胞的呼吸方式”這個(gè)問題來說，本實(shí)驗(yàn)的探究性確實(shí)值得懷疑。但基于教學(xué)的情境性，教師卻可以根據(jù)實(shí)際情況生成新的探究性。

首先教師需要注意的是，在探究開始之前，學(xué)生對(duì)此問題的認(rèn)識(shí)可能只是一種前科學(xué)概念。因此，教師可以利用學(xué)生的生活經(jīng)驗(yàn)，創(chuàng)設(shè)發(fā)現(xiàn)和提出問題的情境，如通過對(duì)“發(fā)面”和“做米酒”兩種過程(表1)的對(duì)比、分析、推理，激發(fā)學(xué)生的思考并提出問題。

表1 發(fā)面與做米酒的比較

這種情況下，由于每個(gè)學(xué)生關(guān)于這兩方面的生活經(jīng)驗(yàn)不同，提出問題和作出假設(shè)的多樣性會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過教師的預(yù)設(shè)，探究的必要性會(huì)大大加強(qiáng)。

再者，即使學(xué)生學(xué)習(xí)前已經(jīng)形成了關(guān)于細(xì)胞呼吸的科學(xué)概念，該實(shí)驗(yàn)從教學(xué)內(nèi)容角度來說仍然有很多值得學(xué)生去探究的地方。例如，實(shí)驗(yàn)裝置的組裝，當(dāng)學(xué)生清楚了有氧呼吸和無氧呼吸條件、產(chǎn)物的不同后，教師可以引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵烟峁┑难b置，摸索裝置的組裝方式，這樣的方式比教師手把手教學(xué)生組裝更有效。教師甚至可以把主動(dòng)權(quán)全部交給學(xué)生，組織學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，以小組為單位設(shè)計(jì)、制作、開發(fā)、組裝實(shí)驗(yàn)裝置，進(jìn)行一次關(guān)于實(shí)驗(yàn)裝置的完全探究。