提升生物學科能力的深度探究教學

邰玉韋

摘 要 結合教學案例，探討尋找事實證據，開展“動手實驗”；促進概念理解，重視“模型制作”；提升理性思維，關注“推理論證”；解決生活問題，突出“創新實踐”等多方面的深度探究教學活動，進而提升學生的生物學科能力。

關鍵詞 生物學科能力 探究教學 生物學教學

中圖分類號 G633.91 文獻標志碼 B

隨著生物課程改革的深入實施，促進生物學科能力的提升是目前一線教師正面對挑戰的重要課題。生物課程的性質決定了生物學科的能力表現。有學科專家認為生物學科能力表現的內涵主要包括：對生物科學知識、科學過程和方法的理解能力；思維能力；觀察能力；實驗能力；調查能力；健康生活能力；實踐能力和創新能力等。《義務教育生物學課程標準（2011版）》積極倡導探究性學習的理念，一方面，在科學探究體驗活動中，讓學生理解和掌握“科學探究”的內容和思想方法；另一方面，通過已具備的科學探究能力，進一步嘗試著解釋生物學科的一些現象和規律以及現實生活中的相關生物學問題。

1 尋找事實證據，開展“動手實驗”的探究活動

生物學是一門以實驗為基礎的自然科學。生物學的各種理論知識大多數都是通過實驗得出的，許多生物現象只有通過實驗尋找事實證據，才可以得以解釋。因此，生物學實驗是整個生物學教學的基礎，能幫助學生理解生物學基本事實、概念、原理和規律。

案例1：為幫助學生理解重要概念“無機鹽對植物生長有促進作用”，教師鼓勵學生這樣設計實驗：提供兩個分別裝有等量無土營養液A和蒸餾水B的錐形瓶，并向A、B錐形瓶中分別放入2棵生長狀況一樣的青菜植株。在其他環境條件都相同的情況下，培養一段時間，觀察比較A和B植物生長情況。結果裝有蒸餾水B錐形瓶中的青菜植株明顯長勢較弱，葉片發黃，A錐形瓶中的青菜植株明顯長勢健壯。按照常規實驗，此時就可以得出實驗結論“無機鹽對植物生長有促進作用”。但這位教師又提出問題：A錐形瓶的營養液中到底有什么物質可以促進植物生長呢？學生的積極性一下子又被調動起來了。教師繼續引導學生進行實驗探究活動，尋找證據，探究其原因：取2片潔凈的載玻片，在載玻片中央分別滴一滴無土營養液和蒸餾水，用鑷子夾住載玻片，放在酒精燈上加熱烘干，觀察實驗結果。學生興奮地發現：在滴加無土營養液的載玻片上留下白色的斑痕，這就是促進植物生長的無機鹽。而在滴加蒸餾水的載玻片上沒有白色的斑痕。通過進一步探究實驗的方式，學生看到了真實存在的無機鹽，對于無機鹽及其作用就獲得了一定的感性認識。因此，實驗探究對建構概念“無機鹽具有促進植物生長作用”，起到了促進和理解的作用。

2 促進概念理解，重視“模型制作”的探究活動

有效解決生物學概念教學中疑難問題的方式有很多，模型建構是最直接最有效的途徑之一。“模型制作”是一個學生體驗式學習的過程，可以發揮學生的主體意識，積極改變學生的學習方式，凸顯學生探究學習的過程。它不僅可以降低學生學習重要概念的難度，還可以促進學生對較抽象的概念知識、原理等發生過程獲得較清晰、直觀的理解。因此，當實驗不能提供科學事實和證據時，實物模型是解決生物學問題的有效載體和證據。

案例2：“人體與外界環境的氣體交換”中“呼吸運動的發生過程”對于許多學生而言，比較困難。首先，學生對胸廓的組成、膈肌、肋間外肌等分布和功能缺乏基礎的認識；其次，呼吸運動的過程是動態的，較為復雜和抽象；同時，這部分內容還涉及到很多知識點的理解，如肌肉與骨、體積變化與氣壓、吸氣和呼氣與胸廓體積變化等在學生缺乏基礎知識的情況下，對學生的思維具有很大的挑戰性。所以，這部分內容既是教學重點，又是教學難點。若在實際教學中，教師增加“動手做模型”的進一步探究活動，可以化難為易。

“呼吸運動模型”制作材料：小氣球、醫用V型三通塑料管、乳膠手套、PP材料塑料杯、剪刀、橡皮泥、橡皮筋或細線等。活動要求：（1） 每小組制作一個簡易呼吸運動模型，并說明每一部分代表什么結構。（2） 進行模型操作演示。（3） 學生探究并回答：① 膈肌收縮（下拉乳膠手套），胸廓體積增大還是減小？這時，肺吸氣還是呼氣？② 膈肌舒張（松手回升），胸廓體積增大還是減小？這時，肺吸氣還是呼氣？③ 用手連續捏幾下塑料杯的壁，觀察“氣球”有什么變化？（4） 肋間肌收縮時，胸廓會怎樣運動？體積怎樣變化？肺吸氣還是呼氣？通過問題搭橋、模型制作和探究，學生加深了對概念的直觀體驗和感性認識，增強了對呼吸運動發生過程和原理的理解。該活動降低了學生學習的難度，有效解決了教學的重難點。

3 提升理性思維，關注“推理論證”的探究活動

推理論證探究教學就是一種強調利用資料進行合理的推理和論證，培養學生科學思維方式和能力，解決問題的一種教學策略。它可以與探究教學過程緊密結合，使探究思維有“理”，還可以創造性進一步增加科學概念表達和生生互評等教學過程。

案例3：在2014年江蘇省初中教師優質課比賽活動中，其中一個課題就是“生態系統的自我調節”。蘇科版初中生物教材中提供了“分析草原生態系統的自我調節能力”一段材料，內容如下：“某草原上有著大量的植物，為鼠類提供了豐富的實物，鼠類因此大量繁殖，結果草原植被很快被鼠類破壞，植物數量迅速減少。食鼠動物（如蛇、鷹）因鼠類的增加，有了豐富的食物來源，數量也隨之逐漸增加。由于植物數量的減少，造成鼠類的食物不足，隨之而來的是，鼠類由于食物不足和天敵數量的增多，數量很快下降，使植物的數量又得以增長恢復。”

同時教材中又給出一個曲線圖（圖1）和一道討論題：嘗試用坐標曲線表示草原生態系統中草和鼠之間的關系。

在實際教學中，如果沒有站在學生的思維角度，很多教師可能就直接利用教材中這個曲線圖，讓學生畫出草的曲線，學生也就自然畫出了如圖2所示的曲線。顯然答案是錯誤的，因為學生把草的數量變化和鼠的數量變化因果和邏輯關系顛倒了。而一位參賽教師則通過進一步推理和論證，恰當地處理了此問題，并解決本節的重難點，培養了學生的理解能力和思維能力。進一步探究活動設計如下：（1） 想一想：① 在草原生態系統中生活著哪些生物？② 草、鼠、鷹之間是什么關系？請你用學過的方法表示出來。（突破1：借助學前概念，鞏固基本概念食物鏈）（2） 試一試：先從草開始分析，以表格形式引導學生，隨著時間變化草、鼠、鷹之間的數量變化是怎樣的？（突破2：列表格分析生物數量關系，為初步理解生態系統的自我調節做鋪墊）（3） 擺一擺：給出曲線（圖3）提出活動要求：① 認真讀圖，了解縱、橫坐標軸各表示什么？② 在草原生態系統中草、鼠、鷹的數量相同嗎？在坐標上如何表示？③ 根據表格的分析，請用磁鐵在白板的坐標軸內擺一擺三種生物的數量變化曲線。（突破3：使用教具，小組合作探究，引領學生自主建構三條曲線、解釋規律）（4） 理一理：草、鼠、鷹三種生物在數量上的變化規律？這種規律是人為控制的嗎？學生很順利表達出概念的內涵和規律，自然得出結論：生態系統具有自我調節恢復穩定狀態的的能力。

4 解決生活問題，突出“創新實踐”的探究活動

生物創新實踐活動的立項和完成都是基于生物學知識和原理來解決實際生活問題的課題，而教師選擇的課題情境相對于學生的課堂學習情境，應具有明顯的新穎性、豐富性、實踐性、創新性和探究性等特點。通過觀察，發現生活中的困惑現象，提出要探究的問題，進一步開展“創新實踐”探究活動是最有效的補充。

案例4：創新實踐課題的提出：紙巾或手帕紙是學生比較熟悉的生活必需品。廢棄的紙巾或手帕的紙在土壤中是如何消失的呢？紙巾的主要成分是纖維素，和淀粉一樣都是糖類大分子，分解后都會有產生葡萄糖這個過程。廢棄的紙巾如果被土壤微生物發酵降解，會產生葡萄糖，可以用尿糖試紙來檢驗。于是，教師就可以引導學生開展“紙巾降解”的探究實踐活動。因為教材上沒有安排這個實驗，所以要充分體現學生的自主創新實踐能力。創新實踐課題的方案設計如下：① 用盆子取中層土壤加水攪拌至均勻。② 用小刀把礦泉水瓶制作成兩個大小一樣的容器A、B。③ 在容器A中放入150 mL蒸餾水。④ 用紗布過濾2～3次土壤溶液后，置于燒杯中。⑤ 在容器B中放入150 mL土壤溶液過濾液。⑥ 在實驗容器A、B各放入一張紙巾，放在實驗室里待觀察。⑦ 每隔一周用尿糖試紙檢測一次。⑧ 觀察記錄現象、發現問題和臨時解決辦法。⑨ 得出結論。

最后，創新實踐課題的證據呈現和創新實踐課題的問題解釋，都可以順利進行。創新實踐解決生活中垃圾如何消失的實際問題，符合新課程探究學習的核心理念。同時，教師又提供給學生自主創新的空間，如表現在土壤選用上、器具選用上、方案設計上、尿糖試紙使用方法等。這些實踐能力、創新能力和健康能力的進一步培養都是生物學科觀點最重要的一部分。

總之，生物學科能力具有極其豐富的內涵，而科學探究也是一種多側面的活動，面對要解決的、具體的實際問題，教師安排合理的、充分的、有效的進一步探究教學活動，讓學生經歷較為深刻的思考和體驗，發展學生多層次的科學探究能力，進而完善和提升生物學科的能力。