基于科學方法的生物探究學習類型及其案例分析

吳文清（蘇州大學醫學部基礎醫學與生物科學學院江蘇蘇州 215000）

基于科學方法的生物探究學習類型及其案例分析

吳文清（蘇州大學醫學部基礎醫學與生物科學學院江蘇蘇州 215000）

文件編號：1003－7586（2017）01－0023－03

科學方法是科學課程中的重要內容，也是科學素養的重要組成部分。根據在探究學習中采取的科學方法的不同，可以將探究學習分成不同的類型。教師根據不同的教學內容，可以采用基于特定科學方法的探究學習類型，例如生物體的結構特征探究學習中常使用觀察比較法，又如生物體復雜結構的功能的探究學習中可利用建構簡易模型的方法。下面結合一些具體案例分析生物探究學習的類型及實施原則。

1 基于科學方法的主要探究學習類型

1.1 基于觀察比較的探究

觀察是一種重要的探究技能。研究資料發現，初中生的觀察能力普遍不高，這和教師在平時教學中不夠重視有關。在觀察活動中，教師也較少對學生進行觀察方法的指導。在以往的觀察活動中，往往教師只給學生布置了觀察任務，對活動開展缺少引導，致使學生觀察活動流于形式，淺嘗輒止。而如果在學生觀察的同時，融入比較分類等方法的應用，那么觀察效果必定會大大提升。

案例1：觀察比較幾種動物的運動方式。

教師展示資料：觀察課前收集的有關水螅、蚯蚓、河蚌、烏賊、蜜蜂、鯽魚、青蛙、蛇、家鴿、兔等動物以及人運動方式的圖片和視頻資料。

教師要求學生將各種動物的運動方式按其生活環境的特征進行分類，并回答問題：

（1）舉例說出哪些動物的活動范圍比較廣泛。

（2）動物的運動方式與它們的生活環境有什么關系？

（3）說出動物與人造運動器（如飛機、汽車等）的運動有什么異同？

設計意圖：通過觀察比較，學生明確了生活在不同環境的動物，其運動方式也有所不同，從而適應其生活環境。同時通過分析和討論，學生了解到動物運動的意義在于主動出擊獲取食物，逃避敵害和遷移到合適的棲息場所，以及完成求偶和交配等。

1.2 基于實驗的探究

實驗是生物學學習的“標簽”，教材的重點和難點的展開往往是：先通過學生開展相關實驗，獲得豐富的感性認識；然后，教師在事實和證據的基礎上結合學生的理性思維過程，引導學生實現新知識的構建。在實驗教學中，教師不但要加強學生實驗技能（如顯微鏡的使用，生物標本的制作等）的培養，更要關注學生設計方案、控制變量、解釋數據等探究技能的發展狀況。

案例2：探究溫度和濕度對霉菌生長的影響。

探究目的：觀察霉菌在不同條件下的生長狀況，探究環境因素對霉菌生長的影響。

材料用具：新鮮面包、培養皿、清水、放大鏡、烘箱。

方法步驟：

（1）取新鮮面包片，切成邊長為2 cm的小塊若干，在空氣中暴露20～30 min。

（2）取3只培養皿，標記為①、②、③，分別放入2塊小面包，將裝有面包的培養皿①放入烘箱中2 min，晾涼后蓋上蓋子，在室溫下放置4或5 d；②號培養皿加蓋后放在冰箱保鮮室4或5 d；③號培養皿不作任何處理，放在室溫下4或5 d。

（3）每天觀察各培養皿中面包表面是否有霉菌出現以及霉菌的生長狀況，觀察到的現象。

1.3 基于模型建構的探究

涉及一些生物體復雜結構的功能教學時，由于圖片和文本是靜態的，所以給學生理解這些結構的功能帶來了不少困難，有時教師講解的隨意性可能還會導致學生對生物體復雜結構的功能產生誤解。教師不妨先指導學生設計并制作生物體復雜結構的簡易模型，然后在修正和演示模型的過程中，使學生自然達成對生物體復雜結構功能的深刻理解。

案例3：模擬設計人的“龍骨突”。

實驗步驟：

（1）觀察家鴿的骨骼標本和人的骨骼標本，找到胸骨。

（2）測量家鴿的胸骨（基部）的長度，測量龍骨突的長度和寬度。

（3）如果要按比例給一個胸骨20 cm的人安裝一塊類似家鴿的龍骨突的話，這塊“龍骨突”大概有多大？完成表1。

1.4 效果評定標準 ①參照WHO關于疼痛的分級標準，將疼痛分Ⅲ級，I級(輕度疼痛):雖有疼痛但仍可忍受并能正常生活，睡眠不受干擾;Ⅱ級;疼痛明顯，不能忍受，需鎮痛藥物，睡眠受干擾;Ⅲ級:疼痛劇烈，不能忍受，需要鎮痛藥物，睡眠受干擾，可伴有神經功能紊亂［2］。②出血情況:“陰性”無明顯活動性出血;“+”少量出血，出血量小于5 mL，經干棉球壓迫后可止血;“++”出血量較多，多于5 mL，需用麻黃素棉片短暫壓迫止血［3］。

表1 家鴿龍骨突與人（假設）的比較

（4）利用A4紙、剪刀完成人的“龍骨突”模型。

（5）將人的“龍骨突”模型貼放在胸骨部位，體會龍骨突對鳥類飛行的意義。

設計意圖：通過模擬設計活動，讓學生體會人之所以不會飛，不僅僅是沒有外在的飛行器官，更多的是源于人類和鳥類內在的結構差異。同時貼放人“龍骨突”模型讓學生觀察體會，能使學生更深刻認識鳥類胸骨的特點，進一步理解發達的胸肌和鳥類飛行的關系，領會結構與功能相適應的生物學思想。

案例4：制作并演示肋骨運動模型。

材料：硬紙板、縫衣針、訂書釘、剪刀、解剖針。

制作方法：

（1）按表2剪取硬紙板。

表2 硬紙板剪取示意

（2）按圖1所示進行組裝，制作完成后標注各結構名稱。

圖1 肋骨運動模型組織示意圖

（3）學生先以小組為單位進行相互演示，并講解，達到熟練使用模型的程度。最后請學生到前面進行演示。

設計意圖：制作模型可以提高學生的動手能力和演示能力，激發了學生的學習興趣。特別使學生能準確理解呼吸肌收縮舒張和胸廓擴大縮小之間的關系。

1.4 基于概念轉變的探究

《義務教育生物學課程標準（2011版）》中明確了50個重要概念，依據初中學生的認知水平界定了概念的內涵和外延，為生物學教師開展概念教學提供了參照標準。生物學的重要概念在生物學科中處于核心地位，教學時教師需要盡量削減非核心概念的“絮叨”，避免學習過程在事無巨細中的“顛沛流離”，以便騰留更多的時間讓學生感悟與體認、順應與同化那些日久彌堅的核心概念。實現概念轉變的策略有很多，其中以學生熟知的事物進行類比是促進學生概念轉變的有效教學策略，較符合初中學生認知心理特征。

案例5：巧設類比對象，建構“光合作用”概念。

“光合作用”是生物學的一個重要概念，在概念轉變的初期，教師不妨把光合作用和工廠制作產品進行類比，例如“葉片”是廠房，“葉肉細胞”是生產車間，“葉綠體”是車間里的生產機器，“光”是機器運轉的能源，“二氧化碳和水”是生產原料，而“有機物”是產品。在上述的類比中雖存在不當之處,但相似之處的類比確實為學習者提供了良好的學習“支架”，教師運用得當可以使學生對光合作用概念產生良好的正遷移。在概念轉變的后期，教師還可以引導學生把類比過程中的光合作用各要素進行整合，以描述概念內涵的方式將光合作用概念表達出來。

2 基于科學方法的探究學習實施原則

2.1 形式與內容的統一原則

形式要服從于內容，理論上來說，教學中存在探究學習類型和教學內容的最佳組合。教師要在研讀教材的基礎上，選擇與教學內容匹配度高的探究學習類型，結合學生實際精心設計探究活動，在活動前和活動中加強相關科學方法的指導，保證探究活動正常有序的開展，以實現教學目標的高效達成。當然也不是所有的內容都要用探究學習。學生課堂學習的時間畢竟是有限的，教師應該在審視教材的基礎上，研究具體內容在培養探究能力時有側重點，有選擇有重點地開展探究學習活動。

2.2 注重直觀化和體驗化原則

如果探究活動超出了學生的能力范圍，學習效果就會大打折扣。例如在基于模型建構的探究學習中，如果制作模型的結構復雜，操作程序繁瑣，那么制作和演示模型的過程就會干擾學生對原型功能的理解，也就不能達到探究學習的真正目的。所以探究學習的開展必須考慮學生的“最近發展區”?；诖苏J識，教師設計的探究學習活動應該具有情境是真實的、實驗具可觀察可測量的特點即直觀化原則。同時不同的探究學習類型開展過程中，教師都要預留足夠的時間，讓學生在活動中不斷體驗和感悟。

2.3 體現過程性和開放性原則

在生物學教學中，開展豐富的探究學習活動是實現學生探究能力發展的重要載體。知識的獲得主要依賴對探究結果的獲取和分析，而能力的發展則主要通過探究過程中學生有關實驗技能的訓練和對科學方法的體悟。在學生探究學習過程中，教師既要加強指導，也可以通過表現性評價量表對學生的科學過程技能進行實時評價。此外，教師還可以設計開放程度不同的探究學習活動。例如在基于實驗的探究學習中，針對同一個課題，教師可以設計能力要求不同的3種方案。上文提供的霉菌實驗案例屬于能力要求較低的方案，因為給定了實驗材料和實驗步驟，學生只需“照方抓藥”、按步實施就行。當然，教師也可以設計提供實驗材料和實驗實施指導意見，但不出示具體實驗步驟的方案，給予學生一定的探究空間。能力要求最高的實驗方案則為圍繞指定的實驗課題，由學生自主選擇實驗材料和設計實驗方案開展探究。當然這種方案必然是學生在開展大量探究實驗后，具備了較高探究能力的基礎上才可以開展的。

通過基于科學方法的探究學習，不僅有利于學生深刻理解知識，更重要的是在“做中學”的過程中學生的探究能力也會不斷提高。教師要加強教材文本的研究和科學方法的指導基礎上，探索更多科學方法和探究活動整合的新案例，提高其實效性和實用性，促進學生探究能力又快又好的發展。

［1］吳成軍.初中生物學科學方法體系的建構及其教學建議［J］.中學生物學,2014,10:4－7.

［2］李穎慧.中學生物觀察能力評價指標體系建立的實驗研究［D］.北京：首都師范大學,2000.

［3］孟慶平.“指導學生制作肋骨運動小模型”教學案例［J］.生物學通報,2013,08:28－29.

［4］吳舉宏.概念教學的“新概念”:核心概念和概念轉變［J］.中學生物學,2014,09:4－7.

［5］李紅,陳香,盧媛.初中生物教材編制如何應對教學中科學探究活動實施的困境［J］.課程·教材·教法,2009,08:57－61，87.

［6］邰玉韋.實證型探究學習的創新開展及案例分析［J］.教學月刊·中學版（教學參考）,2015,Z2:29－31.