立足科學本質教育的生物核心素養教學實踐

朱曉燕

摘要以“生長素的生理作用”為例，立足科學本質教育觀，自主建構概念，在知識應用的過程中滲透社會責任意識，體現科學與技術彼此的互相影響。

關鍵詞科學本質觀 探究 數學模型 理性思維

建構主義哲學觀將科學本質的內涵界定為科學知識維度、科學方法維度和科學事業維度三個部分。在《普通高中生物課程標準（2017版）》中關于科學本質的具體體現包括：科學知識的創造性和暫時性本質（科學知識的本質）；科學探究的批判性、邏輯性和科學方法的多元化本質（科學方法的本質）；科學、技術和社會的相互關系（科學事業的本質）。

生命科學不僅是結論豐富的知識體系，也包括人類認識自然現象和規律的一些特有的思維方式和探究過程。培養學生科學本質觀是科學教育的重要目標之一，也是生物學科核心素養的重要內容。生物學核心素養主要包括生命觀念、科學思維、科學探究和社會責任。基于科學本質觀、立足于核心素養培養的生物學教學、應引導學生主動地參與學習過程，在親歷提出問題、獲取信息、尋找證據、檢驗假設和發現規律等過程中習得生物學知識，形成生命觀念，關注科學本質，養成科學思維方式，形成積極的科學態度，發展終身學習的能力。

下面以人教版必修3第三章“植物的激素調節”第二課時“生長素的生理作用”教學為例，采取自主探究的實驗教學策略，通過自主探究建構概念，形成“穩態與平衡”生命觀，引導學生探索生長素的生理作用，并指導學生將實驗結果轉換為數學模型，培養學生科學思維，建立科學本質觀，落實生物學科核心素養。

1關注科學發展史，滲透科學本質教育

科學史的學習可以體現科學進展的演化性與革命性。教師以復習導入引入新課，使學生回顧植物生長激素發現過程，重溫經過幾代科學家接力式地共同努力找出植物向光性原因的科學史實，引導學生體會到科學原理與規律發現的不易。

學生根據科學家的實驗現象，推斷出結論：植物生長素的分布不均勻，背光側的生長素濃度較高，而向光側的較低，導致向光側生長較慢，背光側生長較快，故出現向光生長。在此基礎上，教師進一步設疑：是否生長素的濃度越高越能夠促進生長？教師引導學生提出假設，并強調：任何結論都不能主觀臆斷，科學知識的形成需要借助于觀察，事實證據與合理論證，要像科學家一樣，用實驗來支持自己的判斷。這樣從而引入對植物生長激素生理作用的探究學習。

2自主實驗探究，感悟科學實證思想

“植物的激素調節”教學中蘊含非常明確的科學實證思想，強調科學結論均依據一定的證據得出。教師圍繞核心概念設計探究活動——“探索生長素類似物促進插條生根的最適濃度”，讓學生親歷概念的形成過程，以幫助其建立對核心概念的深層理解及遷移應用。事先請生物興趣小組的學生先行完成“不同濃度2，4-D溶液對洋蔥根生長的影響”實驗，并將實驗過程拍攝成照片，記錄下實驗數據，制作成PPT在課堂上展示。

教師請實驗興趣小組介紹基于推測的實驗設計，展示記錄實驗的全過程，介紹用不同濃度的2，4-D溶液處理洋蔥的方法、根生長情況的詳細記錄，并展示實驗過程拍攝的照片及根據實驗結果繪制的曲線圖與柱狀圖，公布通過實驗得出的結論：生長素的濃度越高，并不一定越促進根生長。

師生共同回顧實驗設計所應遵循的原則，討論實驗設計的科學性，重點分析實驗小組對單一變量的控制與設置對照實驗的科學嚴謹性。同時，教師進一步啟發學生思考：如何繼續設計實驗找出最適合洋蔥根生長的2，4-D溶液濃度？學生分享興趣小組同學的實驗經驗，領悟預實驗的意義。在這一過程中，學生理解科學知識的發展，體現出科學本質中的邏輯性、批判性和科學方法的多元化；感悟科學本質觀點中的科學觀察與推論過程，培養進行觀察、提出疑問、進行實驗設計、實施方案以及用規范科學的方法表達實驗結果的能力。教師要鼓勵學生在探究中要團隊合作，勇于創新。

3建構數學模型，培養科學思維能力

以科學思維為主線，展示了在科學原理與規律發現過程中，從現象到本質，從個體到普遍來闡釋生命規律的探究方法，強調科學結論均基于生物學事實和證據，培養學生運用歸納與概括、演繹與推理、模型與建模、批判性思維等方法來研究生物學問題。

在探究活動的基礎上，學生討論繪制出實驗結果曲線圖，教師指導學生嘗試從曲線圖中獲取信息。師生共同交流解讀生長素濃度與作用關系曲線圖。教師啟發學生思考曲線圖是否具有普遍意義，是否也適用于其他生物在不同濃度影響下的生長情況。

接著，教師介紹科學家所做過的類似實驗過程，解讀生長素濃度與根的生長情況所呈現的變化趨勢，指導學生學習用數學模型建構方法來表達生物學現象與規律。學生通過對曲線的分析，直觀地了解到生長素的作用有促進生長、抑制生長和既不促進也不抑制等不同效果：在一定濃度范圍內，生長素的濃度越高，能促進生長；而一旦超過最高值，則促進生長的效果減弱，甚至出現抑制效果。學生經過討論，得出結論：生長素在低濃度促進生長，高濃度抑制生長。教師歸納植物生長素兩重性的特點，指出生長素不僅與植物的生長和發芽有關，還影響著開花結實。師生共同交流得出結論：根部對生長素最敏感；敏感程度由高至低依次為根、芽、莖。

教師再次進行模型檢驗，體現數學模型建構思想，進一步提出思考：不同的植物在不同濃度生長素影響下的生長情況是否也符合上述數學曲線圖？教師展示單、雙子葉植物在不同濃度生長素影響下的生長情況曲線圖，引導學生據圖分析得出結論：曲線圖變化趨勢與之前的相同，也表現為低濃度促進生長，高濃度抑制生長，且雙子葉植物更為敏感。教師通過模型建構來提升概念教學的有效性，促進學生對生物的核心概念、基本原理的深化理解和知識體系框架的梳理。

4體現學以致用，發揚生物學科價值

基于生物學的認識，作出理性解釋和判斷，具備利用所學的知識解決生產、生活問題的能力；能夠以造福人類的態度和價值觀，積極運用所學的生物知識解釋生活中的現象，解決生產問題，是高中生物教學的重要目標之一，也是生物學科核心素養中關于“社會責任”的重要內容。教師引導學生將植物生長素的生理作用應用于解釋生活與生產中的問題，不僅能深化學生對知識的理解，達成學以致用的目的，更能在對問題的關注與思考中，形成社會責任。

教師利用多媒體展示杉木林圖片，學生小組討論，嘗試利用所學的知識解釋杉木外形成塔形的原因。再次回顧達爾文從司空見慣的日常中提煉出問題的科學故事，教師引發學生的思考，鼓勵學生要善于捕捉信息，大膽質疑，勇于探索。教師可進一步引導學生關注生活與生產中的生物學問題或現象，如引導學生分析果樹打項，棉花摘心的原理，指出在農業生產中植物生長激素的應用實例，防止果實和葉片的脫落，可作為除草劑，促進結實、獲得無子果實，促進扦插枝條生根等。通過聯系生活實際或新情境，在解釋或解決具體問題過程中，學生鞏固概念理解，訓練與提升知識應用與遷移能力。教師要引導學生關注身邊的生物學現象，了解生物學對社會生活與生產實踐的重要價值，激發學生學習熱情。

核心素養的培養是一個長效的循序漸進的過程，教師需要在每一節課的教學任務中，依托具體的生物學概念，引導學生逐步體驗生物學知識與形成的發展過程，學習科學研究的思想與方法，培養學生邏輯思維能力，提升科學思維水平。教師應堅持以核心素養為導向進行教學設計，真正的將核心素養培養目標落實于每一節課的教學。