基于學科核心素養，培養學生科學探究素養的初探

張苑霞

【摘要】文章基于學科核心素養，以高中生物“伴性遺傳”為例，進行培養高中學生科學探究素養的初探。在教學中體現學生的主體地位，以探究為特點的課堂教學，使學生從接受式教學轉變為主動獲取式學習，從而培養學生觀察現象、提出問題、實驗設計、方案實施以及結果的交流與討論、團隊合作這五個基礎科學探究能力。

【關鍵詞】生物學科核心素養；主體；科學探究；能力

生物學科核心素養是以生物學科特征為基本立足點，從眾多的生物學科的素養中篩選和提煉最核心的部分，可以很好地體現生物學科的特征，同時將會從學生自身發展和社會需求等角度提出明確要求。生物學科核心素養包括生命觀念、理性思維、科學探究、社會責任四方面。本文以高中生物“伴性遺傳”為例，對培養學生生物學科核心素養之一 ——科學探究進行初探。

一、科學探究

科學探究是指學生用來獲取知識，領悟科學的思想觀念，領悟科學家們研究自然界所用的方法而進行的各種活動。在高中階段，通過探究脫氧核苷酸序列與遺傳信息的多樣性，自然選擇對種群基因頻率變化的影響等，讓學生發現現實世界中的生物學問題，針對特定的生物學現象進行觀察、提問、實驗設計、方案實施以及結果的交流與討論，在實驗探究的過程中樂于并善于團隊合作。《新課標》中明確提出對于科學探究素養的四個素養水平要求。

水平1： 能夠使用簡單的實驗器具；基于給定的實驗方案完成簡單的實驗，記錄相關數據；能以書面的形式將實驗結果記錄下來。例如，在“檢測細胞中的糖類、脂肪和蛋白質”實驗中，能夠使用試管、刀片、滴管等簡單實驗器具；在“細胞大小與物質運輸的關系、觀察根尖分生組織細胞的有絲分裂”中，根據課本給定的實驗方案能完成簡單的實驗，并記錄相關數據，最終以書面的形式將實驗結果記錄下來。

水平2： 能夠正確使用工具進行觀察，提出生物學問題，在給出的多個方案中選取適當的方案并實施；選用恰當的方式如實記錄和分析實驗結果，能與他人合作完成探究，以口頭或書面的形式與他人展開交流。例如通過“探究植物細胞的吸水和失水”等實驗，根據課本提示提出“原生質層是一層半透膜”的生物學問題，并選取適當的方案與他人一起合作實施探究；最后能選用表格的方式如實記錄和分析實驗結果，并以書面的形式與他人展開交流。

水平3： 能夠恰當選用并熟練使用工具展開觀察，針對日常生活的真實情境提出清晰的、有價值的、可探究的生命科學問題或生物工程需求；基于給定的條件，設計并實施探究實驗方案或工程學實踐方案；運用多種方法如實記錄和分析實驗結果；在小組學習中能主動合作，推進探究方案或工程實踐的實施，并運用科學術語報告實驗結果。例如通過“探究影響酶活性”等實驗，學生熟練使用試管、滴管、酒精燈等展開觀察后，針對消化酶在消化道中起作用的情況這一特定情境中提出科學探究的生物學問題“酶其催化作用需要適宜的條件”，并根據給定的條件，設計并實施探究實驗；最后能運用表格、曲線等多種方式如實記錄和分析實驗結果；在小組學習中能主動合作，推進探究方案的實施，并運用科學術語報告實驗結果。

水平4： 能夠恰當選用并熟練運用工具展開觀察；針對日常生活的色盲等真實情景提出清晰、有價值的、可探究的生命科學問題或可達成的工程學需求；基于對相關資料的查閱，設計并實施恰當可行的方案；運用多種方法如實記錄，并創造性運用數學方法分析實驗結果；能夠在團隊中起組織和引領作用，運用科學術語精確闡明實驗結果，并展開交流。

在新課程改革的背景下，如何在教學中提高學生的科學探究素養水平，是值得每一個生物教師探究的課題。在教學中，筆者就這一問題進行初步探究。

二、培養學生科學探究素養的初探

（一）科學觀察，培養學生發現問題的能力

科學探究能力中最主要的就是發現問題的能力，沒有觀察就談不上發現，更談不上創造。觀察者要養成實事求是的科學態度，不能以主觀臆測代替客觀事實。在觀察過程中，學生觀察越仔細，就越能發現問題，也能更多地思考和探究。必要時，教師可提供相關的圖文信息資料、數據等探究素材供學生參考。例如，在“伴性遺傳”中對紅綠色盲遺傳方式的探究，教師設計以下環節。

學生已經學了“孟德爾遺傳定律”和白化病的相關知識，對遺傳病的遺傳方式有一定的了解，很多學生毫不猶豫地回答“色盲遺傳是常染色體隱性遺傳病”。這種回答明顯屬于主觀臆測，并沒有經過思考。但學生通過紅綠色盲的遺傳圖譜和條件的科學觀察后，會發現若為“常染色體隱性”遺傳，則Ⅱ-5的基因型為Dd，與家系圖和已知條件“Ⅱ-5沒有攜帶致病因子”相矛盾，找出自己的錯誤從而發現問題。

（二）大膽質疑，培養學生提出問題的能力

科學探究的邏輯起點是提出問題。提出問題就是向知識挑戰，它是激勵學生積極向上的有效方法。教師在教學中要鼓勵學生大膽質疑，敢于提出自己的看法，展開討論，為學生提供發表不同的學習感受和見解的機會，讓學生養成愛問為什么的習慣，培養學生提出問題的能力。在伴性遺傳教學中對色盲的探究，通過觀察圖譜和已經條件發現問題，教師引導學生思考：組成人體細胞的染色體有哪幾種？學生很快想到包括常染色體和性染色體2種。這時鼓勵學生大膽質疑：既然色盲不是常染色體上的遺傳病，那是不是X染色體上的隱性遺傳病呢？引導學生提出有創新價值的問題，對培養創新型人才至關重要。

（三）大膽假設，培養學生實驗設計的能力

生物學是一門以實驗為基礎的學科，許多生物學原理的形成離不開實驗為證據的支撐。同時，實驗的開展對培養學生的動手能力及創新思維都有重要作用。新的《生物課程標準》更是強調“倡導探究性學習，力圖改變學生的學習方式，引導學生主動參與、樂于探究、勤于動手，突出創新精神和實踐能力的培養”。而在科學探究或學習中，假設起著重要作用。在探究學習中，提出的假設能為進一步的信息收集、研究方案制定提供大致的框架，它是科學探究的先遣和橋梁。在“伴性遺傳”教學中，可對學生的能力進行相應的提升，讓學生利用果蠅設計一個實驗證明“基因位于常染色體上還是X染色體上”。學生在大膽假設、驗證假設、修改假設的過程中，不斷經歷科學概念的形成過程。這種經歷不但能夠使他們掌握和理解知識，也是實驗設計至為重要的一步，逐漸培養學生的實驗設計能力。

（四）結果的交流與討論，培養學生團結合作的能力

如今，科技在進步，人類在發展，哪一次飛躍不是諸多人共同合作而成功的呢？這充分說明了人類的一切活動都是在集體合作中進行的，團結合作是人類得以生存并戰勝困難的可靠保證。隨著社會發展，尤其是互聯網的發明和應用，團隊發展和合作以及資源的開放與共享在當前社會發展中的地位越來越重要，這需要我們引起重視，也是生物學科核心素養中科學素養的最高能力要求。青少年是我們國家的未來，應該讓他們認識到合作的力量和價值。在科學探究過程中，營造民主和諧的氣氛，利用小組合作學習的方式，通過對科學探究結果的交流與討論，使獲得的概念更清楚，結論更準確，更培養了學生團結合作的能力，促進了核心素養的形成。在“伴性遺傳”的教學中，學生已經完成了伴X隱性遺傳病的學習，教師設計如下探究：對比紅綠色盲病的遺傳特點，完成對“抗維生素D佝僂病（伴X顯性遺傳病）的遺傳圖譜和遺傳特點”的探究（見圖2）。

通過對比紅綠色盲病的遺傳特點，不難完成對“抗維生素D佝僂病（伴X顯性遺傳病）的遺傳圖譜和遺傳特點”的探究。學生獨立完成后，分小組對探究結果進行交流討論，通過相互之間激烈的思維碰撞以及“兵幫兵”的學習方式，能在短時間內突破該重點的學習，并在小組內的合作學習交流過程中形成團結合作的能力。

學生學科素養的提升與教師的教學方法密切相關。教師要充分為學生考慮，從學生的長遠利益出發，靈活運用多種教學方式，鼓勵學生質疑、交流與創新，提高思維能力與科學探究能力，增強社會責任感，從而更好地適應社會發展和終身發展的需要，做一個全面發展的人。

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