以一道競賽題為例談生命科學(xué)探究能力的培養(yǎng)

樂黎輝

(上海市第八中學(xué) 200011)

科學(xué)探究是生命科學(xué)核心素養(yǎng)之一。每年舉行的上海市高中生命科學(xué)競賽，是學(xué)生實驗探究能力的大比拼。現(xiàn)以其中的一道競賽題為例來分析有關(guān)高中生命科學(xué)探究能力的培養(yǎng)問題。

例題： 給出一段關(guān)于“腐乳制作傳說”的文字，要求完成筆試和實驗操作兩個部分。筆試內(nèi)容是： (1)利用所學(xué)生命科學(xué)知識，解釋豆腐長白毛的原因并說明其作用。(2)說明把豆腐用鹽腌起來的過程中，鹽起到什么作用。(3)根據(jù)上述傳說，請總結(jié)做腐乳的流程與方法。操作部分是： 以腐乳為材料制作裝片，并在高倍顯微鏡視野中檢查，用指針指出制作腐乳的主要生物的形態(tài)(保留鏡檢)。

1 學(xué)生臨場表現(xiàn)存在的問題

1.1 部分學(xué)生運用術(shù)語和原理對現(xiàn)象進行解釋缺乏嚴(yán)謹(jǐn)性和完整性 學(xué)生基本上都能答出第一個問題，說明所掌握的生命科學(xué)基礎(chǔ)知識比較系統(tǒng)扎實，對實驗現(xiàn)象的解釋能力較強，但是表達上卻缺乏嚴(yán)謹(jǐn)，不夠完整。例如，沒有指明真菌的菌絲是由孢子萌發(fā)而來；也沒有說明因為溫度濕度非常適宜，所以孢子萌發(fā)產(chǎn)生了大量的菌絲。另外，很多學(xué)生對于為什么豆腐變成腐乳后會“味道鮮美”沒有給出關(guān)鍵而明確的解釋(即蛋白質(zhì)水解產(chǎn)生的氨基酸是主要的“鮮味物質(zhì)”)，只是籠統(tǒng)說大分子有機物被分解產(chǎn)生了小分子有機物。

1.2 學(xué)生對操作過程的解釋能力比較欠缺 關(guān)于“用鹽腌制”的作用，大部分學(xué)生都是較為簡單地答“殺菌”，考慮到腐乳的防腐壞問題。但是很多學(xué)生沒有想到加鹽抑制微生物繁殖的作用并不僅僅為了防腐壞，還與控制發(fā)酵和促進口感改善有關(guān)。這也印證了學(xué)生對于腐乳制作過程中蛋白質(zhì)水解結(jié)果的認(rèn)識不是很清晰，而且對于“鮮味”產(chǎn)生的原因不清楚。

從這道問題解答上的表現(xiàn)可以發(fā)現(xiàn)，除了課堂上學(xué)習(xí)的知識，能有意識地拓展學(xué)習(xí)課外知識、擁有豐富生活常識(知道味精成分)，并能綜合全面思考問題的學(xué)生并不多見。反映了學(xué)生平時對生活關(guān)注觀察不夠，課外知識的拓展學(xué)習(xí)十分有限。這樣，思考問題自然很難做到全面透徹。

1.3 學(xué)生綜合應(yīng)用知識解決問題的能力差異顯著 在回答第三個問題上的表現(xiàn)參差不齊。優(yōu)秀的學(xué)生表達十分完整，注意到了接種毛霉、促進毛霉生長、加鹽腌制、密封保存這些關(guān)鍵步驟。但是也有很多學(xué)生甚至沒有提到接種毛霉，直接將豆腐加鹽腌制，密封保存。顯然忽略了微生物發(fā)酵這一重要的步驟。

1.4 學(xué)生在顯微觀察實驗技能上差異顯著 優(yōu)秀的學(xué)生，從取材到制作裝片、尋找并指示物像，一氣呵成。視野中，毛霉的菌絲清晰可見，連細(xì)胞核都看得非常清楚。說明焦距調(diào)節(jié)、光亮度調(diào)整都十分到位，指針指示也非常規(guī)范。但是也有一些學(xué)生，一開始取材就錯了——從腐乳的內(nèi)部去挑取材料。有的還挑取了一大塊，在載玻片上厚厚的一攤。還有的學(xué)生，視野中并沒有出現(xiàn)菌絲，就用指針指了一個雜質(zhì)。說明該學(xué)生并不清楚腐乳上面生長的微生物的種類和形態(tài)特征。

2 競賽試題和學(xué)科素養(yǎng)目標(biāo)之間的關(guān)聯(lián)分析

2.1 運用生命科學(xué)知識對實驗現(xiàn)象的解釋能力 這段關(guān)于腐乳制作傳說的文字，描述了“豆腐”變“腐乳”過程中的一些關(guān)鍵現(xiàn)象：“長白毛”、由“淡而無味”變成了“味道鮮美”。要求學(xué)生聯(lián)系生命科學(xué)知識對其做出解釋。涉及的知識是微生物的分類及其營養(yǎng)。

腐乳的制作實際上源于一個無意中的微生物發(fā)酵實驗。原本可能是被微生物“污染”了食品的一件壞事，由于不舍得丟棄，最終歪打正著地做成了口味鮮美深受歡迎的風(fēng)味食品。這樣的例子在生活中有很多。從中我們可以發(fā)現(xiàn)，微生物對食物成分的改變，需要辯證地看待： 如果其代謝產(chǎn)生了有毒有害物質(zhì)，如黃曲霉素有強致癌作用、肉毒桿菌毒素對神經(jīng)系統(tǒng)有極強毒性，則堅決不能食用。但是，很多微生物的代謝也使得原來的食材營養(yǎng)價值更高、口味更好。人類就會有意識地去利用這些微生物的代謝加工食品，這就是發(fā)酵技術(shù)。

通過對材料的閱讀再現(xiàn)實驗的過程和現(xiàn)象，要求學(xué)生能進行解釋，分析其生命科學(xué)原理，體現(xiàn)了對生命科學(xué)知識的理解和應(yīng)用。

2.2 運用生命科學(xué)知識對操作過程的解釋能力 在腐乳發(fā)酵制作的過程中，有加鹽腌制的步驟。要求學(xué)生解釋其作用。對于這個操作步驟的解釋，則體現(xiàn)了對問題的思考是否全面。學(xué)生很容易想到“調(diào)味”。從材料中分析也不難發(fā)現(xiàn)，當(dāng)時加鹽的主要目的顯然是為了殺死“污染了豆腐”的微生物，防止食物進一步腐敗變質(zhì)。但是還有另一個作用： 控制發(fā)酵程度。如果毛霉生長過度，營養(yǎng)物質(zhì)消耗過多，營養(yǎng)價值就會變低，口味也會變差。加鹽殺死毛霉，細(xì)胞里的酶釋放出來，還能繼續(xù)分解豆腐中的蛋白質(zhì)等有機物，這是第二階段的發(fā)酵，會繼續(xù)對成品(腐乳)的口味產(chǎn)生影響。隨著分解產(chǎn)生的氨基酸越來越多，與鹽發(fā)生反應(yīng)生成氨基酸鹽是導(dǎo)致腐乳味道鮮美的重要原因。材料中的當(dāng)事人在恰當(dāng)?shù)臅r機對長毛豆腐進行了加鹽處理，再一次“歪打正著”，使得美味腐乳最終得以制成。

對這個操作步驟的解釋，一方面考察學(xué)生是否能全面、深度地思考問題，另一方面檢測了學(xué)生知識的廣度、深度以及遷移應(yīng)用的能力，要求很高。

2.3 結(jié)合生命科學(xué)知識解決實際問題的能力 要求學(xué)生總結(jié)腐乳制作的工藝流程，很顯然是考察學(xué)生綜合應(yīng)用知識解決實際問題的能力。學(xué)生通過分析，能總結(jié)出腐乳制作的關(guān)鍵步驟及其原理。但真正能成功做出美味腐乳，還需要考慮很多細(xì)節(jié)問題。如豆腐的品種(含水量的多少、點豆腐的材料)、發(fā)酵過程中的溫度和濕度控制等。所以腐乳這一發(fā)酵食品的制作還涉及如何創(chuàng)造微生物(毛霉)生長的最適條件，如何抑制雜菌污染等問題。

當(dāng)今社會，越來越需要能學(xué)以致用、綜合應(yīng)用各科知識解決實際問題的人才。所以，考試命題與科學(xué)、技術(shù)、社會、環(huán)境結(jié)合是熱點和趨勢。生命科學(xué)核心素養(yǎng)中關(guān)于“社會責(zé)任”的具體描述，也提到了要求學(xué)生能“結(jié)合本地資源開展科學(xué)實踐，嘗試解決現(xiàn)實生活中與生物學(xué)相關(guān)的問題。”可見，學(xué)習(xí)的最終目的是能很好地服務(wù)社會。

2.4 顯微觀察實驗技能的遷移應(yīng)用能力 第二部分考察學(xué)生的實驗操作中最重要的技能——顯微觀察，涉及取材、裝片制作、顯微鏡操作、辨別觀察目標(biāo)等。要能夠取得理想的實驗效果，每一步都很重要。

2.4.1 關(guān)于取材 本實驗中的取材可以在所給的“文字材料”中尋求到答案： 如果將豆腐表面長“白毛”和腐乳的表面有一層致密的“皮”聯(lián)系起來，自然就明白正確的取材部位在哪里了。

正確選材是科學(xué)實驗成功最關(guān)鍵的一步。這方面的例子不勝枚舉。教材中的許多實驗都會詳細(xì)介紹選擇某種實驗材料的原因是什么，還會說明如何取材能獲得理想的實驗效果。選材不恰當(dāng)，往往會導(dǎo)致實驗失敗或?qū)嶒炐Ч患选?/p>

2.4.2 關(guān)于裝片制作 明白光學(xué)顯微鏡的工作原理，應(yīng)該知道制作裝片的材料必須透光度好(盡量薄)。從是否充分分散挑取的材料可以看出學(xué)生這方面的實驗素養(yǎng)。

2.4.3 關(guān)于顯微鏡操作 本實驗中因為需觀察的是霉菌菌絲，一般無色，只有孢子有顏色，所以成功的關(guān)鍵是視野光亮度不宜太強。在裝片制作質(zhì)量好的情況下，顯微鏡操作的對光、調(diào)焦(尤其是高倍物鏡)以及視野調(diào)整，這其中的任意一方面做得不好都會導(dǎo)致功虧一簣。這些最能看出學(xué)生平時的操作是否規(guī)范和熟練。

2.4.4 關(guān)于辨別觀察目標(biāo) 在本實驗中，學(xué)生要根據(jù)自己所了解的觀察對象的特征，尋找到正確的觀察目標(biāo)，否則就會錯把裝片中的雜質(zhì)當(dāng)成觀察目標(biāo)。因此，是否能正確判斷觀察目標(biāo)可以看出學(xué)生的生命科學(xué)知識是否扎實。

3 針對科學(xué)探究實驗教學(xué)的反思和建議

3.1 教學(xué)中的問題 分析比賽中學(xué)生的表現(xiàn)，可以管窺在教學(xué)中存在的問題： 重理論知識的學(xué)習(xí)，輕探究能力的培養(yǎng)；重書本知識的習(xí)得，輕實踐能力的發(fā)展；重考試目標(biāo)的落實，輕學(xué)習(xí)意識的引導(dǎo)。這些問題的出現(xiàn)有一定的客觀因素。在教學(xué)時數(shù)緊張、學(xué)業(yè)壓力繁重的情況下，教師和學(xué)生都會首先關(guān)注考試。考什么就教(學(xué))什么，考得多就投入多。似乎這是取得理想考試成績最便捷的做法。然而，過于功利，必然會降低學(xué)科本身的學(xué)術(shù)魅力，挫傷學(xué)習(xí)熱情和興趣。從長遠(yuǎn)來看，必然會導(dǎo)致培養(yǎng)出來的人不具備完善的學(xué)科素養(yǎng)，不利于社會的發(fā)展。

3.2 教學(xué)上的作法和建議 培養(yǎng)學(xué)生的綜合探究能力需要關(guān)注以下三個方面： ①學(xué)科知識的學(xué)習(xí)必須密切聯(lián)系生活實際，做到學(xué)以致用，教學(xué)中要引導(dǎo)學(xué)生觀察生活、關(guān)注社會，利用多種渠道開展科學(xué)實踐；②結(jié)合實驗特點對科學(xué)探究的各環(huán)節(jié)加強實戰(zhàn)訓(xùn)練，真正付之于實踐才能真正提升科學(xué)探究能力，模擬實驗只能是輔助手段；③在自我反思方面，高中生更善于反思探究過程和科學(xué)方法，對于為何要進行探究、探究的意義所在，學(xué)生思考較少,應(yīng)加強引導(dǎo)。