基于“精準教學”視角例談科學探究能力的培養

甘耀平

摘要：概述如何在高中生物學教學中通過精做教材實驗、精學生物學史、精設實驗專題、精準數據評價等途徑提升學生的科學探究能力。

關鍵詞：精準教學;科學探究;實驗教學

中圖分類號：G633.91 文獻標志碼：B

精準教學（Precision Teaching）是基于斯金納的行為主義學習理論而提出的，主張學習即操作性條件反射，以流暢度作為衡量學生學習發展的指標。精準教學是一種高效的知識與技能的教學方法，可促使學習者取得學業進步，也是補救學習者學習能力不足的有效策略。在學生發展的核心素養體系中，科學探究是核心素養的重要組成部分，也是高中生物學學科核心素養的構成要素。如何通過精準教學提高學生的科學探究能力，筆者在教學過程中進行了積極嘗試。

1精做教材實驗，在實踐中提升科學探究能力

《普通高中生物學課程標準（2017年版）》（以下簡稱《新標準》）在教學實施建議中明確提出要加強和完善生物學實驗教學，指出實驗教學是生物學課程的特點，也是生物學教學的基本形式之一。實驗教學是促成學生生物學學科核心素養的重要支撐。培養學生的科學探究能力，教師應加強生物學的實驗教學，增加學生動手實踐和體驗的機會。

例如，在進行“檢測生物組織中的糖類、油脂和蛋白質”實驗教學時，除了給學生提供白梨、花生和豆漿三種典型實驗材料，教師還可提供甘蔗、番茄、西瓜、面粉、食用油等常見材料。在實驗教學中，教師可引導學生思考：教材為什么選擇梨、花生和豆漿作為典型的實驗材料？有其他替代的材料嗎？如果用其他材料進行實驗，結果又會如何？每一種生物組織是否只含一種物質？能不能通過本實驗檢測出一種生物組織中含有的不同物質？這樣在教材原有驗證性實驗的基礎上，通過提供更為豐富的實驗材料，使原本的驗證性實驗具有了一定的探索空間。在實驗中，教師激發了學生的主動思考和積極探究，使學生對實驗原理、實驗材料的選擇和實驗操作要求等都有了更深刻的理解，在強化生物學概念的同時，也培養了學生科學探究能力。《考試說明》明確規定了19個生物學實驗，這些實驗涉及大量生物學實驗的基礎方法和基本技能，是高中生物學課程的基礎，也是生物學課程價值的體現。教材中的每個實驗都涵蓋了實驗目的、實驗原理、實驗材料、實驗步驟、實驗結果和實驗結論等實驗的組成要素。教師只有重視實驗教學，引導學生精做教材中這些基礎實驗，才能使學生身臨其境，真正提高學生的動手能力和科學探究能力，發展學生的生物學學科核心素養。

2精學生物學史，在模仿中提升科學探究能力

生物科學史反映了科學家的探究活動與方法，能夠為學生理解科學探究，掌握科學方法提供范例。《新課標》在實施建議中也提出要注重生物科學史和科學本質的學習。學習生物科學史能使學生沿著科學家探索生物世界的道路，理解科學的本質和科學研究的思路和方法，學習科學家獻身科學的精神，這對提高學生的生物學學科核心素養很有意義。教師組織學生對生物科學史中的這些經典實驗進行精心學習，有利于培養學生的科學思維，有利于學生在模仿中提高科學探究能力。

例如，對生長素發現史的教學，浙科版的教材介紹了達爾文父子實驗、丹麥植物學家波森·詹森實驗和溫特實驗，每個實驗都蘊含了生物學重要的科學實驗思想和巧妙的實驗設計方法。在學習達爾文父子實驗時，教師可提出以下問題，以引發學生的探究學習：如何設計實驗證明植物幼苗具有向光性？如何設計實驗證明向光性與尖端的存在有關？如何設計實驗證明植物感光部位在尖端？該實驗能得出什么推論？在學習波森·詹森實驗時，教師可引導學生思考該實驗的自變量和因變量分別是什么，無關變量有哪些？該實驗能得出什么結論？在學習溫特實驗時，教師繼續引導學生思考，溫特對波森·詹森做了哪些技術改進？溫特在實驗中如何控制實驗變量？該實驗有哪些對照方式？溫特實驗能得出什么結論？教師通過精心設問，引導學生精心思考，讓學生真正體驗科學探究的一般過程，理解實驗設計應遵循的基本原則，并將這些科學的思維品質和科學方法內化為自己的思維方法和行為方式，學會按照科學家們認識世界的方法去從事學習和研究，學會獨立觀察問題、提出問題、分析問題和解決問題，提升學生的科學探究能力。

3精設實驗專題，在強化中提升科學探究能力

精準教學理論指出，教學就是提出學生應達到的目標并對學習過程進行控制，輔以訓練、反饋和糾正性補救等措施，形成所要求的行為即達到目標并立即給予強化;對于那些偏離目標或未達到目標的行為，則在不斷強化的前提下進行糾正。《考試說明》對科學探究能力的考查主要包括：能將高中教材實驗所涉及的方法和技能進行綜合運用;能設計實驗，提出或完善實驗思路，并能對實驗現象和結果進行分析、解釋和處理;能對一些生物學問題進行初步探究;能對一些簡單的實驗方案做出恰當的評價和修訂。教師應結合這些能力要求進行實驗專題教學，在專題強化中切實提高學生的實驗綜合能力。

實驗專題可以從判斷實驗類型、明確實驗目的、分析實驗原理、選擇實驗材料、設計實驗步驟、預期和分析實驗結果、得出實驗結論等方面進行系統教學和復習。實驗類型可分為驗證性實驗與探究性實驗。前者是驗證研究對象的己知屬性、特征及與其他因素的關系;后者是探索研究對象的未知屬性、特征及與其他因素的關系。實驗目的描述的是自變量對因變量的影響，實驗原理是利用適當的實驗材料，闡述自變量引起因變量變化的原因。實驗目的的考查曾在2013年浙江省實驗題中出現，而實驗原理的考查在2018年4月選考和2019年4月浙江省實驗題中均出現過，特別是原理的回答得分率都不高，教師在教學中需加以重視。實驗步驟的設計和完善是最常見的考查方式，2017年11月選考和2019年4月選考浙江省的實驗題中均以考查實驗步驟為主。設計實驗方案要依據單一變量原則和平行重復原則，合理進行實驗分組，注意掌握實驗步驟書寫的一般方法，提高得分率。實驗結果預測常通過表格、坐標曲線或文字描述等表達方式進行考查，教師應注意培養學生圖表設計的基本方法和格式，提高學生的答題規范。在實驗專題教學中，教師通過優選實驗試題輔以針對性訓練，對達到目標的學生給予強化，對于那些偏離目標或未達到目標的學生在強化中進行糾正，最終實現目標達成。教師通過精心組織和設計實驗專題教學，在不斷強化中提高學生理解與表達能力、實驗與探究能力等實驗綜合能力。

4精準數據評價，在反饋中提升科學探究能力

精準教學中的最大“精準”在于教學評價，而衡量教學是否達到目標、學生是否真正掌握知識或技能，關鍵在于檢測學生學習的行為過程及其反應。信息技術的發展為精準教學提供了強大的技術支持。在教學過程中，教師可以根據學生日常的練習、測量與記錄情況，并通過頻繁監測學生的學習行為狀態采集相應的數據，以獲得學生的發展情況。提升學生的探究能力，還需要教師在教學中結合個性化的精準數據，及時反饋，不斷強化。

例如，基于網絡的閱卷系統給教學診斷和評價帶來了極大便利。每次閱卷后系統會自動生成各種考試數據，教師通過信息化條件下產生的大數據，對學生每次考試的實驗試題答題情況進行分類匯總和精準分析，精準定位學生在訓練過程中知識掌握的薄弱點，分析典型錯誤，精透研究學生在知識和技能上存在的不足，與學生共同探討、交流，提煉出解決問題的方法和策略，并通過變式強化訓練及時反饋目標達成情況，在診斷——反饋的循環過程中不斷提升學生的科學探究能力。在教學過程中，教師利用大數據技術，使教學評價和能力培養更為及時、精準和個性化，也更為有效。