學(xué)習(xí)科學(xué)視野下生物學(xué)“研學(xué)課堂”的建構(gòu)

邵紹元

摘要：在生物學(xué)課堂場域中，以“制作生態(tài)瓶”活動為例，遵循學(xué)習(xí)的本質(zhì)和規(guī)律等學(xué)習(xí)科學(xué)原理，以關(guān)注學(xué)生前概念的“學(xué)”為基礎(chǔ)，以基于生物學(xué)科本質(zhì)的“研”為落腳點，以重要概念為基本架構(gòu)，平衡事實性知識和概念性知識，通過互動交流與表達(dá)、基于項目和設(shè)計的科學(xué)實踐，提升學(xué)生的生物學(xué)科核心素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：學(xué)習(xí)科學(xué);研學(xué)課堂;生態(tài)瓶

中圖分類號：G633.91 文獻標(biāo)志碼：B

1學(xué)習(xí)科學(xué)視野下研學(xué)課堂的內(nèi)涵

研學(xué)課堂是教師和學(xué)生共同學(xué)習(xí)建構(gòu)知識的生物學(xué)課堂場域。以關(guān)注學(xué)生前概念的“學(xué)”為基礎(chǔ)，以重要概念為基本架構(gòu)，以基于生物學(xué)科本質(zhì)的“學(xué)”為落腳點，面向問題解決，平衡事實性知識和概念性知識，通過基于項目和設(shè)計的科學(xué)實踐，在活動體驗和理解性的研學(xué)過程中意義生成復(fù)雜的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，發(fā)展學(xué)生的生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

2學(xué)習(xí)科學(xué)視野下研學(xué)課堂的建構(gòu)

2.1研學(xué)課堂的前提條件：關(guān)注前概念

學(xué)習(xí)科學(xué)第一條原理表明，重視學(xué)生的原有經(jīng)驗，前概念是學(xué)習(xí)發(fā)生的前提條件。前概念是指學(xué)生在未正式學(xué)習(xí)生物學(xué)前所形成的對生命現(xiàn)象和規(guī)律的非本質(zhì)認(rèn)識和觀點，具有其不確定性和模糊性。合理的前概念是建構(gòu)生物學(xué)概念的基礎(chǔ)，是研學(xué)課堂的生長點;錯誤的前概念具有隱蔽性和片面性，影響生物學(xué)概念的形成，是研學(xué)課堂的阻抗點。

經(jīng)課前調(diào)查，發(fā)現(xiàn)學(xué)生錯誤的前概念有：

①由于日常生活經(jīng)驗，如馬桶中或水溝里的水生活著許多細(xì)菌，建立了微生物與臟亂環(huán)境的必然連結(jié)，學(xué)生普遍認(rèn)為微生物不利于生態(tài)瓶的維持，更難以想象特定微生物在生態(tài)瓶凈化及穩(wěn)定水質(zhì)的可能性。

②學(xué)生普遍認(rèn)為動物不是消費者，就是分解者。

③學(xué)生普遍認(rèn)為，生態(tài)系統(tǒng)一定要有消費者等。

因此，教師及時準(zhǔn)確調(diào)查前概念，研學(xué)前暴露前概念，設(shè)置疑問引發(fā)認(rèn)知沖突，激起研學(xué)欲望，有利于研學(xué)策略的制定，提高研學(xué)的針對性和實效性。

2.2研學(xué)課堂的基本架構(gòu)：精選重要概念

學(xué)習(xí)科學(xué)認(rèn)為，專家型知識不是對事實的簡單羅列，而是圍繞著重要概念和原理組織起來的，專家解決問題是運用重要概念或“大觀點”進行研判的過程。重要概念是生物學(xué)科中的關(guān)鍵內(nèi)容、重要思想和關(guān)鍵能力，是組織研學(xué)課堂的載體。精選重要概念和原理，使其成為的研學(xué)課堂基本骨架。

如制作生態(tài)瓶活動前，大多數(shù)學(xué)生能意識到生態(tài)系統(tǒng)是由生物和環(huán)境組成，但并不清楚生態(tài)系統(tǒng)中各組成成分是如何組成，不能準(zhǔn)確區(qū)分生產(chǎn)者、消費者和分解者。教師結(jié)合生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)和學(xué)情，精選重要概念為：生態(tài)系統(tǒng)由利用無機物制造有機物的生產(chǎn)者、直接或間接以綠色植物為食的消費者、分解動植物遺體的分解者等生物成分和非生物成分組成，各組成成分共存共榮、相克相生，通過物質(zhì)循環(huán)和能量流動使生態(tài)系統(tǒng)成為統(tǒng)一體。

2.3研學(xué)課堂的必要條件：用事實性知識支撐重要概念

學(xué)習(xí)科學(xué)強調(diào)專家知識的概念性和原理性組織特征，豐富事實性知識利于理解和建構(gòu)概念性知識。保持事實性知識和概念性知識的穩(wěn)態(tài)，形成組織良好的知識結(jié)構(gòu)，這是研學(xué)課堂發(fā)生的必要條件。建構(gòu)研學(xué)課堂，在重要概念的框架下，豐富生物學(xué)事實，并從中抽象和概括，使概念自然地生長出來。

例如，學(xué)生對生物成分中的定義模糊，分別設(shè)計單一變量控制的生態(tài)瓶（表1）。學(xué)生長期觀察生態(tài)瓶，發(fā)現(xiàn)三大生物因素的特征。

學(xué)生觀察①有菌液和③無菌液的生態(tài)瓶，一周后發(fā)現(xiàn)①含菌液組能維持清澈，而③無菌液組第二周起微呈混濁，且瓶壁上附著大量微生物。學(xué)生通過觀察，認(rèn)同：微生物在生態(tài)系統(tǒng)中必要性，并不是所有微生物都造成臟亂環(huán)境，硝化細(xì)菌在生態(tài)瓶中不可或缺。學(xué)生的前概念受到觀察結(jié)果的挑戰(zhàn)。學(xué)生觀察①有蝦和②無蝦的生態(tài)瓶，發(fā)現(xiàn)兩生態(tài)瓶的水蘊草生活均良好，在此感性認(rèn)識的基礎(chǔ)上，以事實為依據(jù)，建構(gòu)生態(tài)系統(tǒng)不一定需要消費者的概念，為重要概念提供支撐。

再如，在制作生態(tài)瓶的起初，各種顏色的米蝦引起學(xué)生的注意。將水草和死蝦分別放入兩生態(tài)瓶中，觀察到米蝦既吃水草，又吃死蝦，學(xué)生對米蝦的食性產(chǎn)生感性認(rèn)識，并根據(jù)米蝦獲取有機物的方式作大致區(qū)分為消費者和分解者?；诿孜r在生態(tài)系統(tǒng)中扮演的雙重角色的事實，學(xué)生得出“米蝦既為消費者，又為分解者”的結(jié)論。豐富而典型的事實性知識，將重要概念形象化和直觀可視化，提升重要概念的可理解性和精準(zhǔn)性。

2.4研學(xué)課堂的必然要求：基于生物學(xué)科本質(zhì)的科學(xué)探究

生物學(xué)科本質(zhì)的集中表現(xiàn)為生物學(xué)科觀，而學(xué)科觀直接影響著教什么和怎么教。生物學(xué)科本質(zhì)是生物學(xué)科的靈魂，是對進化思想和生態(tài)思想等生物學(xué)科思想方法的高度概括，源于生物學(xué)研究對象復(fù)雜性和研究方法的綜合性。生態(tài)思想主要包括理解生物與環(huán)境整體性，自我調(diào)節(jié)實現(xiàn)的穩(wěn)定性，生物與環(huán)境的發(fā)展協(xié)調(diào)性等。研學(xué)課堂要秉持正確的生物學(xué)科觀，基于學(xué)科本質(zhì)開展科學(xué)探究教學(xué)是引導(dǎo)學(xué)生研學(xué)的必然要求。研學(xué)課堂注重將研學(xué)置于具體的實踐情境中，融入科學(xué)探究的方法，形成生物學(xué)特有思維方式。例如，在討論光照對生態(tài)瓶影響的實驗方案時，有學(xué)生提出方案設(shè)計者忽略室外復(fù)雜的環(huán)境（如氣流、日夜溫差、光照時間等）對生態(tài)瓶的影響，導(dǎo)致為操作一個變量反而衍生出更多變量。在多次討論修正后，學(xué)生逐漸掌握控制單一變量的方法，進而形成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度。

2.5研學(xué)課堂的有效路徑：基于項目和設(shè)計的科學(xué)實踐

學(xué)習(xí)科學(xué)研究表明，基于項目和設(shè)計的學(xué)習(xí)最有效，如構(gòu)思假設(shè)、項目設(shè)計方案、收集記錄證據(jù)、形成暫時性結(jié)論以及評價反思等科學(xué)實踐是研學(xué)課堂切實可行的有效路徑?；陧椖康目茖W(xué)實踐融入科學(xué)的研究方法，尋求解決問題的方法與思路，使核心概念和原理融入項目中，從而使研學(xué)深入和有效。在基于設(shè)計的科學(xué)實踐中，學(xué)生共享項目設(shè)計方法，征求意見，批判性地評價他人設(shè)計和考慮同伴的意見等，使研學(xué)具有具身性和社會性。

例如，“如何延長生態(tài)瓶的壽命”項目的科學(xué)實踐過程具體為：

①小組討論生態(tài)瓶可能的自變量;

②根據(jù)課前觀察為例，說明單一變量的實驗設(shè)計，設(shè)計實驗記錄表格;

③小組形成合理假說;

④通過實踐材料模擬實驗設(shè)計，教師協(xié)助判斷是否符合假說;

⑤每組選擇影響生態(tài)瓶維持穩(wěn)態(tài)的條件，制作生態(tài)瓶;

⑥各組形成暫時性結(jié)論;

⑦根據(jù)結(jié)論嘗試解釋環(huán)境問題，并提出解決方案。

教師通過提示線索，協(xié)助學(xué)生，使學(xué)生在科學(xué)實踐后產(chǎn)生一種撥開云霧見青天的成就感，進一步建構(gòu)生態(tài)系統(tǒng)的各成分是相異相依，相互制約的統(tǒng)一整體的概念。

2.6研學(xué)課堂的深化：互動交流與表達(dá)

學(xué)習(xí)科學(xué)認(rèn)為：學(xué)生對發(fā)展中的知識進行加工、組織和表達(dá)時，可以學(xué)得更好;互動交流與表達(dá)是學(xué)習(xí)最容易發(fā)生的環(huán)節(jié);評價反饋是所有學(xué)習(xí)發(fā)生的重要條件，因而是最有效的。在運用學(xué)習(xí)科學(xué)原理進行研學(xué)的課堂上，學(xué)生的討論、展示交流和表達(dá)占時較多，教師主要作用是引導(dǎo)和促進，將研學(xué)引向重要概念，促進學(xué)生對自己的想法和觀點進行反思并達(dá)到條理化，從而促進復(fù)雜交流的延續(xù)和發(fā)展。

例如，在對解釋①和③生態(tài)瓶現(xiàn)象差異的互動表達(dá)中，學(xué)生根據(jù)蝦的排泄物含氮本質(zhì)以及水質(zhì)的關(guān)系，初步認(rèn)同硝化細(xì)菌屬于分解者。但有學(xué)生提出質(zhì)疑：水質(zhì)變化并不能成為鑒別分解者和生產(chǎn)者的主要依據(jù)，光合作用和硝化作用兩者的共同點都是利用無機物的代謝合成有機物，并且和利用有機物分解成無機物的分解代謝截然不同，復(fù)雜交流把學(xué)生不斷引向核心概念的深入理解，進一步建構(gòu)了硝化細(xì)菌為自營生產(chǎn)者的概念。在互動交流與表達(dá)環(huán)節(jié)，學(xué)生關(guān)于硝化細(xì)菌在生態(tài)瓶中的作用以及地位的理解在互動交流中步步深入。通過互動交流與表達(dá)，學(xué)生的見解得以闡發(fā)，問題得以解決，思想得以融合，認(rèn)識得以升華，是非得以明析，并認(rèn)識到研學(xué)是不斷深入的研究過程，逐漸形成進化的知識觀。

遵循學(xué)習(xí)科學(xué)原理，通過“生態(tài)瓶的制作”系列活動，學(xué)生對生態(tài)系統(tǒng)重要概念的理解不斷精進，向著專家型知識和結(jié)構(gòu)不斷發(fā)展，生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)生命觀不斷形成，在科學(xué)探究、科學(xué)思維中發(fā)展解決復(fù)雜問題的能力。