在課外活動中培養學生科學探究能力的探索與實踐

雍立華

摘 要：科學探究被普遍認為是培養高中生生物學核心素養的有效策略之一，如何把探究活動從課堂教學有效延伸到課外？筆者從探究理念到教學行為的轉變、課外活動形式的選擇、探究內容的生活化，以及需要社會合力的支持等四個方面進行分析，并用生物教學的實例對這些策略的應用進行了說明。

關鍵詞：課外活動;科學探究能力;高中生物;生物學核心素養

科學探究始于21世紀之初的生物學教學改革，在《普通高中生物學課程標準》（2017年版）中，得到了保持與加強。從生物學科核心素養的角度分析，科學探究是指學生能夠針對有價值的問題、疑問、難題或者想法進行研究，基于好奇與困惑來理解生命世界和建構知識的意愿和能力[1]。然而，在傳統的課堂中，科學探究能力的培養往往被束縛在教室這個狹小的空間，教師總是一廂情愿地把需要探究的知識灌輸給學生。聽話、遵從和認真讀書的學生被譽為“好學生”，學生參與度低，且存在多依附思想少自我意識的現象，把上下課堂鈴聲作為探究的起點與終點，把教材的內容當作探究的金科玉律，探究的方式也是教師的個人“演講”。就這樣學生被限制在教材、教師、課堂的“牢籠”中，使他們的科學思維、創新精神、探究能力等均受到不同程度的壓抑和遏制，這種消極的情感大大降低生物課程的學習的效果。

課堂教學受時間的制約，有些問題不能在課堂中完全解決，還有些探究活動不可以在課堂上進行。為此，要增強學生對自然世界的好奇、欣賞和探索，我們不妨把思維的視角延伸到課外，進行開發、設計、組織課外活動，不僅僅是課堂教學的重要補充與延續，更重要的是在尋求未知的過程中，學生從被動的接受知識者變成主動探索者，使他們形成科學思維習慣，理解科學本質，利于學生的長足發展。

一、把科學探究的理念轉變為教學行為

新課程起始階段，有些教師以各種理由抵觸探究性教學。一些教師的理由有“探究活動需要高度依賴實驗室，而我校條件達不到”“探究性教學對學生成績沒有幫助”“生物技術實驗中涉及的很多內容以前沒有進入高校生物學教師教育的課程體系，教師本身沒有經歷過系統性學習，無法幫助學生探究”等。也有些教師把科學探究局限在教材中的探究性實驗，并且對其僵化地理解，尋找固定的套路。其實對學生的科學探究能力的培養是一個非線性的過程，是無處不在的，教師需要結合多種策略和技能，沒有必須要遵循的既定步驟和固定套路，形式很靈活，內容可以是創新的，也可以是教材的重組。探究活動能否開始的關鍵在于教師是否能將探究理念植入到教學行為中。

教師在教學中應有意識地設計和實施科學探究活動，以學生為中心，鼓勵學生提出真正的科學問題，學生所有假設性的回答都應該受到重視，允許學生擁有適度的自主權，讓學生有機會去尋找解決問題的途徑，有機會去表達和交流。例如：在“檢測生物組織中的還原糖”實驗中，教材對其檢測要求是：將0.1g/mlNaOH溶液和0.05g/mlCuSO4溶液等體積混合，取混合液1ml加入組織樣液中，在50～65℃下水浴加熱，從而生成磚紅色沉淀。個別學生在實驗中發現當溫度高于65℃時反應也能發生。學生提問：“斐林試劑與還原糖發生反應的溫度范圍到底是多少？”學起于思，思源于疑，教師及時抓住了這個培養學生科學探究能力的機會，為學生營造了一個能夠促進學生參與科學探究的氛圍，并提供教學資源和環境支持。學生自己設計并進行的實驗，他們在教材實驗的基礎上設置不同的水浴溫度40℃、50℃、60℃、70℃、80℃、90℃、100℃，在同一溫度下重復三次，觀察記錄是否出現磚紅色，以及出現磚紅色所用的時間。最后發現還原糖與斐林試劑出現磚紅色沉淀在50～100℃水浴下均可發生;且在此溫度范圍內，溫度越高，反應速度越快，現象越明顯。在此次實驗探究活動中，教師針對學生活動中的表現進行有效評價，例如：學生是否選擇恰當的方法、設計是否科學、結果是否支持結論等。通過此次探究活動學生不僅熟悉了實驗操作過程，增強了學習生物的成就感和自信心，提高了實驗探究能力，更可貴的是學生深刻地理解了科學結論的得出必須建立在實驗的基礎上，且科學探究要有批判性思維、勇于向權威挑戰的勇氣，不是盲目地相信教材，囿于定論。

二、選擇合適的活動形式，為每一位高中生提供自由的探究平臺。

課外活動的形式多樣，高中常見的有社團活動、夏令營、研究性學習活動、科學家進校園、科技月活動、參觀科技館等，可以滿足不同程度學生隨時隨地探究。例如：我校每年邀請科學家進校園，讓學生近距離享受高端先進的科學盛宴;每年都會組織學生參觀大學，有機會了解大學的圖書館，甚至走進高校的部分實驗室。此類活動中，學生可以體會科學研究的學術氣氛與樂趣，可以與科學家進行面對面的交流，更可貴的是可以引導學生用探索的眼光，看待生活，從而不斷地認識自己的潛能，明晰志向。有一位同學在日志中寫道：“有幸走進分子生物實驗室，看著那些神秘的、具有魔力的設備，看見大學教師和學生一起做科學研究，我心里暗自發誓，砥礪前行，終有一天我會叩開自己鐘愛的生命科學的大門，走上科學探索之路?！?/p>

我最常利用社團活動來發展學生的愛好和培養科學探究能力。針對學習能力稍弱的學生，尊重學生的個性選擇，帶領他們開展過植物的觀察與識別、雞蛋標本與不倒翁的制作、葉脈書簽等生物藝術標本的制作等。針對社團中里一些“吃不飽”的學生，發揮學生的特長，以探究實驗為主，具體活動內容與學生協商確定，但必須富有挑戰性。例如：社團中有幾位學生對學校最新引進的“朗威數字實驗室”十分感興趣，很多教師對這一新生事物的出現表現出了畏難情緒，但我的社團中學生卻是最先掌握該系統的操作，甚至反過來指導教師。在“以膀胱膜為實驗材料探究半透膜也具有選擇透過性”“探究哺乳動物和變溫動物的呼吸作用的變化”“探究來自兩個種群的中華草龜的耗氧量差異”等實驗中學生選擇了靈敏快捷的“朗威數字實驗室”。他們中有的擅長設計實驗，有的優于數據處理，還有的動手能力強，通過社團探究活動給每一位社員帶來心智的拓展、思維的躍進，情感的愉悅和升華。

三、結合地域特色，將課程生活化，提升探究的興趣與價值

生活中蘊含著大量鮮活的生物課程資源，若遠離了生活，也就意味著學生失去了課程的另一半世界。為此，教學中應體現“源于生活，寓于生活，用于生活”的理念。將學科教學向生活的各個領域應用、開拓和延伸，指導學生學會觀察并體驗生活，使他們具有敏銳的雙眼和勤于思考的大腦。

例如：在學到“生長素的發現”這一節中，學生在以小麥胚芽鞘為材料探究植物的向光性實驗中，一位學生偶然發現：同等培養條件下，為什么在黑暗條件下很多同學測得胚芽鞘長度明顯不同？在單側光下不同胚芽鞘彎曲度也存在很大差異？學生自行組成興趣小組，通過查閱資料學生給出了多種原因，其中較為合理的解釋是小麥的品種不同導致胚芽鞘生長不同。之后又有學生查閱文獻發現胚芽鞘長度可以作為抗旱性高低的鑒定指標，于是教師又組織同學進行再探究這種說法的可信度。學生的設計和操作大致過程如下：用20%PEG-6000作為滲透介質模擬干旱，并對來自于寧夏本土的20種抗旱性不同的春小麥進行干旱脅迫，測定和比較分析胚芽鞘長度。結果說明，滲透脅迫下，在一定范圍內胚芽鞘長度與抗旱性成正相關。本探究實驗為寧夏抗旱性品種的選育提供了良好的指標，為寧夏不同降水地區選擇了相應的栽培品種，給學生帶來了極大的自豪感。

四、社會各界形成合力，共同培養探究性后備軍

部分中學存在設備落后、師資力量薄弱等問題，嚴重地限制了學有余力的高中生的發展，培養探究型后備軍靠中學本身的力量是微弱的，仍需要社會各界形成合力。中學可以與科研單位或高校協商，讓少數具有科學家潛質的高中生進入實驗室，通過沉浸式體驗，激發他們對科學探索的熱情，培養和提高他們發現問題和解決問題的能力。下面這個例子就是我與寧夏大學進行合作培養中學生科學探究能力、增長學生見識的很好例子。

我在講授“遺傳信息的攜帶者——核酸”時介紹了DNA指紋法在案件偵破、親子鑒定等方面的重要用途。有一位學生提出：“寧夏枸杞是‘寧夏五寶’之首，其色澤鮮艷，果粒大，皮薄肉厚甘甜，品質超群，是食用與藥用之上好佳品。《本草綱目》中記載：‘全國入藥杞子，皆寧產也。’對寧夏枸杞給予了高度的肯定，然而現在許多市場中卻出現魚目混珠的現象，許多劣質的枸杞也貼上了‘寧夏枸杞’的標簽，我們如何用DNA指紋來鑒別出真假寧夏枸杞？”

教師指導學生查閱資料發現，由于DNA分子存在種屬和個體之間的特異性，而且DNA是遺傳信息的主要載體，因此，DNA指紋圖譜可以作為枸杞種屬個體差異的可靠鑒定手段。學生再次查閱資料發現DNA分子標記技術分為很多類型，在寧夏大學導師和研究生的指導下，學生選擇了RAPD技術。該技術基于PCR擴增DNA分子之后，經過電泳分離和溴化乙錠染色后在紫外線下觀察和照相，記下RAPD指紋。學生在某網站購買了九種被貼上“寧夏枸杞”標簽的枸杞果實，樣本運回實驗室后，與寧夏枸杞品種推廣面積最大、質量最優的寧杞1號（對照組）共同在寧夏大學生物實驗室提取DNA，進行基因組DNA純度和質量檢測，PCR反應體系的優化，隨機引物的篩選等。最終獲得了包括對照在內的十個樣品的DNA指紋圖譜。鑒定結果是有三個樣品不是寧夏枸杞，其余為地道的寧夏枸杞正品。由實驗結果清晰地得出結論，DNA指紋圖譜技術可以用于寧夏枸杞真偽的鑒定，為構建寧夏枸杞質量控制評價體系提供科學依據。

本實驗中用到的主要設備有：PCR儀、電泳儀、核酸檢測儀、凝膠成像系統等均由寧夏大學提供，就寧夏回族自治區而言，沒有任何一所中學擁有這些設備。本實驗的難度也非高中生能夠獨立完成，其順利開展得到了政府、學校、教師、家庭的支持。此實驗中所涉及的多數內容如PCR技術、電泳、DNA提取等在高中教材中都有，絕大多數教師講到相應內容時由于獲得不了社會合力的支持無奈地選擇“紙上談兵”，即畫出重點，讓學生死記硬背！

結束語

課堂中教師精心地組織學生經歷探究過程，課外也讓學生科學探究運轉起來，在時間上進行跨越與延續，在空間上進行拓展與開放。通過經常性和系統性的課外活動，教會了學生通過自我探索增長知識、認識自然世界，進一步培養了學生的一些品質，如敢于創新、勇于質疑、大膽發問，同時訓練了學生思維的靈活性和獨創性，促進了學生個性的和諧和全面發展。如果說課堂是知識的獲取、方法的演練、能力的訓練，情感的體驗，那么課外探究便是知識的應用、方法的整合、能力的增強、情感的升華。

參考文獻

[1]劉恩山，曹保義.普通高中生物學課程標準（2017年版）解讀[M].北京：高等教育出版社，2018：47.