基于“科学探究”的生物学科核心素养的培养

《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020年）》指出，“树立科学的质量观，把促进人的全面发展、适应社会需要作为衡量教育质量的根本标准”。学生的核心素养是我国建立教育质量标准的基础与核心。教育部出台的“关于高中学科核心素养（讨论稿）”对生物学科的核心素养做了叙述，高中生物学科核心素养具体拟定为四个内容：生命观念、理性思维、科学探究、社会责任。科学探究是指学生用来获取知识、领悟科学的思想观念、领悟科学家们研究自然界所用的方法而进行的各种活动。下面，笔者结合教学实践，谈谈如何通过科学探究活动来培养生命观念、理性思维、科学探究、社会责任等高中生物学科核心素养的相关做法。

一、在科学探究中形成生命观念

生命观念是指对观察到的生命现象及相互关系或特性进行解释后的抽象，是经过实证后的想法或观点。它有助于理解或解释较大范围的相关事件和现象。学生应该在较好地理解了生物学概念性知识的基础上形成生命观念，如结构与功能观、进化与适应观、稳态与平衡观、物质与能量观等，并能够用生命观念认识生命世界、解释生命现象。

在生物教学中，让学生简单地记住生物学知识并不能有效形成生命观念，学生只有亲历生物学知识的发现过程，感悟知识中蕴含的思想、观点和方法，才能将生物学知识转化为生命观念。在课堂教学中，教师应积极组织学生开展科学探究活动，让学生深刻理解和反思生物学知识和核心概念，挖掘生物学知识背后深层次的思想和观点，从而让学生真正形成自己的生命观念。

例如，有关细胞器的知识，教材上都是以“分布—结构—功能”为主线作结论性知识介绍的。在教学中，笔者改变教学顺序，选择以“功能—结构”为主线，给学生提供一种问题探究的环境，实现了从“教授知识”到“经历学习”的转变。以线粒体教学为例，教师首先给学生提供如下科学史资料：①1890年，德国生物学家A1tmann首先在光学显微镜下观察到动物细胞质中存在一种颗粒状结构，称作“生命小体”。1897年Benda重复了以上实验，因这种小体呈短线状或颗粒状，故根据形态将其命名为线粒体；②后来的研究发现，线粒体普遍存在于动植物细胞中；③植物幼嫩组织和分生组织中线粒体数量比衰老组织中多；④肝细胞和心肌细胞中线粒体数量较表皮细胞多；⑤在同一细胞中线粒体分布不均匀，常聚集在精子尾基部、原生动物的纤毛基底部、小肠上皮细胞的微绒毛基部等。接着教师提出问题：①根据初中所学内容，生命活动所需能量从哪里来？②有机物在有氧条件下的分解被称作细胞的有氧呼吸，线粒体和能量供应有关，由此你能推出线粒体的功能吗？学生在经历了“思考分析—整理原有知识使之系统化—利用原有知识使之转化为推理能力—科学推理”的过程后，得出“线粒体是细胞有氧呼吸的主要场所”的结论。然后，借助“结构总是和功能相适应”的生物学观点，教师又引导学生由功能反向推理线粒体的结构并让学生在黑板上画出线粒体的结构模式图。在教学过程中自始至终都让学生参与到教学探究过程中，通过问题探究自主发现和获取知识，这些探究有助于学生形成和深化“结构与功能相适应”的生命观念。

二、在科学探究中锻炼理性思维

生物学属于理科范畴，理科就要讲理，促进学生理性思维的发展是生物学科的基本任务。理性思维是一种有明确的思维方向，有充分的思维依据，能对事物或问题进行观察、比较、分析、综合、抽象与概括等的一种思维。新课程十分注重培养学生的科学探究能力，倡导探究性学习是普通高中生物课程的一个基本理念，是提高生物学科核心素养的一条重要途径。在教学中，教师应有计划地指导学生进行科学探究，让学生像科学家那样去思考和探究，在完成科学探究“提出问题—作出假设—设计实验—实验验证—得出结论”的一般步骤的实践过程中，锻炼学生自己的理性思维。

例如，“检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质”的实验是学生进入高中阶段的第一个实验，这个实验传统上属于验证性实验，验证生物组织样液中含有相应的有机物，如苹果匀浆富含还原糖、花生富含脂肪、大豆富含蛋白质。为让学生初步接触探究性实验的一般程序，培养学生科学探究的基本素养，提高学生的学习积极性，笔者在教学中将其设计成探究性实验。本实验总体难度不大，但实验所用化学试剂、用具以及实验步骤较多，故教师在课前要求学生依据导学单做好预习工作，以保证实验的顺利开展。在设计导学单时，教师还把烦琐的实验步骤简化为图形，帮助学生进一步掌握实验操作步骤。在本实验教学中，教师提供了苹果匀浆、马铃薯匀浆、豆浆、花生种子匀浆、花生种子5种实验材料，以及相关实验用具和试剂。在学生实验之前，教师先按教材展示还原糖、淀粉、蛋白质和脂肪与相应化学试剂颜色反应的验证性实验，使学生明确生物组织中主要化合物的鉴定方法。在此基础上，教师引导学生提出问题：检测还原性糖最好的材料一定是苹果匀浆吗？检测蛋白质最好的材料一定是豆浆吗？检测淀粉最好的材料一定是马铃薯匀浆吗？检测脂肪最佳的方法是制作花生子叶装片观察脂肪颗粒，还是在花生种子匀浆中直接进行观察？在作出假设的基础上，教师让学生讨论、设计实验方案。接着，教师让学生以小组为单位完成一种实验材料的三种试剂的检测以及鉴定脂肪的两种方法的操作，具体如下：进行实验操作活动一时，以6位同学为一个大组，以同桌2位同学为一个小组，每个小组负责其中一种成分用三种不同的试剂的检测实验（如甲、乙两学生先后用斐林试剂、双缩脲試剂、碘液对苹果匀浆进行实验，丙、丁两学生对豆浆进行检测实验，戊、己两学生对马铃薯匀浆进行检测实验），并把做好的实验结果保留在试管中；进行实验操作活动二时，以小组为单位，对脂肪鉴定的两个实验进行操作，并保留实验结果。在实验操作活动一全部完成后，教师组织大组内成员展示交流，分别对斐林试剂、双缩脲试剂、碘液对应的三种材料进行比较、讨论，明确检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质的最佳材料；在完成实验操作活动二后，小组之间进行展示交流，明确鉴定脂肪的最好办法。在本探究性实验结束后，教师还可引导学生进行思考、讨论，如检测还原糖除了苹果匀浆外，还有其他材料吗？西瓜也含有较多的还原糖，能否作为检测还原糖的材料？……通过拓展思考，能培养学生批判的思维，继而发现问题，提出问题，开始下一轮探究。在本实验的科学探究活动过程中，以逻辑为指引让学生进行实验设计和分析，可以使学生的理性思维能力得到提升。

三、在科学探究中认识社会责任

生物学科的社会责任是指基于生物学的认识，参与个人与社会事务的讨论，作出理性解释和判断，尝试解决生产生活中的生物学问题的担当和能力。学生应能够关注涉及生物学的社会议题，参与讨论并作出理性解释，辨别迷信和伪科学；主动向他人宣传健康生活、关爱生命和保护环境等相关知识；结合本地资源开展科学实践，尝试解决现实生活中与生物学相关的问题。

例如，在教学“生态系统的稳定性”一课时，在课前两周，笔者让学生回忆并查阅发生于2007年的“无锡太湖水污染事件”的相关资料，让学生通过网络、报纸、杂志、去太湖边实地考察、去环保部门访问等多种途径，分小组开展“调查太湖水污染”的课外探究活动，写出社会调查报告，并评出优秀作品。课始，教师让获优秀作品一等奖的小组代表利用PPT向全班作汇报。围绕汇报内容，教师让学生思考以下问题：①过去人们把少量的生活污水排到太湖中，为什么太湖中的水仍能保持清澈呢？②报告中讲到过去的太湖鱼虾游弋，太湖边的渔民以捕鱼为生，为什么那时太湖中的鱼不会绝迹呢？③2007年5月29日，太湖蓝藻大规模暴发，太湖成了一条臭气熏天、“鱼”不聊生的臭水沟。既然生态系统具有抵抗力稳定性特点，为什么还会出现这种情况呢？④太湖遭到如此严重的水污染后，是不是就万劫不复，永无翻身之日了呢？⑤生态系统的抵抗力稳定性和恢复力稳定性之间有什么关系呢？请举例说明。⑥什么叫生态系统的稳定性？如何提高生态系统的稳定性？接着，教师让各小组进行讨论交流，在学生获得了“生态系统的稳定性”知识的主动建构后，教师又让学生以“假如我是一名当地渔民、学生、企业老总、政府官员，我会为治理太湖做些什么”为主题，开展角色扮演活动。各小组成员自主选择了不同的角色，设身处地地进行思考，并在小组内积极交流汇报。同学们纷纷说出了自己的想法：“假如我是一名渔民，我一定不会将生活污水倒入太湖，并配合政府完成定置渔具的清除工作，在太湖禁鱼期不偷捕鱼虾……”“假如我是一名学生，我会做好宣传工作，提高人们保护环境的思想意识……”“假如我是一名企业老总，我会遵守国家法律，坚决不将工业废水排入太湖……”“假如我是一名政府官员，我将提议建立河网污染控制与生态修复综合示范区……”这样的教学，不但实现了建构概念、理解原理的知识性目标，也锻炼了学生的思维能力，而且在科学探究的学习过程中，培养了学生热爱家乡并积极参与家乡建设的美好情感，增强对自然和社会的责任心和使命感，使学生的精神境界得到升华。

综上所述，开展科学探究活动是培养学生生物学科核心素养的一条行之有效的途径。在今后的生物教学中，我们应不断地探索和尝试，让生命观念、理性思维、科学探究、社会责任在生物课堂教学中生根发芽，结“核心素养”之果。

本文为江苏省教育科学“十二五”规划青年自筹课题“基于多元智力理论的高中生物“三单”导学实践研究”，课题编号為C—b/2013/02/009。

袁锦明，江苏省无锡市南湖中学副校长，江苏省生物特级教师，江苏省“333高层次人才培养工程”培养对象，无锡市有突出贡献的中青年专家，无锡市名教师，无锡市德育带头人，无锡市教科研带头人，无锡市教科研先进个人。笔耕不辍的他，先后撰写的500多篇文章在多家报纸杂志上发表，其中38篇优质论文在省级以上生物专业期刊《生物学通报》《生物学教学》《中学生物教学》《中学生物学》上发表。