中学生物学教学中科学探究素养的培养研究综述

陈嘉　张卫东

［摘 要］科学探究是生物学学科核心素养的重要内容。文章对科学探究的认识、特点、意义等概念进行梳理，从教学环境、教师、学生、教学方法或模式四个方面分析科学探究素养培养的主要障碍，对科学探究素养的培养策略进行总结分析，并据此分析现有的有关科学探究素养的研究的不足，旨在为初高中生物学教学加强科学探究素养培养提供一些建议与参考。

［关键词］科学探究；中学生物学教学；核心素养；研究综述

［中图分类号］    G633.91        ［文献标识码］    A        ［文章编号］    1674-6058（2023）23-0086-04

《普通高中生物学课程标准（2017年版2020 年修订）》（以下简称《课标》）中指出生物学学科核心素养包括生命观念、科学思维、科学探究和社会责任。科学探究是生物学学科核心素养的重要内容，科学探究对学生解决生物学问题、提升生物学学科核心素养具有重要作用。近年来，对科学探究素养的教学研究受到广泛关注与重视。

一、文献统计分析

在中国知网（CNKI）数据库中以“生物学科学探究”为主题进行检索，截至2023年2月共检索出3421条结果。2017年之前年发文量不超过200篇，自2018年教育部正式发布《普通高中生物学课程标准（2017年版）》后，发文量明显上升，2018年相关发文量332篇，2019年达到峰值533篇，其中博硕士论文762篇。在全部以生物学科学探究为主题的教学研究中，“实验教学”同时作为主题占比3.62%，可见科学探究素养的培养与实验教学息息相关。

由以上结果可知，生物学学科核心素养提出之后关于科学探究素养的研究发展较快，但是大多停留在理论研究层面上，真正进行科学探究素养培养的教育实验相对较少。如何真正落实科学探究素养的培养还有待进一步思考解决。

二、国内研究现状

笔者结合在中国知网检索得到的近五年的相关文献对我国有关中学生物学教学中科学探究素养的研究成果进行梳理，具体包括科学探究的含义及培养意义、科学探究素养培养的主要障碍、科学探究素养培养策略的研究三个方面。

（一）科学探究素养的含义及培养意义

1.科学探究素养的含义

《课标》对科学探究的定义是“能够发现现实世界中的生物学问题，针对特定的生物学现象，进行观察、提问、实验设计、方案实施以及对结果的交流与讨论的能力”。

对于科学探究素养，研究者纷纷提出了自己的见解。赵占良认为，生物学“科学探究”包含发现和提出问题、设计实验、实施方案、交流讨论等能力要素，同时还包含好奇心和求知欲、合作、创新等情意品质要求［1］。张春雷提到，每个生物学学科核心素养都有其知识基础、能力表现和情感、态度、价值观的生成。科学探究包含相关知识和提问、猜想、探究合作等能力，以及求真科学精神等的生成［2］。林萍作为初中生物学教师，提出“科学探究素养是指学生在学习初中生物学知识时，发现问题、设计问题解决方案、实施解决问题以及得出结果和归纳总结的能力”“从细节上科学探究素养还包括学生的实验操作能力”［3］。罗佩琴指出，初中生物培养科学探究素养主要包括培养学生的问题意识、自主挑选探究课题的能力并让学生能够根据自己提出的问题作出假设、制订实验方案、实施计划以及自主探究评价与反思［4］。

2.培养科学探究素养的意义

科学探究素养是生物学学科核心素养的重要组成部分，也是每个学生的必备品格和关键能力，培养学生的科学探究素养具有重要的意义。张明通过教学实践发现，在高中生物学课堂中融合科学探究可以有效提高学生的学习兴趣和考试成绩［5］。周艳玲针对科学探究素养与其他素养的关系，指出在科学探究过程中可以形成生命观念、锻炼科学思维、认识社会责任［6］。左开俊从三个方面说明科学探究的意义：作为一种研究方法，其渗透着生命科学的工作范式、深化了生本课堂的和谐共生；作为一种学习方式，不仅能引导学生建构生物学知识，还能促成学生完成实践性创新；作为一种教学手段，能延展學生的学习视角并拓展学生的认知视界［7］。

（二）科学探究素养培养的主要障碍

关于现阶段科学探究素养的培养过程中存在的问题及可能遇到的障碍，主要包括以下四个方面。

1.教学环境方面的障碍

科学探究素养的培养仅凭教师或学生是远远不够的。完善的教学环境有利于学生科学探究素养的培养。当前科学探究素养培养在教学环境方面还存在诸多障碍。徐越越通过问卷调查得出，课时不够、缺乏所需器材、学校领导不重视为培养学生科学探究能力可能遇到的障碍［8］21。王国青指出，生物课时相对较少，且多数学校没有相应的图书馆、电子阅览室等场所，甚至连基本的生物实验设备都不足，使得探究式生物实验的开展受到很大阻碍［9］25。罗佩琴提出，学习资源匮乏是开展探究性学习面临的主要难题之一，主要体现在文本资源匮乏、实验器材不足、社会资源缺乏三个方面［4］135。邓梨通过问卷调查生物教师在培养学生科学探究素养时遇到学校后备力量缺乏且课时有限等主要问题［10］30。

对于教学环境方面的障碍，需要学校、社会等多方共同努力，尽量完善实验设备，建成图书馆，更好地为学生提供可选择的学习资源。同时，要充分意识到培养科学探究素养的重要性，适当增加探究活动和探究性学习的课时。

2.学生方面的障碍

罗佩琴提出，初中学生由于长时间接受“灌输式”教育，对家长及教师的依赖心理强，缺乏自主探究意识［4］135。邓梨调查得出当前学生存在课业压力较大、探究意识缺乏等问题［10］20。学生方面的障碍主要来自应试的压力，传统评价方式对于科学探究素养的考查不足，学生以成绩为导向，习惯了死记硬背的学习方法，对生物学知识没有探究欲望。

3.教师方面的障碍

徐越越指出，当前部分教师自身能力有限［8］21。邓梨提到教师水平不一，应该加大对于年轻教师定期的专业培养［10］29。朱新燕、侯国才指出，部分教师仍采取学生间接获取知识的方式，学生主动探究的机会较少，且部分教师不具备科学探究的能力［11］。马铃通过问卷分析得出，教师对科学探究素养的认识还停留在浅层、对科学探究素养的培养意识淡薄、教学方法单一、教学评价方式封闭［12］。

教师作为培养学生科学探究素养的第一负责人，其自身的科学探究素养及教学水平至关重要。教师应充分重视自身科学探究素养的培养，不断学习，增强自身能力，完善教学方法。

4.教学方法或模式方面的障碍

在教学方法或模式方面，王清刚指出实验教学模式单一问题，学生始终停留在“听实验、观察实验”的状态下，并未真正参与生物实验学习［13］。王国青认为生物实验教学枯燥无味是由于针对任务驱动、问题情境、合作探究等新型的实验教学模式应用不够［9］25。吴晓夏指出，高中生物课堂教学中的问题主要表现在缺乏长期保持学生学习兴趣的策略和整体性沟通，问题式引导不够，学生的学习积极性不高且没有形成生物课程思维［14］。申艳辉得出传统生物教学中存在的一些问题，如教师意识存在偏差、师生互动频次低、教学形式单调等问题［15］120。

（三）科学探究素养培养策略的研究

对于科学探究素养的培养，众多学者和一线教师纷纷提出有效策略，根据教学方式的不同可分为以下三个方面。

1.以完善实验教学为途径的策略

实验是培养学生科学探究素养的重要途径，因此关于科学探究素养的培养策略的研究也多涉及实验教学。朱莉娅提出以教学内容为主线、开发多种教学资源、利用认知冲突理论、利用课堂教学留白、通过小组合作学习等五个突出科学探究能力培养的实验教学策略［16］。孙钱民指出要积极开发多种资源，包括教材实验资源和课外实验资源；注意联系生活激起学生兴趣，课堂中巧设问题串；引导学生合作探究，共同参与生物实验探究［17］。郑秀海强调重视经典实验教学，培养学生形成正确的科学观和实事求是的科学精神［18］。韩然然以“探究植物细胞的吸水与失水”和“探究影响酶活性的条件”为例设计教学案例，提出在实验教学中应采取多元评价方式［19］。朱建兵认为，应鼓励学生在课堂学习中及时提出自己的异议，引导学生做出推斷、提出假设并设计实验进行验证，注意为学生创建交流互动的良好环境［20］。

2.课堂教学与课外活动相关的策略

对于课堂教学与课外活动相关的策略，李燕萍提出在高三生物复习课中要重视思维导图的构建及小组合作的开展以提高学生的科学探究能力，并以高考真题为例给出具体建议［21］。孙金豪、王海鹤指出，教师要巧妙设疑，通过适当停顿、设疑或创设情境，给学生留下思考的空间，引导学生提出，并发现生物学问题。由于条件限制，有些实验不能在课堂中开展，教师可以利用信息技术加强实验演示［22］。赵玲玲、钱嘉旺提出优化教学设计以提升学生的科学探究能力，重点关注教学导入、课堂活动和教学评价等方面［23］。叶雪苹强调把生物学科与其他学科，特别是理科学科融合起来，同时在学习生命科学发展史中培养科学探究技能，以及科学探究要注意基础知识的形成，避免学生虽兴趣很高但是忽视对知识的获取［24］。廖明指出，创设多种情境包括问题情境、生活情境和动态情境，并要以方法指导为主［25］。陈春红提出，教师的既定教学目标应根据不同的内容设计不同的层次，即应着力于“应用、分析、评价和创造”的目标层次［26］。王博文从科学本质、科学方法、科学精神三个方面分析生物科学史教学对于科学探究能力的培养和提升［27］。樊星彤建议教师在课堂教学中综合运用跨学科知识，如学习生物学需要很多的物理和化学等学科基础知识；课外活动可以从阅读文献、科普知识讲座、竞赛辅导、科技活动四个方面入手培养学生的科学探究能力［28］。申艳辉结合新授课、习题课、复习课三种不同类型的课型阐述如何提升学生的科学探究素养［15］121。周湘以“被动运输”一节为例，提出在课堂中整合教学内容、设置教学时空来培养学生的科学探究素养［29］。勉海林指出，教师要联合社会团体进行实地教学，让学生能够学以致用，激发学生的探究兴趣与创新意识［30］。张东梅强调要充分考虑学生的自主性，可提供相关资源让学生自主构建概念［31］。

综合现有研究成果可知，在课堂教学方面科学探究素养的培养与提升策略主要包括：（1）创设问题情境。教师通过设置问题串等方式，引导学生思考并提问，营造活跃的课堂氛围，避免“满堂灌”。发现问题并提出问题是探究的第一步。（2）充分利用教材及现代信息技术等资源。生物学教材中包含很多探究素材，教师可以充分利用，还可以对教材中的实验进行改进等。对于比较抽象的知识，教师可以利用现代信息技术给学生展现视频、动画、模型等，让学生对所学内容有直观、形象的体会。（3）重视实验课程。教师引导学生去设计实验、完成实验，在实验过程中充分利用小组分工合作，最后交流总结。实验中可能出现预期结果之外的状况或出现错误，这都是进一步探究的方向。（4）重视科学史教学。科学史展现了历代科学家的探究过程，学生在学习科学史的过程中可以提升科学思维能力，加强分析实验过程和实验结果的科学探究能力，并感悟科学家勇于创新的科学精神，提升社会责任素养。（5）重视理论联系实际。生物学和生活息息相关，结合生活中的实例可以激起学生的学习兴趣并使学生将所学知识应用于生活实践。

3.结合新型教学模式的策略

为培养学生的科学探究素养，部分学者和一线教师不断探索，结合新的教学模式或理念，优化现有的教学方式。邓德桂构建了 TBL 教学路径和教学设计原则，并将其运用于科学探究素养的培养，同时指出TBL是以学生团队为组织形式、以师生互动和自主学习为目标的一种新型教学模式［32］。李艳晖、刘莉妹、赵晓燕指出，5E教学模式在培养学生的创新精神和实践能力、发展学生的探究能力、构建新型课堂教学模式方面发挥着重要作用，5E教学模式包含吸引、探究、解释、迁移和评价五个环节［33］。曾雪、王坤英、李卫国提出课堂上使用“三疑三探”及HPS教学模式能够提高学生质疑、思考、探究的能力［34］。单玲玲分别以科学探究能力的培养、科学探究认知培养、科学探究情感意志培养三个方面为侧重点提出了不同的策略：在能力方面，要关联生活并善用资料，培养学生设计方案并实施的能力；在认知方面，可以借助学科前沿，通过学生角色扮演或融合STS教育；在情感意志方面，要注意民主化、多样化、生活化［35］。韩洁基于STEM教学理念设计生物学课堂并实践后发现，学生在实验设计、分析和探究方面都有较明显的提升［36］。王思齐将POE教学策略应用到生物学实验教学之中，并指出POE教学策略可以有效培养学生的科学探究能力及提升学生的生物学科成绩。POE是预测、观察、解释的英文缩写，是由探查学生理解科学的研究方法演化而来的教学策略［37］。

当前科学探究素养的培养策略的研究多集中于宏观角度，而具体结合某节课进行教学设计的研究较少。如何真正落实理论研究，以及如何避免在具体操作中可能出现的问题等还有待进一步研究。

三、反思与展望

近年来，国内学者对核心素养的研究形成热潮，这对编写教材、教学实施及教学评价等都有积极的影响。但由于多方面原因的限制，核心素养的落实效果不够理想。我国对科学探究的研究大多是从整体核心素养出发，偏向理论性指导，在具体教学实施方面涉及较少，尚未建立较完善、系统、有依据的体系。科学探究素养是每一个学生都应具备的，但是由于不同地区及不同个体所处的教育环境不尽相同，真正落实科学探究素养的培养需要每一位研究者及一线教师结合当地的具体情况因材施教，而这正是需要我们不断研究和不断探索的。

［   参   考   文   献   ］

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［2］  张春雷.生物学核心素养的关键特征及其生成路径［J］.生物学教学，2022（4）：16-19.

［3］  林萍.核心素养指导下的初中生物教学研究［J］.科幻画报，2021（5）：73-74.

［4］  罗佩琴.核心素养下初中生物科学探究素养的培养［J］.新智慧，2020（6）：135-136.

［5］  张明.“科学探究”与高中生物教学的融合及实践：以人教版必修教材为例［D］.重庆：西南大学，2023.

［6］  周艳玲. “科学探究”素养渗透高中生物的教学实践研究［D］.黄冈：黄冈师范学院，2019.

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［30］  勉海林.在生物教学中培养学生科学探究素养的策略［J］.广西教育，2019（22）：75-76.

［31］  张东梅. 课堂观察视野下的高中生物科学探究研究：以人教版必修一复习课为例［D］.贵阳：贵州师范大学，2020.

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［33］  李艳晖，刘莉妹，赵晓燕.5E教学模式在高中生物学科学探究教学中的应用［J］.基础教育研究，2022（5）：38-40.

［34］  曾雪，王坤英，李卫国.中学生物学教学中科学探究素养的培养策略：基于2019年诺贝尔生理学或医学奖探究历程的思考［J］.中学生物教学，2022（6）：11-13.

［35］  单玲玲. 高中生物教学中培养科学探究素养的策略与实践研究［D］.大连：辽宁师范大学，2023.

［36］  韩洁. STEM教育在培养学生生物学核心素养之“科学探究”的应用研究［D］.济南：山东师范大学，2019.

［37］  王思齐. 运用POE教学策略培养学生科学探究能力的实践研究［D］.扬州：扬州大学，2023.

（责任编辑 黄春香）