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引导学生开展探就式学习的基本策略

江苏省南通第一中学(226001)黄建书

探究式学习是指在教师指导下,学生运用探究的方法开展的学习活动。本文围绕科学教育的时空经纬阐述引导学生开展探究式学习的基本策略。

1

力展科学家探究过程,潜移默化地引导学生掌握探究的规范过程

科学教育的"时序"即体现科学发现、发展的历程。科学史蕴含着活生生的过程性和科学的态度与精神。生物科学发展史中有着许多诸如孟德尔遗传规律、生长素的发现等典型的科学探究范例。结合相关教育内容,强调知识发生的过程,及时剖析科学探究的规范过程,挖掘其中的探究要素,对学生开展探究活动具有实效性指导作用。因为解决现实问题的非结构化思路常常以教材中现成问题,解决的结构化思路为基础。现以"基因的分离规律"为例,将其中的探究要素及探究过程列表如下。

上述每个环节都有其基本的规律和技巧可循,要素间具有一定的关联和递进性。教师应结合具体的实例,分析说明问题的产生与陈述、假说与预期的异同及表达技法、实验材料的科学选择、方法步骤的关联性以及实验主体活性的维持、实验变量的控制以及无关变量的均衡、结果与结论的区别以及分析、归纳、综合的基本思路和注意事项等。只有潜移默化地让学生把握规律,才可能使规范开展探究的过程成为可能。

2

频繁创设科学探究的情境,让学生全体参与探究过程

科学教育的"空序"即探究的各种方法、个人探究与群体探究、科学探究与社会和政治经济的主体交联。让学生了解科学家规范的探究过程固然对学生的探究式学习有榜样示范作用,但如果只让学生浏览科学探究的大致过程,而不将学生置身于探究学习的真实情境之中,让学生动手"做"科学,则是难以实现的。

2.1

创设科学探究情境的基本方式一一让学生发现并提出问题

探究以问题为导向。解决一个问题也许仅仅是一个生物学上的或其他单科(几个学科)的、实验上的技能而已,而提出新的问题、从新的角度看旧的问题,却需要创造性的想象力。

问题的提出源于仔细的观察,学生可以是课外随意的观察,也可以是对教师提供的背景材料的观察。教师提供的背景材料常常具有指向性和探究的可能性,并具有鲜明的社会性和文化性。现实的背景材料如果能激起学生的认知心理冲突,动摇知识结构和学习心理的平衡状态,更能诱发学生发现问题,并提出问题,激起求知欲,增强学习动机。例如,事先让学生调查人群中色盲患者的概率及在不同性别中的分布,学生就很自然地发现色盲遗传具有鲜明的性别特征,并提出"为什么色盲患者男性多于女性"之类的问题:安排学生参观蔬菜生产基地或样板示范田,并了解其产量增加的幅度,学生在发现了增产与栽培管理的关联性后,将会有不少学生提出为什么作×××的管理就能提高产量等问题;如果你把当地不同工业布局地域的水样让学生采集后并作小动物培养的初步实验,学生就会把动物生存与水质联系起来,由此可能引发出一系列的关于人类活动对水生生态系统的影响的相关探究问题。这些问题都是紧密围绕科学、技术、社会的背景材料由学生提出的,教师可以针对某领域引导学生集中于一二个问题进行重点研究。

2.2

精心设计教学程序,让学生全体参与到探究过程中来

学生作为探究过程的主体,其主体性贯穿于发现并提出问题、提出假说并预期结果、实验证实或证伪、解读数据并交流成果的探究全过程;体现在主动参与概念的形成、原理的建立、问题的解决和知识结构的构建等知识发生的全过程。探究的主过程要明确体现科学方法这一主线。

就概念的形成而言,应围绕学生思维的感知→表象→抽象的过程,设计教学程序,并让学生在讨论、互动中运用多种思维方法学习细胞分裂、生态系统等概念(体系)。对于生物学原理的建立,应以实验探究为主旋律,让学生发现问题、运用科学的探究方法主动投入到探究过程中,从而掌握光合作用、植物向性等原理。在问题解决的过程中,应让学生尝试提取信息(尤其是关键信息)、类化课题、再现知识和解题方法、规范表达解题全程,最后得出结论。由分析到综合,让学生既剖析概念体系的各级内涵,又能在他人的启发下进行横向联系,把握核心知识和主线,重建知识结构体系。

从更高的角度看,探究式学习活动的组织应让课程成为"体验课程",而不是"文本课程";师生应成为"学习共同体":努力实现知识与技能,过程与方法,情感、态度和价值观的整合,切实转变学生的学习方式,让生物科学世界回归到学生生活世界。这方面,需要教师具有扎实的业务功底和钻研、奉献精神。

3

精心构思,把思维品质的提升作为重申之重

科学探究的立体序性及其高效实施以优秀的思维品质为心理基础,因此,探究式学习过程中的思维品质极为重要。缺少优秀的思维品质,其对科学探究要素和过程再明确,也难以实现创新。引导探究过程时,应针对探究的每一过程,对思维品质的不同层面进行针对性培养。

3.1

狠抓"发现问题"环节,突出思维的敏锐性

探究从问题开始。发现问题的能力,与个人知识积淀有关,更取决于思维的敏锐性。为提高学生思维的敏锐性,除创设引人探究时的问题情境外,还可以利用探究过程中出现的意外现象进行原因分析和反复实验查证,或利用课文中涉及的内容,不失时机地补充一些课外知识(经常是科学史中的实例),使学生受到思维敏锐性的培养。例如,在实施"探究淀粉酶的功能"这一课题时,学生独立设计并实施了实验方法步骤。开始时一部分学生未能抓住研究课题,把实验变量确定为温度或pH等,师生共同讨论,让学生发现设计中的问题,从而更加深了对课题的理解,并由此而引出"pH值(或温度)与酶活性的关系"等课题。有的学生用萌发的花生种子研磨液作为酶液;有的学生不向对照组加入与酶液等量的清水;有的学生设计得十分完美,但结果却均变为蓝色……这些有所欠缺或异常现象的出现,纯属正常,应不失时机地作为示例分析、讨论,让学生从中发现变量控制等问题,并通过进一步的探究去研究问题,最终解决问题。这样的探究过程会加深学生对实验材料的科学选择、生物学实验的独特性、无关变量的同一性和适当性等的准确理解,让学生受到探究历程中思维敏锐性的培养。

3.2

鼓励提出多种假说,培养思维的批判性和创造性

科学知识是已被逻辑、实证的相对正确的知识,科学的发展源于怀疑的态度。没有思维的批判性,就不会有创新。要在探究的过程中鼓励和引导学生从多个角度去审视现象和问题,多维认识客观世界,从而"发现"新的科学规律。探究的问题对学生往往是全新的,"新概念""新模型"的产生是培养思维批判性、创新性的奠基和催化剂。平时的教学中,应给予学生多次提出假说的实践。

探究过程中,明确了探究课题后,就该提出假说。不同学生提出的假设可能是不同的,即使是看似荒谬的假设,只要有独到的理由,就应当鼓励。如在探究体育训练基地高尔夫球场边的池塘富营养化的原因时,学生提出的假设多种多样:高尔夫球场的气候环境可能有利于池水中蓝藻的大量繁殖;在对高尔夫球场管理的过程中,人为带进了某种不利因素,抑制了蓝藻的捕食者的繁殖:保绿用的肥料被喷洒的水冲刷到池里,导致了蓝藻的大量繁殖……众多的假说,有的侧重于池塘生物因素的影响,有的则是非生物因素的影响;有的力求从池塘内部寻找答案,有的则从池塘外部寻找答案,不受统一模式的束缚,有的甚至争执得面红耳赤。不难看出学生思维的广阔性和批判性,具有一定的创新性。如果对假说逐一检验、修正,将逐步逼近正确的结论。

3.3

指导实验设计,培养思维的启发性和创造性

思维的启发性会使探究者"柳暗花明":思维的创造性会使探究者运用常人未曾想过的思路去独创性地解决问题。在实验设计的环节上,最需要培养思维的启发性和创造性。

实验设计能力的提高,不是一蹴而就的,应循序渐进。以教材中的学生实验为依托,分析实验设计的基本过程,对学生的思维过程具有启发性。以"观察根对矿质离子的交换吸附"实验为例,先让学生明确研究的目的是要"观察"到离子的交换吸附现象,必须取活根为材料,并以带颜色的基团作交换吸附的试剂,则根将被特定染料染色,否则根不变色(假设)。实验方法步骤的设计中要贯彻变量控制的原则,尽可能地设计对照实验,以保证实验的信度。先将活根尖放在适宜浓度的活体染色剂中(生物活性的维持),视其是否被染色,再用蒸铺水冲洗净浮色(以避免无关变量的干扰)后,放人CaCl₂溶液(其它无毒害的盐溶液亦可)中,视其是否褪色;为进一步确证交换吸附确由溶液中离子引起,可用蒸馏水再做"等份等量"的对照。这样的实验步骤,涉及两个对照组:一是根被染色并进一步褪色的自身对照;二是"等份等量"的条件对照,给学生对科学实验信度的维持等以启示。此外,实验设计中还涉及观察表格的预先设计、实验结果的记录以及分析推理得出结论等。

实验设计能力的提高,离不开思维创造性的培养。这方面,让学生接触一定量的经典实验,理解基本的研究方法特点是非常必要的。例如,要研究特殊物质在细胞或生物体内的定位并追踪代谢的动态过程,常用同位素示踪法。若要设计实验证明ATP在细胞内处于动态稳定状态,就可用³²p标记磷酸,并向细胞培养液中同时加人ADP,定时测定ATP总量和放射性就可得出结论。深入分析科学家运用极其精巧简单的手段解决重大的生物学问题的实例,对思维创造性的启迪极为有效。以恩吉尔曼用水绵作实验材料,借助好氧性细菌和极细光束确立光合作用的场所是叶绿体,光合作用释放O₂为例,让学生在了解实验程序的基础上,对实验取材、实验条件的控制、对比实验的设计、实验结果的检验和分析等方面作深人的剖析,学生在惊叹之余,更会体验到思维创造性的巨大价值。

实验设计能力的提高,离不开亲身体验。尝试多次探究并在探究中不断调整设计方案是不可缺少的途径。以探究植物光合作用释放O₂、消耗CO₂和呼吸作用消耗O₂、释放CO₂等实验为例,让学生分别对水生植物和陆生植物进行探究,从探究目的到实验材料的特点,再到具体实验条件的控制、理化方法的渗透运用以及实验结果的预期和分析等,无一不与思维的启发性和创造性有关。教师应不辞劳苦,绞尽脑汁般地为学生提供机会。

3.4

强调运用思维的概括性去总结规律

思维的概括性即在思想上把一般的属性结合起来,推广到同类事物的本质属性。探究式学习的过程中教师应尽量提供不同的实验材料让学生由此及彼、由特殊到一般地总结规律。

例如,在"植物对矿质离子吸收的特点"探究过程中,我们提供了knop等几种完全培养液的配方,并提供双子叶植物、单子叶植物等多种实验材料,要求每组学生在设计并讨论方案的基础上,用两种不同植物和同种培养液实施探究(含配制培养液),并要求事先列出记录表格,及时测量并记录培养液中有关离子的浓度。然后要求各自将记录的数据转换成柱形图等,以便更直观地看出变化的趋势。下图即为结果之一(注图中A、B、C代表3种矿质离子)。

学生各自分析实验结果时,常出现读图时的要素归纳不完整等问题。教师适时提示:单独看某个柱,显示的结果如何?就同种元素而言,图中的2个柱有何不同?就同种植物而言,吸收不同种元素的情况又如何?当学生明确了图中所有要素及其结果后,学生很自然地得出"××植物和××植物对矿质元素的吸收具有选择性"的结论。在此基础上,再让选用不同培养液配方、不同种植物进行实验的几组学生呈现各自的结果,让学生不仅明确各自的特殊性(绝对结果的不一致性),而且能归纳得出相同的结论,概括出植物吸收矿质离子的特点一一选择性。

我们不否认,有时的直接"告诉"是必要的,但科学素养的内涵决定了科学学习应以探究为中心,探究式学习符合学生的认知规律和科学发现过程。我们也不否认,轰轰烈烈的跨学科综合实践活动更能体现学生的综合素养。但现阶段立足学科内的探究式学习活动,是提升科学素养,改变学习方式的必经过程,是发挥课堂主阵地作用的重头戏。探究过程的发展本身首先应以学科间的时空跨度为经纬,通过探究来学习生物科学,可以使学生把生物学知识的学习与科学方法的训练结合起来,将所学知识运用于新的问题解决之中;可以让学生切身体验和认识生物一社会的关系以及生物科学的性质;还可以培养学生的科学态度和科学精神,实现科学精神和人文精神的一体化,最终通过全面提高科学素养来促进人的发展。

（摘自《中学生物教学》4/2002)