基于科学史经典实验的探究式教学模式初探
王美军刘赛男
(北京市十一学校北京100039)
《普通高中生物学课程标准(2017年版)》(以下简称《课程标准》)指出,学科核心素养是学科育人价值的集中体现,是学生通过学科学习而逐步养成的正确价值观念、必备品格和关键能力。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四部分内容。如何在教学中落实核心素养成为一线教师亟待研究的课题。
“科学探究”是指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交流与讨论的能力。学生应在探究的过程中,逐步增强对自然现象的好奇心和求知欲,掌握科学探究的基本思路和方法,提高实践能力;在探究中,学生应乐于并善于团队合作,勇于创新。下文将课本知识融入到生物科学史的经典实验中,创设真实的问题情境,让学生去体验、去探究,在解决真实问题的过程中培育学生的“科学探究”核心素养,旨在构建一种基于科学史经典实验的探究式教学模式,以在保证课程基础性的同时,尊重学生多样化的发展需求,实现从内容本位向学生发展本位的转变。
探究式教学,即按照科学探索的一般规律,创设学生“有所发现”的教学情境,引导学生通过搜集资料、设计并操作实验、调查和观察、讨论等活动进行研究,从而使学生得出结论。
从形式上来说,探究式教学大致可以分为以下五个阶段:①教师设法激起学生的认知冲突,引导学生围绕科学问题、事件或现象展开讨论,激发学生的求知欲望。②学生通过动手做实验,体验实验过程,观察并记录实验结果。③学生分析、解释数据,对个人观点进行综合分析,建立认识客观世界的模式或模型,形成科学认知。④学生将所学知识运用于新情境,以拓宽对知识的理解,形成新技能。⑤教师与学生共同回顾与评价所学内容与学习方法。
从本质上来说,探究式教学研究需要解决的问题包括以下三个方面:①使学生能够感受到知识的缺乏。②鼓励学生发表不同意见。③通过实验证据解决学生的问题。
科学史经典实验的研究过程与探究式教学模式的本质需求高度符合,因此,本研究借用科学史经典实验来进行探究式教学。科学史经典实验的教育意义在于以下四个方面:①教师以故事的形式呈现科学史上的经典实验,结合科学家的个人生活与所处时代,将科学主题人性化,可以让学生对生物学学习更感兴趣。②许多科学史经典实验是典型的科学探究过程,教师可以用其培养学生的科学探究能力。③教师将科学史经典实验和课本知识相关联,可以让学生更好地理解科学概念与科学方法。④教师借助科学史经典实验,可以让学生感悟科学理论的发展和变化过程,提升学生独立思考问题的能力,同时培养学生的怀疑与批判精神。
生物科学是一门实验性学科,教材中的每个知识都是来源于科学史上的经典实验。面对如此丰富的科学史经典实验库,教师需要精心筛选和整合后,才能将其用于高中生物学课堂教学。本研究基于核心素养和教学目标筛选典型的科学史,对实验目的、实验材料、实验设计、实验结果、实验结论、创新点、改进方法、新的研究问题等进行改编、设计。教师在生物学科大概念的引领下,确定单元学习任务,通过实施改编的科学史经典实验,设计科学史经典实验的探究式教学,最终使教学指向生物学科核心素养的落地(图1)。
图1设计科学史经典实验教学的工作流程
教师基于“细菌耐药性产生的机理”经典实验,设计了探究式任务“细菌大战抗生素”——筛选耐药菌。
(1)确定单元学习目标
教师根据“生物的进化”单元学科大概念“生物的多样性和适应性是进化的结果”,确定单元学习目标:①学生能了解地球上的现存物种丰富多样,认识到它们来自共同祖先。②能解释适应是自然选择的结果。
(2)设计探究式学习任务
在单元学习目标的引领下,教师设计了探究式学习任务:细菌大战抗生素——筛选耐药菌,并规划了探究式教学的流程(图2)。
图2“细菌大战抗生素——筛选耐药菌”探究式教学流程
(3)筛选科学史经典实验
教师筛选1952年“细菌耐药性产生的机理”等原始科研文献供学生阅读。学生通过阅读原始文献,可以认识到微生物的抗药性是在未接触药物前自发产生的,并且这种抗药性参与了微生物对新环境的适应。
(4)改编设计课堂科学探究实验
在阅读文献的基础上,教师引导学生根据探究式学习任务:细菌大战抗生素——筛选耐药菌,讨论设计了科学探究实验:细菌耐药性实验。
(5)落实学科核心素养
学生通过对科学史经典实验的文献研究、讨论与交流,确定实验方案,并通过亲身体验实验,获得真实的实验数据,最终形成科学认知:细菌的突变是普遍存在的,不同细菌个体本身就存在抗药性差异,抗生素只是对其进行筛选。这样的探究式学习不仅使学生学习了知识,还给学生留下了深刻印象,更培养了学生的科学探究和科学思维能力,提高了学生的生物学学科核心素养