1、高中生物课程标准教材探究活动的设计和教学建议赵占良教育部 2001 年印发的基础教育课程改革纲要(试行)明确指出,基础教育课程改革的具体目标之一是:“改变课程实施过于强调接受学习、死记硬背、机械训练的现状,倡导学生主动参与、乐于探究、勤于动手,培养学生搜集和处理信息的能力、获取新知识的能力、分析和解决问题的能力以及交流与合作的能力。 ”教育部 2003 年颁布的普通高中生物课程标准(实验)(以下简称标准)对改变学生的学习方式、提高学生的科学探究能力也同样高度重视,在“内容标准”中列出了学生必做和建议做的科学探究活动。可见,搞好科学探究活动的设计和教学,对于落实课程改革目标、实施标准具有十分重要
2、的意义。1 教材中科学探究活动的设计1.1 教材中科学探究活动设计的原则 包括以下几方面:(1)应当体现课程标准的要求 标准对科学探究能力提出了 11 项要求,教材要根据这 11 项要求来设计相应的探究活动。 标准的内容标准部分,针对具体教学内容提出了相应的活动建议,这些活动建议是教材中探究活动设计的重要参考,也可以视教学内容的相关性和活动的可行性而做调整。某些探究活动是列在标准的具体内容标准中的,这些探究活动是要求每个高中学生必做的,在教材中必须认真落实,如“尝试建立真核细胞的模型”,“研究影响光合作用速率的环境因素”,“观察细胞的有丝分裂并概述其过程”,“搜集生物变异在育种上应用的实例”,
3、“探讨生物进化观点对人们思想观念的影响”,“尝试建立数学模型解释种群的数量变动”,“讨论某一生态系统的结构” 。(2)应当以建构知识、发展能力为主要目标 一项探究活动的设计,应当首先考虑学生通过这项活动建构哪些知识,如何建构这些知识;发展哪些方面的探究能力,确定能力目标侧重点,在活动方案中提出要求。(3)应当与初中生物学教材相衔接 初中生物课程标准实验教材中安排了许多探究活动,关于科学探究的过程、方法和技能,学生已经有一定的基础,因此,高中生物学教材中科学探究活动的设计应当考虑与初中课标教材的衔接问题。例如,关于探究的一般过程(六个环节)、观察法、实验法、调查法等,初中教材中已经介绍,并安排了
4、相应的活动,高中教材应当避免简单重复。(4)应当以科学方法为重要线索 以往教科书中实验内容的选取和安排基本是以知识为线索的,往往是先设计好教科书的知识体系乃至详细编写提纲,然后再针对各章节知识内容配上实验。因此,实验基本上是依附于知识内容而存在的。全书实验的安排缺乏科学方法上的整体考虑。换言之,传统教科书知识体系的完整性是以牺牲科学方法体系的完整性为代价的。为避免重蹈覆辙,应当在设计教科书知识体系的同时,设计完整的科学方法体系,然后将两者进行整合,使之形成有机的整体。按课程标准的要求,中学生在生物学课中重点学习科学探究的一般方法。以实验的方法为例,如何选择实验材料,如何设置对照,如何控制实验条
5、件特别是可变因素,如何设置重复组,如何减少实验误差,如何记录和分析实验数据等,都需要精心设计相应的活动来引导学生学习和领悟。(5)探究活动的类型应当丰富多样 按照生物课程标准的要求,只要是学生积极主动地获取生物科学知识、领悟科学研究方法而进行的各种活动,都是科学探究活动。科学探究通常包括提出问题、作出假设、制定计划、实施计划、得出结论和表达交流这六个环节。之所以说“通常包括”,有并非千篇一律的意思。问题是探究的发端,但作出假设并非所有的探究所必需的环节。制定和实施计划实际上就是收集证据。收集证据的途径有观察、实验、模拟实验、调查、收集和分析资料等。因此,教科书中的科学探究活动可以依收集证据方法
6、和途径的不同,而提供不同的活动建议。就某一具体教学内容来说,究竟设计成哪一种活动,要视内容特点、学生基础和中学条件而定。(6)应当体现开放性和引导性的统一 要通过探究活动培养学生的探究能力,就必须给学生充分的动手动脑的机会,要求学生自主提出问题、制订探究方案和实施探究,也就是说,探究活动的编写应给学生的自主性留出较充足的空间。但是,如果探究活动的设计开放性过大,学生可能会茫然无措。因此,还需要适当的引导。比如,通过一定的提示,提供给学生思考问题的线索,或通过一些思考题,使学生在材料的选择或实验设计上得到一定启发,等等。(7)应当具有合理的能力梯度 学生科学探究能力的培养决不是一蹴而就的,需要经
7、过模仿、练习、部分独立设计、独立设计等阶段。因此,教科书中科学探究活动的设计应当具有合理的能力梯度。比如,关于提出问题的能力,学生一开始学习生物学,往往不知道如何提出问题,提出的问题可能没有探究价值,这就需要先安排一些给定问题的探究,教科书在给出问题时应当提供一定的问题情境,让学生明白问题的由来。也可以先安排一些简单的问题情景,引导学生自己提出问题;接下来安排的探究活动,可以就具体的问题情境,提出几个问题,让学生从中选择他们最想探究的问题;最后安排由学生独立提出问题的活动。再比如实验方案的设计,应当先通过具体的案例,让学生明白什么是对照实验,如何设计对照实验,如何按照或参考既定的实验方案完成实
8、验操作,然后让学生自己设计对照实验。1.2 教材中科学探究活动的类型 科学探究是有多个侧面的活动,可以是观察、实验或调查,也可以是资料的搜集和分析;有的侧重在探究的某个环节,有的则是较完整的探究。人教版教材中的探究活动按其在写法和能力目标上的不同,分为实验、探究、模型建构、资料分析、资料搜集和分析、思考与讨论、技能训练和调查等类型,这些类型的名称只是为了区别活动栏目的特点而设置的,不是严格的科学方法意义上的分类。详见表 1。2 教师对科学探究活动的指导2.1 制订切实可行的探究活动教学计划 制订计划是有效教学的一个关键环节。在开学前,教师应该根据标准的要求,确定所教年级学生在探究能力方面应当达
9、到的目标;再分析教材,对教材中探究活动的数量和类型,以及各探究活动的能力目标侧重点、需要的时间和物质条件等进行系统而深入的分析,结合本校的实际条件,确定要学生做的探究活动。制订的计划应当尽可能落实。但是,也可以根据教学的实际情况进行调整。一次探究活动可以因学生的兴趣浓厚而适当延长时间,或者因为发现新的问题而鼓励学生进行预设之外的探究。2.2 了解学生的知识背景、生活经验、技能水平及兴趣、性格等心理特征 教师计划让学生做的探究活动,所探究的问题应当是学生渴望知道答案的问题,探究所用到的知识和技能应当是学生基本具备或经过学习可以具备的,因此,在制订教学计划和实施计划的过程中,教师应当想方设法了解学
10、生。有时,学生头脑中一些与科学相抵触的甚至幼稚可笑的想法或错误概念,都可能在教学上产生重要的价值,比如引发学生的认知冲突、诱导他们提出问题、激发他们探究的欲望等。2.3 精心做好探究活动的组织 在课堂上的探究活动中,教师是探究活动的组织者。探究活动的基本组织形式是小组合作。要有能切实负责的小组长(经必要的培训更好),不同潜质的成员组合为一个小组(异质分组),小组内有明确的分工。比如,大家共同商定探究计划,有人负责操作,有人协助操作,有人负责观察和记录,有人负责在班上汇报和交流。小组内成员的角色可在不同活动中转换,使每个成员都有在不同方面得到锻炼的机会。在一个模块的学习过程中,小组组成可做一次或
11、两次变换。在一次探究活动中,教师可根据本活动的目标侧重点,组织一次或一次以上小组间交流的活动,其程序一般依次是:小组代表发言、其他成员补充(如果需要)、其他小组质疑(或评价)、本小组答辩、教师总结。对于资料分析、思考与讨论、简单的实验等活动,这样的组间交流安排一次即可,如果课时紧,可让部分小组发言,下次探究活动再让其他小组发言。大型的探究活动(如持续 1 课时),可根据教学目标侧重点,除最后的“表达和交流”环节外,还可选择探究的某几个环节进行小组间的交流,如提出问题的交流、实验设计方案的交流等。在实验或调查类活动中,教师还应该对有关仪器、药品、工具等的使用做必要的说明,特别是对安全事项,一定要
12、再三强调,并且告知学生发生意外时的处理措施。2.4 深入做好探究活动的引导 在探究活动开始前,激发学生探究的欲望、引导学生提出问题是探究教学成功的前提。这就需要教师创设问题情境。创设问题情境的基本思路是呈现活生生的现象,使之与学生已有的知识或经验产生认知冲突,或者使学生产生强烈的好奇心。这里所说“活生生的现象”,可以来自生产和生活领域,也可以来自科学史或科学研究案例。教材中每节的“问题探讨”和“探究”中的情境材料为此提供了可供借鉴的具体思路。在作出假设和预期环节,要引导学生充分调动已有的知识和经验,不要凭空臆测。在制订探究计划环节,可在材料选择、实验设计等方面给予适当提示,或呈现几道思考题让学
13、生讨论,以此来理顺设计思路,再引导学生将设计思路细化为可操作的步骤。在实施计划等环节,教师要深入到每一个小组中巡回指导。巡视过程中一定要认真观察,适时给予适当的指导。 “成功的教师不仅知识渊博、知道科学该如何学习而且善于观察。教师采取行动要适应学生们的特定要求,要善于选择指导学生的时机和方法。 ”(引自美国国家科学教育标准)2.5 应当注意的其他问题 在探究活动的教学设计中,有三个问题是值得注意的:(1)要处理好探究活动教学与知识教学的关系 有的教师认为探究活动主要是让学生领悟方法,培养能力,知识教学要靠讲述。因此,往往因知识内容讲不完而将探究活动的课时一压再压,甚至不开展探究活动。其实,探究
14、活动的重要目标之一就是建构知识。例如,必修 1 教材中“比较过氧化氢酶在不同条件下的分解”实验,有的教师认为此实验的主要目标在科学方法方面,即控制变量、设计对照实验,因此,教学中绝大部分时间是让学生分析实验中的对照组和实验组的设计,辨析自变量、因变量和无关变量的概念,让学生从头设计这个书上写得明明白白的实验。这样就忽视了本实验的知识目标:通过给过氧化氢加热,让学生理解化学反应活化能的概念;通过往过氧化氢溶液中加 FeCl3 和肝脏研磨液,让学生理解催化剂的作用是降低化学反应的活化能,而生物催化剂降低活化能的效果更加显著。这个实验的教学,可以先让学生照教材的实验指导去做,然后分析实验现象,在教师
15、引导下得出结论,建构活化能的概念,理解酶的催化作用本质上是降低化学反应的活化能;再引导学生分析这个实验的科学方法,理解对照实验的设计思路。这样知识目标和方法目标就统一起来了,并不浪费时间。(2)要对科学探究有深入的理解,对教材中探究活动指导的编写意图能准确把握 就科学探究过程而言,提出问题这一环节要求学生学会提科学的问题、有探究价值的问题、可以探究的问题;作出假设一定要针对提出的问题来做,不能答非所问;得出的结论一定要通过对实验结果与假设和预期的逻辑吻合度的分析来得出,不能将现象当做结论,或将假设和预期抛在一边,得出其他不相干的结论。有的教师对教材中探究指导写法的用意不甚明了,教学中生搬硬套。
16、例如,教材中一些探究中的参考案例,是为了帮助学生提出问题、作出假设或设计实验而编写的,并非鼓励学生照搬,教师应该在引导学生阅读的同时,鼓励学生自主探究。(3)应当走出认识上的一些误区,将探究活动扎扎实实开展起来 有的教师认为,学生做实验会耗费大量时间,考试中遇到实验题却不一定得高分,于是在课堂上将实验条分缕析,精讲细练,将科学方法也当做知识来讲授。试想,如果学生分析问题、解决问题的能力得不到提高,能期望他们在能力立意的考试中高中吗?而分析和解决问题能力的提高,只能通过他们亲身参与的探究活动,别无他途。当然,新课程强调培养学生的科学探究能力,并非是为了学生应对考试,而是为了适应学生在现代社会终身发展的需要,为了适应我国创新型国家建设对人才的需要。总之,重视科学探究已经成为现代科学教育的重要特征;标准对学生科学探究能力的发展提出了明确的目标;教材根据标准的要求,在科学方法体系的构建和科学探究活动的设计上做了一系列改进,这就对广大高中生物学教师提出了新的更高的要求。我们相信,只要大家认真钻研标准,深入分析教材中科学探究活动的设计意图,充分利用各方面的课程资源,扎扎实实地引导和组织学生开展科学探究活动,不断总结经验,我国的高中生物学教育就一定能够迈上新的台阶,在创新型国家建设中做出更大的贡献。
