在課外活動(dòng)中培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究能力的探索與實(shí)踐

雍立華

摘 要：科學(xué)探究被普遍認(rèn)為是培養(yǎng)高中生生物學(xué)核心素養(yǎng)的有效策略之一，如何把探究活動(dòng)從課堂教學(xué)有效延伸到課外？筆者從探究理念到教學(xué)行為的轉(zhuǎn)變、課外活動(dòng)形式的選擇、探究?jī)?nèi)容的生活化，以及需要社會(huì)合力的支持等四個(gè)方面進(jìn)行分析，并用生物教學(xué)的實(shí)例對(duì)這些策略的應(yīng)用進(jìn)行了說明。

關(guān)鍵詞：課外活動(dòng);科學(xué)探究能力;高中生物;生物學(xué)核心素養(yǎng)

科學(xué)探究始于21世紀(jì)之初的生物學(xué)教學(xué)改革，在《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》（2017年版）中，得到了保持與加強(qiáng)。從生物學(xué)科核心素養(yǎng)的角度分析，科學(xué)探究是指學(xué)生能夠針對(duì)有價(jià)值的問題、疑問、難題或者想法進(jìn)行研究，基于好奇與困惑來理解生命世界和建構(gòu)知識(shí)的意愿和能力[1]。然而，在傳統(tǒng)的課堂中，科學(xué)探究能力的培養(yǎng)往往被束縛在教室這個(gè)狹小的空間，教師總是一廂情愿地把需要探究的知識(shí)灌輸給學(xué)生。聽話、遵從和認(rèn)真讀書的學(xué)生被譽(yù)為“好學(xué)生”，學(xué)生參與度低，且存在多依附思想少自我意識(shí)的現(xiàn)象，把上下課堂鈴聲作為探究的起點(diǎn)與終點(diǎn)，把教材的內(nèi)容當(dāng)作探究的金科玉律，探究的方式也是教師的個(gè)人“演講”。就這樣學(xué)生被限制在教材、教師、課堂的“牢籠”中，使他們的科學(xué)思維、創(chuàng)新精神、探究能力等均受到不同程度的壓抑和遏制，這種消極的情感大大降低生物課程的學(xué)習(xí)的效果。

課堂教學(xué)受時(shí)間的制約，有些問題不能在課堂中完全解決，還有些探究活動(dòng)不可以在課堂上進(jìn)行。為此，要增強(qiáng)學(xué)生對(duì)自然世界的好奇、欣賞和探索，我們不妨把思維的視角延伸到課外，進(jìn)行開發(fā)、設(shè)計(jì)、組織課外活動(dòng)，不僅僅是課堂教學(xué)的重要補(bǔ)充與延續(xù)，更重要的是在尋求未知的過程中，學(xué)生從被動(dòng)的接受知識(shí)者變成主動(dòng)探索者，使他們形成科學(xué)思維習(xí)慣，理解科學(xué)本質(zhì)，利于學(xué)生的長(zhǎng)足發(fā)展。

一、把科學(xué)探究的理念轉(zhuǎn)變?yōu)榻虒W(xué)行為

新課程起始階段，有些教師以各種理由抵觸探究性教學(xué)。一些教師的理由有“探究活動(dòng)需要高度依賴實(shí)驗(yàn)室，而我校條件達(dá)不到”“探究性教學(xué)對(duì)學(xué)生成績(jī)沒有幫助”“生物技術(shù)實(shí)驗(yàn)中涉及的很多內(nèi)容以前沒有進(jìn)入高校生物學(xué)教師教育的課程體系，教師本身沒有經(jīng)歷過系統(tǒng)性學(xué)習(xí)，無法幫助學(xué)生探究”等。也有些教師把科學(xué)探究局限在教材中的探究性實(shí)驗(yàn)，并且對(duì)其僵化地理解，尋找固定的套路。其實(shí)對(duì)學(xué)生的科學(xué)探究能力的培養(yǎng)是一個(gè)非線性的過程，是無處不在的，教師需要結(jié)合多種策略和技能，沒有必須要遵循的既定步驟和固定套路，形式很靈活，內(nèi)容可以是創(chuàng)新的，也可以是教材的重組。探究活動(dòng)能否開始的關(guān)鍵在于教師是否能將探究理念植入到教學(xué)行為中。

教師在教學(xué)中應(yīng)有意識(shí)地設(shè)計(jì)和實(shí)施科學(xué)探究活動(dòng)，以學(xué)生為中心，鼓勵(lì)學(xué)生提出真正的科學(xué)問題，學(xué)生所有假設(shè)性的回答都應(yīng)該受到重視，允許學(xué)生擁有適度的自主權(quán)，讓學(xué)生有機(jī)會(huì)去尋找解決問題的途徑，有機(jī)會(huì)去表達(dá)和交流。例如：在“檢測(cè)生物組織中的還原糖”實(shí)驗(yàn)中，教材對(duì)其檢測(cè)要求是：將0.1g/mlNaOH溶液和0.05g/mlCuSO4溶液等體積混合，取混合液1ml加入組織樣液中，在50～65℃下水浴加熱，從而生成磚紅色沉淀。個(gè)別學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)當(dāng)溫度高于65℃時(shí)反應(yīng)也能發(fā)生。學(xué)生提問：“斐林試劑與還原糖發(fā)生反應(yīng)的溫度范圍到底是多少？”學(xué)起于思，思源于疑，教師及時(shí)抓住了這個(gè)培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究能力的機(jī)會(huì)，為學(xué)生營(yíng)造了一個(gè)能夠促進(jìn)學(xué)生參與科學(xué)探究的氛圍，并提供教學(xué)資源和環(huán)境支持。學(xué)生自己設(shè)計(jì)并進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)，他們?cè)诮滩膶?shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上設(shè)置不同的水浴溫度40℃、50℃、60℃、70℃、80℃、90℃、100℃，在同一溫度下重復(fù)三次，觀察記錄是否出現(xiàn)磚紅色，以及出現(xiàn)磚紅色所用的時(shí)間。最后發(fā)現(xiàn)還原糖與斐林試劑出現(xiàn)磚紅色沉淀在50～100℃水浴下均可發(fā)生;且在此溫度范圍內(nèi)，溫度越高，反應(yīng)速度越快，現(xiàn)象越明顯。在此次實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)中，教師針對(duì)學(xué)生活動(dòng)中的表現(xiàn)進(jìn)行有效評(píng)價(jià)，例如：學(xué)生是否選擇恰當(dāng)?shù)姆椒?、設(shè)計(jì)是否科學(xué)、結(jié)果是否支持結(jié)論等。通過此次探究活動(dòng)學(xué)生不僅熟悉了實(shí)驗(yàn)操作過程，增強(qiáng)了學(xué)習(xí)生物的成就感和自信心，提高了實(shí)驗(yàn)探究能力，更可貴的是學(xué)生深刻地理解了科學(xué)結(jié)論的得出必須建立在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，且科學(xué)探究要有批判性思維、勇于向權(quán)威挑戰(zhàn)的勇氣，不是盲目地相信教材，囿于定論。

二、選擇合適的活動(dòng)形式，為每一位高中生提供自由的探究平臺(tái)。

課外活動(dòng)的形式多樣，高中常見的有社團(tuán)活動(dòng)、夏令營(yíng)、研究性學(xué)習(xí)活動(dòng)、科學(xué)家進(jìn)校園、科技月活動(dòng)、參觀科技館等，可以滿足不同程度學(xué)生隨時(shí)隨地探究。例如：我校每年邀請(qǐng)科學(xué)家進(jìn)校園，讓學(xué)生近距離享受高端先進(jìn)的科學(xué)盛宴;每年都會(huì)組織學(xué)生參觀大學(xué)，有機(jī)會(huì)了解大學(xué)的圖書館，甚至走進(jìn)高校的部分實(shí)驗(yàn)室。此類活動(dòng)中，學(xué)生可以體會(huì)科學(xué)研究的學(xué)術(shù)氣氛與樂趣，可以與科學(xué)家進(jìn)行面對(duì)面的交流，更可貴的是可以引導(dǎo)學(xué)生用探索的眼光，看待生活，從而不斷地認(rèn)識(shí)自己的潛能，明晰志向。有一位同學(xué)在日志中寫道：“有幸走進(jìn)分子生物實(shí)驗(yàn)室，看著那些神秘的、具有魔力的設(shè)備，看見大學(xué)教師和學(xué)生一起做科學(xué)研究，我心里暗自發(fā)誓，砥礪前行，終有一天我會(huì)叩開自己鐘愛的生命科學(xué)的大門，走上科學(xué)探索之路?！?/p>

我最常利用社團(tuán)活動(dòng)來發(fā)展學(xué)生的愛好和培養(yǎng)科學(xué)探究能力。針對(duì)學(xué)習(xí)能力稍弱的學(xué)生，尊重學(xué)生的個(gè)性選擇，帶領(lǐng)他們開展過植物的觀察與識(shí)別、雞蛋標(biāo)本與不倒翁的制作、葉脈書簽等生物藝術(shù)標(biāo)本的制作等。針對(duì)社團(tuán)中里一些“吃不飽”的學(xué)生，發(fā)揮學(xué)生的特長(zhǎng)，以探究實(shí)驗(yàn)為主，具體活動(dòng)內(nèi)容與學(xué)生協(xié)商確定，但必須富有挑戰(zhàn)性。例如：社團(tuán)中有幾位學(xué)生對(duì)學(xué)校最新引進(jìn)的“朗威數(shù)字實(shí)驗(yàn)室”十分感興趣，很多教師對(duì)這一新生事物的出現(xiàn)表現(xiàn)出了畏難情緒，但我的社團(tuán)中學(xué)生卻是最先掌握該系統(tǒng)的操作，甚至反過來指導(dǎo)教師。在“以膀胱膜為實(shí)驗(yàn)材料探究半透膜也具有選擇透過性”“探究哺乳動(dòng)物和變溫動(dòng)物的呼吸作用的變化”“探究來自兩個(gè)種群的中華草龜?shù)暮难趿坎町悺钡葘?shí)驗(yàn)中學(xué)生選擇了靈敏快捷的“朗威數(shù)字實(shí)驗(yàn)室”。他們中有的擅長(zhǎng)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，有的優(yōu)于數(shù)據(jù)處理，還有的動(dòng)手能力強(qiáng)，通過社團(tuán)探究活動(dòng)給每一位社員帶來心智的拓展、思維的躍進(jìn)，情感的愉悅和升華。

三、結(jié)合地域特色，將課程生活化，提升探究的興趣與價(jià)值

生活中蘊(yùn)含著大量鮮活的生物課程資源，若遠(yuǎn)離了生活，也就意味著學(xué)生失去了課程的另一半世界。為此，教學(xué)中應(yīng)體現(xiàn)“源于生活，寓于生活，用于生活”的理念。將學(xué)科教學(xué)向生活的各個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用、開拓和延伸，指導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)觀察并體驗(yàn)生活，使他們具有敏銳的雙眼和勤于思考的大腦。

例如：在學(xué)到“生長(zhǎng)素的發(fā)現(xiàn)”這一節(jié)中，學(xué)生在以小麥胚芽鞘為材料探究植物的向光性實(shí)驗(yàn)中，一位學(xué)生偶然發(fā)現(xiàn)：同等培養(yǎng)條件下，為什么在黑暗條件下很多同學(xué)測(cè)得胚芽鞘長(zhǎng)度明顯不同？在單側(cè)光下不同胚芽鞘彎曲度也存在很大差異？學(xué)生自行組成興趣小組，通過查閱資料學(xué)生給出了多種原因，其中較為合理的解釋是小麥的品種不同導(dǎo)致胚芽鞘生長(zhǎng)不同。之后又有學(xué)生查閱文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)胚芽鞘長(zhǎng)度可以作為抗旱性高低的鑒定指標(biāo)，于是教師又組織同學(xué)進(jìn)行再探究這種說法的可信度。學(xué)生的設(shè)計(jì)和操作大致過程如下：用20%PEG-6000作為滲透介質(zhì)模擬干旱，并對(duì)來自于寧夏本土的20種抗旱性不同的春小麥進(jìn)行干旱脅迫，測(cè)定和比較分析胚芽鞘長(zhǎng)度。結(jié)果說明，滲透脅迫下，在一定范圍內(nèi)胚芽鞘長(zhǎng)度與抗旱性成正相關(guān)。本探究實(shí)驗(yàn)為寧夏抗旱性品種的選育提供了良好的指標(biāo)，為寧夏不同降水地區(qū)選擇了相應(yīng)的栽培品種，給學(xué)生帶來了極大的自豪感。

四、社會(huì)各界形成合力，共同培養(yǎng)探究性后備軍

部分中學(xué)存在設(shè)備落后、師資力量薄弱等問題，嚴(yán)重地限制了學(xué)有余力的高中生的發(fā)展，培養(yǎng)探究型后備軍靠中學(xué)本身的力量是微弱的，仍需要社會(huì)各界形成合力。中學(xué)可以與科研單位或高校協(xié)商，讓少數(shù)具有科學(xué)家潛質(zhì)的高中生進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室，通過沉浸式體驗(yàn)，激發(fā)他們對(duì)科學(xué)探索的熱情，培養(yǎng)和提高他們發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力。下面這個(gè)例子就是我與寧夏大學(xué)進(jìn)行合作培養(yǎng)中學(xué)生科學(xué)探究能力、增長(zhǎng)學(xué)生見識(shí)的很好例子。

我在講授“遺傳信息的攜帶者——核酸”時(shí)介紹了DNA指紋法在案件偵破、親子鑒定等方面的重要用途。有一位學(xué)生提出：“寧夏枸杞是‘寧夏五寶’之首，其色澤鮮艷，果粒大，皮薄肉厚甘甜，品質(zhì)超群，是食用與藥用之上好佳品?！侗静菥V目》中記載：‘全國(guó)入藥杞子，皆寧產(chǎn)也?！瘜?duì)寧夏枸杞給予了高度的肯定，然而現(xiàn)在許多市場(chǎng)中卻出現(xiàn)魚目混珠的現(xiàn)象，許多劣質(zhì)的枸杞也貼上了‘寧夏枸杞’的標(biāo)簽，我們?nèi)绾斡肈NA指紋來鑒別出真假寧夏枸杞？”

教師指導(dǎo)學(xué)生查閱資料發(fā)現(xiàn)，由于DNA分子存在種屬和個(gè)體之間的特異性，而且DNA是遺傳信息的主要載體，因此，DNA指紋圖譜可以作為枸杞種屬個(gè)體差異的可靠鑒定手段。學(xué)生再次查閱資料發(fā)現(xiàn)DNA分子標(biāo)記技術(shù)分為很多類型，在寧夏大學(xué)導(dǎo)師和研究生的指導(dǎo)下，學(xué)生選擇了RAPD技術(shù)。該技術(shù)基于PCR擴(kuò)增DNA分子之后，經(jīng)過電泳分離和溴化乙錠染色后在紫外線下觀察和照相，記下RAPD指紋。學(xué)生在某網(wǎng)站購(gòu)買了九種被貼上“寧夏枸杞”標(biāo)簽的枸杞果實(shí)，樣本運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室后，與寧夏枸杞品種推廣面積最大、質(zhì)量最優(yōu)的寧杞1號(hào)（對(duì)照組）共同在寧夏大學(xué)生物實(shí)驗(yàn)室提取DNA，進(jìn)行基因組DNA純度和質(zhì)量檢測(cè)，PCR反應(yīng)體系的優(yōu)化，隨機(jī)引物的篩選等。最終獲得了包括對(duì)照在內(nèi)的十個(gè)樣品的DNA指紋圖譜。鑒定結(jié)果是有三個(gè)樣品不是寧夏枸杞，其余為地道的寧夏枸杞正品。由實(shí)驗(yàn)結(jié)果清晰地得出結(jié)論，DNA指紋圖譜技術(shù)可以用于寧夏枸杞真?zhèn)蔚蔫b定，為構(gòu)建寧夏枸杞質(zhì)量控制評(píng)價(jià)體系提供科學(xué)依據(jù)。

本實(shí)驗(yàn)中用到的主要設(shè)備有：PCR儀、電泳儀、核酸檢測(cè)儀、凝膠成像系統(tǒng)等均由寧夏大學(xué)提供，就寧夏回族自治區(qū)而言，沒有任何一所中學(xué)擁有這些設(shè)備。本實(shí)驗(yàn)的難度也非高中生能夠獨(dú)立完成，其順利開展得到了政府、學(xué)校、教師、家庭的支持。此實(shí)驗(yàn)中所涉及的多數(shù)內(nèi)容如PCR技術(shù)、電泳、DNA提取等在高中教材中都有，絕大多數(shù)教師講到相應(yīng)內(nèi)容時(shí)由于獲得不了社會(huì)合力的支持無奈地選擇“紙上談兵”，即畫出重點(diǎn)，讓學(xué)生死記硬背！

結(jié)束語

課堂中教師精心地組織學(xué)生經(jīng)歷探究過程，課外也讓學(xué)生科學(xué)探究運(yùn)轉(zhuǎn)起來，在時(shí)間上進(jìn)行跨越與延續(xù)，在空間上進(jìn)行拓展與開放。通過經(jīng)常性和系統(tǒng)性的課外活動(dòng)，教會(huì)了學(xué)生通過自我探索增長(zhǎng)知識(shí)、認(rèn)識(shí)自然世界，進(jìn)一步培養(yǎng)了學(xué)生的一些品質(zhì)，如敢于創(chuàng)新、勇于質(zhì)疑、大膽發(fā)問，同時(shí)訓(xùn)練了學(xué)生思維的靈活性和獨(dú)創(chuàng)性，促進(jìn)了學(xué)生個(gè)性的和諧和全面發(fā)展。如果說課堂是知識(shí)的獲取、方法的演練、能力的訓(xùn)練，情感的體驗(yàn)，那么課外探究便是知識(shí)的應(yīng)用、方法的整合、能力的增強(qiáng)、情感的升華。

參考文獻(xiàn)

[1]劉恩山，曹保義.普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）解讀[M].北京：高等教育出版社，2018：47.