陳嘉 張衛(wèi)東
[摘 要]科學(xué)探究是生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的重要內(nèi)容。文章對科學(xué)探究的認(rèn)識、特點(diǎn)、意義等概念進(jìn)行梳理,從教學(xué)環(huán)境、教師、學(xué)生、教學(xué)方法或模式四個方面分析科學(xué)探究素養(yǎng)培養(yǎng)的主要障礙,對科學(xué)探究素養(yǎng)的培養(yǎng)策略進(jìn)行總結(jié)分析,并據(jù)此分析現(xiàn)有的有關(guān)科學(xué)探究素養(yǎng)的研究的不足,旨在為初高中生物學(xué)教學(xué)加強(qiáng)科學(xué)探究素養(yǎng)培養(yǎng)提供一些建議與參考。
[關(guān)鍵詞]科學(xué)探究;中學(xué)生物學(xué)教學(xué);核心素養(yǎng);研究綜述
[中圖分類號]? ? G633.91? ? ? ? [文獻(xiàn)標(biāo)識碼]? ? A? ? ? ? [文章編號]? ? 1674-6058(2023)23-0086-04
《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版2020 年修訂)》(以下簡稱《課標(biāo)》)中指出生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)包括生命觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究和社會責(zé)任。科學(xué)探究是生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的重要內(nèi)容,科學(xué)探究對學(xué)生解決生物學(xué)問題、提升生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)具有重要作用。近年來,對科學(xué)探究素養(yǎng)的教學(xué)研究受到廣泛關(guān)注與重視。
一、文獻(xiàn)統(tǒng)計(jì)分析
在中國知網(wǎng)(CNKI)數(shù)據(jù)庫中以“生物學(xué)科學(xué)探究”為主題進(jìn)行檢索,截至2023年2月共檢索出3421條結(jié)果。2017年之前年發(fā)文量不超過200篇,自2018年教育部正式發(fā)布《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版)》后,發(fā)文量明顯上升,2018年相關(guān)發(fā)文量332篇,2019年達(dá)到峰值533篇,其中博碩士論文762篇。在全部以生物學(xué)科學(xué)探究為主題的教學(xué)研究中,“實(shí)驗(yàn)教學(xué)”同時作為主題占比3.62%,可見科學(xué)探究素養(yǎng)的培養(yǎng)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)息息相關(guān)。
由以上結(jié)果可知,生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)提出之后關(guān)于科學(xué)探究素養(yǎng)的研究發(fā)展較快,但是大多停留在理論研究層面上,真正進(jìn)行科學(xué)探究素養(yǎng)培養(yǎng)的教育實(shí)驗(yàn)相對較少。如何真正落實(shí)科學(xué)探究素養(yǎng)的培養(yǎng)還有待進(jìn)一步思考解決。
二、國內(nèi)研究現(xiàn)狀
筆者結(jié)合在中國知網(wǎng)檢索得到的近五年的相關(guān)文獻(xiàn)對我國有關(guān)中學(xué)生物學(xué)教學(xué)中科學(xué)探究素養(yǎng)的研究成果進(jìn)行梳理,具體包括科學(xué)探究的含義及培養(yǎng)意義、科學(xué)探究素養(yǎng)培養(yǎng)的主要障礙、科學(xué)探究素養(yǎng)培養(yǎng)策略的研究三個方面。
(一)科學(xué)探究素養(yǎng)的含義及培養(yǎng)意義
1.科學(xué)探究素養(yǎng)的含義
《課標(biāo)》對科學(xué)探究的定義是“能夠發(fā)現(xiàn)現(xiàn)實(shí)世界中的生物學(xué)問題,針對特定的生物學(xué)現(xiàn)象,進(jìn)行觀察、提問、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、方案實(shí)施以及對結(jié)果的交流與討論的能力”。
對于科學(xué)探究素養(yǎng),研究者紛紛提出了自己的見解。趙占良認(rèn)為,生物學(xué)“科學(xué)探究”包含發(fā)現(xiàn)和提出問題、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、實(shí)施方案、交流討論等能力要素,同時還包含好奇心和求知欲、合作、創(chuàng)新等情意品質(zhì)要求[1]。張春雷提到,每個生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)都有其知識基礎(chǔ)、能力表現(xiàn)和情感、態(tài)度、價(jià)值觀的生成??茖W(xué)探究包含相關(guān)知識和提問、猜想、探究合作等能力,以及求真科學(xué)精神等的生成[2]。林萍作為初中生物學(xué)教師,提出“科學(xué)探究素養(yǎng)是指學(xué)生在學(xué)習(xí)初中生物學(xué)知識時,發(fā)現(xiàn)問題、設(shè)計(jì)問題解決方案、實(shí)施解決問題以及得出結(jié)果和歸納總結(jié)的能力”“從細(xì)節(jié)上科學(xué)探究素養(yǎng)還包括學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作能力”[3]。羅佩琴指出,初中生物培養(yǎng)科學(xué)探究素養(yǎng)主要包括培養(yǎng)學(xué)生的問題意識、自主挑選探究課題的能力并讓學(xué)生能夠根據(jù)自己提出的問題作出假設(shè)、制訂實(shí)驗(yàn)方案、實(shí)施計(jì)劃以及自主探究評價(jià)與反思[4]。
2.培養(yǎng)科學(xué)探究素養(yǎng)的意義
科學(xué)探究素養(yǎng)是生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的重要組成部分,也是每個學(xué)生的必備品格和關(guān)鍵能力,培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究素養(yǎng)具有重要的意義。張明通過教學(xué)實(shí)踐發(fā)現(xiàn),在高中生物學(xué)課堂中融合科學(xué)探究可以有效提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和考試成績[5]。周艷玲針對科學(xué)探究素養(yǎng)與其他素養(yǎng)的關(guān)系,指出在科學(xué)探究過程中可以形成生命觀念、鍛煉科學(xué)思維、認(rèn)識社會責(zé)任[6]。左開俊從三個方面說明科學(xué)探究的意義:作為一種研究方法,其滲透著生命科學(xué)的工作范式、深化了生本課堂的和諧共生;作為一種學(xué)習(xí)方式,不僅能引導(dǎo)學(xué)生建構(gòu)生物學(xué)知識,還能促成學(xué)生完成實(shí)踐性創(chuàng)新;作為一種教學(xué)手段,能延展學(xué)生的學(xué)習(xí)視角并拓展學(xué)生的認(rèn)知視界[7]。
(二)科學(xué)探究素養(yǎng)培養(yǎng)的主要障礙
關(guān)于現(xiàn)階段科學(xué)探究素養(yǎng)的培養(yǎng)過程中存在的問題及可能遇到的障礙,主要包括以下四個方面。
1.教學(xué)環(huán)境方面的障礙
科學(xué)探究素養(yǎng)的培養(yǎng)僅憑教師或?qū)W生是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。完善的教學(xué)環(huán)境有利于學(xué)生科學(xué)探究素養(yǎng)的培養(yǎng)。當(dāng)前科學(xué)探究素養(yǎng)培養(yǎng)在教學(xué)環(huán)境方面還存在諸多障礙。徐越越通過問卷調(diào)查得出,課時不夠、缺乏所需器材、學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)不重視為培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究能力可能遇到的障礙[8]21。王國青指出,生物課時相對較少,且多數(shù)學(xué)校沒有相應(yīng)的圖書館、電子閱覽室等場所,甚至連基本的生物實(shí)驗(yàn)設(shè)備都不足,使得探究式生物實(shí)驗(yàn)的開展受到很大阻礙[9]25。羅佩琴提出,學(xué)習(xí)資源匱乏是開展探究性學(xué)習(xí)面臨的主要難題之一,主要體現(xiàn)在文本資源匱乏、實(shí)驗(yàn)器材不足、社會資源缺乏三個方面[4]135。鄧?yán)嫱ㄟ^問卷調(diào)查生物教師在培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究素養(yǎng)時遇到學(xué)校后備力量缺乏且課時有限等主要問題[10]30。
對于教學(xué)環(huán)境方面的障礙,需要學(xué)校、社會等多方共同努力,盡量完善實(shí)驗(yàn)設(shè)備,建成圖書館,更好地為學(xué)生提供可選擇的學(xué)習(xí)資源。同時,要充分意識到培養(yǎng)科學(xué)探究素養(yǎng)的重要性,適當(dāng)增加探究活動和探究性學(xué)習(xí)的課時。
2.學(xué)生方面的障礙
羅佩琴提出,初中學(xué)生由于長時間接受“灌輸式”教育,對家長及教師的依賴心理強(qiáng),缺乏自主探究意識[4]135。鄧?yán)嬲{(diào)查得出當(dāng)前學(xué)生存在課業(yè)壓力較大、探究意識缺乏等問題[10]20。學(xué)生方面的障礙主要來自應(yīng)試的壓力,傳統(tǒng)評價(jià)方式對于科學(xué)探究素養(yǎng)的考查不足,學(xué)生以成績?yōu)閷?dǎo)向,習(xí)慣了死記硬背的學(xué)習(xí)方法,對生物學(xué)知識沒有探究欲望。
3.教師方面的障礙
徐越越指出,當(dāng)前部分教師自身能力有限[8]21。鄧?yán)嫣岬浇處熕讲灰唬瑧?yīng)該加大對于年輕教師定期的專業(yè)培養(yǎng)[10]29。朱新燕、侯國才指出,部分教師仍采取學(xué)生間接獲取知識的方式,學(xué)生主動探究的機(jī)會較少,且部分教師不具備科學(xué)探究的能力[11]。馬鈴?fù)ㄟ^問卷分析得出,教師對科學(xué)探究素養(yǎng)的認(rèn)識還停留在淺層、對科學(xué)探究素養(yǎng)的培養(yǎng)意識淡薄、教學(xué)方法單一、教學(xué)評價(jià)方式封閉[12]。
教師作為培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究素養(yǎng)的第一負(fù)責(zé)人,其自身的科學(xué)探究素養(yǎng)及教學(xué)水平至關(guān)重要。教師應(yīng)充分重視自身科學(xué)探究素養(yǎng)的培養(yǎng),不斷學(xué)習(xí),增強(qiáng)自身能力,完善教學(xué)方法。
4.教學(xué)方法或模式方面的障礙
在教學(xué)方法或模式方面,王清剛指出實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式單一問題,學(xué)生始終停留在“聽實(shí)驗(yàn)、觀察實(shí)驗(yàn)”的狀態(tài)下,并未真正參與生物實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)[13]。王國青認(rèn)為生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)枯燥無味是由于針對任務(wù)驅(qū)動、問題情境、合作探究等新型的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式應(yīng)用不夠[9]25。吳曉夏指出,高中生物課堂教學(xué)中的問題主要表現(xiàn)在缺乏長期保持學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的策略和整體性溝通,問題式引導(dǎo)不夠,學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性不高且沒有形成生物課程思維[14]。申艷輝得出傳統(tǒng)生物教學(xué)中存在的一些問題,如教師意識存在偏差、師生互動頻次低、教學(xué)形式單調(diào)等問題[15]120。
(三)科學(xué)探究素養(yǎng)培養(yǎng)策略的研究
對于科學(xué)探究素養(yǎng)的培養(yǎng),眾多學(xué)者和一線教師紛紛提出有效策略,根據(jù)教學(xué)方式的不同可分為以下三個方面。
1.以完善實(shí)驗(yàn)教學(xué)為途徑的策略
實(shí)驗(yàn)是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究素養(yǎng)的重要途徑,因此關(guān)于科學(xué)探究素養(yǎng)的培養(yǎng)策略的研究也多涉及實(shí)驗(yàn)教學(xué)。朱莉婭提出以教學(xué)內(nèi)容為主線、開發(fā)多種教學(xué)資源、利用認(rèn)知沖突理論、利用課堂教學(xué)留白、通過小組合作學(xué)習(xí)等五個突出科學(xué)探究能力培養(yǎng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)策略[16]。孫錢民指出要積極開發(fā)多種資源,包括教材實(shí)驗(yàn)資源和課外實(shí)驗(yàn)資源;注意聯(lián)系生活激起學(xué)生興趣,課堂中巧設(shè)問題串;引導(dǎo)學(xué)生合作探究,共同參與生物實(shí)驗(yàn)探究[17]。鄭秀海強(qiáng)調(diào)重視經(jīng)典實(shí)驗(yàn)教學(xué),培養(yǎng)學(xué)生形成正確的科學(xué)觀和實(shí)事求是的科學(xué)精神[18]。韓然然以“探究植物細(xì)胞的吸水與失水”和“探究影響酶活性的條件”為例設(shè)計(jì)教學(xué)案例,提出在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中應(yīng)采取多元評價(jià)方式[19]。朱建兵認(rèn)為,應(yīng)鼓勵學(xué)生在課堂學(xué)習(xí)中及時提出自己的異議,引導(dǎo)學(xué)生做出推斷、提出假設(shè)并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證,注意為學(xué)生創(chuàng)建交流互動的良好環(huán)境[20]。
2.課堂教學(xué)與課外活動相關(guān)的策略
對于課堂教學(xué)與課外活動相關(guān)的策略,李燕萍提出在高三生物復(fù)習(xí)課中要重視思維導(dǎo)圖的構(gòu)建及小組合作的開展以提高學(xué)生的科學(xué)探究能力,并以高考真題為例給出具體建議[21]。孫金豪、王海鶴指出,教師要巧妙設(shè)疑,通過適當(dāng)停頓、設(shè)疑或創(chuàng)設(shè)情境,給學(xué)生留下思考的空間,引導(dǎo)學(xué)生提出,并發(fā)現(xiàn)生物學(xué)問題。由于條件限制,有些實(shí)驗(yàn)不能在課堂中開展,教師可以利用信息技術(shù)加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)演示[22]。趙玲玲、錢嘉旺提出優(yōu)化教學(xué)設(shè)計(jì)以提升學(xué)生的科學(xué)探究能力,重點(diǎn)關(guān)注教學(xué)導(dǎo)入、課堂活動和教學(xué)評價(jià)等方面[23]。葉雪蘋強(qiáng)調(diào)把生物學(xué)科與其他學(xué)科,特別是理科學(xué)科融合起來,同時在學(xué)習(xí)生命科學(xué)發(fā)展史中培養(yǎng)科學(xué)探究技能,以及科學(xué)探究要注意基礎(chǔ)知識的形成,避免學(xué)生雖興趣很高但是忽視對知識的獲?。?4]。廖明指出,創(chuàng)設(shè)多種情境包括問題情境、生活情境和動態(tài)情境,并要以方法指導(dǎo)為主[25]。陳春紅提出,教師的既定教學(xué)目標(biāo)應(yīng)根據(jù)不同的內(nèi)容設(shè)計(jì)不同的層次,即應(yīng)著力于“應(yīng)用、分析、評價(jià)和創(chuàng)造”的目標(biāo)層次[26]。王博文從科學(xué)本質(zhì)、科學(xué)方法、科學(xué)精神三個方面分析生物科學(xué)史教學(xué)對于科學(xué)探究能力的培養(yǎng)和提升[27]。樊星彤建議教師在課堂教學(xué)中綜合運(yùn)用跨學(xué)科知識,如學(xué)習(xí)生物學(xué)需要很多的物理和化學(xué)等學(xué)科基礎(chǔ)知識;課外活動可以從閱讀文獻(xiàn)、科普知識講座、競賽輔導(dǎo)、科技活動四個方面入手培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力[28]。申艷輝結(jié)合新授課、習(xí)題課、復(fù)習(xí)課三種不同類型的課型闡述如何提升學(xué)生的科學(xué)探究素養(yǎng)[15]121。周湘以“被動運(yùn)輸”一節(jié)為例,提出在課堂中整合教學(xué)內(nèi)容、設(shè)置教學(xué)時空來培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究素養(yǎng)[29]。勉海林指出,教師要聯(lián)合社會團(tuán)體進(jìn)行實(shí)地教學(xué),讓學(xué)生能夠?qū)W以致用,激發(fā)學(xué)生的探究興趣與創(chuàng)新意識[30]。張東梅強(qiáng)調(diào)要充分考慮學(xué)生的自主性,可提供相關(guān)資源讓學(xué)生自主構(gòu)建概念[31]。
綜合現(xiàn)有研究成果可知,在課堂教學(xué)方面科學(xué)探究素養(yǎng)的培養(yǎng)與提升策略主要包括:(1)創(chuàng)設(shè)問題情境。教師通過設(shè)置問題串等方式,引導(dǎo)學(xué)生思考并提問,營造活躍的課堂氛圍,避免“滿堂灌”。發(fā)現(xiàn)問題并提出問題是探究的第一步。(2)充分利用教材及現(xiàn)代信息技術(shù)等資源。生物學(xué)教材中包含很多探究素材,教師可以充分利用,還可以對教材中的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)等。對于比較抽象的知識,教師可以利用現(xiàn)代信息技術(shù)給學(xué)生展現(xiàn)視頻、動畫、模型等,讓學(xué)生對所學(xué)內(nèi)容有直觀、形象的體會。(3)重視實(shí)驗(yàn)課程。教師引導(dǎo)學(xué)生去設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、完成實(shí)驗(yàn),在實(shí)驗(yàn)過程中充分利用小組分工合作,最后交流總結(jié)。實(shí)驗(yàn)中可能出現(xiàn)預(yù)期結(jié)果之外的狀況或出現(xiàn)錯誤,這都是進(jìn)一步探究的方向。(4)重視科學(xué)史教學(xué)??茖W(xué)史展現(xiàn)了歷代科學(xué)家的探究過程,學(xué)生在學(xué)習(xí)科學(xué)史的過程中可以提升科學(xué)思維能力,加強(qiáng)分析實(shí)驗(yàn)過程和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的科學(xué)探究能力,并感悟科學(xué)家勇于創(chuàng)新的科學(xué)精神,提升社會責(zé)任素養(yǎng)。(5)重視理論聯(lián)系實(shí)際。生物學(xué)和生活息息相關(guān),結(jié)合生活中的實(shí)例可以激起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣并使學(xué)生將所學(xué)知識應(yīng)用于生活實(shí)踐。
3.結(jié)合新型教學(xué)模式的策略
為培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究素養(yǎng),部分學(xué)者和一線教師不斷探索,結(jié)合新的教學(xué)模式或理念,優(yōu)化現(xiàn)有的教學(xué)方式。鄧德桂構(gòu)建了 TBL 教學(xué)路徑和教學(xué)設(shè)計(jì)原則,并將其運(yùn)用于科學(xué)探究素養(yǎng)的培養(yǎng),同時指出TBL是以學(xué)生團(tuán)隊(duì)為組織形式、以師生互動和自主學(xué)習(xí)為目標(biāo)的一種新型教學(xué)模式[32]。李艷暉、劉莉妹、趙曉燕指出,5E教學(xué)模式在培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力、發(fā)展學(xué)生的探究能力、構(gòu)建新型課堂教學(xué)模式方面發(fā)揮著重要作用,5E教學(xué)模式包含吸引、探究、解釋、遷移和評價(jià)五個環(huán)節(jié)[33]。曾雪、王坤英、李衛(wèi)國提出課堂上使用“三疑三探”及HPS教學(xué)模式能夠提高學(xué)生質(zhì)疑、思考、探究的能力[34]。單玲玲分別以科學(xué)探究能力的培養(yǎng)、科學(xué)探究認(rèn)知培養(yǎng)、科學(xué)探究情感意志培養(yǎng)三個方面為側(cè)重點(diǎn)提出了不同的策略:在能力方面,要關(guān)聯(lián)生活并善用資料,培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計(jì)方案并實(shí)施的能力;在認(rèn)知方面,可以借助學(xué)科前沿,通過學(xué)生角色扮演或融合STS教育;在情感意志方面,要注意民主化、多樣化、生活化[35]。韓潔基于STEM教學(xué)理念設(shè)計(jì)生物學(xué)課堂并實(shí)踐后發(fā)現(xiàn),學(xué)生在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、分析和探究方面都有較明顯的提升[36]。王思齊將POE教學(xué)策略應(yīng)用到生物學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)之中,并指出POE教學(xué)策略可以有效培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力及提升學(xué)生的生物學(xué)科成績。POE是預(yù)測、觀察、解釋的英文縮寫,是由探查學(xué)生理解科學(xué)的研究方法演化而來的教學(xué)策略[37]。
當(dāng)前科學(xué)探究素養(yǎng)的培養(yǎng)策略的研究多集中于宏觀角度,而具體結(jié)合某節(jié)課進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)的研究較少。如何真正落實(shí)理論研究,以及如何避免在具體操作中可能出現(xiàn)的問題等還有待進(jìn)一步研究。
三、反思與展望
近年來,國內(nèi)學(xué)者對核心素養(yǎng)的研究形成熱潮,這對編寫教材、教學(xué)實(shí)施及教學(xué)評價(jià)等都有積極的影響。但由于多方面原因的限制,核心素養(yǎng)的落實(shí)效果不夠理想。我國對科學(xué)探究的研究大多是從整體核心素養(yǎng)出發(fā),偏向理論性指導(dǎo),在具體教學(xué)實(shí)施方面涉及較少,尚未建立較完善、系統(tǒng)、有依據(jù)的體系??茖W(xué)探究素養(yǎng)是每一個學(xué)生都應(yīng)具備的,但是由于不同地區(qū)及不同個體所處的教育環(huán)境不盡相同,真正落實(shí)科學(xué)探究素養(yǎng)的培養(yǎng)需要每一位研究者及一線教師結(jié)合當(dāng)?shù)氐木唧w情況因材施教,而這正是需要我們不斷研究和不斷探索的。
[? ?參? ?考? ?文? ?獻(xiàn)? ?]
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(責(zé)任編輯 黃春香)