10生物科學(xué)素養(yǎng)形成方式的比較研究--以生長素的生理作用為例--南京師大曹志江

1、生物科學(xué)素養(yǎng)形成方式的比較研究 以生長素的生理作用一節(jié)為例 王 婷1 曹志江2 通訊作者 （南京師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院,210046 南京師范大學(xué)教師教育學(xué)院,210097）2011年江蘇省舉辦了高中生物優(yōu)質(zhì)課的評比活動，其中一項內(nèi)容是由13位來自不同城市的教師對生長素的生理作用這節(jié)課進(jìn)行同課異構(gòu)。普通高中生物課程標(biāo)準(zhǔn)（實驗）將提高學(xué)生的生物科學(xué)素養(yǎng)作為課程實施的核心任務(wù)和基本理念，突顯出學(xué)生生物科學(xué)素養(yǎng)達(dá)成的重要性。普通高中生物課程標(biāo)準(zhǔn)（實驗）解讀進(jìn)一步將生物科學(xué)素養(yǎng)分為科學(xué)態(tài)度和科學(xué)的世界觀、生物學(xué)基礎(chǔ)知識、科學(xué)探究的方法與技能、科學(xué)技術(shù)與社會（STS）四個維度1。本文從科學(xué)態(tài)度中的好奇心、

2、生物學(xué)基礎(chǔ)知識、科學(xué)探究的方法與技能和科學(xué)技術(shù)與社會（STS）四個角度分析13位教師的課堂教學(xué)，比較研究學(xué)生生物科學(xué)素養(yǎng)的形成方式。1好奇心形成方式的比較研究科學(xué)態(tài)度包括好奇心、誠實、合作和創(chuàng)造力等方面，其中好奇心作為人類的天性，是學(xué)生內(nèi)在學(xué)習(xí)動機(jī)的核心，也是創(chuàng)造性人才的重要特征。心理學(xué)家也將好奇心視為學(xué)習(xí)中的主要情緒。正如法國教育家盧梭所說，“好奇心只要有很好的引導(dǎo)，就能成為孩子尋求知識的動力”，教師應(yīng)該充分認(rèn)識到好奇心在學(xué)生發(fā)展中的重要價值。研究本節(jié)課教師激發(fā)學(xué)生好奇心的手段，主要分為三個方面。1.1創(chuàng)設(shè)任務(wù)驅(qū)動式問題情境創(chuàng)設(shè)問題情境可以激發(fā)學(xué)生的好奇心，營造良好的學(xué)習(xí)氛圍。沒有問題的學(xué)習(xí)

3、，是盲目無效的學(xué)習(xí)，本節(jié)課有2位教師分別通過創(chuàng)設(shè)“幫助富貴竹生根”、“解救校園里不發(fā)芽的銀杏樹”的任務(wù)驅(qū)動式問題情境，利用學(xué)生的好奇心培養(yǎng)其發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力。富貴竹、銀杏樹都是學(xué)生經(jīng)常接觸的兩種植物，以它們作為任務(wù)驅(qū)動的素材更加貼近學(xué)生的生活，有利于學(xué)生對生物知識的活用。1.2設(shè)置疑問、制造認(rèn)知沖突認(rèn)知沖突是一個人已建立的認(rèn)知結(jié)構(gòu)與當(dāng)前面臨的學(xué)習(xí)情境之間暫時的矛盾與沖突，也是學(xué)生容易產(chǎn)生好奇和困惑的地方。教師可以通過制造認(rèn)知沖突調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性，如本節(jié)課就有5位教師利用新舊知識“根的背光性和莖的向光性”或日?，F(xiàn)象“莖的背地性和根的向地性”的矛盾制造學(xué)生的認(rèn)知沖突，激起學(xué)生探究生長素

4、兩重性的好奇心和求知欲。1.3巧用課程資源形式多樣的課程資源可以給學(xué)生直觀的感受和體驗，本節(jié)課有2位教師分別通過兩頭大小不同的南瓜和無側(cè)根的豆芽等實物引起學(xué)生的好奇，在學(xué)生建立感性認(rèn)識的基礎(chǔ)上將興趣更好地過渡到對概念的學(xué)習(xí)。有學(xué)者在篩選、改編國外測量好奇心的量表后，將符合國內(nèi)中學(xué)生學(xué)情的好奇心結(jié)構(gòu)分為探索傾向、操控傾向、新穎偏好和專注程度四種因子2。其中“探索傾向”、“操控傾向”分別體現(xiàn)出學(xué)生在認(rèn)知和行為水平上對外部事物的好奇；“新穎偏好”代表引發(fā)好奇的事物所具有的共同特征；專注程度可視為好奇心的外在表現(xiàn)特征。比較分析上述三種激發(fā)好奇心的手段，教師們在切入時都注意選擇新穎的事物，挑選的問題情境

5、、認(rèn)知沖突和課程資源都易于激發(fā)學(xué)生尋求新信息的沖動，符合“新穎偏好”的要求。但是，這三種手段都是在認(rèn)知層次上激發(fā)學(xué)生的“探索傾向”，沒有利用到學(xué)生的“操控傾向”，即為尋求新體驗而對事物進(jìn)行的操作性行為?？梢园l(fā)現(xiàn)本節(jié)課教師在利用學(xué)生好奇心時處理的方法雖然很多，但處理的層次比較單一，多局限于認(rèn)知水平，對學(xué)生行為水平的好奇挖掘不充分。2生物學(xué)基礎(chǔ)知識形成方式的比較研究2.1 生長素的兩重性生長素的兩重性是本節(jié)課知識目標(biāo)中的重要概念，也是學(xué)生理解頂端優(yōu)勢、根的向地性的理論基礎(chǔ)，其中11位教師的教學(xué)流程可簡述為“處理實驗數(shù)據(jù)繪制曲線生長素濃度與所起作用的關(guān)系分析圖形得出結(jié)論”。另外2位教師直接利用課本上

6、的模式圖“生長素濃度與所起作用的關(guān)系”，忽視了對學(xué)生分析實驗數(shù)據(jù)和繪制圖形能力的培養(yǎng)。教師們分別采取了兩種曲線描述生長素濃度與所起作用的關(guān)系。其中兩種曲線的橫坐標(biāo)都是生長素濃度，不同的是曲線1（見圖1）將對照組和實驗組根的長度直接當(dāng)作縱坐標(biāo)，曲線2（見圖2）將實驗組與對照組根長度的差值作為縱坐標(biāo)。相比之下，曲線1在表示具體生長素濃度是促進(jìn)還是抑制作用時需要借助輔助線；曲線2則更加直觀清晰，當(dāng)生長素濃度<a mol/L時，促進(jìn)生長，生長素濃度>a mol/L時，抑制生長。曲線2的缺點是當(dāng)生長素濃度=b mol/L時，由于對應(yīng)點的縱坐標(biāo)在負(fù)軸，容易讓學(xué)生誤以為生長素抑制根生長時植物不長

7、根；曲線1則清楚表明生長素濃度= b mol/L時植物仍舊長根，只是長度短于對照組。如果授課時，教師能先讓學(xué)生繪制曲線1再繪制曲線2，能加深學(xué)生對生長素兩重性的理解。 圖1 生長素濃度與根生長的關(guān)系 圖2 生長素濃度與根生長的關(guān)系2.2無子果實必修2中，學(xué)生在掌握三倍體無子西瓜的形成原理后，易將無子果實的形成原因統(tǒng)歸為一類，對理解生長素培育無子果實的原理產(chǎn)生障礙。針對學(xué)生的學(xué)情，除了7位教師較詳細(xì)地描述生長素形成無子果實的原理和農(nóng)業(yè)上的操作方法外，有3位教師引導(dǎo)學(xué)生將無子番茄和無子西瓜的產(chǎn)生原因做了比較，讓學(xué)生通過比較新舊概念，構(gòu)建完整的知識結(jié)構(gòu)，全面掌握無子果實的兩種不同類型（見表1）。另有

8、2位教師進(jìn)一步活化概念，啟發(fā)學(xué)生理解無子果實在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上應(yīng)用的前提條件。表1：無子果實的概念無子果實的類型實例繁殖方法應(yīng)用的注意事項奇數(shù)倍多倍體聯(lián)會紊亂型三倍體無子西瓜多倍體育種農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上不存在無子玉米、花生和油菜。三倍體香蕉營養(yǎng)繁殖單性結(jié)實型無子番茄、黃瓜、辣椒激素誘導(dǎo)3科學(xué)探究方法與技能形成方式的比較研究 學(xué)生在進(jìn)行探究實驗的過程中，不僅獲取到新知識，也深刻體會到科學(xué)研究的一般方法，培養(yǎng)科學(xué)研究的技能，形成探究進(jìn)取的科學(xué)精神，這是其他學(xué)習(xí)方式所無法替代的。3.1 科學(xué)探究方法與技能形成方式的比較本節(jié)課涉及的探究實驗包括“探究生長素類似物促進(jìn)插條生根的最適濃度”、“探究生長素的生理作用與其濃

9、度的大小關(guān)系”兩種，有12位教師采用了探究實驗的教學(xué)策略著重培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究方法與技能。比較研究探究實驗教學(xué)中學(xué)生的參與情況，結(jié)果見表2。表2：科學(xué)探究方法與技能形成方式的比較 分析對象比較項目12位教師的教學(xué)處理探究步驟提出問題-+-+-作出假設(shè)-制定計劃實驗材料的選擇+自變量的處理：設(shè)置生長素類似物的濃度梯度+-+因變量的觀察指標(biāo)-+-+-無關(guān)變量的控制-+-+-實施計劃實驗材料的處理插條的制作-插條的分組和編號-+配置生長素類似物的濃度梯度-+用生長素類似物處理插條-+水培培養(yǎng)-觀察，記錄表格，繪制曲線圖-得出結(jié)論、表達(dá)與交流-注：“+”表示教師在課堂上的活動設(shè)計中已提供，“-”表示教

10、師在課堂上的活動設(shè)計中未提供，待學(xué)生完成。 “空格”表示教師和學(xué)生在課堂上的探究活動中都未完成。3.2 科學(xué)方法與技能形成方式的分析 分析表2數(shù)據(jù)，12位教師在探究實驗教學(xué)的設(shè)計上存在很大差異，其中教師的實驗教學(xué)中學(xué)生自行完成的探究步驟較多。教師給予學(xué)生更多的機(jī)會思考和動手，有利于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)方法與技能，其余教師在探究實驗的教學(xué)中主要由教師來完成實驗的設(shè)計或?qū)嵤瑢W(xué)生探究能力提高的空間較小。另外，在具體探究步驟上，特別是制定計劃和實施計劃兩個環(huán)節(jié)上，學(xué)生的參與情況也有所差別。3.2.1 制定計劃在“自變量的處理”環(huán)節(jié)，只有2位教師讓學(xué)生提出處理實驗自變量的方法。通過設(shè)置梯度來尋找最適值的實驗

11、思路在高中生物實驗中多次體現(xiàn)，如“探究影響酶活性的最適溫度/pH”、“探究加酶洗衣粉的最適溫度”等。掌握生長素類似物濃度梯度的設(shè)置，便于讓學(xué)生通過閱讀文獻(xiàn)或預(yù)實驗學(xué)會處理實驗自變量的方法。3.2.2 實施計劃有6位教師沒有讓學(xué)生在課堂上參與“實施計劃”中的操作，其余教師也只是讓學(xué)生體驗其中部分環(huán)節(jié)，課堂留給學(xué)生進(jìn)行實驗的時間較少，這顯然并不利于學(xué)生掌握科學(xué)探究的技能。雖然實施計劃是對制定計劃的實際操作，但只有讓學(xué)生親自參與了，才能讓其在自主構(gòu)建的過程中體驗重復(fù)性、單一變量、對照等實驗原則，真正掌握實驗操作的方法。例如，此節(jié)課雖然只有1位教師讓學(xué)生配置生長素類似物的不同濃度梯度，但是將母液進(jìn)行梯

12、度稀釋配置不同溶液的操作在高中選修內(nèi)容“稀釋涂布平板法”中也有運用，值得學(xué)生通過操作去體驗。同時學(xué)生實施計劃中出現(xiàn)的問題，如分不清枝條的形態(tài)學(xué)上下端等也讓教師更加了解學(xué)生的學(xué)情，便于教師修正和完善教學(xué)方法?？傊谔骄繉嶒灥慕虒W(xué)中，如果教師能放手讓學(xué)生自主探究，將有利于學(xué)生探究能力的全面提高。當(dāng)然，并非學(xué)生自主探究的環(huán)節(jié)越多越好，教師要根據(jù)授課內(nèi)容合理安排學(xué)生參與探究的環(huán)節(jié)。3.3 科學(xué)方法與技能形成方式的存在問題3.3.1“制定計劃”中，在“實驗材料的選擇”環(huán)節(jié)，12位教師都沒有讓學(xué)生自主選擇實驗材料。教師直接告訴學(xué)生實驗材料，方便教師對課堂的掌控，但不利于培養(yǎng)學(xué)生合理選擇實驗材料的能力。毋

13、庸置疑，實驗材料關(guān)系到實驗的成敗，如必修1實驗“觀察植物細(xì)胞的有絲分裂”就要求學(xué)生理解選擇生長旺盛的材料如洋蔥或大蒜的根尖來觀察有絲分裂，而不是綠色植物的成熟葉片。如果教師能提供一些不同的植物插條讓學(xué)生自主選擇，有利于學(xué)生在判斷取舍中理解生長旺盛的一年生枝條更有利于扦插生根。3.3.2 教師在處理探究步驟“制定計劃”和“實施計劃”的關(guān)系時，存在誤區(qū)。 本節(jié)課教師大多沒有帶領(lǐng)學(xué)生在制定計劃的環(huán)節(jié)討論和明確實施計劃時涉及的具體操作，如插條的制作和生長素類似物處理插條的方法等，而是在學(xué)生操作時或結(jié)束后針對學(xué)生的完成情況進(jìn)行糾錯和點評。事實上，“實施計劃”作為整個科學(xué)探究的主體和實質(zhì)性行為，其具體操作

14、就是執(zhí)行“制定計劃”中規(guī)定的步驟、記錄和處理實驗數(shù)據(jù)?！爸贫ㄓ媱潯弊鳛椤皩嵤┯媱潯辈僮鞯钠脚_，可以提供給學(xué)生明確的操作步驟和方法，教師應(yīng)該強(qiáng)化這部分環(huán)節(jié)的實施。如果學(xué)生在“制定計劃”時沒有詳細(xì)研究操作步驟，將這部分內(nèi)容放到“實施計劃”中進(jìn)行，容易在實際操作時出現(xiàn)偏差。4科學(xué)、技術(shù)與社會（STS）形成方式的比較研究目前食品安全問題屢屢先報，人們在接觸生長素類似物時難免會聯(lián)系到農(nóng)藥、違法添加劑和使用失當(dāng)?shù)氖称诽砑觿┧斐傻囊恍┎涣己蠊?。本?jié)課有2位教師組織學(xué)生討論生長素類似物的安全性問題，分別以生長素可以在人尿中提取、生長素傳達(dá)植物代謝調(diào)節(jié)的信息這兩個角度，幫助學(xué)生理解生長素類似物作為植物調(diào)節(jié)的信號分子不易被人吸收。教師通過引導(dǎo)學(xué)生正確把握科學(xué)、技術(shù)與社會的關(guān)系，理性看待社會熱點問題。特別是在毒豆芽事件后，學(xué)生應(yīng)該利用所學(xué)，正確評價一些新聞報道的科學(xué)性，明確生長素類似物使用規(guī)范時生產(chǎn)出的豆芽對人體健康是無害的，并有利于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，而不是人云亦云，“談豆芽色變”。不過，兩位教師都是通過提示，讓學(xué)生隨堂討論得出結(jié)論，學(xué)生思考時間匆促，角度局限。若在本章第3節(jié)其他植物激素的授課中，結(jié)合各種植物生長調(diào)節(jié)劑的實例，讓學(xué)生課前查閱資料，課堂集思廣益，效果會更好。提高學(xué)生生物科學(xué)素養(yǎng)作為四大課程理念的靈魂和核心，是全民科學(xué)