指向科學教育的“四味”課堂教學設計與實踐

1、指向科學教育的“四味”課堂教學設計與實郝建仕科學教育是學校課程教育中的重要組成部分，主要以課堂教 學和活動實踐等形式開展，旨在培養(yǎng)學生對科學本質(zhì)的認識, 提升科學素養(yǎng)，充分發(fā)揮科學領域各學科的教育價值?？茖W 教育中核心概念教學是重點，以科學事實為載體，通過分析 來龍去脈、相互關聯(lián)，學生在把握一般概念形成的過程中， 領悟科學本質(zhì)，形成科學思維方法?！八奈丁闭n堂教學模式, 即尋味、探味、悟味、回味，以科學史為教學材料，將科學 家實驗探索的歷程設置為課堂教學情境，讓學生沿著科學家 的足跡主動思考、分析，獲取新知識，構建核心概念，形成 科學本質(zhì)觀，提升科學思維和探究能力，發(fā)展生物學學科核 心素養(yǎng)。1尋

2、味一一培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)問題的能力尋味是通過觀察、尋味是通過觀察、調(diào)查、資料分析等科學方法，根據(jù)已有的知識經(jīng)驗，認識世界事物現(xiàn)象、本質(zhì)、規(guī)律時而產(chǎn)生認知沖 突的過程。學生在尋味過程中，能自發(fā)地提出問題。教師通過創(chuàng)設問題情境，啟發(fā)學生在已有知識經(jīng)驗與新學習任務之 間產(chǎn)生矛盾，引發(fā)認知沖突，喚起學生的探究欲望，激發(fā)學 生發(fā)現(xiàn)問題和提出問題的興趣。在科學史教學中，教師可以 帶領學生將時光追溯回當時的科學情境中，基于史實材料, 引發(fā)學生主動地提出問題。例如，在學習“DNA是主要的遺傳物質(zhì)”時，教師展示一對 父子的照片，請學生觀察這對父子的相同和不同之處。教師 提出問題：性狀的異同之處是基于蛋白質(zhì)表征出來的特

3、性, 父子之間具有種種相似之處的原因是什么呢？學生很快回 答出，孩子繼承了父親的遺傳物質(zhì)DNAo教師出示DNA和蛋 白質(zhì)的分子結構示意圖，請學生觀察兩者的相似之處。學生 發(fā)現(xiàn)它們均具有單體（核昔酸和氨基酸），因其排序不同、 數(shù)量不同、空間構型不同等原因，均可形成多種類型的結構, 兩者都具有多樣性和特異性。學生提出疑問：究竟DNA和蛋 白質(zhì)，哪個才是“真正”的遺傳物質(zhì)呢？教師出示科學史資 料：20世紀2030年代，人們對蛋白質(zhì)認識比DNA要相對 清晰些，因其靈活多樣的特點，可能蘊含著大量遺傳信息, 認為蛋白質(zhì)是遺傳物質(zhì)的觀點占主導地位。某位生化學家曾 經(jīng)認為，染色體上核酸只是“分子結構的支持物”

4、，也可以 說是凸顯基因地位的分子骨架。蛋白質(zhì)才是真正攜帶遺傳信 息的物質(zhì)，而DNA不過是核酸間隙的填充物罷了。學生在此 情境下，對探索誰是遺傳物質(zhì)的興趣愈發(fā)強烈，教師順勢將 學生帶入了一個科學教育課堂的氛圍之中。2探味發(fā)展學生科學探究能力和科學方法探味，是針對提出的問題進行探究的過程，只需符合科學探 究的本質(zhì)、不一定非要按照“六步驟完成整個探究過程。 提出的問題可以分析、討論和交流或進行邏輯推理解決，也 可以通過查找資料解決；當然，也可以通過實驗或調(diào)查等實 踐活動解決，這樣的科學探究主要體現(xiàn)在獲取新知上?？茖W 史更多是形成概念的歷史，包含有科學家研究的過程、方法、 現(xiàn)象和結果。教學中，教師可以

5、對史實材料做一定的調(diào)整, 引導學生分析、推理，對比自己的設計思路和科學家的設計 思路，學習科學家的研究思想和方法，提升科學探究能力和 科學方法。關于“肺炎鏈球菌的轉(zhuǎn)化實驗部分，教師對格里菲思的實 驗可以做些調(diào)整，對肺炎鏈球菌不做介紹，改編2022年人 教版教科書43頁圖3-2的轉(zhuǎn)化實驗順序，先給學生呈現(xiàn)第 四組實驗過程和現(xiàn)象，引導學生分析實驗現(xiàn)象、提出小鼠死 亡的可能假設、設計實驗思路、驗證假設。學生根據(jù)實驗分析，提出假設：小鼠死亡的可能原因是R型活菌或者是S型 死菌導致的。并提出實驗思路：將兩種菌分別注射小鼠體內(nèi),觀察小鼠死亡情況。預測實驗結果時，多數(shù)學生認為會死亡,部分學生給出“不確定”的

6、答案。教師隨后呈現(xiàn)出教材的第 一組和第三組實驗，使學生發(fā)現(xiàn)小鼠不死亡，與預測結果產(chǎn) 生了沖突，更加激發(fā)出學生的探究興趣。教師追問：導致小 鼠死亡的真兇究竟是誰呢？學生提出：對第四組實驗的小鼠 尸體進行尸檢，分離出肺炎鏈球菌，因R型活菌和S型死菌 已經(jīng)驗證過了，只需把可能發(fā)現(xiàn)的S型活菌注射小鼠體內(nèi)實 驗，觀察小鼠是否會死亡。教師呈現(xiàn)第三組實驗，發(fā)現(xiàn)與之 相吻合，學生喜悅之感油然而生。教師加工處理科學史材料, 展開驗證性探究活動，符合學生的認知規(guī)律，讓學生在問題 情境中通過分析問題、提出假設、設計實驗的方式來提升科 學探究能力。最后，教師呈現(xiàn)科學家的實驗思路和結果，讓 學生容易理解學科知識。同樣，

7、“噬菌體侵染細菌的實驗”也可以通過教師的深度加 工，改變以往“講解實驗的方式。教師展示T2噬菌體的結構，介紹噬菌體的基本特性，引導學生思考：噬菌體是如 何在細菌體內(nèi)繁殖的？提出假設并進行實驗驗證。學生思考 后，提出3種假設：只有噬菌體的DNA注入細菌;只有 其蛋白質(zhì)外殼進入細菌;整個噬菌體進入細菌。教師通過 學案提示，使學生明確：可以采用放射性同位素標記法進行 實驗設計，分別用35S標記蛋白質(zhì)和32P標記DNA。學生經(jīng) 過演繹推理，填寫學案中的預期實驗結果，見表1。教師提 供教材中科學家赫爾希和蔡斯的實驗結果。他們的實驗結果 顯然支持第種假設，表明：噬菌體侵染細菌只注入DNA, 并利用細菌體內(nèi)

8、物質(zhì)進行繁殖，產(chǎn)生子代噬菌體;DNA在親子 代間有連續(xù)性，即DNA是噬菌體的遺傳物質(zhì)。學生通過演繹、 推理分析，預期實驗結果，發(fā)展了科學探究能力；對比科學 家的實驗結果，激發(fā)了自豪感和繼續(xù)探究生物學知識的興趣。3悟味一一幫助學生建立科學本質(zhì)觀 悟味，是引導學生領悟科學研究的規(guī)律、本質(zhì)、特征等，體 悟科學與技術之間的關系、科學與社會文化之間的關系，形 成科學本質(zhì)觀。普通高中生物學課程標準（2022年版）明 確提出：“學生在學習該課程中不僅要獲得諸如細胞、遺傳、 進化等生物學知識，還應該學習一些關于自然科學的知識。 在科學教育領域，關于自然科學的知識也稱為科學本質(zhì)?！?教師引導學生分析科學實驗研究

9、的歷程、科學家人物、科學 與技術的關系等，促進學生悟出科學的本質(zhì)，形成科學本質(zhì) 觀，發(fā)展生物學學科核心素養(yǎng)。在本節(jié)課的教學中，教師可以引導學生討論：通過不同科學 家歷時多年的一系列探究實驗，最終揭示了 DNA是遺傳物質(zhì)。 你有什么感悟？從對遺傳物質(zhì)的早期推測到證實DNA是遺傳 物質(zhì)，學生說出“科學知識可能隨著研究的深入，不斷完善、 更加準確”。在肺炎鏈球菌的體內(nèi)轉(zhuǎn)化實驗中，科學家經(jīng)過 對實驗結果進行觀察分析，給出推論“存在促使R型活細菌 轉(zhuǎn)化為S型活細菌的活性物質(zhì)轉(zhuǎn)化因子”，基于此，才 有后面艾菲里的體外轉(zhuǎn)化實驗，學生說出“科學工作依賴觀 察和推論。通過比較自己的實驗設計思路和科學家的實驗 設

10、計的優(yōu)缺點，學生說出“科學是創(chuàng)造性的工作。另外, 教師還可以通過引導學生討論科學家探究實驗采用的技術 手段，讓學生關注科學與技術的關系，深刻體悟出“科學是 技術發(fā)展的理論基礎，技術是科學發(fā)展的重要手段，兩者之 間相互支持、相互促進。這些內(nèi)容在平時教學中很少有教 師專門引導學生概括，往往是課堂上潤物細無聲地發(fā)生，卻 沒有給學生點悟?？茖W教育恰恰需要這樣的教學方式，通過 科學史引導學生產(chǎn)生感悟，使學生形成一定的科學本質(zhì)觀, 讓課堂起到畫龍點睛的效果。此外，教師通過袖充艾菲里相關背景資料，讓學生從科學家 人物角度領悟科學精神和科學態(tài)度。艾菲里面對來自各方面 的質(zhì)疑，甚至在多次與諾貝爾獎失之交臂的情況

11、下，不但沒 有影響他從事科學研究的熱情，反而是一生都在從事自己喜 歡的研究工作，并取得了很多成就，獲獎無數(shù)。他雖然沒有 得過諾貝爾獎，并沒有感到遺憾。教師以此對學生進行不畏 艱難、持之以恒等良好科學品質(zhì)的教育，使學生認同從事科 學研究事業(yè)必需具備一定的科學精神和科學態(tài)度。4回味構建概念圖，科學知識結構化回味，是對整堂課的回顧與總結，幫助學生將零散的知識按 照一定邏輯主線結構化、網(wǎng)絡化，將不同的概念建立起關聯(lián), 易于學生整體把握單元知識，提升學生在復雜情境中靈活運 用知識解決實際問題的能力。構建概念圖是知識結構化的常用教學手段，將元知識與新知識、新知識與新知識通過內(nèi)在 聯(lián)系以網(wǎng)絡圖形式表征，也是

12、思維可視化的表征。例如，本 節(jié)課就可以按照圖1所示幫助學生將科學知識建立關聯(lián)，隨 著科學進程的不斷推進，知識不斷完善，突出知識間的聯(lián)系,幫助學生建構核心概念，發(fā)展生命觀念。在本節(jié)課上，教師運用“四味課堂教學模式，基于教材文 本，深入挖掘并充分利用科學史，將其改編為教學材料，通 過加工處理變成以學生自主探究為主的教學方式，從發(fā)現(xiàn)問 題、提出假設、演繹推理到實驗驗證的科學研究進程展開, 培養(yǎng)學生的發(fā)現(xiàn)問題能力、科學思維、實驗論證意識，進而 提升科學探究能力。學生通過比較科學家實驗研究思路，習得科學思想方法，認同嚴謹務實的科學精神，形成科學本質(zhì) 觀，發(fā)展生物學學科核心素養(yǎng)。參考文獻:馮華.科學本質(zhì)觀：發(fā)揮科學教育育人價值的關鍵J.中 小學管理，2022, (11)： 12-1