在高中生命科學(xué)探究性實(shí)驗(yàn)中引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)

在高中生命科學(xué)探究性實(shí)驗(yàn)中引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)

自主學(xué)習(xí)是與傳統(tǒng)的接受學(xué)習(xí)相對應(yīng)的一種現(xiàn)代化學(xué)習(xí)方式?；A(chǔ)教育課程改革將“改變學(xué)習(xí)方式，倡導(dǎo)自主學(xué)習(xí)”作為其首要目標(biāo)，倡導(dǎo)以學(xué)生作為學(xué)習(xí)的主體，通過學(xué)生獨(dú)立的分析、探索、實(shí)踐、質(zhì)疑、創(chuàng)造等方法來實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)目標(biāo)。高中生命科學(xué)探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)的各個(gè)環(huán)節(jié)，充滿了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的契機(jī)，在教師適時(shí)的引導(dǎo)下，學(xué)生自主地發(fā)現(xiàn)問題、設(shè)計(jì)方案并通過有效的學(xué)習(xí)方法解決問題，既充分發(fā)揮了學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的能動(dòng)性，同時(shí)提高了學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和思維品質(zhì)。一、案例背景：營造良好的自主學(xué)習(xí)氛圍學(xué)生的自主學(xué)習(xí)需要在一定的氛圍下產(chǎn)生和激發(fā)。探究性課題的產(chǎn)生往往也需要一定的背景和大環(huán)境，有的是學(xué)校文化氛圍使然，有的是受一門課程的特點(diǎn)決定，而有的可能就是學(xué)生或老師本人的興趣導(dǎo)致?！白灾粕镛r(nóng)藥和市售生物農(nóng)藥的藥效對比實(shí)驗(yàn)”就源于與生命科學(xué)相關(guān)的一門拓展課程“校園有機(jī)農(nóng)場”。生命科學(xué)是一門包含環(huán)境科學(xué)、農(nóng)學(xué)、食品與健康等多學(xué)科的綜合性學(xué)科。為了給學(xué)生搭建更豐富的學(xué)習(xí)平臺，在教育教學(xué)實(shí)踐中，我引導(dǎo)學(xué)生在校內(nèi)自主建立、經(jīng)營和管理一個(gè)有機(jī)栽培基地，種植安全環(huán)保的有機(jī)蔬菜和花卉，并在此基礎(chǔ)上建立了一門拓展型課程“校園有機(jī)農(nóng)場”，對學(xué)校根與芽環(huán)保社團(tuán)的同學(xué)開設(shè)。通過參觀和體驗(yàn)，學(xué)生對有機(jī)栽培有了一定的認(rèn)識，他們按照認(rèn)領(lǐng)的蔬菜種類自行分組，將有機(jī)蔬菜栽培和管理的各個(gè)環(huán)節(jié)形成任務(wù)，分配到人。對與有機(jī)栽培相關(guān)的問題，如優(yōu)良品種培育、改良土壤、廚余堆肥、自制生物農(nóng)藥等進(jìn)行了一系列的探究?！白灾粕镛r(nóng)藥和市售生物農(nóng)藥的藥效對比實(shí)驗(yàn)”就是這眾多的探究之一。二、確立課題：發(fā)現(xiàn)問題是自主探究的源頭具體的探究性課題的確立一般是建立在對問題的發(fā)現(xiàn)、討論及尋求解決途徑的過程中，發(fā)現(xiàn)問題是自主探究的源頭。學(xué)生在學(xué)習(xí)和生活的實(shí)際中發(fā)現(xiàn)的問題引起了他們強(qiáng)烈的探究欲望，教師對發(fā)現(xiàn)問題的學(xué)生不僅要給予肯定和認(rèn)可，而且要提供有效的幫助和支持，同時(shí)在問題解決過程中要及時(shí)關(guān)注學(xué)生的思維動(dòng)態(tài)，進(jìn)行有效的引導(dǎo)直至確立科學(xué)的課題。一天早晨，杭白菜小組的組長沈肇基同學(xué)急促地跑到我的辦公室，他說：“老師，我們的杭白菜出現(xiàn)了太多的蟲洞，菜青蟲已經(jīng)嚴(yán)重影響蔬菜生長了！”原來有機(jī)栽培過程中不能使用化學(xué)藥物，學(xué)生利用早晨人工捕捉的方法控制蟲害，看來現(xiàn)在人力已經(jīng)不能解決這個(gè)問題了，怎么辦呢？看著他著急的樣子，我感到他對這個(gè)問題的重視，于是一邊從我的書架上找出一本《有機(jī)蔬菜標(biāo)準(zhǔn)化良好操作規(guī)范》給他看，一邊建議他和其他的組員上網(wǎng)或者給相關(guān)的技術(shù)員打電話咨詢一下解決問題的途徑。那個(gè)星期三的第8節(jié)就是拓展課，課前，我去基地拍了幾張密布蟲洞的蔬菜照片，我決定在課堂上了解一下其他學(xué)生對蟲害問題關(guān)注的程度。我邊展示圖片邊說：“同學(xué)們，杭白菜小組的同學(xué)在校園有機(jī)農(nóng)場發(fā)現(xiàn)蔬菜上出現(xiàn)了許多蟲洞，嚴(yán)重影響了蔬菜的生長，大家有什么好辦法來解決這個(gè)問題呢？”學(xué)生思維的發(fā)散度真的太令我驚訝，他們不僅提出了自己在網(wǎng)上看到的一些見解，有的學(xué)生還結(jié)合之前在有機(jī)農(nóng)場參觀的經(jīng)歷，建議設(shè)計(jì)燈誘捕蟲及黃板捕蟲的物理方法，熱烈的交流大概持續(xù)了近20min。肖夢凱這位平常不大講話的同學(xué)突然站了起來，他說：“老師，我覺得并不是所有的方法都適合我們自己的校園有機(jī)農(nóng)場，我爸爸就是農(nóng)技公司的，據(jù)我了解，有機(jī)農(nóng)藥還是個(gè)新鮮事物，一般價(jià)格很貴，不符合我們開展這個(gè)活動(dòng)的初衷，所以我想可以嘗試用自然材料自制生物農(nóng)藥。”他的話音剛落，陳靜就站了起來，她說：“我同意肖夢凱的看法，但自制生物農(nóng)藥的藥效會(huì)不會(huì)太差，殺不了蟲怎么辦？”組長沈肇基大聲地說：“那我們就做個(gè)藥效對比實(shí)驗(yàn)?。　迸_下幾乎所有的學(xué)生為他這個(gè)提議都鼓起掌來。三、形成方案：排除式討論是有效的自主學(xué)習(xí)方法之一學(xué)生在自主學(xué)習(xí)中需要根據(jù)內(nèi)容的不同選擇有效的學(xué)習(xí)方法，排除式討論的方法適用于探究性實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)。在這個(gè)過程中，教師需要預(yù)先捕捉到學(xué)生思維可能放散的火花，為學(xué)生發(fā)表不同見解和進(jìn)行頭腦風(fēng)暴提供開放的環(huán)境，并為他們及時(shí)記錄和展示討論的成果進(jìn)行一些必要的準(zhǔn)備。如在這個(gè)實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)中，我事先給學(xué)生下發(fā)了任務(wù)單，讓他們自行分組，領(lǐng)取任務(wù)，并給不同的組別分發(fā)記號筆、彩色紙及普通A4紙等物品備用，同時(shí)提示學(xué)生可以通過網(wǎng)絡(luò)搜索尋找自己需要的資料，建議他們在課堂上進(jìn)行小組討論、匯報(bào)、質(zhì)疑等方式確定實(shí)驗(yàn)的要素。師：在實(shí)驗(yàn)前，我們要先進(jìn)行方案的設(shè)計(jì)，實(shí)驗(yàn)方案包括哪些要素呢？生：實(shí)驗(yàn)試劑確定，實(shí)驗(yàn)材料選擇，實(shí)驗(yàn)過程確定，實(shí)驗(yàn)結(jié)果記錄等。（師板書）師：能不能再具體一點(diǎn)？生：實(shí)驗(yàn)試劑的選擇實(shí)際上指用哪種生物農(nóng)藥，實(shí)驗(yàn)對象就是指用哪種蔬菜，實(shí)驗(yàn)過程是指用什么方法做實(shí)驗(yàn)。（分組討論，每兩個(gè)小組討論一個(gè)主題）師：下面我們來聽一下各小組討論的結(jié)果。小組一學(xué)生：市售的生物農(nóng)藥比較多，比如說植物源的生物農(nóng)藥，有煙堿、苦參堿、川楝素等，如對付菜青蟲的普克，對付各類蔬菜病蟲害的百草系列農(nóng)藥；動(dòng)物源的生物農(nóng)藥主要有以蟲治蟲的蜂類的卵卡，主要用于農(nóng)業(yè)和林業(yè)蟲防治。微生物源的農(nóng)藥主要有蘇云金桿菌（BT）等。根據(jù)我們查閱的資料，我們小組認(rèn)為百草一號比較好，它對上海市的蔬菜蟲害非常有效，如菜青蟲，蚜蟲等。小組二學(xué)生：我們小組認(rèn)為貴州三寶奇花也可以，在浦東Ostore參觀的時(shí)候，技術(shù)員告訴我們這種生物農(nóng)藥的藥效也非常好，特別是對甲殼蟲類很有效。師：兩個(gè)小組出現(xiàn)了不同的意見，而且都很有道理，我們思考一下。生物農(nóng)藥都有針對性，我們是不是先將實(shí)驗(yàn)對象確定了再來看哪一種市售生物農(nóng)藥更好呢？請討論第二個(gè)要素的小組發(fā)表意見。小組三學(xué)生：我們的農(nóng)場現(xiàn)在有20多個(gè)品種的蔬菜和香料植物，通過比較分析，我們認(rèn)為杭白菜、小青菜等葉菜類是比較好的實(shí)驗(yàn)對象。像羅勒和薄荷等香草類，不能作為實(shí)驗(yàn)材料，因?yàn)樗鼈儽旧砭陀幸环N奇異的香味，幾乎沒有害蟲敢入侵。像花菜有巨大的花蕾，很少看到花被蟲子吃掉，可想而知用花菜作實(shí)驗(yàn)材料的效果也不會(huì)好。小組四學(xué)生：我們小組也認(rèn)為葉菜類最合適，我們覺得茄果類的番茄、黃瓜和茄子果實(shí)不容易受到害蟲啃食，而且他們的生長期很長，不適合作實(shí)驗(yàn)材料。師：大家對我們栽培的蔬菜習(xí)性真的非常熟悉，分析的也很透徹，結(jié)合季節(jié)特點(diǎn)葉菜類如杭白菜和青菜確實(shí)是我們實(shí)驗(yàn)最適宜的材料。大家決定選哪一種呢？學(xué)生[齊聲]：杭白菜。師：再回到第一個(gè)因素的討論，市售生物農(nóng)藥選什么呢？生：百草一號。師：為什么？生：百草一號對杭白菜比較有針對性，三寶奇花主要是防治馬鈴薯等蔬菜免受甲殼蟲侵害的。師：那選用什么自制生物農(nóng)藥呢？小組五學(xué)生：自制生物農(nóng)藥可以用辣椒水、大蒜汁、煙草浸出液，大蔥和黃瓜蔓作為材料，我們組查找的資料顯示，這些自制的生物農(nóng)藥取材于植物體，無毒無殘留，是安全首選的藥物。小組六學(xué)生：我們認(rèn)為辣椒水不合適，要是在噴灑的過程中有些同學(xué)辣椒水過敏，進(jìn)入眼睛會(huì)產(chǎn)生刺激。小組六學(xué)生：煙草浸出液也不行，煙草防治害蟲的有效成分是尼古丁，我們現(xiàn)在都提倡禁煙，公共場合都寫著Nosmoking，表明吸煙有害健康，煙草雖能殺蟲，但它對蔬菜是否安全呢？這是個(gè)很大的問題。小組五學(xué)生：我們剛才又思考了一下，在現(xiàn)有的資料當(dāng)中，雖然這些自制生物農(nóng)藥都有用到，但正如剛才六組的同學(xué)所說，有些材料是不合適的。我們組查找的資料中，關(guān)于大蔥和黃瓜蔓的研究是比較少的，我們認(rèn)為這兩者值得探究，可以作為自制生物農(nóng)藥的材料。師：真是一場激烈的爭辯，根據(jù)剛才的討論，大家認(rèn)為市售生物農(nóng)藥為百草一號，自制生物農(nóng)藥材料為：大蔥、黃瓜蔓。經(jīng)過進(jìn)一步的討論，學(xué)生確立了該實(shí)驗(yàn)過程的三個(gè)環(huán)節(jié)：制備農(nóng)藥、田間試驗(yàn)和結(jié)果記錄，并通過小組討論確定了細(xì)節(jié)，田間實(shí)驗(yàn)平面圖如圖1。在以上討論的基礎(chǔ)上，學(xué)生又一起設(shè)計(jì)和完善了探究性實(shí)驗(yàn)方案和結(jié)果記錄表格，以備原始資料保存和結(jié)果分析。作為教學(xué)的組織者，特別是在探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)的時(shí)候，教師不能像傳統(tǒng)的教學(xué)那樣采用直接告訴、簡單命令、詳細(xì)指示等方法指導(dǎo)學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)，而應(yīng)創(chuàng)設(shè)恰當(dāng)?shù)慕虒W(xué)情境和為學(xué)生提供有效的學(xué)習(xí)環(huán)境，讓學(xué)生整個(gè)人（包括情感和認(rèn)知等方面）都投入到學(xué)習(xí)活動(dòng)中，使學(xué)生主動(dòng)地有意義地去學(xué)習(xí)。只有親自經(jīng)歷排除式討論并設(shè)計(jì)出完整的實(shí)驗(yàn)后，學(xué)生對探究的技能與方法才能夠更深入的掌握，才能為解決今后生活和學(xué)習(xí)中類似的問題形成正確的思維和方向。自主學(xué)習(xí)的過程也是一個(gè)潛移默化培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維素養(yǎng)與品質(zhì)的一個(gè)過程。四、實(shí)施實(shí)驗(yàn)：團(tuán)隊(duì)協(xié)作使自主學(xué)習(xí)的成效更明顯“團(tuán)隊(duì)協(xié)作”學(xué)習(xí)是提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力、團(tuán)隊(duì)合作精神及責(zé)任感的有效途徑。在實(shí)驗(yàn)實(shí)施階段采用團(tuán)隊(duì)協(xié)作的學(xué)習(xí)方式，由于小組成員采取了合理安排時(shí)間、明確任務(wù)到人、互相支持和督促等舉措，實(shí)驗(yàn)的效率高了、問題的解決快了，學(xué)生自主學(xué)習(xí)的勁頭會(huì)得到進(jìn)一步的加強(qiáng)，探究的意義也提高到最大化。此外，面對已經(jīng)具備良好“團(tuán)隊(duì)協(xié)作”能力的學(xué)生，教師仍需要適時(shí)的監(jiān)督、指導(dǎo)和評價(jià)，以保證學(xué)習(xí)的有效性。在方案形成的當(dāng)天，以沈肇基為組長，肖夢凱和陳靜為組員的實(shí)驗(yàn)小隊(duì)成立了，考慮到田間實(shí)驗(yàn)需要人力物力，他們首先在自己班級里“招兵買馬”，共爭得其他11位志愿者同學(xué)的支持，學(xué)生的熱情全被點(diǎn)燃。第二天放學(xué)后，十幾位學(xué)生一起到有機(jī)農(nóng)場將原有的蔬菜拔除，重新翻地整地，暴曬兩天后，選取5.5m×4m的地塊，按照方案分為12塊，每塊之間留0.5m左右間隔。然后進(jìn)行播種（均勻撒播）。三天后，杭白菜發(fā)芽。大約一個(gè)星期后，杭白菜長出2片子葉，他們開始間苗，在每一個(gè)小區(qū)間上保留25棵左右，并且將地塊分為4組，樹上標(biāo)牌，以便區(qū)分。之后他們制備好生物農(nóng)藥并放置到實(shí)驗(yàn)室儲(chǔ)存。社團(tuán)所有的同學(xué)分成小組在噴藥后大約每三天（噴藥當(dāng)天不需要統(tǒng)計(jì)）用五點(diǎn)法統(tǒng)計(jì)每個(gè)區(qū)間里的死蟲數(shù)并做好記錄。在實(shí)驗(yàn)實(shí)施的每一個(gè)環(huán)節(jié)，我都和學(xué)生一起參與，對于學(xué)生完全能勝任的任務(wù)，如：播種、間苗等，我基本上只作一個(gè)旁觀者；對于學(xué)生第一次接觸的任務(wù)，如配置農(nóng)藥、噴灑農(nóng)藥、數(shù)蟲洞等，我不僅僅作為一個(gè)監(jiān)督者的身份參與，有時(shí)候也進(jìn)行實(shí)踐。如在第一次統(tǒng)計(jì)蟲洞時(shí)，徐洋為了求快，只統(tǒng)計(jì)了每個(gè)地塊的某一個(gè)點(diǎn)然后乘以五，數(shù)據(jù)拿到后，我親自去統(tǒng)計(jì)了一遍，差別比較大。于是結(jié)合數(shù)據(jù)誤差的后果和他好好交談，學(xué)生漸漸對科學(xué)態(tài)度和科學(xué)精神有了更深的體會(huì)。徐洋后來考取了同濟(jì)大學(xué)，還選了與之相關(guān)的環(huán)境專業(yè)作為自己未來的研究方向。五、論文寫作：有效的學(xué)法指導(dǎo)提高了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的動(dòng)力如果沒有有效的學(xué)法指導(dǎo)，學(xué)生往往認(rèn)為實(shí)驗(yàn)結(jié)束即為探究終止，探究的意義因此而大打折扣。其實(shí)對于高中生，特別是對實(shí)驗(yàn)探究興趣相當(dāng)濃厚的優(yōu)秀學(xué)生來說，教師應(yīng)該在這個(gè)時(shí)候引導(dǎo)他們體驗(yàn)用論文的形式來表達(dá)探究結(jié)果，從而方便與更多的人分享探究成果，為解決生產(chǎn)實(shí)踐問題提供一些參考和依據(jù)。自然，當(dāng)學(xué)生的成果得到認(rèn)可甚至被應(yīng)用于生產(chǎn)和生活實(shí)踐，他們自主學(xué)習(xí)的動(dòng)力會(huì)更強(qiáng)。模仿是高中生科學(xué)論文寫作最有效的方法。教師在給出有效的模仿范本后，引導(dǎo)學(xué)生了解論文寫作的要素，并結(jié)合自己探究的主題將相應(yīng)的內(nèi)容填寫進(jìn)去。同時(shí)在有條件的情況下，鼓勵(lì)學(xué)生在研究（或論文寫作）之前進(jìn)行查新，這樣避免淺顯和重復(fù)，寫出的論文也將更有創(chuàng)新性和實(shí)用價(jià)值。當(dāng)學(xué)生拿著實(shí)驗(yàn)的記錄數(shù)據(jù)興沖沖地來找我時(shí)，我首先肯定了他們的辛苦探究，然后問：“實(shí)驗(yàn)結(jié)束了，哪一組藥效最好呢？”顯然學(xué)生被我問的措手不及，我順勢說道：“大家下一步還要處理數(shù)據(jù)，這樣才能知道實(shí)驗(yàn)結(jié)果。”學(xué)生都會(huì)用Excel，于是，我讓他們用柱狀圖來對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。圖2是他們處理的結(jié)果。看著一目了然的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，學(xué)生都有些興奮，我告訴他們，期望他們再用曲線圖對比分析一下不同的農(nóng)藥藥效。圖3是實(shí)驗(yàn)結(jié)果。在這一基礎(chǔ)上，我拿出兩本《生物學(xué)通報(bào)》給學(xué)生看，我說：“論文是表達(dá)實(shí)驗(yàn)探究成果的一種很好的文體，我希望大家也能嘗試著將這次探究的成果寫成小論文”。在翻閱了幾篇發(fā)表的自然科學(xué)論文之后，學(xué)生逐漸歸納出撰寫小論文的幾個(gè)要素，如：標(biāo)題、作者、摘要、關(guān)鍵詞、前言、材料與方法、結(jié)果與討論、參考文獻(xiàn)等。我對每個(gè)要素逐一進(jìn)行講解分析，學(xué)生領(lǐng)悟得很快。他們還說想在討論里面寫一些對有機(jī)蔬菜農(nóng)藥使用的建議和他們進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的感想。我完全同意他們的想法并帶學(xué)生去了