10生物科學素養(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 （南京師范大學生命科學學院,210046 南京師范大學教師教育學院,210097）2011年江蘇省舉辦了高中生物優(yōu)質課的評比活動，其中一項內容是由13位來自不同城市的教師對生長素的生理作用這節(jié)課進行同課異構。普通高中生物課程標準（實驗）將提高學生的生物科學素養(yǎng)作為課程實施的核心任務和基本理念，突顯出學生生物科學素養(yǎng)達成的重要性。普通高中生物課程標準（實驗）解讀進一步將生物科學素養(yǎng)分為科學態(tài)度和科學的世界觀、生物學基礎知識、科學探究的方法與技能、科學技術與社會（STS）四個維度1。本文從科學態(tài)度中的好奇心、

2、生物學基礎知識、科學探究的方法與技能和科學技術與社會（STS）四個角度分析13位教師的課堂教學，比較研究學生生物科學素養(yǎng)的形成方式。1好奇心形成方式的比較研究科學態(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，是學生內在學習動機的核心，也是創(chuàng)造性人才的重要特征。心理學家也將好奇心視為學習中的主要情緒。正如法國教育家盧梭所說，“好奇心只要有很好的引導，就能成為孩子尋求知識的動力”，教師應該充分認識到好奇心在學生發(fā)展中的重要價值。研究本節(jié)課教師激發(fā)學生好奇心的手段，主要分為三個方面。1.1創(chuàng)設任務驅動式問題情境創(chuàng)設問題情境可以激發(fā)學生的好奇心，營造良好的學習氛圍。沒有問題的學習

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

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根的豆芽等實物引起學生的好奇，在學生建立感性認識的基礎上將興趣更好地過渡到對概念的學習。有學者在篩選、改編國外測量好奇心的量表后，將符合國內中學生學情的好奇心結構分為探索傾向、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)出學生在認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、、認知沖突和課程資源都易于激發(fā)學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知層次上激發(fā)學生的“探索傾向”，沒有利用到學生的“操控傾向”，即為尋求新體驗而對事物進行的操作性行為?？梢园l(fā)現(xiàn)本節(jié)課教師在利用學生好奇心時處理的方法雖然很多，但處理的層次比較單一，多局限于認知水平，對學生行為水平的好奇挖掘不充分。2生物學基礎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)課知識目標中的重要概念，也是學生理解頂端優(yōu)勢、根的向地性的理論基礎，其中11位教師的教學流程可簡述為“處理實驗數(shù)據(jù)繪制曲線生長素濃度與所起作用的關系分析圖形得出結論”。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系”，忽視了對學生分析實驗數(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系。其中兩種曲線的橫坐標都是生長素濃度，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作縱坐標，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。相比之下，曲線1在表示具體生長素濃度是促進還是抑制作用時需要借助輔助線；曲線2則更加直觀清晰，當生長素濃度<a mol/L時，促進生長，生長素濃度>a mol/L時，抑制生長。曲線2的缺點是當生長素濃度=b mol/L時，由于對應點的縱坐標在負軸，容易讓學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，教師能先讓學生繪制曲線1再繪制曲線2，能加深學生對生長素兩重性的理解。 圖1 生長素濃度與根生長的關系 圖2 生長素濃度與根生長的關系2.2無子果實必修2中，學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生障礙。針對學生的學情，除了7位教師較詳細地描述生長素形成無子果實的原理和農業(yè)上的操作方法外，有3位教師引導學生將無子番茄和無子西瓜的產生原因做了比較，讓學生通過比較新舊概念，構建完整的知識結構，全面掌握無子果實的兩種不同類型（見表1）。另有

8、2位教師進一步活化概念，啟發(fā)學生理解無子果實在農業(yè)生產上應用的前提條件。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業(yè)生產上不存在無子玉米、花生和油菜。三倍體香蕉營養(yǎng)繁殖單性結實型無子番茄、黃瓜、辣椒激素誘導3科學探究方法與技能形成方式的比較研究 學生在進行探究實驗的過程中，不僅獲取到新知識，也深刻體會到科學研究的一般方法，培養(yǎng)科學研究的技能，形成探究進取的科學精神，這是其他學習方式所無法替代的。3.1 科學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、度的大小關系”兩種，有12位教師采用了探究實驗的教學策略著重培養(yǎng)學生的科學探究方法與技能。比較研究探究實驗教學中學生的參與情況，結果見表2。表2：科學探究方法與技能形成方式的比較 分析對象比較項目12位教師的教學處理探究步驟提出問題-+-+-作出假設-制定計劃實驗材料的選擇+自變量的處理：設置生長素類似物的濃度梯度+-+因變量的觀察指標-+-+-無關變量的控制-+-+-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-得出結論、表達與交流-注：“+”表示教師在課堂上的活動設計中已提供，“-”表示教

10、師在課堂上的活動設計中未提供，待學生完成。 “空格”表示教師和學生在課堂上的探究活動中都未完成。3.2 科學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的設計上存在很大差異，其中教師的實驗教學中學生自行完成的探究步驟較多。教師給予學生更多的機會思考和動手，有利于培養(yǎng)學生的科學方法與技能，其余教師在探究實驗的教學中主要由教師來完成實驗的設計或實施，學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位教師讓學生提出處理實驗自變量的方法。通過設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置，便于讓學生通過閱讀文獻或預實驗學會處理實驗自變量的方法。3.2.2 實施計劃有6位教師沒有讓學生在課堂上參與“實施計劃”中的操作，其余教師也只是讓學生體驗其中部分環(huán)節(jié)，課堂留給學生進行實驗的時間較少，這顯然并不利于學生掌握科學探究的技能。雖然實施計劃是對制定計劃的實際操作，但只有讓學生親自參與了，才能讓其在自主構建的過程中體驗重復性、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位教師讓學生配置生長素類似物的不同濃度梯度，但是將母液進行梯

12、度稀釋配置不同溶液的操作在高中選修內容“稀釋涂布平板法”中也有運用，值得學生通過操作去體驗。同時學生實施計劃中出現(xiàn)的問題，如分不清枝條的形態(tài)學上下端等也讓教師更加了解學生的學情，便于教師修正和完善教學方法。總之，在探究實驗的教學中，如果教師能放手讓學生自主探究，將有利于學生探究能力的全面提高。當然，并非學生自主探究的環(huán)節(jié)越多越好，教師要根據(jù)授課內容合理安排學生參與探究的環(huán)節(jié)。3.3 科學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位教師都沒有讓學生自主選擇實驗材料。教師直接告訴學生實驗材料，方便教師對課堂的掌控，但不利于培養(yǎng)學生合理選擇實驗材料的能力。毋

13、庸置疑，實驗材料關系到實驗的成敗，如必修1實驗“觀察植物細胞的有絲分裂”就要求學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生自主選擇，有利于學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”的關系時，存在誤區(qū)。 本節(jié)課教師大多沒有帶領學生在制定計劃的環(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，而是在學生操作時或結束后針對學生的完成情況進行糾錯和點評。事實上，“實施計劃”作為整個科學探究的主體和實質性行為，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_，可以提供給學生明確的操作步驟和方法，教師應該強化這部分環(huán)節(jié)的實施。如果學生在“制定計劃”時沒有詳細研究操作步驟，將這部分內容放到“實施計劃”中進行，容易在實際操作時出現(xiàn)偏差。4科學、技術與社會（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)系到農藥、違法添加劑和使用失當?shù)氖称诽砑觿┧斐傻囊恍┎涣己蠊?。本?jié)課有2位教師組織學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、生長素傳達植物代謝調節(jié)的信息這兩個角度，幫助學生理解生長素類似物作為植物調節(jié)的信號分子不易被人吸收。教師通過引導學生正確把握科學、技術與社會的關系，理性看待社會熱點問題。特別是在毒豆芽事件后，學生應該利用所學，正確評價一些新聞報道的科學性，明確生長素類似物使用規(guī)范時生產出的豆芽對人體健康是無害的，并有利于農業(yè)生產，而不是人云亦云，“談豆芽色變”。不過，兩位教師都是通過提示，讓學生隨堂討論得出結論，學生思考時間匆促，角度局限。若在本章第3節(jié)其他植物激素的授課中，結合各種植物生長調節(jié)劑的實例，讓學生課前查閱資料，課堂集思廣益，效果會更好。提高學生生物科學素養(yǎng)作為四大課程理念的靈魂和核心，是全民科學