基于“實踐-匯報-交流”教學(xué)模式培養(yǎng)科學(xué)探究能力

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基于“實踐-匯報-交流”教學(xué)模式培養(yǎng)科學(xué)探究能力

彭琨

摘要把握“科學(xué)探究”內(nèi)涵，以“種群的數(shù)量特征（第二課時）”為例，闡明通過“實踐-匯報-交流”教學(xué)模式能更好地培育學(xué)生的科學(xué)探究素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞科學(xué)探究種群生物學(xué)教學(xué)

中圖分類號G633.91文獻標(biāo)志碼B

《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版2022年修訂）》（以下簡稱《課程標(biāo)準(zhǔn)》）要求學(xué)生主動地參與學(xué)習(xí)，在親歷提出問題、獲取信息、尋找證據(jù)、檢驗假設(shè)、發(fā)現(xiàn)規(guī)律等過程中習(xí)得生物學(xué)知識，養(yǎng)成科學(xué)思維的習(xí)慣，形成積極的科學(xué)態(tài)度，發(fā)展終身學(xué)習(xí)及創(chuàng)新實踐能力?！墩n程標(biāo)準(zhǔn)》強調(diào)教學(xué)重實踐，在實踐過程中，運用生物學(xué)概念進行多元多樣的課堂評價，落實學(xué)科核心素養(yǎng)。2022年人教版高中生物學(xué)教科書（以下簡稱“新教材”）的特色之一也是關(guān)注真實問題，強調(diào)實踐活動。實踐不是學(xué)生簡單的動手、動腦活動。它是在科學(xué)思維前提下的科學(xué)探究?！翱茖W(xué)探究”是指能夠發(fā)現(xiàn)現(xiàn)實世界中的生物學(xué)問題，針對特定的生物學(xué)現(xiàn)象，進行觀察、提問、實驗設(shè)計、方案實施以及對結(jié)果的交流與討論的能力。學(xué)生應(yīng)在探究過程中，逐步增強對自然現(xiàn)象的好奇心和求知欲，掌握科學(xué)探究的基

本思路和方法，提高實踐能力;在探究中，樂于并善于團隊合作，勇于創(chuàng)新。

傳統(tǒng)課堂教學(xué)中，由于教師理念、課時安排、教學(xué)場地、教學(xué)組織等因素限制，學(xué)生參與的探究實踐活動很少，且進行的實踐活動很多都流于形式，沒有遵循科學(xué)探究的基本流程，沒有計劃、總結(jié)、交流與討論等，教學(xué)效果不佳。在一課時內(nèi)，要完成陌生的實踐活動并進行交流是難以實現(xiàn)的，尤其是不能在教室進行的實踐活動。基于以上問題，教師可以采用“實踐-匯報-交流”教學(xué)模式，即課前實踐、課中小組匯報與交流的教學(xué)模式來培養(yǎng)科學(xué)探究素養(yǎng)。

1教材分析和設(shè)計思路

“種群的數(shù)量特征”是2022年人教版《選擇性必修2·生物與環(huán)境》第一章“種群及其動態(tài)”第一節(jié)。該部分內(nèi)容主要包括種群的數(shù)量特征和調(diào)查種群密度的方法，且調(diào)查種群密度的方法是教學(xué)難點，主要介紹了樣方法和標(biāo)記重捕法。本節(jié)教學(xué)建議安排2課時，第一課時完成“種群的數(shù)量特征”理論部分的學(xué)習(xí)，第二課時完成“調(diào)查草地中某種雙子葉植物的種群密度”的探究活動。第二課時內(nèi)容是高中生物學(xué)課程中為數(shù)不多的實地調(diào)查活動。真實的自然環(huán)境往往就是復(fù)雜的情境，因此，這項探究活動對提升學(xué)生的探究和實踐能力具有重要的價值。而傳統(tǒng)教學(xué)往往只是對其進行了理論學(xué)習(xí)或在教室進行模擬調(diào)查，沒有組織學(xué)生進行實地調(diào)查，且對標(biāo)記重捕法學(xué)習(xí)過于粗糙。因此，學(xué)生很難領(lǐng)悟調(diào)查方法的要領(lǐng)、原理，更難領(lǐng)會應(yīng)根據(jù)不同調(diào)查對象的特點采用不同的方法。新教材本節(jié)課后習(xí)題中的第一題“概念檢測”中的“調(diào)查青蛙等活動范圍不大的動物的種群密度可以用樣方法”這一判斷題就難度極大，可見第二課時有效開展的重要性。

本課“種群的數(shù)量特征”（第二課時）采用“實踐-匯報-交流”教學(xué)模式。興趣小組通過對真實情境觀察、提問、設(shè)計實驗，課前進行樣方法實地調(diào)查和標(biāo)記重捕法模擬實驗;課中通過小組匯報、交流、考核互評等教學(xué)方式，突破兩種科學(xué)方法的適用范圍和要領(lǐng)，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、實驗設(shè)計、評價、分析總結(jié)等科學(xué)探究能力，培育學(xué)生正確的科學(xué)精神和科學(xué)態(tài)度。

2教學(xué)目標(biāo)

（1）通過樣方法實地調(diào)查和模擬標(biāo)記重捕法，了解兩種方法的要領(lǐng)和適用范圍。

（2）通過對標(biāo)記重捕法模擬實驗數(shù)據(jù)的分析，了解標(biāo)記數(shù)量對標(biāo)記重捕法調(diào)查結(jié)果的影響。

（3）通過“蝗蟲監(jiān)測技術(shù)流程圖”“東非蝗災(zāi)危害”，認同科技進步促進種群密度調(diào)查的發(fā)展、創(chuàng)新，關(guān)注生態(tài)環(huán)境保護問題。

3課前實踐探究

興趣小組在課前開展實地調(diào)查和模擬實驗，并在課堂上進行匯報。

興趣小組1實地調(diào)查長沙市木蓮世家小區(qū)草坪中鉆葉紫菀種群密度，并探究樣方大小對種群密度調(diào)查結(jié)果的影響。興趣小組2模擬標(biāo)記重捕法，探究標(biāo)記重捕法能否用于蝗蟲種群密度調(diào)查。各組完成小組分工，制定方案，自主調(diào)查或模擬實驗，統(tǒng)計記錄，完成匯報準(zhǔn)備。

教師跟隨指導(dǎo)，適時引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題，展開討論，提出解決方案。

設(shè)計意圖：學(xué)生在真實的環(huán)境中體驗種群密度調(diào)查，了解科學(xué)探究的基本思路和方法，分工合作，提高實踐能力，培養(yǎng)科學(xué)探究的精神。同時，教師通過興趣小組課前的實踐活動，解決學(xué)校常規(guī)教學(xué)中由于教學(xué)場地、教育政策要求、課時等限制不易組織全班同學(xué)進行校外調(diào)查、實踐等難題。

4教學(xué)過程

4.1創(chuàng)設(shè)情境，導(dǎo)入新課

教師展示新聞資訊“長沙某小區(qū)由于物業(yè)不作為，草坪雜草叢生，引發(fā)物業(yè)與業(yè)主矛盾”“長沙市民反映，瀏陽河沿岸有大量蝗蟲若蟲，建議相關(guān)部門采取措施，以防引發(fā)新一輪蝗災(zāi)”及相關(guān)圖片，引發(fā)學(xué)生討論：該小區(qū)的雜草主要是什么？如何對雜草、蝗蟲數(shù)量進行調(diào)查？

設(shè)計意圖：教師聯(lián)系學(xué)生的生活，用真實的情境導(dǎo)入，創(chuàng)設(shè)問題情境，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動機，并引出興趣小組的實踐探究。

4.2活動1：樣方法調(diào)查匯報與交流

興趣小組從確定調(diào)查地點、地形及面積，確定調(diào)查對象、取樣的方法、結(jié)果分析及結(jié)論、小結(jié)5個方面進行匯報，并與同學(xué)交流。

4.2.1介紹調(diào)查地點、地形及調(diào)查對象

該次調(diào)查在木蓮世家小區(qū)一雜草叢生的近似長方形的草坪開展。此處草坪的雜草主要是鉆葉紫菀，是一種雙子葉植物，且為外來入侵物種。小組沒有選擇叢生和蔓生的雜草，且翅果菊與調(diào)查對象形態(tài)特征相似，小組首先對植物進行了辨別。

4.2.2確定樣方、開展探究

根據(jù)地形采用等距取樣法，每隔6m設(shè)置一組樣方，共設(shè)置8組樣方。為探究樣方大小對調(diào)查結(jié)果的影響，又設(shè)置了3種不同規(guī)格（0.25m2、1m2和2.25m2）的樣方。實踐探究前，小組作出了假說和結(jié)果預(yù)測，認為：樣方面積大小會影響種群密度的調(diào)查結(jié)果，樣方面積太小調(diào)查結(jié)果誤差較大;預(yù)期0.25m2的樣方調(diào)查結(jié)果與其他兩組調(diào)查結(jié)果相差較大。

小組設(shè)置統(tǒng)計表格，分工開展實踐調(diào)查。

4.2.3結(jié)果分析及結(jié)論

小組的調(diào)查統(tǒng)計結(jié)果總表見表1。

以上結(jié)果跟預(yù)期結(jié)果并不相符，小組根據(jù)實地情況，分析原因：①鉆葉紫菀在該草坪種群密度較大;②每組設(shè)置8個樣方數(shù)較多。故本實驗不能說明樣方面積太小調(diào)查結(jié)果誤差較大，為驗證假說，有待進一步調(diào)查。

4.2.4實踐小結(jié)和交流

小組在“如何做到隨機取樣”“如何精準(zhǔn)記數(shù)”“數(shù)據(jù)處理”等方面進行小結(jié)。學(xué)生也對取樣方法、數(shù)據(jù)處理、適用范圍等進行重點討論。例如，為什么采用等距取樣法而沒有用五點取樣法？若是“S”形地形又應(yīng)采用什么取樣方法？是否需要舍棄調(diào)查數(shù)據(jù)中的最大值、最小值？藤蔓植物能否用樣方法調(diào)查？在此過程中，教師要引導(dǎo)學(xué)生注意實地調(diào)查應(yīng)根據(jù)真實情境科學(xué)開展、合理調(diào)整調(diào)查方案，如樣方大小設(shè)置、取樣方法等，并使學(xué)生注重嚴謹?shù)目茖W(xué)態(tài)度、求真的科學(xué)精神。

設(shè)計意圖：基于興趣小組的調(diào)查匯報和交流，教師幫助學(xué)生領(lǐng)悟樣方法原理、要領(lǐng)、適用范圍，熟悉調(diào)查類科學(xué)研究的一般過程，培養(yǎng)學(xué)生表達、分析能力以及科學(xué)探究能力，使學(xué)生理解在實踐探究中根據(jù)調(diào)查對象、環(huán)境等復(fù)雜因素下合理開展實驗，滲透求真的科學(xué)態(tài)度。匯報交流的形式能幫助學(xué)生認識自我、建立自信，改進學(xué)習(xí)方式，創(chuàng)建多元評價體系。

教師提出問題，過渡到興趣小組2的活動展示：動物種群密度一般可以用什么方法調(diào)查？蝗蟲種群密度調(diào)查能否用標(biāo)記重捕法？

4.3活動2：標(biāo)記重捕法模擬實驗匯報與交流

4.3.1提出問題，明確探究方向

小組展示蝗災(zāi)照片，引發(fā)討論：蝗蟲種群數(shù)量調(diào)查能否采用標(biāo)記重捕法？

教師匯總學(xué)生的兩種觀點：①蝗蟲活動能力強、活動范圍廣，可以采用;②蝗蟲種群數(shù)量龐大，不適宜采用。進而引導(dǎo)學(xué)生明確探究方向：種群大小對標(biāo)記重捕法調(diào)查結(jié)果的影響。學(xué)生根據(jù)數(shù)學(xué)分析，作出假說：種群數(shù)量龐大時，采用標(biāo)記重捕法的調(diào)查結(jié)果實驗誤差較大，不宜采用。

4.3.2制定計劃，開展探究

實驗器材、用具有圓形塑料盒、勺子、黃豆及染黑的黃豆。小組設(shè)置真實數(shù)量為3000粒、400粒的組別分別模擬數(shù)量較大和較小的種群。先用染黑的黃豆等量置換圓形塑料盒部分黃豆模擬標(biāo)記重捕法中第一次捕捉標(biāo)記數(shù)，搖勻;然后，用勺子隨機取樣來模擬重捕情況，統(tǒng)計取樣總數(shù)和其中的染黑黃豆數(shù)，根據(jù)計算公式獲得調(diào)查實驗結(jié)果;進行3次實驗，得到估算平均值;并依次增加圓形塑料盒染黑黃豆數(shù)，重復(fù)實驗，獲得各組實驗結(jié)果。

4.3.3結(jié)果分析及結(jié)論

小組的兩個組別的調(diào)查統(tǒng)計結(jié)果總表見表2、表3。

小組根據(jù)結(jié)果分析，得到實驗結(jié)論：①種群數(shù)量較大時，采用標(biāo)記重捕法，實驗誤差較大。②第一次捕捉標(biāo)志總數(shù)大約是種群總數(shù)的1/10時，調(diào)查出的結(jié)果相對接近實際值。

綜上，種群數(shù)量龐大的蝗蟲，采用標(biāo)記重捕法調(diào)查時需標(biāo)記數(shù)非常多才有可靠的實驗結(jié)果，不具可操作性。故蝗蟲的種群數(shù)量調(diào)查不宜采用標(biāo)記重捕法。

4.3.4小結(jié)和交流

小組分別在“設(shè)計模擬實驗的原則”“采用數(shù)學(xué)思維分析結(jié)果”“蝗蟲不宜采用標(biāo)記重捕法的其他思考”等方面進行小結(jié)。例如，一般在不宜對研究對象直接干預(yù)、控制時可采用模擬實驗，但務(wù)必講究科學(xué)性，包括實驗原理、材料選擇、方法等的科學(xué)性。

其他學(xué)生對實驗用具與材料、實驗操作、實驗結(jié)論等展開激烈討論，如能不能用綠豆代替染黑的黃豆，對于“1/10”這一結(jié)論存在質(zhì)疑。教師建議：數(shù)據(jù)分析時，可以用曲線圖來表示更直觀。有的學(xué)生甚至對標(biāo)記重捕法的實用性產(chǎn)生了質(zhì)疑。

設(shè)計意圖：通過模擬實驗，學(xué)生理解了標(biāo)記重捕法的原理、要領(lǐng)、適用范圍。教師引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)種群密度調(diào)查方法選擇的依據(jù)，使學(xué)生明確：種群密度調(diào)查時應(yīng)根據(jù)所調(diào)查的生物特性，選擇恰當(dāng)?shù)姆椒ㄉ踔翆Ψ椒ㄟM行改良。同時，學(xué)生也了解模擬實驗的設(shè)計原則，培養(yǎng)了科學(xué)探究能力，進一步培養(yǎng)了表達、分析、科學(xué)評價、分工合作能力，發(fā)展了數(shù)學(xué)統(tǒng)計思維、批判性思維等。

教師追問：在使用標(biāo)記重捕法時，標(biāo)志物消失或脫落等異常情況都會導(dǎo)致調(diào)查結(jié)果與實際值偏差較大。是否通過模擬實驗進行演繹來評估調(diào)查結(jié)果是偏大或偏??？

4.4活動3：通過模擬實驗探究異常情況

教師展示實驗器具與材料、異常情況（標(biāo)記消失、脫落;標(biāo)記對動物造成傷害，甚至死亡;標(biāo)記過于醒目，導(dǎo)致比未標(biāo)記的更容易被重捕），并提出課堂探究實驗匯報要求：①說明如何模擬異常情況;②記錄、統(tǒng)計實驗結(jié)果;③用調(diào)查數(shù)據(jù)說明異常情況導(dǎo)致的結(jié)果。

學(xué)生分組討論，確定主題、開展實驗，興趣小組2的成員對標(biāo)記重捕法熟悉，作為觀察員分別在每個組觀察、記錄并進行指導(dǎo)，教師巡視。分組探究后，小組匯報并進行交流評價。

設(shè)計意圖：通過模擬實驗對標(biāo)記重捕法中異常情況分析，教師進一步培育學(xué)生合作探究、交流討論等綜合素養(yǎng)。學(xué)生通過成果展示，匯報交流，進一步認識自我、建立自信，改進學(xué)習(xí)方式，創(chuàng)建多元評價體系。

4.5聯(lián)系實際，創(chuàng)新應(yīng)用

教師提供有關(guān)衛(wèi)星遙感技術(shù)的資料，展示蝗蟲監(jiān)測技術(shù)流程圖（圖1）。

教師引導(dǎo)思考：為什么蝗蟲監(jiān)測需要獲取植被指數(shù)、地表溫度等數(shù)據(jù)？打理的草坪和荒廢的草坪，哪種容易滋生蝗蟲？以此呼應(yīng)課題導(dǎo)入情境，引發(fā)學(xué)生們進一步思考。教師布置任務(wù)：①查閱資料了解我國蝗蟲防治手段、成果。②以長沙市某種外來入侵生物如福壽螺、一枝黃花為例，通過查閱資料、調(diào)查等方式，了解其分布、危害及給出預(yù)防建議等。

學(xué)生分析資料，了解種群密度調(diào)查方法的發(fā)展：現(xiàn)在更多是根據(jù)生物自身特性與其影響因子，利用多技術(shù)手段和學(xué)科融合來追蹤其種群數(shù)量動態(tài)變化及預(yù)期未來發(fā)展情況。

設(shè)計意圖：教師引導(dǎo)學(xué)生認同伴隨科技發(fā)展，促進調(diào)查手段的發(fā)展、創(chuàng)新，并利用情境任務(wù)，進一步激發(fā)學(xué)生的實踐興趣，促進學(xué)生學(xué)以致用，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、信息獲取、解決問題等能力，落實社會責(zé)任素養(yǎng)。

5教學(xué)反思

本課例采用“實踐-匯報-交流”教學(xué)模式，創(chuàng)設(shè)“草坪雜草叢生”“瀏陽河蝗蟲”等真實教學(xué)情境，帶領(lǐng)學(xué)生開展樣方法實地調(diào)查、標(biāo)記重捕法模擬實驗、匯報研討等探究實踐活動。學(xué)生邊做、邊學(xué)、邊想、邊議，對兩種科學(xué)方法的使用范圍和要領(lǐng)有了更深層次的理解;通過匯報、交流，能對教材的理論知識和真實實踐中遇到的具體問題進行批判性思考;對如何開展調(diào)查類科學(xué)研究和模擬實驗有了真實體驗。同時，本課例通過真實情境關(guān)注真實問題，通過實踐探究解決問題，在實踐過程中又生成新問題，引發(fā)學(xué)生進一步思考，加深了學(xué)生對生物學(xué)概念的理解，這是傳統(tǒng)的理論教學(xué)無法達到的育人效果。例如，興趣小組2的探究方向（種群大小對標(biāo)記重捕法調(diào)查結(jié)果的影響）是基于我校去年在做標(biāo)記重捕法模擬實驗時由于放置了2000顆黃豆而導(dǎo)致很多學(xué)生小組的實驗因為加入的染黑黃豆素數(shù)太少而偏差很大，沒有成功。這次興趣小組2還發(fā)現(xiàn)重捕數(shù)的數(shù)量也對實驗結(jié)果有影響。重捕數(shù)是多少時調(diào)查出的估算值更接近真實值呢？這又是一個新的探究方向?？傊?/p>