提升生物学科能力的深度探究教学

邰玉韦

摘 要 结合教学案例，探讨寻找事实证据，开展“动手实验”；促进概念理解，重视“模型制作”；提升理性思维，关注“推理论证”；解决生活问题，突出“创新实践”等多方面的深度探究教学活动，进而提升学生的生物学科能力。

关键词 生物学科能力 探究教学 生物学教学

中图分类号 G633.91 文献标志码 B

随着生物课程改革的深入实施，促进生物学科能力的提升是目前一线教师正面对挑战的重要课题。生物课程的性质决定了生物学科的能力表现。有学科专家认为生物学科能力表现的内涵主要包括：对生物科学知识、科学过程和方法的理解能力；思维能力；观察能力；实验能力；调查能力；健康生活能力；实践能力和创新能力等。《义务教育生物学课程标准（2011版）》积极倡导探究性学习的理念，一方面，在科学探究体验活动中，让学生理解和掌握“科学探究”的内容和思想方法；另一方面，通过已具备的科学探究能力，进一步尝试着解释生物学科的一些现象和规律以及现实生活中的相关生物学问题。

1 寻找事实证据，开展“动手实验”的探究活动

生物学是一门以实验为基础的自然科学。生物学的各种理论知识大多数都是通过实验得出的，许多生物现象只有通过实验寻找事实证据，才可以得以解释。因此，生物学实验是整个生物学教学的基础，能帮助学生理解生物学基本事实、概念、原理和规律。

案例1：为帮助学生理解重要概念“无机盐对植物生长有促进作用”，教师鼓励学生这样设计实验：提供两个分别装有等量无土营养液A和蒸馏水B的锥形瓶，并向A、B锥形瓶中分别放入2棵生长状况一样的青菜植株。在其他环境条件都相同的情况下，培养一段时间，观察比较A和B植物生长情况。结果装有蒸馏水B锥形瓶中的青菜植株明显长势较弱，叶片发黄，A锥形瓶中的青菜植株明显长势健壮。按照常规实验，此时就可以得出实验结论“无机盐对植物生长有促进作用”。但这位教师又提出问题：A锥形瓶的营养液中到底有什么物质可以促进植物生长呢？学生的积极性一下子又被调动起来了。教师继续引导学生进行实验探究活动，寻找证据，探究其原因：取2片洁净的载玻片，在载玻片中央分别滴一滴无土营养液和蒸馏水，用镊子夹住载玻片，放在酒精灯上加热烘干，观察实验结果。学生兴奋地发现：在滴加无土营养液的载玻片上留下白色的斑痕，这就是促进植物生长的无机盐。而在滴加蒸馏水的载玻片上没有白色的斑痕。通过进一步探究实验的方式，学生看到了真实存在的无机盐，对于无机盐及其作用就获得了一定的感性认识。因此，实验探究对建构概念“无机盐具有促进植物生长作用”，起到了促进和理解的作用。

2 促进概念理解，重视“模型制作”的探究活动

有效解决生物学概念教学中疑难问题的方式有很多，模型建构是最直接最有效的途径之一。“模型制作”是一个学生体验式学习的过程，可以发挥学生的主体意识，积极改变学生的学习方式，凸显学生探究学习的过程。它不仅可以降低学生学习重要概念的难度，还可以促进学生对较抽象的概念知识、原理等发生过程获得较清晰、直观的理解。因此，当实验不能提供科学事实和证据时，实物模型是解决生物学问题的有效载体和证据。

案例2：“人体与外界环境的气体交换”中“呼吸运动的发生过程”对于许多学生而言，比较困难。首先，学生对胸廓的组成、膈肌、肋间外肌等分布和功能缺乏基础的认识；其次，呼吸运动的过程是动态的，较为复杂和抽象；同时，这部分内容还涉及到很多知识点的理解，如肌肉与骨、体积变化与气压、吸气和呼气与胸廓体积变化等在学生缺乏基础知识的情况下，对学生的思维具有很大的挑战性。所以，这部分内容既是教学重点，又是教学难点。若在实际教学中，教师增加“动手做模型”的进一步探究活动，可以化难为易。

“呼吸运动模型”制作材料：小气球、医用V型三通塑料管、乳胶手套、PP材料塑料杯、剪刀、橡皮泥、橡皮筋或细线等。活动要求：（1） 每小组制作一个简易呼吸运动模型，并说明每一部分代表什么结构。（2） 进行模型操作演示。（3） 学生探究并回答：① 膈肌收缩（下拉乳胶手套），胸廓体积增大还是减小？这时，肺吸气还是呼气？② 膈肌舒张（松手回升），胸廓体积增大还是减小？这时，肺吸气还是呼气？③ 用手连续捏几下塑料杯的壁，观察“气球”有什么变化？（4） 肋间肌收缩时，胸廓会怎样运动？体积怎样变化？肺吸气还是呼气？通过问题搭桥、模型制作和探究，学生加深了对概念的直观体验和感性认识，增强了对呼吸运动发生过程和原理的理解。该活动降低了学生学习的难度，有效解决了教学的重难点。

3 提升理性思维，关注“推理论证”的探究活动

推理论证探究教学就是一种强调利用资料进行合理的推理和论证，培养学生科学思维方式和能力，解决问题的一种教学策略。它可以与探究教学过程紧密结合，使探究思维有“理”，还可以创造性进一步增加科学概念表达和生生互评等教学过程。

案例3：在2014年江苏省初中教师优质课比赛活动中，其中一个课题就是“生态系统的自我调节”。苏科版初中生物教材中提供了“分析草原生态系统的自我调节能力”一段材料，内容如下：“某草原上有着大量的植物，为鼠类提供了丰富的实物，鼠类因此大量繁殖，结果草原植被很快被鼠类破坏，植物数量迅速减少。食鼠动物（如蛇、鹰）因鼠类的增加，有了丰富的食物来源，数量也随之逐渐增加。由于植物数量的减少，造成鼠类的食物不足，随之而来的是，鼠类由于食物不足和天敌数量的增多，数量很快下降，使植物的数量又得以增长恢复。”

同时教材中又给出一个曲线图（图1）和一道讨论题：尝试用坐标曲线表示草原生态系统中草和鼠之间的关系。

在实际教学中，如果没有站在学生的思维角度，很多教师可能就直接利用教材中这个曲线图，让学生画出草的曲线，学生也就自然画出了如图2所示的曲线。显然答案是错误的，因为学生把草的数量变化和鼠的数量变化因果和逻辑关系颠倒了。而一位参赛教师则通过进一步推理和论证，恰当地处理了此问题，并解决本节的重难点，培养了学生的理解能力和思维能力。进一步探究活动设计如下：（1） 想一想：① 在草原生态系统中生活着哪些生物？② 草、鼠、鹰之间是什么关系？请你用学过的方法表示出来。（突破1：借助学前概念，巩固基本概念食物链）（2） 试一试：先从草开始分析，以表格形式引导学生，随着时间变化草、鼠、鹰之间的数量变化是怎样的？（突破2：列表格分析生物数量关系，为初步理解生态系统的自我调节做铺垫）（3） 摆一摆：给出曲线（图3）提出活动要求：① 认真读图，了解纵、横坐标轴各表示什么？② 在草原生态系统中草、鼠、鹰的数量相同吗？在坐标上如何表示？③ 根据表格的分析，请用磁铁在白板的坐标轴内摆一摆三种生物的数量变化曲线。（突破3：使用教具，小组合作探究，引领学生自主建构三条曲线、解释规律）（4） 理一理：草、鼠、鹰三种生物在数量上的变化规律？这种规律是人为控制的吗？学生很顺利表达出概念的内涵和规律，自然得出结论：生态系统具有自我调节恢复稳定状态的的能力。

4 解决生活问题，突出“创新实践”的探究活动

生物创新实践活动的立项和完成都是基于生物学知识和原理来解决实际生活问题的课题，而教师选择的课题情境相对于学生的课堂学习情境，应具有明显的新颖性、丰富性、实践性、创新性和探究性等特点。通过观察，发现生活中的困惑现象，提出要探究的问题，进一步开展“创新实践”探究活动是最有效的补充。

案例4：创新实践课题的提出：纸巾或手帕纸是学生比较熟悉的生活必需品。废弃的纸巾或手帕的纸在土壤中是如何消失的呢？纸巾的主要成分是纤维素，和淀粉一样都是糖类大分子，分解后都会有产生葡萄糖这个过程。废弃的纸巾如果被土壤微生物发酵降解，会产生葡萄糖，可以用尿糖试纸来检验。于是，教师就可以引导学生开展“纸巾降解”的探究实践活动。因为教材上没有安排这个实验，所以要充分体现学生的自主创新实践能力。创新实践课题的方案设计如下：① 用盆子取中层土壤加水搅拌至均匀。② 用小刀把矿泉水瓶制作成两个大小一样的容器A、B。③ 在容器A中放入150 mL蒸馏水。④ 用纱布过滤2～3次土壤溶液后，置于烧杯中。⑤ 在容器B中放入150 mL土壤溶液过滤液。⑥ 在实验容器A、B各放入一张纸巾，放在实验室里待观察。⑦ 每隔一周用尿糖试纸检测一次。⑧ 观察记录现象、发现问题和临时解决办法。⑨ 得出结论。

最后，创新实践课题的证据呈现和创新实践课题的问题解释，都可以顺利进行。创新实践解决生活中垃圾如何消失的实际问题，符合新课程探究学习的核心理念。同时，教师又提供给学生自主创新的空间，如表现在土壤选用上、器具选用上、方案设计上、尿糖试纸使用方法等。这些实践能力、创新能力和健康能力的进一步培养都是生物学科观点最重要的一部分。

总之，生物学科能力具有极其丰富的内涵，而科学探究也是一种多侧面的活动，面对要解决的、具体的实际问题，教师安排合理的、充分的、有效的进一步探究教学活动，让学生经历较为深刻的思考和体验，发展学生多层次的科学探究能力，进而完善和提升生物学科的能力。