立足科学本质教育的生物核心素养教学实践

朱晓燕

摘要以“生长素的生理作用”为例，立足科学本质教育观，自主建构概念，在知识应用的过程中渗透社会责任意识，体现科学与技术彼此的互相影响。

关键词科学本质观 探究 数学模型 理性思维

建构主义哲学观将科学本质的内涵界定为科学知识维度、科学方法维度和科学事业维度三个部分。在《普通高中生物课程标准（2017版）》中关于科学本质的具体体现包括：科学知识的创造性和暂时性本质（科学知识的本质）；科学探究的批判性、逻辑性和科学方法的多元化本质（科学方法的本质）；科学、技术和社会的相互关系（科学事业的本质）。

生命科学不仅是结论丰富的知识体系，也包括人类认识自然现象和规律的一些特有的思维方式和探究过程。培养学生科学本质观是科学教育的重要目标之一，也是生物学科核心素养的重要内容。生物学核心素养主要包括生命观念、科学思维、科学探究和社会责任。基于科学本质观、立足于核心素养培养的生物学教学、应引导学生主动地参与学习过程，在亲历提出问题、获取信息、寻找证据、检验假设和发现规律等过程中习得生物学知识，形成生命观念，关注科学本质，养成科学思维方式，形成积极的科学态度，发展终身学习的能力。

下面以人教版必修3第三章“植物的激素调节”第二课时“生长素的生理作用”教学为例，采取自主探究的实验教学策略，通过自主探究建构概念，形成“稳态与平衡”生命观，引导学生探索生长素的生理作用，并指导学生将实验结果转换为数学模型，培养学生科学思维，建立科学本质观，落实生物学科核心素养。

1关注科学发展史，渗透科学本质教育

科学史的学习可以体现科学进展的演化性与革命性。教师以复习导入引入新课，使学生回顾植物生长激素发现过程，重温经过几代科学家接力式地共同努力找出植物向光性原因的科学史实，引导学生体会到科学原理与规律发现的不易。

学生根据科学家的实验现象，推断出结论：植物生长素的分布不均匀，背光侧的生长素浓度较高，而向光侧的较低，导致向光侧生长较慢，背光侧生长较快，故出现向光生长。在此基础上，教师进一步设疑：是否生长素的浓度越高越能够促进生长？教师引导学生提出假设，并强调：任何结论都不能主观臆断，科学知识的形成需要借助于观察，事实证据与合理论证，要像科学家一样，用实验来支持自己的判断。这样从而引入对植物生长激素生理作用的探究学习。

2自主实验探究，感悟科学实证思想

“植物的激素调节”教学中蕴含非常明确的科学实证思想，强调科学结论均依据一定的证据得出。教师围绕核心概念设计探究活动——“探索生长素类似物促进插条生根的最适浓度”，让学生亲历概念的形成过程，以帮助其建立对核心概念的深层理解及迁移应用。事先请生物兴趣小组的学生先行完成“不同浓度2，4-D溶液对洋葱根生长的影响”实验，并将实验过程拍摄成照片，记录下实验数据，制作成PPT在课堂上展示。

教师请实验兴趣小组介绍基于推测的实验设计，展示记录实验的全过程，介绍用不同浓度的2，4-D溶液处理洋葱的方法、根生长情况的详细记录，并展示实验过程拍摄的照片及根据实验结果绘制的曲线图与柱状图，公布通过实验得出的结论：生长素的浓度越高，并不一定越促进根生长。

师生共同回顾实验设计所应遵循的原则，讨论实验设计的科学性，重点分析实验小组对单一变量的控制与设置对照实验的科学严谨性。同时，教师进一步启发学生思考：如何继续设计实验找出最适合洋葱根生长的2，4-D溶液浓度？学生分享兴趣小组同学的实验经验，领悟预实验的意义。在这一过程中，学生理解科学知识的发展，体现出科学本质中的逻辑性、批判性和科学方法的多元化；感悟科学本质观点中的科学观察与推论过程，培养进行观察、提出疑问、进行实验设计、实施方案以及用规范科学的方法表达实验结果的能力。教师要鼓励学生在探究中要团队合作，勇于创新。

3建构数学模型，培养科学思维能力

以科学思维为主线，展示了在科学原理与规律发现过程中，从现象到本质，从个体到普遍来阐释生命规律的探究方法，强调科学结论均基于生物学事实和证据，培养学生运用归纳与概括、演绎与推理、模型与建模、批判性思维等方法来研究生物学问题。

在探究活动的基础上，学生讨论绘制出实验结果曲线图，教师指导学生尝试从曲线图中获取信息。师生共同交流解读生长素浓度与作用关系曲线图。教师启发学生思考曲线图是否具有普遍意义，是否也适用于其他生物在不同浓度影响下的生长情况。

接着，教师介绍科学家所做过的类似实验过程，解读生长素浓度与根的生长情况所呈现的变化趋势，指导学生学习用数学模型建构方法来表达生物学现象与规律。学生通过对曲线的分析，直观地了解到生长素的作用有促进生长、抑制生长和既不促进也不抑制等不同效果：在一定浓度范围内，生长素的浓度越高，能促进生长；而一旦超过最高值，则促进生长的效果减弱，甚至出现抑制效果。学生经过讨论，得出结论：生长素在低浓度促进生长，高浓度抑制生长。教师归纳植物生长素两重性的特点，指出生长素不仅与植物的生长和发芽有关，还影响着开花结实。师生共同交流得出结论：根部对生长素最敏感；敏感程度由高至低依次为根、芽、茎。

教师再次进行模型检验，体现数学模型建构思想，进一步提出思考：不同的植物在不同浓度生长素影响下的生长情况是否也符合上述数学曲线图？教师展示单、双子叶植物在不同浓度生长素影响下的生长情况曲线图，引导学生据图分析得出结论：曲线图变化趋势与之前的相同，也表现为低浓度促进生长，高浓度抑制生长，且双子叶植物更为敏感。教师通过模型建构来提升概念教学的有效性，促进学生对生物的核心概念、基本原理的深化理解和知识体系框架的梳理。

4体现学以致用，发扬生物学科价值

基于生物学的认识，作出理性解释和判断，具备利用所学的知识解决生产、生活问题的能力；能够以造福人类的态度和价值观，积极运用所学的生物知识解释生活中的现象，解决生产问题，是高中生物教学的重要目标之一，也是生物学科核心素养中关于“社会责任”的重要内容。教师引导学生将植物生长素的生理作用应用于解释生活与生产中的问题，不仅能深化学生对知识的理解，达成学以致用的目的，更能在对问题的关注与思考中，形成社会责任。

教师利用多媒体展示杉木林圖片，学生小组讨论，尝试利用所学的知识解释杉木外形成塔形的原因。再次回顾达尔文从司空见惯的日常中提炼出问题的科学故事，教师引发学生的思考，鼓励学生要善于捕捉信息，大胆质疑，勇于探索。教师可进一步引导学生关注生活与生产中的生物学问题或现象，如引导学生分析果树打项，棉花摘心的原理，指出在农业生产中植物生长激素的应用实例，防止果实和叶片的脱落，可作为除草剂，促进结实、获得无子果实，促进扦插枝条生根等。通过联系生活实际或新情境，在解释或解决具体问题过程中，学生巩固概念理解，训练与提升知识应用与迁移能力。教师要引导学生关注身边的生物学现象，了解生物学对社会生活与生产实践的重要价值，激发学生学习热情。

核心素养的培养是一个长效的循序渐进的过程，教师需要在每一节课的教学任务中，依托具体的生物学概念，引导学生逐步体验生物学知识与形成的发展过程，学习科学研究的思想与方法，培养学生逻辑思维能力，提升科学思维水平。教师应坚持以核心素养为导向进行教学设计，真正的将核心素养培养目标落实于每一节课的教学。