以一道竞赛题为例谈生命科学探究能力的培养

乐黎辉

(上海市第八中学 200011)

科学探究是生命科学核心素养之一。每年举行的上海市高中生命科学竞赛，是学生实验探究能力的大比拼。现以其中的一道竞赛题为例来分析有关高中生命科学探究能力的培养问题。

例题： 给出一段关于“腐乳制作传说”的文字，要求完成笔试和实验操作两个部分。笔试内容是： (1)利用所学生命科学知识，解释豆腐长白毛的原因并说明其作用。(2)说明把豆腐用盐腌起来的过程中，盐起到什么作用。(3)根据上述传说，请总结做腐乳的流程与方法。操作部分是： 以腐乳为材料制作装片，并在高倍显微镜视野中检查，用指针指出制作腐乳的主要生物的形态(保留镜检)。

1 学生临场表现存在的问题

1.1 部分学生运用术语和原理对现象进行解释缺乏严谨性和完整性 学生基本上都能答出第一个问题，说明所掌握的生命科学基础知识比较系统扎实，对实验现象的解释能力较强，但是表达上却缺乏严谨，不够完整。例如，没有指明真菌的菌丝是由孢子萌发而来；也没有说明因为温度湿度非常适宜，所以孢子萌发产生了大量的菌丝。另外，很多学生对于为什么豆腐变成腐乳后会“味道鲜美”没有给出关键而明确的解释(即蛋白质水解产生的氨基酸是主要的“鲜味物质”)，只是笼统说大分子有机物被分解产生了小分子有机物。

1.2 学生对操作过程的解释能力比较欠缺 关于“用盐腌制”的作用，大部分学生都是较为简单地答“杀菌”，考虑到腐乳的防腐坏问题。但是很多学生没有想到加盐抑制微生物繁殖的作用并不仅仅为了防腐坏，还与控制发酵和促进口感改善有关。这也印证了学生对于腐乳制作过程中蛋白质水解结果的认识不是很清晰，而且对于“鲜味”产生的原因不清楚。

从这道问题解答上的表现可以发现，除了课堂上学习的知识，能有意识地拓展学习课外知识、拥有丰富生活常识(知道味精成分)，并能综合全面思考问题的学生并不多见。反映了学生平时对生活关注观察不够，课外知识的拓展学习十分有限。这样，思考问题自然很难做到全面透彻。

1.3 学生综合应用知识解决问题的能力差异显著 在回答第三个问题上的表现参差不齐。优秀的学生表达十分完整，注意到了接种毛霉、促进毛霉生长、加盐腌制、密封保存这些关键步骤。但是也有很多学生甚至没有提到接种毛霉，直接将豆腐加盐腌制，密封保存。显然忽略了微生物发酵这一重要的步骤。

1.4 学生在显微观察实验技能上差异显著 优秀的学生，从取材到制作装片、寻找并指示物像，一气呵成。视野中，毛霉的菌丝清晰可见，连细胞核都看得非常清楚。说明焦距调节、光亮度调整都十分到位，指针指示也非常规范。但是也有一些学生，一开始取材就错了——从腐乳的内部去挑取材料。有的还挑取了一大块，在载玻片上厚厚的一摊。还有的学生，视野中并没有出现菌丝，就用指针指了一个杂质。说明该学生并不清楚腐乳上面生长的微生物的种类和形态特征。

2 竞赛试题和学科素养目标之间的关联分析

2.1 运用生命科学知识对实验现象的解释能力 这段关于腐乳制作传说的文字，描述了“豆腐”变“腐乳”过程中的一些关键现象：“长白毛”、由“淡而无味”变成了“味道鲜美”。要求学生联系生命科学知识对其做出解释。涉及的知识是微生物的分类及其营养。

腐乳的制作实际上源于一个无意中的微生物发酵实验。原本可能是被微生物“污染”了食品的一件坏事，由于不舍得丢弃，最终歪打正着地做成了口味鲜美深受欢迎的风味食品。这样的例子在生活中有很多。从中我们可以发现，微生物对食物成分的改变，需要辩证地看待： 如果其代谢产生了有毒有害物质，如黄曲霉素有强致癌作用、肉毒杆菌毒素对神经系统有极强毒性，则坚决不能食用。但是，很多微生物的代谢也使得原来的食材营养价值更高、口味更好。人类就会有意识地去利用这些微生物的代谢加工食品，这就是发酵技术。

通过对材料的阅读再现实验的过程和现象，要求学生能进行解释，分析其生命科学原理，体现了对生命科学知识的理解和应用。

2.2 运用生命科学知识对操作过程的解释能力 在腐乳发酵制作的过程中，有加盐腌制的步骤。要求学生解释其作用。对于这个操作步骤的解释，则体现了对问题的思考是否全面。学生很容易想到“调味”。从材料中分析也不难发现，当时加盐的主要目的显然是为了杀死“污染了豆腐”的微生物，防止食物进一步腐败变质。但是还有另一个作用： 控制发酵程度。如果毛霉生长过度，营养物质消耗过多，营养价值就会变低，口味也会变差。加盐杀死毛霉，细胞里的酶释放出来，还能继续分解豆腐中的蛋白质等有机物，这是第二阶段的发酵，会继续对成品(腐乳)的口味产生影响。随着分解产生的氨基酸越来越多，与盐发生反应生成氨基酸盐是导致腐乳味道鲜美的重要原因。材料中的当事人在恰当的时机对长毛豆腐进行了加盐处理，再一次“歪打正着”，使得美味腐乳最终得以制成。

对这个操作步骤的解释，一方面考察学生是否能全面、深度地思考问题，另一方面检测了学生知识的广度、深度以及迁移应用的能力，要求很高。

2.3 结合生命科学知识解决实际问题的能力 要求学生总结腐乳制作的工艺流程，很显然是考察学生综合应用知识解决实际问题的能力。学生通过分析，能总结出腐乳制作的关键步骤及其原理。但真正能成功做出美味腐乳，还需要考虑很多细节问题。如豆腐的品种(含水量的多少、点豆腐的材料)、发酵过程中的温度和湿度控制等。所以腐乳这一发酵食品的制作还涉及如何创造微生物(毛霉)生长的最适条件，如何抑制杂菌污染等问题。

当今社会，越来越需要能学以致用、综合应用各科知识解决实际问题的人才。所以，考试命题与科学、技术、社会、环境结合是热点和趋势。生命科学核心素养中关于“社会责任”的具体描述，也提到了要求学生能“结合本地资源开展科学实践，尝试解决现实生活中与生物学相关的问题。”可见，学习的最终目的是能很好地服务社会。

2.4 显微观察实验技能的迁移应用能力 第二部分考察学生的实验操作中最重要的技能——显微观察，涉及取材、装片制作、显微镜操作、辨别观察目标等。要能够取得理想的实验效果，每一步都很重要。

2.4.1 关于取材 本实验中的取材可以在所给的“文字材料”中寻求到答案： 如果将豆腐表面长“白毛”和腐乳的表面有一层致密的“皮”联系起来，自然就明白正确的取材部位在哪里了。

正确选材是科学实验成功最关键的一步。这方面的例子不胜枚举。教材中的许多实验都会详细介绍选择某种实验材料的原因是什么，还会说明如何取材能获得理想的实验效果。选材不恰当，往往会导致实验失败或实验效果不佳。

2.4.2 关于装片制作 明白光学显微镜的工作原理，应该知道制作装片的材料必须透光度好(尽量薄)。从是否充分分散挑取的材料可以看出学生这方面的实验素养。

2.4.3 关于显微镜操作 本实验中因为需观察的是霉菌菌丝，一般无色，只有孢子有颜色，所以成功的关键是视野光亮度不宜太强。在装片制作质量好的情况下，显微镜操作的对光、调焦(尤其是高倍物镜)以及视野调整，这其中的任意一方面做得不好都会导致功亏一篑。这些最能看出学生平时的操作是否规范和熟练。

2.4.4 关于辨别观察目标 在本实验中，学生要根据自己所了解的观察对象的特征，寻找到正确的观察目标，否则就会错把装片中的杂质当成观察目标。因此，是否能正确判断观察目标可以看出学生的生命科学知识是否扎实。

3 针对科学探究实验教学的反思和建议

3.1 教学中的问题 分析比赛中学生的表现，可以管窥在教学中存在的问题： 重理论知识的学习，轻探究能力的培养；重书本知识的习得，轻实践能力的发展；重考试目标的落实，轻学习意识的引导。这些问题的出现有一定的客观因素。在教学时数紧张、学业压力繁重的情况下，教师和学生都会首先关注考试。考什么就教(学)什么，考得多就投入多。似乎这是取得理想考试成绩最便捷的做法。然而，过于功利，必然会降低学科本身的学术魅力，挫伤学习热情和兴趣。从长远来看，必然会导致培养出来的人不具备完善的学科素养，不利于社会的发展。

3.2 教学上的作法和建议 培养学生的综合探究能力需要关注以下三个方面： ①学科知识的学习必须密切联系生活实际，做到学以致用，教学中要引导学生观察生活、关注社会，利用多种渠道开展科学实践；②结合实验特点对科学探究的各环节加强实战训练，真正付之于实践才能真正提升科学探究能力，模拟实验只能是辅助手段；③在自我反思方面，高中生更善于反思探究过程和科学方法，对于为何要进行探究、探究的意义所在，学生思考较少,应加强引导。