借助生长素科学史素材，落实学生科学探究素养

（上海市淞浦中学 上海 200941）

从20世纪50年代开始，众多国家的科学课程推广科学探究，美国1996年公布的《国家科学教育标准》中强调各学段所有年级的学生都应有机会进行科学研究并且培养探究性思维和探究性活动的能力。我国教育部在21世纪之初颁布的各个自然学科的课程标准也要求开展以探究为核心的教学。《普通高中生物学课程标准（2017年版）》（以下简称《课程标准》）中把科学探究确定为生物学科四大核心素养之一。

1 “科学探究”素养的概述

《课程标准》中这样描述：能够发现现实生活世界中的生物学问题，针对特定的生物学现象，进行观察、提问、实验设计、方案实施以及对结果的交流与讨论的能力。学生应在探究过程中，逐步增强对自然现象的好奇心和求知欲，掌握科学探究的基本思路和方法，提高实践能力；在探究中，乐于并善于团队合作，勇于创新。

2 核心素养视角下的科学探究的意义

《课程标准》提出生命观念、科学思维、科学探究、社会责任4个维度的生物学学科核心素养。其中生命观念是基础和支柱，基于科学思维和科学探究之间相互碰撞进而形成社会责任。生命观念在科学探究过程中得以实证和养成；在科学探究过程中锻炼科学思维；在科学探究基础上认识社会责任。因此，科学探究在生物学学科核心素养的培养中起着决定性的作用，是落实生物学学科核心素养的关键，通过科学探究最终建立生命观念，提升社会责任。

上科版《生命科学》第二册在“植物生长发育的调节”的一节中，学生通过植物生长素的探索过程的学习，知道了植物体内产生生长素，由于外界单侧光的影响，生长素会出现分布不均衡而引起不均衡生长的科学事实，在探究学习过程中理解了植物产生向光性的科学本质。同时，教师通过介绍许多生活实例，使学生了解植物向光性是为了获取更多的阳光进行光合作用，积累更多的物质和能量。向光性是植物在多变的环境中，通过一定的调节机制，完成复杂的生命活动以保持稳态，是植物适应环境的一种表现。整个教学过程中，教师以科学探究为主线，结合科学思维，促进学生形成生命观念，提升学生的社会责任。

3 借助生长素科学史素材，开展科学探究教学，落实学生科学探究素养

教材中关于植物生长素的探索史中罗列了达尔文父子的实验、杰逊的实验、温特的实验、以及郭葛的实验共4个经典实验。但是由于教材篇幅问题，科学史内容的呈现形式仅以时间轴为线索，简单记录实验过程和结论。如果在教学中，教师只是通读教材或者按教材讲解，不处理科学史内容，大大削弱了科学史在提高学生的生物学学科核心素养中的教学意义，使科学探究的落实成为表面形式。但是，如果教师能借助科学史素材，有意识地对素材进行处理和优化，让学生有更多的机会和时间参与思考、观察、动手、交流，在实践体验中提高提出问题、分析解释数据和现象、设计方案、交流讨论等能力，进一步培养创新精神和合作精神。

3.1 现实生活情境引入，寻找提问的角度，树立发现问题的意识

好奇心会产生强烈的求知或探索欲望。来自身边熟悉的生活情境中的问题，可以激发学生学习的兴趣，使置身于对身边问题的探究中。向光性是生活中普遍存在的现象，虽然学生平时熟视无睹，但是只要教师选择合适的角度，也可以激发学生学习的欲望，同时也能培养学生发现问题、提出问题的能力。

教师出示一向光性植物实物，并提出问题：这棵植物大概放在房间的什么位置，按怎样的方向放置？学生兴趣高涨，纷纷参与讨论。于是，教师追问：植物为什么会这样长呢？接着，教师再出示向日葵、红杏出墙、岩石中的小草等照片，引导学生体会向光性的意义：谁第一个发现向光性现象的呢？教师请学生（课前已作准备）讲述达尔文发现向光性的故事。实物、图片、故事都是学生熟悉和感兴趣的，可以促进学生在简单事例中感悟自然界生物对环境的适应，感悟科学家发现问题的能力和不懈努力的精神。教师提出问题：你们对植物向光性有什么问题想了解吗？教师要注意激发学生对现实生活世界中生物学问题探究的意识和提问的能力。

3.2 以达尔文父子实验为材料，说出实验变量、实验现象和结论，提高分析实验的水平

实验分析能力是保证更好完成科学探究的基本技能之一。只有学会分析实验，才能更好的设计实验、完成实验。对实验变量的控制、实验原则和实验原理的理解、实验现象的观察、实验结论的归纳等能力都是分析实验过程中的必备能力。

教师把达尔文父子的实验过程图（图1）作为教学素材，要求学生根据材料填表（表1）。在完成填表活动中，学生通过实验组的对比能找出实验的变量、实验的现象，得出实验结论。教师提出问题，让学生进一步体会实验设计的单因子变量原则，提升科学探究中分析实验的能力：组③为什么不和组①比较？

表1 实验记录表

3.3 达尔文父子实验的拓展，在团队合作交流中，培养学生设计实验的能力

科学探究包括提出问题、提出假设、设计实验、实施实验、分析数据、得出结论、合作交流等环节。其中，设计实验是科学探究过程中承上启下的环节，实验设计能力是科学探究过程中起决定性作用的一项技能。

在对达尔文父子向光性实验学习的基础上，教师提出问题，引导学生进一步探究：

①胚芽鞘生长的部位在哪里？

②有没有简单直观的实验方法证明胚芽鞘伸长生长的部位在尖端下面？

③胚芽鞘向光弯曲时，胚芽鞘两侧的细胞生长有什么区别呢？

教师培养学生根据问题提出假设的能力，并利用曹冲称象的故事引导，也可以出示图2进行引导，请学生根据图示描述实验基本步骤，培养学生设计简单实验的能力。教师要求学生根据图3设计实验方案：从细胞水平上验证胚芽鞘向光弯曲时，胚芽鞘两侧的细胞生长的不同。学生要根据自己对上述问题提出的假设设计完整的实验，对实验可能的现象进行讨论。这部分的教学内容要求比较高，需要学生组队合作完成，锻炼学生的合作精神。完成方案设计后，学生之间进行交流和评价，也锻炼了语言表达能力。在这项活动中，学生能比较完整地经历科学探究的过程：发现问题—提出假设—设计实验—（实施实验）—分析数据—得出结论。

3.4 杰逊和温特的实验比较，体验科学探究过程的严谨性，培养科学精神

科学不是静止的，科学探究也是在不断收集证据、解释证据、新的证据更新旧的证据、再进一步收集证据、更新证据的循环中不断发生的。这体现了严谨务实的科学态度，也体现了不断进取、不懈努力的科学精神。

教师通过杰逊实验的示意图（图4），请学生观察描述实验方法和实验现象，得出实验结论，培养学生通过观察图片获取信息的能力。同时，提出两个问题，激发学生继续探究，也同时引导学生探究的方向：①实验设计中有没有不严密的地方？②有没有说明产生了向光性的原因？

而对温特实验的处理（图5），即解决了上述两个问题，可以进一步培养学生对实验变量的认识，并促进学生从实验结果中分析实验变量和实验方法，找出实验组。

①组___与组___比较，得出琼脂块中的生长素有促进生长的作用。说明生长素可扩散到琼脂块中。

②组___与组___比较，说明植物弯曲生长与生长素的含量有关。

3.5 改进经典实验，挑战前人成果，培养创新精神

科学探究是发现问题、解决问题、新的问题周而复始的探究过程。在这个过程中，前人的成就是后人成功的基础，是值得尊敬的财富。但是，不等于说前人的成果一定是正确完整没有缺陷的。学生一定要具有批判性思维的意识和能力，这也是科学探究素养的精髓之一。

教师告诉学生：课堂开始时的实物并不如起初认为的放在房间的窗台上，而且，根据达尔文父子的实验方法并不能得到明显的向光性现象，这是什么原因呢？学生会发现明亮的教室和黑暗的船舱不同，寻找到实验不理想的原因是单侧光的处理上，提出用暗箱开口设置单侧光。学生敢于挑战经典，优化实验。教师布置另一项任务：课后探索，改进温特实验，即能说明生长素的极性运输，又能说明生长素的横向运输。此项设计的目的是培养学生的批判思维，提升学生的信心和兴趣。

科学探究核心素养是生物学学科核心素养视角下的科学探究。在高中生物学教学中，教师要结合生命观念、科学探究、科学思维、社会责任等素养进行整体落实。科学探究是科学研究能力，也是一种学习方式，通过科学探究，结合科学思维，最终升华生命观念，担当社会责任。