在课外活动中培养学生科学探究能力的探索与实践

雍立华

摘 要：科学探究被普遍认为是培养高中生生物学核心素养的有效策略之一，如何把探究活动从课堂教学有效延伸到课外？笔者从探究理念到教学行为的转变、课外活动形式的选择、探究内容的生活化，以及需要社会合力的支持等四个方面进行分析，并用生物教学的实例对这些策略的应用进行了说明。

关键词：课外活动;科学探究能力;高中生物;生物学核心素养

科学探究始于21世纪之初的生物学教学改革，在《普通高中生物学课程标准》（2017年版）中，得到了保持与加强。从生物学科核心素养的角度分析，科学探究是指学生能够针对有价值的问题、疑问、难题或者想法进行研究，基于好奇与困惑来理解生命世界和建构知识的意愿和能力[1]。然而，在传统的课堂中，科学探究能力的培养往往被束缚在教室这个狭小的空间，教师总是一厢情愿地把需要探究的知识灌输给学生。听话、遵从和认真读书的学生被誉为“好学生”，学生参与度低，且存在多依附思想少自我意识的现象，把上下课堂铃声作为探究的起点与终点，把教材的内容当作探究的金科玉律，探究的方式也是教师的个人“演讲”。就这样学生被限制在教材、教师、课堂的“牢笼”中，使他们的科学思维、创新精神、探究能力等均受到不同程度的压抑和遏制，这种消极的情感大大降低生物课程的学习的效果。

课堂教学受时间的制约，有些问题不能在课堂中完全解决，还有些探究活动不可以在课堂上进行。为此，要增强学生对自然世界的好奇、欣赏和探索，我们不妨把思维的视角延伸到课外，进行开发、设计、组织课外活动，不仅仅是课堂教学的重要补充与延续，更重要的是在寻求未知的过程中，学生从被动的接受知识者变成主动探索者，使他们形成科学思维习惯，理解科学本质，利于学生的长足发展。

一、把科学探究的理念转变为教学行为

新课程起始阶段，有些教师以各种理由抵触探究性教学。一些教师的理由有“探究活动需要高度依赖实验室，而我校条件达不到”“探究性教学对学生成绩没有帮助”“生物技术实验中涉及的很多内容以前没有进入高校生物学教师教育的课程体系，教师本身没有经历过系统性学习，无法帮助学生探究”等。也有些教师把科学探究局限在教材中的探究性实验，并且对其僵化地理解，寻找固定的套路。其实对学生的科学探究能力的培养是一个非线性的过程，是无处不在的，教师需要结合多种策略和技能，没有必须要遵循的既定步骤和固定套路，形式很灵活，内容可以是创新的，也可以是教材的重组。探究活动能否开始的关键在于教师是否能将探究理念植入到教学行为中。

教师在教学中应有意识地设计和实施科学探究活动，以学生为中心，鼓励学生提出真正的科学问题，学生所有假设性的回答都应该受到重视，允许学生拥有适度的自主权，让学生有机会去寻找解决问题的途径，有机会去表达和交流。例如：在“检测生物组织中的还原糖”实验中，教材对其检测要求是：将0.1g/mlNaOH溶液和0.05g/mlCuSO4溶液等体积混合，取混合液1ml加入组织样液中，在50～65℃下水浴加热，从而生成砖红色沉淀。个别学生在实验中发现当温度高于65℃时反应也能发生。学生提问：“斐林试剂与还原糖发生反应的温度范围到底是多少？”学起于思，思源于疑，教师及时抓住了这个培养学生科学探究能力的机会，为学生营造了一个能够促进学生参与科学探究的氛围，并提供教学资源和环境支持。学生自己设计并进行的实验，他们在教材实验的基础上设置不同的水浴温度40℃、50℃、60℃、70℃、80℃、90℃、100℃，在同一温度下重复三次，观察记录是否出现砖红色，以及出现砖红色所用的时间。最后发现还原糖与斐林试剂出现砖红色沉淀在50～100℃水浴下均可发生;且在此温度范围内，温度越高，反应速度越快，现象越明显。在此次实验探究活动中，教师针对学生活动中的表现进行有效评价，例如：学生是否选择恰当的方法、设计是否科学、结果是否支持结论等。通过此次探究活动学生不仅熟悉了实验操作过程，增强了学习生物的成就感和自信心，提高了实验探究能力，更可贵的是学生深刻地理解了科学结论的得出必须建立在实验的基础上，且科学探究要有批判性思维、勇于向权威挑战的勇气，不是盲目地相信教材，囿于定论。

二、选择合适的活动形式，为每一位高中生提供自由的探究平台。

课外活动的形式多样，高中常见的有社团活动、夏令营、研究性学习活动、科学家进校园、科技月活动、参观科技馆等，可以满足不同程度学生随时随地探究。例如：我校每年邀请科学家进校园，让学生近距离享受高端先进的科学盛宴;每年都会组织学生参观大学，有机会了解大学的图书馆，甚至走进高校的部分实验室。此类活动中，学生可以体会科学研究的学术气氛与乐趣，可以与科学家进行面对面的交流，更可贵的是可以引导学生用探索的眼光，看待生活，从而不断地认识自己的潜能，明晰志向。有一位同学在日志中写道：“有幸走进分子生物实验室，看着那些神秘的、具有魔力的设备，看见大学教师和学生一起做科学研究，我心里暗自发誓，砥砺前行，终有一天我会叩开自己钟爱的生命科学的大门，走上科学探索之路。”

我最常利用社团活动来发展学生的爱好和培养科学探究能力。针对学习能力稍弱的学生，尊重学生的个性选择，带领他们开展过植物的观察与识别、鸡蛋标本与不倒翁的制作、叶脉书签等生物艺术标本的制作等。针对社团中里一些“吃不饱”的学生，发挥学生的特长，以探究实验为主，具体活动内容与学生协商确定，但必须富有挑战性。例如：社团中有几位学生对学校最新引进的“朗威数字实验室”十分感兴趣，很多教师对这一新生事物的出现表现出了畏难情绪，但我的社团中学生却是最先掌握该系统的操作，甚至反过来指导教师。在“以膀胱膜为实验材料探究半透膜也具有选擇透过性”“探究哺乳动物和变温动物的呼吸作用的变化”“探究来自两个种群的中华草龟的耗氧量差异”等实验中学生选择了灵敏快捷的“朗威数字实验室”。他们中有的擅长设计实验，有的优于数据处理，还有的动手能力强，通过社团探究活动给每一位社员带来心智的拓展、思维的跃进，情感的愉悦和升华。

三、结合地域特色，将课程生活化，提升探究的兴趣与价值

生活中蕴含着大量鲜活的生物课程资源，若远离了生活，也就意味着学生失去了课程的另一半世界。为此，教学中应体现“源于生活，寓于生活，用于生活”的理念。将学科教学向生活的各个领域应用、开拓和延伸，指导学生学会观察并体验生活，使他们具有敏锐的双眼和勤于思考的大脑。

例如：在学到“生长素的发现”这一节中，学生在以小麦胚芽鞘为材料探究植物的向光性实验中，一位学生偶然发现：同等培养条件下，为什么在黑暗条件下很多同学测得胚芽鞘长度明显不同？在单侧光下不同胚芽鞘弯曲度也存在很大差异？学生自行组成兴趣小组，通过查阅资料学生给出了多种原因，其中较为合理的解释是小麦的品种不同导致胚芽鞘生长不同。之后又有学生查阅文献发现胚芽鞘长度可以作为抗旱性高低的鉴定指标，于是教师又组织同学进行再探究这种说法的可信度。学生的设计和操作大致过程如下：用20%PEG-6000作为渗透介质模拟干旱，并对来自于宁夏本土的20种抗旱性不同的春小麦进行干旱胁迫，测定和比较分析胚芽鞘长度。结果说明，渗透胁迫下，在一定范围内胚芽鞘长度与抗旱性成正相关。本探究实验为宁夏抗旱性品种的选育提供了良好的指标，为宁夏不同降水地区选择了相应的栽培品种，给学生带来了极大的自豪感。

四、社会各界形成合力，共同培养探究性后备军

部分中学存在设备落后、师资力量薄弱等问题，严重地限制了学有余力的高中生的发展，培养探究型后备军靠中学本身的力量是微弱的，仍需要社会各界形成合力。中学可以与科研单位或高校协商，让少数具有科学家潜质的高中生进入实验室，通过沉浸式体验，激发他们对科学探索的热情，培养和提高他们发现问题和解决问题的能力。下面这个例子就是我与宁夏大学进行合作培养中学生科学探究能力、增长学生见识的很好例子。

我在讲授“遗传信息的携带者——核酸”时介绍了DNA指纹法在案件侦破、亲子鉴定等方面的重要用途。有一位学生提出：“宁夏枸杞是‘宁夏五宝’之首，其色泽鲜艳，果粒大，皮薄肉厚甘甜，品质超群，是食用与药用之上好佳品。《本草纲目》中记载：‘全国入药杞子，皆宁产也。’对宁夏枸杞给予了高度的肯定，然而现在许多市场中却出现鱼目混珠的现象，许多劣质的枸杞也贴上了‘宁夏枸杞’的标签，我们如何用DNA指纹来鉴别出真假宁夏枸杞？”

教师指导学生查阅资料发现，由于DNA分子存在种属和个体之间的特异性，而且DNA是遗传信息的主要载体，因此，DNA指纹图谱可以作为枸杞种属个体差异的可靠鉴定手段。学生再次查阅资料发现DNA分子标记技术分为很多类型，在宁夏大学导师和研究生的指导下，学生选择了RAPD技术。该技术基于PCR擴增DNA分子之后，经过电泳分离和溴化乙锭染色后在紫外线下观察和照相，记下RAPD指纹。学生在某网站购买了九种被贴上“宁夏枸杞”标签的枸杞果实，样本运回实验室后，与宁夏枸杞品种推广面积最大、质量最优的宁杞1号（对照组）共同在宁夏大学生物实验室提取DNA，进行基因组DNA纯度和质量检测，PCR反应体系的优化，随机引物的筛选等。最终获得了包括对照在内的十个样品的DNA指纹图谱。鉴定结果是有三个样品不是宁夏枸杞，其余为地道的宁夏枸杞正品。由实验结果清晰地得出结论，DNA指纹图谱技术可以用于宁夏枸杞真伪的鉴定，为构建宁夏枸杞质量控制评价体系提供科学依据。

本实验中用到的主要设备有：PCR仪、电泳仪、核酸检测仪、凝胶成像系统等均由宁夏大学提供，就宁夏回族自治区而言，没有任何一所中学拥有这些设备。本实验的难度也非高中生能够独立完成，其顺利开展得到了政府、学校、教师、家庭的支持。此实验中所涉及的多数内容如PCR技术、电泳、DNA提取等在高中教材中都有，绝大多数教师讲到相应内容时由于获得不了社会合力的支持无奈地选择“纸上谈兵”，即画出重点，让学生死记硬背！

结束语

课堂中教师精心地组织学生经历探究过程，课外也让学生科学探究运转起来，在时间上进行跨越与延续，在空间上进行拓展与开放。通过经常性和系统性的课外活动，教会了学生通过自我探索增长知识、认识自然世界，进一步培养了学生的一些品质，如敢于创新、勇于质疑、大胆发问，同时训练了学生思维的灵活性和独创性，促进了学生个性的和谐和全面发展。如果说课堂是知识的获取、方法的演练、能力的训练，情感的体验，那么课外探究便是知识的应用、方法的整合、能力的增强、情感的升华。

参考文献

[1]刘恩山，曹保义.普通高中生物学课程标准（2017年版）解读[M].北京：高等教育出版社，2018：47.