基于科学方法的生物探究学习类型及其案例分析

吴文清（苏州大学医学部基础医学与生物科学学院江苏苏州 215000）

基于科学方法的生物探究学习类型及其案例分析

吴文清（苏州大学医学部基础医学与生物科学学院江苏苏州 215000）

文件编号：1003－7586（2017）01－0023－03

科学方法是科学课程中的重要内容，也是科学素养的重要组成部分。根据在探究学习中采取的科学方法的不同，可以将探究学习分成不同的类型。教师根据不同的教学内容，可以采用基于特定科学方法的探究学习类型，例如生物体的结构特征探究学习中常使用观察比较法，又如生物体复杂结构的功能的探究学习中可利用建构简易模型的方法。下面结合一些具体案例分析生物探究学习的类型及实施原则。

1 基于科学方法的主要探究学习类型

1.1 基于观察比较的探究

观察是一种重要的探究技能。研究资料发现，初中生的观察能力普遍不高，这和教师在平时教学中不够重视有关。在观察活动中，教师也较少对学生进行观察方法的指导。在以往的观察活动中，往往教师只给学生布置了观察任务，对活动开展缺少引导，致使学生观察活动流于形式，浅尝辄止。而如果在学生观察的同时，融入比较分类等方法的应用，那么观察效果必定会大大提升。

案例1：观察比较几种动物的运动方式。

教师展示资料：观察课前收集的有关水螅、蚯蚓、河蚌、乌贼、蜜蜂、鲫鱼、青蛙、蛇、家鸽、兔等动物以及人运动方式的图片和视频资料。

教师要求学生将各种动物的运动方式按其生活环境的特征进行分类，并回答问题：

（1）举例说出哪些动物的活动范围比较广泛。

（2）动物的运动方式与它们的生活环境有什么关系？

（3）说出动物与人造运动器（如飞机、汽车等）的运动有什么异同？

设计意图：通过观察比较，学生明确了生活在不同环境的动物，其运动方式也有所不同，从而适应其生活环境。同时通过分析和讨论，学生了解到动物运动的意义在于主动出击获取食物，逃避敌害和迁移到合适的栖息场所，以及完成求偶和交配等。

1.2 基于实验的探究

实验是生物学学习的“标签”，教材的重点和难点的展开往往是：先通过学生开展相关实验，获得丰富的感性认识；然后，教师在事实和证据的基础上结合学生的理性思维过程，引导学生实现新知识的构建。在实验教学中，教师不但要加强学生实验技能（如显微镜的使用，生物标本的制作等）的培养，更要关注学生设计方案、控制变量、解释数据等探究技能的发展状况。

案例2：探究温度和湿度对霉菌生长的影响。

探究目的：观察霉菌在不同条件下的生长状况，探究环境因素对霉菌生长的影响。

材料用具：新鲜面包、培养皿、清水、放大镜、烘箱。

方法步骤：

（1）取新鲜面包片，切成边长为2 cm的小块若干，在空气中暴露20～30 min。

（2）取3只培养皿，标记为①、②、③，分别放入2块小面包，将装有面包的培养皿①放入烘箱中2 min，晾凉后盖上盖子，在室温下放置4或5 d；②号培养皿加盖后放在冰箱保鲜室4或5 d；③号培养皿不作任何处理，放在室温下4或5 d。

（3）每天观察各培养皿中面包表面是否有霉菌出现以及霉菌的生长状况，观察到的现象。

1.3 基于模型建构的探究

涉及一些生物体复杂结构的功能教学时，由于图片和文本是静态的，所以给学生理解这些结构的功能带来了不少困难，有时教师讲解的随意性可能还会导致学生对生物体复杂结构的功能产生误解。教师不妨先指导学生设计并制作生物体复杂结构的简易模型，然后在修正和演示模型的过程中，使学生自然达成对生物体复杂结构功能的深刻理解。

案例3：模拟设计人的“龙骨突”。

实验步骤：

（1）观察家鸽的骨骼标本和人的骨骼标本，找到胸骨。

（2）测量家鸽的胸骨（基部）的长度，测量龙骨突的长度和宽度。

（3）如果要按比例给一个胸骨20 cm的人安装一块类似家鸽的龙骨突的话，这块“龙骨突”大概有多大？完成表1。

1.4 效果评定标准 ①参照WHO关于疼痛的分级标准，将疼痛分Ⅲ级，I级(轻度疼痛):虽有疼痛但仍可忍受并能正常生活，睡眠不受干扰;Ⅱ级;疼痛明显，不能忍受，需镇痛药物，睡眠受干扰;Ⅲ级:疼痛剧烈，不能忍受，需要镇痛药物，睡眠受干扰，可伴有神经功能紊乱［2］。②出血情况:“阴性”无明显活动性出血;“+”少量出血，出血量小于5 mL，经干棉球压迫后可止血;“++”出血量较多，多于5 mL，需用麻黄素棉片短暂压迫止血［3］。

表1 家鸽龙骨突与人（假设）的比较

（4）利用A4纸、剪刀完成人的“龙骨突”模型。

（5）将人的“龙骨突”模型贴放在胸骨部位，体会龙骨突对鸟类飞行的意义。

设计意图：通过模拟设计活动，让学生体会人之所以不会飞，不仅仅是没有外在的飞行器官，更多的是源于人类和鸟类内在的结构差异。同时贴放人“龙骨突”模型让学生观察体会，能使学生更深刻认识鸟类胸骨的特点，进一步理解发达的胸肌和鸟类飞行的关系，领会结构与功能相适应的生物学思想。

案例4：制作并演示肋骨运动模型。

材料：硬纸板、缝衣针、订书钉、剪刀、解剖针。

制作方法：

（1）按表2剪取硬纸板。

表2 硬纸板剪取示意

（2）按图1所示进行组装，制作完成后标注各结构名称。

图1 肋骨运动模型组织示意图

（3）学生先以小组为单位进行相互演示，并讲解，达到熟练使用模型的程度。最后请学生到前面进行演示。

设计意图：制作模型可以提高学生的动手能力和演示能力，激发了学生的学习兴趣。特别使学生能准确理解呼吸肌收缩舒张和胸廓扩大缩小之间的关系。

1.4 基于概念转变的探究

《义务教育生物学课程标准（2011版）》中明确了50个重要概念，依据初中学生的认知水平界定了概念的内涵和外延，为生物学教师开展概念教学提供了参照标准。生物学的重要概念在生物学科中处于核心地位，教学时教师需要尽量削减非核心概念的“絮叨”，避免学习过程在事无巨细中的“颠沛流离”，以便腾留更多的时间让学生感悟与体认、顺应与同化那些日久弥坚的核心概念。实现概念转变的策略有很多，其中以学生熟知的事物进行类比是促进学生概念转变的有效教学策略，较符合初中学生认知心理特征。

案例5：巧设类比对象，建构“光合作用”概念。

“光合作用”是生物学的一个重要概念，在概念转变的初期，教师不妨把光合作用和工厂制作产品进行类比，例如“叶片”是厂房，“叶肉细胞”是生产车间，“叶绿体”是车间里的生产机器，“光”是机器运转的能源，“二氧化碳和水”是生产原料，而“有机物”是产品。在上述的类比中虽存在不当之处,但相似之处的类比确实为学习者提供了良好的学习“支架”，教师运用得当可以使学生对光合作用概念产生良好的正迁移。在概念转变的后期，教师还可以引导学生把类比过程中的光合作用各要素进行整合，以描述概念内涵的方式将光合作用概念表达出来。

2 基于科学方法的探究学习实施原则

2.1 形式与内容的统一原则

形式要服从于内容，理论上来说，教学中存在探究学习类型和教学内容的最佳组合。教师要在研读教材的基础上，选择与教学内容匹配度高的探究学习类型，结合学生实际精心设计探究活动，在活动前和活动中加强相关科学方法的指导，保证探究活动正常有序的开展，以实现教学目标的高效达成。当然也不是所有的内容都要用探究学习。学生课堂学习的时间毕竟是有限的，教师应该在审视教材的基础上，研究具体内容在培养探究能力时有侧重点，有选择有重点地开展探究学习活动。

2.2 注重直观化和体验化原则

如果探究活动超出了学生的能力范围，学习效果就会大打折扣。例如在基于模型建构的探究学习中，如果制作模型的结构复杂，操作程序繁琐，那么制作和演示模型的过程就会干扰学生对原型功能的理解，也就不能达到探究学习的真正目的。所以探究学习的开展必须考虑学生的“最近发展区”。基于此认识，教师设计的探究学习活动应该具有情境是真实的、实验具可观察可测量的特点即直观化原则。同时不同的探究学习类型开展过程中，教师都要预留足够的时间，让学生在活动中不断体验和感悟。

2.3 体现过程性和开放性原则

在生物学教学中，开展丰富的探究学习活动是实现学生探究能力发展的重要载体。知识的获得主要依赖对探究结果的获取和分析，而能力的发展则主要通过探究过程中学生有关实验技能的训练和对科学方法的体悟。在学生探究学习过程中，教师既要加强指导，也可以通过表现性评价量表对学生的科学过程技能进行实时评价。此外，教师还可以设计开放程度不同的探究学习活动。例如在基于实验的探究学习中，针对同一个课题，教师可以设计能力要求不同的3种方案。上文提供的霉菌实验案例属于能力要求较低的方案，因为给定了实验材料和实验步骤，学生只需“照方抓药”、按步实施就行。当然，教师也可以设计提供实验材料和实验实施指导意见，但不出示具体实验步骤的方案，给予学生一定的探究空间。能力要求最高的实验方案则为围绕指定的实验课题，由学生自主选择实验材料和设计实验方案开展探究。当然这种方案必然是学生在开展大量探究实验后，具备了较高探究能力的基础上才可以开展的。

通过基于科学方法的探究学习，不仅有利于学生深刻理解知识，更重要的是在“做中学”的过程中学生的探究能力也会不断提高。教师要加强教材文本的研究和科学方法的指导基础上，探索更多科学方法和探究活动整合的新案例，提高其实效性和实用性，促进学生探究能力又快又好的发展。

［1］吴成军.初中生物学科学方法体系的建构及其教学建议［J］.中学生物学,2014,10:4－7.

［2］李颖慧.中学生物观察能力评价指标体系建立的实验研究［D］.北京：首都师范大学,2000.

［3］孟庆平.“指导学生制作肋骨运动小模型”教学案例［J］.生物学通报,2013,08:28－29.

［4］吴举宏.概念教学的“新概念”:核心概念和概念转变［J］.中学生物学,2014,09:4－7.

［5］李红,陈香,卢媛.初中生物教材编制如何应对教学中科学探究活动实施的困境［J］.课程·教材·教法,2009,08:57－61，87.

［6］邰玉韦.实证型探究学习的创新开展及案例分析［J］.教学月刊·中学版（教学参考）,2015,Z2:29－31.