在问题探究中提升学生学科核心素养

陈锋锋

[摘   要]生物教师务必改变传统的偏重知识讲授的观念，由引导学生在知识线索中学习知识转变为引导学生在问题探究中学习知识，通过精心设计问题、组织开展活动、鼓励学生发问，引导学生在实践中由结果倒推原因、由结论探究过程、由现象探寻本质，着力发展学生的科学思维和科学探究能力，提升学生的学科核心素养。

[关键词]问题;探究;学科核心素养

[中图分类号]    G633.91        [文献标识码]    A        [文章编号]    1674-6058（2019）11-0081-03

《普通高中生物学课程标准（2017年版）》强调课程的设计和实施追求“少而精”的原则，必修课程和选择性必修课程的模块内容聚焦大概念，精简容量、突出重点、切合学生年龄特点、明确学习要求，确保学生有相对充裕的时间主动学习，让学生能够深刻理解和应用重要的生物学概念，发展学生生物学学科核心素养。为此，生物教师务必改变传统的偏重知识讲授的观念，由引导学生在知识线索中学习知识转变为引导学生在问题探究中学习知识，积极开展各项课堂教学活动，着力提升学生的学科核心素养。

一、由结果倒推原因，精心设计问题

对于许多生命现象和生理过程的学习，以往教师多是习惯按照知识发现的线索，从头到尾、原原本本、一五一十地介绍，教师讲得很详细，学生也能听懂，但常常记不住，知识点之间也易混淆。例如，在教学生物必修1《细胞的增殖》时，教师习惯按照细胞有丝分裂的先后顺序，依次介绍细胞分裂间期及分裂期前、中、后、末各时期的变化特点（有的教师还针对各时期的变化规律编了口诀，如“前期——膜仁消失显两体，中期——赤道板上排整齐，后期——点裂均分向两极，末期——膜仁出现重开始”），最后总结出细胞有丝分裂的重要特征：将亲代细胞的染色体经过复制（实质为DNA的复制）之后，精确地平均分配到两个子细胞中。这样的教学，看起来先有过程的介绍，后有特征的总结，是顺理成章的，也是符合学生的认知规律的。可事实上，学生很难记住各时期的变化特点，对于细胞有丝分裂的重要特征也难以准确理解。对此，可由结果倒推原因，精心设计问题，引导学生在问题探究中学习知识。如问题（1）：一个细胞增殖形成两个子细胞，物质上肯定有所增加，细胞增殖先要做哪些物质上的准备？说出你的理由。学生能答出“蛋白质”等物质，因为蛋白质是生命活动的主要承担者;问题（2）：洋葱根尖细胞增殖后，形成的两个子细胞相同，仍为洋葱根尖细胞，为什么能拷贝不走样？学生能答出“遗传物质DNA复制后平均分配到两个子细胞中”;问题（3）：DNA主要位于染色质上，染色质呈细长的丝状，交织成网状，如同一团乱毛线，怎样才能保证复制后的DNA平均分配呢？引发学生进一步思考：染色质能否发生形态的变化，如形成一种比较整齐紧凑的形态，以便于平均分配？通过阅读和查阅资料，学生能收集到“染色质丝可螺旋缠绕、缩短变粗，变成一定形态的染色体”等信息;问题（4）：分裂期又分为前、中、后、末四个时期，试想各时期染色体有哪些变化特点与DNA精确平均分配到两个子细胞中有关？引发学生进一步思考：为什么前期要发生染色质向染色体形态的转变？为什么中期染色体着丝点要在赤道板上排整齐？为什么后期要发生着丝点断裂均分等拉向两极？为什么末期染色体又要重新还原成染色质的形态？在上述一系列问题的探究过程中，学生能很好地理解各时期为什么要发生相应的变化，从而记住各时期的主要变化特点。此时，教师可引导学生归纳细胞有丝分裂的特征和意义。因为学生熟悉分裂期的变化特点，所以容易归纳概括出细胞有丝分裂的特征和意義，且记忆深刻长久。

又如，减数分裂概念的介绍，如按照书本知识的顺序，先介绍生物学家魏斯曼的预测：“在卵细胞和精子成熟过程中，必然有一个特殊的过程使染色体数目减少一半。受精时，精子和卵细胞融合，恢复正常的染色体数目。”（这个预测在19世纪80年代已被其他科学家通过显微镜观察所证实）然后引出减数分裂的概念：“减数分裂是进行有性生殖的生物在产生成熟生殖细胞时，进行的染色体数目减半的细胞分裂。在减数分裂过程中，染色体只复制一次，而细胞分裂两次。减数分裂的结果是，成熟生殖细胞中的染色体数目比原始生殖细胞的少一半。”由于概念比较长，会导致学生难以记忆和理解。对此，可先提出一个问题：细胞有丝分裂过程中，染色体复制几次，细胞分裂几次，结果子细胞中染色体的形态、数目与亲代细胞相同？学生因为有细胞有丝分裂的知识基础，一般都能回答出“各一次”。接着提问：“减数分裂是一种特殊方式的有丝分裂，分裂过程中染色体复制几次？细胞分裂几次？如还是各一次，行不行，为什么？”从而让学生自己找到减数分裂的特殊性，这要比教师直接告诉学生效果要好得多。

再如，对DNA分子复制过程的学习，如按照书本知识的顺序，先介绍DNA分子复制的过程，再总结出DNA分子复制需要的基本条件以及精确复制的原因，也可让学生听懂，但学生缺乏理解，记忆不深刻。对此，教师可精心设计问题，引导学生在问题探究中学习知识。如问题（1）：细胞有丝分裂中DNA分子进行复制并平均分配到两个子细胞中，拷贝不走样，结果子细胞与亲代细胞相同，试问1个DNA分子是如何精确复制成2个相同的DNA分子的？需要哪些基本条件？原料是什么？除原料外还需要什么？问题（2）：DNA分子复制过程需要亲代DNA分子作模板，而DNA分子具有规则的双螺旋结构，要不要解旋？如果要解旋则需要什么条件？问题（3）：有了精确的模板和原料，怎样才能保证DNA分子在复制过程准确无误？问题（4）：在DNA分子复制过程中如何加快进程？在解决这些问题的过程中，学生自然加深了对DNA分子复制的理解。

转换课堂教学方式，取得的效果就会大不一样。让学生在问题探究中学习生物学知识，可很好地培养学生的科学思维。

二、 由结论探究过程，组织开展活动

“授人以鱼，不如授人以渔”，说的是传授给人既有的知识，不如传授给人学习知识的方法。道理大家都懂，一条鱼能解一时之饥，却不能解长久之饥，如果想永远有鱼吃，那就要学会钓鱼的方法。然而，真正在教学中贯彻落实时，常常大打折扣。许多生命科学结论都是科学家经过多年探究和研究所获得的成果结晶。由于受实验条件和技术手段的限制，很多中学都不具备相应的设备条件，多数教师在教学中常常照本宣科，将科学结论直截了当地告诉学生，仅充当了知识的传授者，导致学生知其然而不知其所以然，而短时记忆的知识也会较快遗忘。现在信息技术快速发展，多媒体教学已经普及，这为生物课堂教学提供了诸如图片、视频、模拟实验等丰富多样的教学资源。充分利用以“互联网+”为代表的现代教育技术可在一定程度上减少学生学习活动中所需的实验耗材及对相关场地条件的依赖，能让学生通过模拟实验重温科学家科学研究的过程，加深对生命微观结构的认识，深刻领悟科学研究的基本方法，并习得相关的实验操作技能。

例如，在教学生物必修1《细胞膜——系统的边界》时，对于“细胞作为一个基本的生命系统，它有自己的边界——细胞膜”这一知识点，教师常根据课本的介绍，采用举例的方法直接给出结论：任何系统都有边界。如使人体内部与外界分隔开的皮肤和黏膜，便是人体的边界;细胞作为一个基本的生命系统，细胞膜就是它的边界。笔者觉得这样的讲授，尽管直截了当，但不具有说服力。比如说，学生会想为什么细胞壁不是植物细胞的边界呢？对此，笔者设计了如下实验探究活动：

（1）细胞膜是不是真实存在的？怎样证明？请结合实验材料（给学生提供相关材料和用具：显微注射器、伊红染料和变形虫）进行实验探究。经小组交流讨论，学生进行了实验模拟展示：如图1，用显微注射器将伊红染料注入变形虫体内，伊红很快扩散到整个细胞，但并没有很快逸出细胞。由此可以说明：细胞作为一个基本的生命系统，它有自己的边界——细胞膜。

（2）上述实验我们中学生能亲自动手做吗？能否找到替换材料？

学生活动：将鸡蛋敲开，用蛋清分离器将蛋黄与蛋清分离（如图3）。

实验现象：转动蛋清分离器中的蛋黄，蛋黄形状改变，但没有物质流出;用玻璃棒轻压蛋黄，蛋黄膜有弹性，不破裂。由此得出结论：蛋黄膜为蛋黄的边界，细胞膜为细胞的边界。

对于“细胞膜成分”这一知识点，如教师照本宣科地介绍：“细胞膜主要由脂质和蛋白质组成，此外还有少量的糖类。”由于学生通过自主预习就能理解，教师再讲一遍，学生毫无新鲜感，收获也不大。而若教师先简要介绍一下科学家的探究过程，则既便于学生接受知识，又能让学生领悟科学研究的方法，同时知道：用蛋白酶处理细胞，能破坏细胞膜的结构;根据“酶的专一性”可得出细胞膜成分中含有蛋白质;用脂质溶剂处理细胞，细胞膜可被溶解;根据“相似相溶”原理可得出细胞膜成分中含有脂质;此时再让学生结合科学家研究出的细胞膜结构模型示意图（PPT展示）进行学习，学生便可分析得出结论：①在组成细胞膜的脂质中，磷脂最丰富;②功能越复杂的细胞膜，蛋白质的种类和数量越多。

对于“细胞膜的功能控制物质进出细胞”这一知识点，如教师照本宣科地介紹“细胞需要的营养物质可从外界进入细胞，细胞不需要的或者对细胞有害的物质不容易进入细胞。细胞产生的分泌物、废物可排到细胞外，但是细胞内的核酸等重要成分却不会流失到细胞外”，学生由于缺乏感性认识，只能被动地接受细胞膜的此项功能。而若引导学生先做一下对照实验，结果就会大不一样。如：取已分离的完整的鸡蛋黄两份，分别浸泡到黑墨水和中性红染色液（活性染色剂）中，染色3分钟;然后分别用蛋清分离器取出蛋黄，用清水轻轻冲洗蛋黄表面的浮色。结果浸泡到黑墨水中的蛋黄不变色，浸泡到中性红染色液中的蛋黄变红色。由此可得出结论：黑墨水分子不能通过蛋黄膜进入蛋黄，中性红染色液分子能通过蛋黄膜进入蛋黄。由此说明蛋黄膜对物质的进出有选择性，细胞膜具有“控制物质进出细胞”的功能。

“记录在纸上的思想就如同某人留在沙地上的脚印，我们也许能看到他走过的路径，但若想知道他在路上看见了什么东西，就必须用我们自己的眼睛去观察。”注重探究过程，组织开展活动，有助于提升学生的思维品质，让学生更加热爱和珍惜学习的机会，能在尊重事实的基础上，客观、审慎地看待问题，学会批判性思维。

三、 由现象探寻本质，鼓励学生发问

生物学课程要求学生主动地参与学习，在亲历提出问题、获取信息、寻找证据、检验假设、发现规律等过程中习得生物学知识，养成科学思维的习惯，形成积极的科学态度，发展终身学习及创新实践的能力。教师应鼓励学生发问，使发问成为一种教学常态。伟大的教育家陶行知说过：“发明千千万，起点是一问。智者问得巧，愚者问得笨。”这句话阐述了发问的重要性。因此，教学中教师应鼓励学生自己观察、思考、发问，并在提出假设的基础上进行探究活动方案的设计和实施。在小组合作探究时，教师应兼顾不同发展水平的学生，小组成员之间的分工要明确并适时调整，使每一个成员都有机会担任不同的角色。

例如，生物必修3《植物生长素的发现》这一节课的学习目标为：概述植物生长素的发现和作用;进行实验设计和实验结论的评价，训练逻辑思维的严密性;体验生长素发现过程中蕴含的科学精神。课堂上，学生重点提出四个问题：胚芽鞘产生生长素的是哪一部位？植物向光性生长的原因是什么？生长素促进生长的具体原因是什么？如何验证生长素运输的方向性？这四个问题对应的探究活动在课本上没有具体的设计，仅依靠学生个人的力量是难以解决的。而课本上有关生长素发现史的介绍中又能找到它们的“影子”。为此，教师可布置探究活动任务：各学习小组进行合作探究，以绘制草图的形式设计出大致的实验思路，然后进行活动展示。活动结束后，学生互评、教师点评，最后由学生对实验设计进行再加工及修正完善。

综上，发问不等同于提问，发问着眼于学生自主学习活动和学习行为，唤醒和组织学生在头脑中产生问题、设计问题 ，把学生培养成提出问题的主体，促进学生主动参与教学活动，能勇于提问，敢于探究。对此，教师在生物教学中应引导学生自己提出问题，进行合作探究，透过现象探寻本质，让学生在问题探究中提升自身的学科核心素养。

[   参   考   文   献   ]

[1]  中华人民共和国教育部.普通高中生物学课程标准（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018.

[2]  张卓鹏.一个鸡蛋黄的三个实验[J].教育与装备研究，2017（5）：75-76.

[3]  张卓鹏.自主课堂的品质提升路径研究[J].教育视界，2018（1）：63-65.

（责任编辑 黄春香）