智慧課堂下指向科學(xué)思維的生物學(xué)探究式教學(xué)初探

黎芳君

摘 要：科學(xué)思維作為高中生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)之一，同時(shí)也是形成學(xué)科其他核心素養(yǎng)的基礎(chǔ)和關(guān)鍵。本文從三方面展開(kāi)敘述，說(shuō)明在智慧課堂下，巧用探究式教學(xué)，是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維的一種有效途徑，以期為其他一線(xiàn)教師進(jìn)一步的研究起到拋磚引玉的作用。

關(guān)鍵詞：科學(xué)思維;探究式教學(xué);智慧課堂;實(shí)例

科學(xué)思維是高中生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的其中一項(xiàng)，它可以幫助學(xué)生理解生命觀念、提高社會(huì)責(zé)任，同時(shí)也是發(fā)現(xiàn)科學(xué)探究中重要內(nèi)涵的方法，貫穿于科學(xué)探究的整個(gè)過(guò)程?？梢?jiàn)，落實(shí)培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維，對(duì)全面提升學(xué)生生物學(xué)核心素養(yǎng)意義非凡。

最新頒布的《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》（2017年版2020年修訂）（以下簡(jiǎn)稱(chēng)《課標(biāo)》）中明確指出要“充分利用信息技術(shù)提高課堂教學(xué)效率”和“組織以探究為特點(diǎn)的主動(dòng)學(xué)習(xí)”的教學(xué)建議?？拼笥嶏w的智慧課堂系統(tǒng)，已在筆者學(xué)校全面鋪開(kāi)應(yīng)用，它是一種先進(jìn)的優(yōu)點(diǎn)明顯的信息化教育技術(shù)。因此，利用智慧課堂的輔助，巧用探究式教學(xué)以培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維，值得深入研究。

一、科學(xué)思維和探究式教學(xué)的內(nèi)涵

關(guān)于科學(xué)思維，《課標(biāo)》表述如下：尊重事實(shí)和證據(jù)，崇尚嚴(yán)謹(jǐn)和務(wù)實(shí)的求知態(tài)度，運(yùn)用科學(xué)的思維方法認(rèn)識(shí)事物、解決實(shí)際問(wèn)題的思維習(xí)慣和能力。[1]可以看出，它包括精神品質(zhì)和認(rèn)知技能兩個(gè)層面，既要有相關(guān)的態(tài)度、意識(shí)和思維習(xí)慣，又要提升相關(guān)的技能，從而正確、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)厝リU釋事物的本質(zhì)、規(guī)律及解決問(wèn)題。

關(guān)于探究式教學(xué)，不同學(xué)者表述不同。筆者認(rèn)為，探究式教學(xué)是在教學(xué)活動(dòng)中以學(xué)生為主體，以教師為指導(dǎo)，教師通過(guò)創(chuàng)設(shè)一定的情境，提出問(wèn)題或布置任務(wù)，指導(dǎo)學(xué)生自主或小組合作，通過(guò)觀察、描述、提出假設(shè)、親身實(shí)踐去驗(yàn)證假設(shè)、嘗試做出解釋等的學(xué)習(xí)活動(dòng)，進(jìn)而獲取知識(shí)、解決問(wèn)題并總結(jié)出科學(xué)規(guī)律的教學(xué)方式。

二、智慧課堂在探究式教學(xué)中的輔助作用

智慧課堂是在信息技術(shù)的支持下，通過(guò)變革教學(xué)方式方法、將技術(shù)融入課堂教學(xué)中，構(gòu)建個(gè)性化、智能化、數(shù)字化的課堂學(xué)習(xí)環(huán)境，從而有效促進(jìn)智慧能力培養(yǎng)的新型課堂。[2]整個(gè)系統(tǒng)主要由平板、無(wú)線(xiàn)服務(wù)器、智能移動(dòng)終端、云平臺(tái)和一體機(jī)顯示設(shè)備等組成。利用智慧課堂，在探究活動(dòng)前，教師可以先推送資源到學(xué)生平板，或通過(guò)“作業(yè)端”布置前置任務(wù)，通過(guò)教師智能移動(dòng)終端的統(tǒng)計(jì)反饋，根據(jù)學(xué)情確定探究的形式和深度等，以學(xué)定教。在探究活動(dòng)中，通過(guò)“智慧課堂互動(dòng)”平臺(tái)創(chuàng)設(shè)探究情境，設(shè)置“隨機(jī)提問(wèn)”“搶答”或“小組PK”等進(jìn)行互動(dòng)教學(xué);學(xué)生探究的成果可以拍照上傳，實(shí)現(xiàn)師生、生生之間的互評(píng);教師發(fā)布實(shí)時(shí)檢測(cè)，學(xué)生平板提交，通過(guò)平臺(tái)及時(shí)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)教學(xué)和個(gè)性化教學(xué)。在探究活動(dòng)后，利用“班級(jí)空間”繼續(xù)討論交流，探究突破時(shí)空限制得以延伸。可見(jiàn)，利用智慧課堂進(jìn)行探究式教學(xué)，更互動(dòng)更精準(zhǔn)，啟發(fā)學(xué)生更深層次的思考，提高科學(xué)思維素養(yǎng)。

三、指向科學(xué)思維的探究式教學(xué)實(shí)例

（一）在真實(shí)情境中設(shè)計(jì)問(wèn)題串進(jìn)行探究

除教材的情境，教師還可以從學(xué)生的真實(shí)生活體驗(yàn)、社會(huì)生產(chǎn)實(shí)踐、社會(huì)熱點(diǎn)事件、科研成果等中去選取、創(chuàng)設(shè)情境，在真實(shí)情境中通過(guò)問(wèn)題引發(fā)學(xué)生的思考。

課堂提問(wèn)的品質(zhì)不僅影響學(xué)生的學(xué)習(xí)過(guò)程和學(xué)習(xí)方式，而且直接影響學(xué)生思維的發(fā)展。[3]問(wèn)題串的提出要符合學(xué)生從簡(jiǎn)單到復(fù)雜、從具體到抽象的認(rèn)知規(guī)律，由淺入深，按照一定順序設(shè)置不同組別不同層次的問(wèn)題，以問(wèn)題驅(qū)動(dòng)探究，層層遞進(jìn)。

例如：生物學(xué)必修1第5章第4節(jié)關(guān)于“光合作用的原理”的教學(xué)中，教師可以播放由“上海通用”設(shè)計(jì)的一款葉子概念車(chē)，即光合作用汽車(chē)的動(dòng)畫(huà)視頻，創(chuàng)設(shè)真實(shí)的科研成果情境，提出統(tǒng)領(lǐng)性的整體問(wèn)題“葉子概念車(chē)的動(dòng)力原理是什么？”學(xué)生運(yùn)用初中學(xué)過(guò)的知識(shí)容易得出光合作用的概念和總化學(xué)反應(yīng)式，但對(duì)于光合作用的原理及過(guò)程知之甚少。教師引導(dǎo)學(xué)生閱讀教材103～104頁(yè)和觀看光合作用過(guò)程的動(dòng)畫(huà)，通過(guò)“智慧課堂互動(dòng)”發(fā)布以下三組不同層次的問(wèn)題串進(jìn)行“小組PK”并“搶答”。第一組：“為什么命名為光反應(yīng)？光反應(yīng)在葉綠體的什么部位進(jìn)行？光反應(yīng)需要哪些條件？光反應(yīng)發(fā)生了哪些物質(zhì)變化？光反應(yīng)的能量變化是怎樣的？”第二組：“暗反應(yīng)必須要在黑暗中才能進(jìn)行嗎？暗反應(yīng)在葉綠體的什么部位進(jìn)行？暗反應(yīng)需要哪些條件？暗反應(yīng)發(fā)生了哪些物質(zhì)變化？暗反應(yīng)的能量變化是怎樣的？”第三組：“光反應(yīng)與暗反應(yīng)之間有什么聯(lián)系，它們各自為對(duì)方提供了什么物質(zhì)？光合作用過(guò)程中的元素去向如何？當(dāng)CO2濃度或光照強(qiáng)度下降時(shí)，短時(shí)間內(nèi)C3和C5會(huì)發(fā)生怎樣的變化？能畫(huà)出光合作用過(guò)程的圖解嗎？”前兩組問(wèn)題層次較低，指向基礎(chǔ)知識(shí)的分析和理解。第三組需要在前兩組的基礎(chǔ)上進(jìn)行深層次的思考，深入分析與歸納兩個(gè)階段之間的聯(lián)系，最終將知識(shí)串聯(lián)起來(lái)，從整體上理解光合作用的原理和過(guò)程，自主構(gòu)建知識(shí)體系，分析、歸納與概括等科學(xué)思維得到發(fā)展。

（二）依托生物科學(xué)史進(jìn)行探究

生物科學(xué)史不僅包括科學(xué)家們?cè)谏锟茖W(xué)研究中的研究過(guò)程和科學(xué)方法，還展現(xiàn)了科學(xué)家重視實(shí)驗(yàn)探究、尊重科學(xué)事實(shí)，敢于質(zhì)疑和批判、不懈努力的思維品質(zhì)和科研態(tài)度。在教學(xué)中如果能善于依托這些科學(xué)史，引導(dǎo)學(xué)生去探究、去感悟科學(xué)家嚴(yán)密的邏輯推理，將會(huì)對(duì)學(xué)生理解科學(xué)思維的本質(zhì)，從而發(fā)展科學(xué)思維有很大的益處。例如：生物學(xué)選擇性必修1第3章第1節(jié)“促胰液素的發(fā)現(xiàn)”的科學(xué)史，就可以作為訓(xùn)練學(xué)生批判性思維的好素材。

課堂中先展示沃泰默的實(shí)驗(yàn)步驟、實(shí)驗(yàn)結(jié)果和結(jié)論，向?qū)W生提出問(wèn)題：“沃泰默切除了通向該段小腸的神經(jīng)，使小腸與胰腺之間只有血管相連，但他的結(jié)論卻是認(rèn)為這是一個(gè)微小神經(jīng)難以剔除干凈的頑固反射導(dǎo)致的，他為什么會(huì)得出這樣的結(jié)論？你認(rèn)為這個(gè)實(shí)驗(yàn)的結(jié)論是什么？如何進(jìn)行進(jìn)一步的研究？”學(xué)生就問(wèn)題對(duì)科學(xué)史進(jìn)行探究，對(duì)沃泰默的結(jié)論提出質(zhì)疑和批判，從他的實(shí)驗(yàn)結(jié)果中進(jìn)行推理，得出“刺激小腸時(shí)才能促進(jìn)胰腺分泌胰液，小腸內(nèi)神經(jīng)的有無(wú)不影響胰液分泌”的假設(shè)，并嘗試設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證假設(shè)。

教師接著展示斯他林和貝利斯的假設(shè)、實(shí)驗(yàn)過(guò)程和結(jié)論，繼續(xù)提問(wèn)：“斯他林和貝利斯的實(shí)驗(yàn)的巧妙之處在哪里？他們是如何通過(guò)證據(jù)進(jìn)行嚴(yán)密推理得出結(jié)論的？是什么因素使斯他林和貝利斯獲得成功？”

學(xué)生合作探究，通過(guò)智慧課堂拍照上傳實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和探究結(jié)果，師生交流完善。在科學(xué)史的探究學(xué)習(xí)過(guò)程中，除了能讓學(xué)生感受到科學(xué)家的探究歷程和思維品質(zhì)外，還能讓學(xué)生像科學(xué)家一樣，敢于質(zhì)疑，運(yùn)用證據(jù)進(jìn)行邏輯推理，嘗試設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探索真知，很好地培養(yǎng)了學(xué)生的證據(jù)意識(shí)和批判性思維等科學(xué)思維。

（三）通過(guò)模型建構(gòu)進(jìn)行探究

模型建構(gòu)是指運(yùn)用模型方法，借助材料或用具、數(shù)學(xué)語(yǔ)言、圖式等形式描述，呈現(xiàn)抽象復(fù)雜的事實(shí)或過(guò)程的一類(lèi)活動(dòng)。[4]學(xué)生建構(gòu)模型的過(guò)程中，需要對(duì)原型進(jìn)行觀察、理解、抽象與概括，然后利用物理材料、數(shù)學(xué)形式或概念直觀形象地把其本質(zhì)屬性呈現(xiàn)出來(lái)，是一個(gè)體現(xiàn)深度思維的過(guò)程，教學(xué)中應(yīng)合理運(yùn)用。

例如：在生物學(xué)必修1第3章第1節(jié)關(guān)于“流動(dòng)鑲嵌模型的基本內(nèi)容”的教學(xué)中，完成內(nèi)容教學(xué)后，讓學(xué)生以小組為單位，在智慧課堂智學(xué)網(wǎng)資源庫(kù)中搜索資料，探究選擇合適的材料代表蛋白質(zhì)、磷脂分子的頭部和尾部、糖類(lèi)等，設(shè)計(jì)并制作細(xì)胞膜的流動(dòng)鑲嵌模型，并運(yùn)用自制的物理模型，加深對(duì)細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的理解。

又如：在生物學(xué)選擇性必修2第3章第2節(jié)關(guān)于“能量流動(dòng)的過(guò)程”的教學(xué)中，先讓學(xué)生閱讀教材55頁(yè)第1、2段，根據(jù)關(guān)鍵詞，略去次要的細(xì)枝末節(jié)，探究完成能量流經(jīng)第一營(yíng)養(yǎng)級(jí)的概念模型建構(gòu)。然后分析教材55頁(yè)圖3-5能量流經(jīng)第二營(yíng)養(yǎng)級(jí)的示意圖，從能量的輸入和最終去向的角度考慮，建構(gòu)能量流經(jīng)某一營(yíng)養(yǎng)級(jí)的簡(jiǎn)化概念模型，從而深刻理解教材中關(guān)于“能量流經(jīng)整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的模型”的內(nèi)涵。

在模型建構(gòu)的探究活動(dòng)中，學(xué)生積極思考，深入理解知識(shí)，比較與分類(lèi)、抽象與概括、模型與建模等科學(xué)思維得到運(yùn)用與提高，學(xué)生選擇的材料、設(shè)計(jì)不同，模型也有所區(qū)別，創(chuàng)新思維也得到發(fā)展。

（四）創(chuàng)設(shè)開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)進(jìn)行探究

創(chuàng)造性思維，是主體在學(xué)習(xí)的過(guò)程中，利用科學(xué)信息和科學(xué)技術(shù)，結(jié)合自身的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，找出問(wèn)題，在事物中發(fā)現(xiàn)矛盾，并通過(guò)創(chuàng)造思想獲得新知識(shí)的一種思維或能力。[5]筆者認(rèn)為創(chuàng)造性思維是最高級(jí)或者說(shuō)是作為最終目標(biāo)的思維能力。在教學(xué)中，除了設(shè)計(jì)一些具有開(kāi)放性的教學(xué)情境、活動(dòng)或習(xí)題外，筆者還會(huì)把教材中的一些實(shí)驗(yàn)的開(kāi)放性增大，有意識(shí)地去鼓勵(lì)學(xué)生改進(jìn)實(shí)驗(yàn)，喚醒學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，發(fā)展創(chuàng)造性思維。

例如：在生物學(xué)必修一第5章第3節(jié)“探究酵母菌細(xì)胞呼吸的方式”的探究實(shí)驗(yàn)中，如果根據(jù)教材提供的裝置和方案來(lái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，會(huì)因?yàn)閷?shí)驗(yàn)時(shí)間長(zhǎng)、實(shí)施難、難以把握無(wú)氧裝置中氧氣何時(shí)耗盡等原因，導(dǎo)致不能在課內(nèi)完成實(shí)驗(yàn)，所以筆者讓學(xué)生以小組為單位，根據(jù)教師提供的參考資料或利用智學(xué)網(wǎng)自行查找資料，對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行改進(jìn)或創(chuàng)新，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案并完成實(shí)驗(yàn)操作，教師只是負(fù)責(zé)引導(dǎo)、準(zhǔn)備材料和必要的指導(dǎo)。最后從學(xué)生提交到“智慧課堂作業(yè)端”的實(shí)驗(yàn)報(bào)告分析表明，學(xué)生的思維非常發(fā)散，他們有的小組用帶“直頭二孔瓶蓋”的玻璃瓶和帶“直頭一孔瓶蓋”的玻璃瓶、硅膠管分別代替課本的錐形瓶、玻璃管，氣密性更好，組裝起來(lái)更方便;有的小組采用“針筒法”——用60mL的針筒注射器作為創(chuàng)新裝置，極大簡(jiǎn)化了實(shí)驗(yàn)操作，同時(shí)帶刻度的針筒使檢測(cè)結(jié)果定量化;有的小組利用做面包的原理和現(xiàn)象設(shè)計(jì)簡(jiǎn)易方案探究;有的小組甚至進(jìn)一步開(kāi)展了“針筒法”探究葡萄糖溶液濃度或酒精濃度對(duì)酵母菌無(wú)氧呼吸的影響的拓展實(shí)驗(yàn)。

教師拋出一個(gè)開(kāi)放性的實(shí)驗(yàn)，鼓勵(lì)學(xué)生從不同的角度思索，另辟蹊徑，改進(jìn)創(chuàng)新，創(chuàng)造性思維得到發(fā)展。

在高中生物學(xué)探究式教學(xué)中，采取何種形式的探究活動(dòng)應(yīng)結(jié)合教學(xué)實(shí)際內(nèi)容來(lái)確定，充分利用智慧課堂的輔助，并且要以側(cè)重發(fā)展科學(xué)思維為探究目標(biāo)，設(shè)計(jì)的探究?jī)?nèi)容可操作性要強(qiáng)，符合學(xué)生的最近發(fā)展區(qū)和認(rèn)知規(guī)律，給予學(xué)生更多質(zhì)疑、邏輯推理和實(shí)踐的機(jī)會(huì)，從而有效培養(yǎng)學(xué)生多種科學(xué)思維的品質(zhì)和能力。

參考文獻(xiàn)

[1]中華人民共和國(guó)教育部.普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)：2017年版2020年修訂[S].北京：人民教育出版社，2020：4-5.

[2]王明霞.把握特點(diǎn)支持教學(xué)：“智慧課堂”應(yīng)用于高中英語(yǔ)寫(xiě)作教學(xué)的現(xiàn)狀分析[J].江蘇教育，2018（3）：20-22.

[3]邰玉韋.基于核心素養(yǎng)，運(yùn)用邏輯推理發(fā)展學(xué)生思維：以“細(xì)胞分裂與分化”（第1課時(shí)）為例[J].中學(xué)生物教學(xué)，2021（1）15-18.

[4]江宜博.例析模型建構(gòu)在高中生物教學(xué)中的應(yīng)用[J].福建基礎(chǔ)教育研究，2010（5）：85-86.

[5]李金桃.基于生物課型教學(xué)培養(yǎng)高中生科學(xué)思維的實(shí)踐研究[D].廣州大學(xué)，2020.

本文是增城區(qū)教育教學(xué)“十三五”規(guī)劃2020年度課題“智慧課堂下指向科學(xué)思維的高中生物探究式教學(xué)研究”（課題編號(hào)：ZC2020011）的研究成果。