王延杰
(重慶市求精中學(xué)校 重慶 400042)
生物學(xué)科核心素養(yǎng)定義為:學(xué)生通過中學(xué)生物學(xué)科的學(xué)習(xí)可以綜合運(yùn)用生物學(xué)知識、方法和技能去解決實(shí)際問題時(shí)所需要的必備品質(zhì)和關(guān)鍵能力,具體包括生命觀念、理性思維、科學(xué)探究和社會責(zé)任四大要素。
科學(xué)探究是學(xué)生運(yùn)用科學(xué)方法對某一自然現(xiàn)象進(jìn)行觀察、提問、假設(shè)、方案設(shè)計(jì)與實(shí)施以及對結(jié)果的進(jìn)行表達(dá)和交流的一種綜合能力[1]。在中學(xué)生物教學(xué)中開展科學(xué)探究活動有利于學(xué)生轉(zhuǎn)變學(xué)習(xí)方式,使學(xué)生能主動地獲取生物科學(xué)知識,有利于學(xué)生創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的培養(yǎng),使學(xué)生能用審慎的態(tài)度和科學(xué)的方法去解決生活中與生物學(xué)相關(guān)的問題。在中學(xué)生物課程中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)對于學(xué)生科學(xué)探究能力的培養(yǎng)可以起到至關(guān)重要的作用。
“探究非生物因素對某種動物的影響”為人教版七年級上冊“生物與環(huán)境的關(guān)系”這一節(jié)的一個(gè)探究性試驗(yàn)。該實(shí)驗(yàn)旨在讓學(xué)生初步學(xué)會在探究中控制變量和設(shè)計(jì)對照實(shí)驗(yàn),體驗(yàn)探究活動的一般過程,學(xué)會觀察現(xiàn)象和記錄數(shù)據(jù);能根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,并得出結(jié)論。探究的一般過程、探究中控制變量和設(shè)置對照實(shí)驗(yàn)是該實(shí)驗(yàn)的兩個(gè)重點(diǎn)。難點(diǎn)是探究活動的組織、理解控制變量和設(shè)置對照實(shí)驗(yàn)。
為了在該實(shí)驗(yàn)過程中訓(xùn)練學(xué)生的科學(xué)探究能力,特在實(shí)驗(yàn)過程中設(shè)置學(xué)生自主探究環(huán)節(jié),實(shí)驗(yàn)前按照課本中準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)材料和用具的要求,準(zhǔn)備了鼠婦、木盒,透明玻璃板,遮光紙等材料,但并不事先制作成半邊透明半邊遮光形式的蓋板,而是將實(shí)驗(yàn)用具分散放置。
鼠婦及其生活環(huán)境介紹,為了更好地讓學(xué)生了解它,通過圖片的形式展示鼠婦及其生活環(huán)境,讓學(xué)生從教師提供的各種素材中,仔細(xì)觀察細(xì)微處,從中發(fā)現(xiàn)問題。以“問題化”的陳述方式提問,鼠婦總是在陰暗的角落活動,而在光線明亮的地方卻很少看到。那么,光照條件是不是影響了鼠婦的分布呢?
因?yàn)榉巧镆蛩睾芏?,有光、水、溫度、空氣等,初中學(xué)生探究能力有限,多因素分析容易造成學(xué)生思考混亂,特引導(dǎo)學(xué)生思考單一因子對鼠婦生活的影響,這也讓學(xué)生初步學(xué)會控制單一變量開展實(shí)驗(yàn)探究。
根據(jù)對鼠婦的生活環(huán)境的觀察和老師的引導(dǎo),學(xué)生做出合理的假設(shè):光影響鼠婦的分布。
“猜想與假設(shè)”是科學(xué)探究的先導(dǎo),嘗試根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和已有知識對問題的成因提出猜想。學(xué)生做出假設(shè)的依據(jù)正是已有的知識,背景材料,在比較陰暗的地方看到了鼠婦,而在明亮的地方?jīng)]有看到。
假設(shè)是科學(xué)思維的一種形式,是科學(xué)研究中重要的方法,也是對問題中事物的因果性、規(guī)律性做出的假定性解釋。在科學(xué)探究中,提出合理的假設(shè)除了為探究活動指明方向外,可以充分發(fā)展學(xué)生的創(chuàng)造性思維,培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造能力。
“制定計(jì)劃與設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)”是科學(xué)探究的具體化程序化。本課題中,讓學(xué)生根據(jù)提出的假設(shè),自己選擇實(shí)驗(yàn)用具,設(shè)定實(shí)驗(yàn)條件,選擇科學(xué)探究的方法。本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的難點(diǎn)在于怎樣做才能保證鼠婦的分布只是由于環(huán)境因素“光”引起的,設(shè)置單一變量,控制無關(guān)變量是制定實(shí)驗(yàn)計(jì)劃和設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)。在這個(gè)基礎(chǔ)下,讓學(xué)生積極思考控制無關(guān)變量的方法,經(jīng)小組展開討論,同學(xué)們很容易想到控制無關(guān)變量就是除了我們要研究的光之外,其他實(shí)驗(yàn)條件都完全相同。明確單一變量設(shè)置的原則,接下來就是實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)過程。
因此有同學(xué)就設(shè)計(jì)了一個(gè)實(shí)驗(yàn),設(shè)兩個(gè)實(shí)驗(yàn)組,一組不照光,另一組照光,其他條件完全相同。經(jīng)過動手實(shí)驗(yàn)操作,兩者并沒有很大差別,對鼠婦的分布沒有影響。有同學(xué)對該設(shè)計(jì)提出不同意見,兩個(gè)實(shí)驗(yàn)組該用什么反映鼠婦的分布受到光的影響呢?因此以合理的方式反應(yīng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果,也是設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)要考慮的問題。經(jīng)小組討論,實(shí)驗(yàn)結(jié)果的反映應(yīng)該集中在鼠婦的分布上。教師在此處進(jìn)行引導(dǎo),是否可以統(tǒng)計(jì)光處和黑暗處鼠婦的量,兩種環(huán)境下進(jìn)行對比反映鼠婦的分布是否收到光的影響。鼠婦是可以活動的,如果其分布受到光的影響,它就會向光移動或背光移動。此時(shí),小組繼續(xù)展開討論應(yīng)該如何設(shè)置實(shí)驗(yàn)。設(shè)想鼠婦“站在”黑暗和光亮的臨界線上,喜光,則鼠婦會向光處移動;厭光,則鼠婦會背光移動;不喜光也不厭光,則鼠婦可能會向兩邊都會移動。可以用鼠婦在兩個(gè)區(qū)域分布的多少來衡量鼠婦的分布受到光的影響。
之所以花時(shí)間讓學(xué)生自己探究制定計(jì)劃和實(shí)驗(yàn)方案,它旨在讓學(xué)生動手之前先動腦,使探究活動的方法更明確、思路更清晰、過程更科學(xué)。但很多老師都不舍得把時(shí)間花在讓學(xué)生制定計(jì)劃和設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)上,而是讓學(xué)生按照現(xiàn)成的“報(bào)告冊或課本”的步驟與方法做,或者按照老師的思路做,導(dǎo)致學(xué)生被動地做實(shí)驗(yàn),很少去思考到底為什么要這樣做,怎么做,除了這樣做,是否還可以用其他方法做等等問題。
實(shí)驗(yàn)器材的選擇和設(shè)計(jì)也是該探究實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵,通過上面的分析,學(xué)生基本可以明確,鼠婦站在臨界線上,它可能“往左走”,也可能“往右走”,因此要設(shè)計(jì)一個(gè)一側(cè)為暗處一側(cè)為光處且光處和暗處相通的實(shí)驗(yàn)裝置,實(shí)驗(yàn)時(shí)將鼠婦放于臨界線上,根據(jù)兩側(cè)鼠婦的多少來衡量鼠婦的分布是否受到光的影響。
具體去實(shí)施所制定的實(shí)驗(yàn)計(jì)劃和實(shí)驗(yàn)方案,是培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Γ磩邮帜芰Γ?、觀察能力的重要環(huán)節(jié)。根據(jù)學(xué)生小組討論設(shè)計(jì)如課本所示實(shí)驗(yàn)。
在實(shí)驗(yàn)過程中,教師要引導(dǎo)學(xué)生尊重實(shí)驗(yàn)事實(shí),客觀、真實(shí)、準(zhǔn)確地記錄和描述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),決不能為達(dá)到數(shù)據(jù)精確而任意篡改數(shù)據(jù)。并學(xué)會對數(shù)據(jù)進(jìn)行簡單的比較。
拿到數(shù)據(jù)之后,學(xué)生普遍不知道該如何分析手里的數(shù)據(jù),教師可以引導(dǎo)學(xué)生通過小組展示分析數(shù)據(jù)。每組展示數(shù)據(jù)并記錄在黑板上,通過分析若干小組的10次實(shí)驗(yàn)結(jié)果橫向觀察,10次的數(shù)據(jù)進(jìn)行簡單的對比暗處和光處鼠婦的數(shù)量,可以看到鼠婦運(yùn)動是否有一個(gè)明顯的趨勢。同時(shí)縱向觀察第10次數(shù)據(jù),10分鐘后鼠婦趨于平靜,排除其他因素對鼠婦運(yùn)動的影響。為了減少誤差,將全班所有組的第10次數(shù)據(jù)暗處和光處數(shù)量分別進(jìn)行平均得出結(jié)論。
通過我們實(shí)驗(yàn)的分析,鼠婦在10次記錄中,運(yùn)動趨向于暗處。這就與我們做出的假設(shè)相一致。得到結(jié)論之后,學(xué)生要會對實(shí)驗(yàn)過程和結(jié)論進(jìn)行評估。評估是對探究反思的過程,它不僅可能引出新的發(fā)現(xiàn),還有利于學(xué)生養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度,發(fā)展批判性思維。讓學(xué)生通過探究活動中的評估環(huán)節(jié),學(xué)會進(jìn)行評估的基本方法和途徑,強(qiáng)化對探究過程和探究結(jié)果進(jìn)行評估的意識,對發(fā)展學(xué)生的批評性思維具有積極的意義。
本探究成功地引導(dǎo)學(xué)生提出問題、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)并解決問題,由于初中學(xué)生知識儲備和探究能力有限,教師給學(xué)生準(zhǔn)備了部分實(shí)驗(yàn)器材,相當(dāng)于給了學(xué)生一部分啟發(fā),同時(shí)又發(fā)揮了小組討論的重要作用。 是否可以采用拋錨式教學(xué),讓學(xué)生感知和發(fā)現(xiàn)問題并展開自主探究可以進(jìn)一步探索。