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《求真》

教学---美国中学生物学“探究性”教学实例评析

来源: 发布时间:2009-12-02 15:47 浏览次数: 【字体:
 

摘要: “探究性学习”是在生物学教学中一种重要的学习方法,通过探究性教学的研究和实施,加强对学生进行科学探究能力的培养,能有效地提高学生的科学素养、创新精神和实践能力。20世纪80年代以来,以探究性学习为基础重构基础教育课程成为世界各国课程改革的突出特点,一个共同的做法是 :不仅将探究作为一种学习方式,而且将探究作为课程的内容标准。在这方面,美国走在世界的前列。本文通过对美国中学生物学“探究性”教学实例的评析,有助于中国教师对中学生物学“探究性”教学的借鉴、认识。

 

关键词:高中生物学  探究性学习  探究性课题  课程设计

 

教育改革的基础是中小学教育改革,中小学教育改革的核心是课程,课程和教材的改革是中学教育改革的龙头。在生物学教育改革中,探究性学习对生物学教师和课程改革带来了挑战。随着课程改革的深入进行,特别是必修课、选修课中研究性学习的设置,更有必要将探究性教学的研究纳入研究范围。本文通过对中美生物学教学特点的比较及美国生物学教学实例的评析,突出对探究性教学的研究,并期望将研究结果应用在教材的处理中,以深化对课程改革的认识,切实转变教育观念,真正把素质教育落实到教学的每一环节,提高生物科学教育的水平和质量。

1.中美生物学教学特点比较

    美国生物学教学的演示与实验活动有三个特点:

    (1 )设备和材料并不奢侈或昂贵,大多简单而便宜,许多仪器还是教师自己利用日常家庭用品制作的;

  (2)动手操作与日常生活情境相联系,生动活泼而又切合实际;

  (3)大量使用计算机。

   其他中美生物学教学特点的差异见下表:

比较类目

中国

美国

课程与教材

以分科课程为主,教材偏难

以综合课程为主,教材实用性强

课堂教学

以教师为中心,结构紧凑、严肃

以学生为中心,方式随意,轻松明快

教学方法

以演绎推理为主

以归纳推理为主

理论与实践关系

强调理论学习,演示与动手操作少

强调实践学习,演示与动手操作多

实验目的、方法

验证新知,方法一致

发现新知,方法多样

学生学习方式

听课、做笔记、背诵、做练习

提问,独立实验,撰写报告并汇报

学生学习结果

基本知识掌握扎实,动手能力弱

长于创造性解决问题,动手能力强

2.美国生物学教学实例评析

以《Addison--Wesley Biology》教师版中“原核生物的繁殖”单元为例。

教学程序:

演示、观察、记录:

用棉球和投影仪演示细菌的快速繁殖。说明细菌的繁殖速度(20分钟/代)。以棉球数代表细菌数,以1秒代替1分钟,让一个学生记录时间,到20秒时让学生说出投影仪上显示的细菌数(增加1倍),重复此过程2-3分钟,数一下棉球,可得出细菌已繁殖了6-9代。

评析:在理论与实践关系上,中美教学有很大差别——中:强调理论学习,演示与动手操作少 / 美:强调实践学习,演示与动手操作多。

教授新知:

a.重点讲述:原核生物属单倍体,大多进行二分裂无性繁殖,可通过接合、转导、转化共享遗传信息。

b.强化:讲授二分裂之前,布置作业让学生复习有丝分裂与减数分裂、无性繁殖与有性繁殖的区别。

c.让学生用模型建立概念。当病毒侵染细菌时,病毒DNA变成了细菌DNA的一部分。建立一个模型来表明该过程的发生。记住细菌DNA是双链环形。

d.提供背景知识。质粒有两种基因:一种为质粒转移编码,一种为各种特性编码。

e.重复教学内容。板画二分裂的步骤和细菌细胞内的接合、转导、转化,包括生长、核酸的分裂、新细胞的发育、细胞分离。让自愿者贴上标题、标签。

评析:探究性学习的特点之一,是指有效地形成认识自然之基础-科学概念、科学教学的目的-认识自然,不是一蹴而就的。要按照学生发展的特点,逐步从初步的自然认识提高到高深的自然认识,不断深化,所谓自然认识,就是理解自然。但是,要确切地理解自然,就有必要使每一个学生有效地形成自然认识的基础-科学概念。

f .扩大知识面。让有兴趣的学生去图书馆查资料,看看细菌是如何用于基因工程的。

评析:探究性学习的特点之一,是培养探究未知世界的积极态度。一个人即使掌握了一定的能力和知识,但缺乏积极的态度和精神,他的知识仍然不会发挥作用,反之,即使他的能力不足和知识面不宽,如果有了旺盛的探究态度和热情,那么,他的能力很快就会提高,知识很快就会拓宽和深化,这样,探究的心理态度,在发展探究能力、探索未知世界方面是最基本的,这种探究态度和知识性,只能在自主地抓取自然事物、现象的探究活动中逐步培养起来。

g.写作。产生芽抱的细菌是已知最具有抵抗力的生命形式。让学生写一篇历险故事,内容是有关一个孩子(细菌)如何通过形成芽孢来保护自己、免除伤害。

评析:探究性课题设计出的学习活动,不应该看作是一种单纯的训练方式,而应看作是科学探究的一种基本要求。教师所设计的课程要能适应学生们的特殊兴趣、知识水平和现有技能,要从学生们以前产生的问题和形成的理念出发来设计课程。

总结:

在黑板上写下接合、转导、转化、二分裂,让学生用一两个单词构成的短语来表示每个过程,并给以修正。让学生用修正过的单词表述每个过程,写一个小结。

问题

a.什么是芽孢?你如何向一个从未见过芽孢的人描述芽孢的形状?

b.在基因工程中质粒的价值是什么?

c.为什么二分裂属无性繁殖?

d.在进化过程中细菌已具备了几种方式以增加它们的变异性。解释为什么变异性是重要的,它如何帮助一个物种生存下去?

研究性学习:

阅读《基因工程改变了生命的形式》一文,其中既有赞成的观点,也有反对的观点。然后据此文章:

a.进一步扩大学生的知识面,让有兴趣的学生去图书馆查资料,确定如何利用细菌进行清除工作,并在课堂上口头陈述他们查寻的结果。

评析:是教授新知f的延伸。

b.告诉学生—些经过基因工程改变的细菌已经存在于我们的生活环境中,组织学生进行讨论,了解学生对这一问题的感受。

评析:生命科学课程应该提供足够的时间和机会让学生经历科学发现过程。学生可以参与生命科学探究中某些方面、某些环节的活动,应该给学生从事完整的探究活动全过程的机会。科学探究常常是协作性的活动,因此学生们应该在小组合作中认识到进行信息、观念、思考的分享和相互启发的意义,并获得交流合作的经验和能力。

c.提出问题:

▲你认为通过基因工程改变过的生物是否应该生存在自然环境中?为你的答案辩护。应有从文章或其他来源的信息支持自己的结论。

▲在释放一个经过基因工程改变过的生物进入自然环境之前,你应该做些什么试验?接收所有符合逻辑的答案。

评析:《全日制普通高级中学生物学教学大纲》(试验修订版)在课程目的第3条指出:学生通过高中生物学的学习,“初步学会生物科学探究的一般方法,具有较强的生物学基本操作能力、收集和处理信息的能力、观察能力、实验能力、思维能力和解决问题的能力”。

    新大纲特别强调教师在各种类型的教学活动中,都要努力使学生学会科学探究的一般方法,包括提出问题、做出假设和实践验证等;注意学生发散思维和集中思维能力的培养,使学生逐步养成创新思维习惯。

d.合作学习。主题:从图书馆的资料中查出3种《基因工程改变了生命的形式》一文中没有提到的、正在被利用的、通过基因工程改变的细菌。合作形式:将学生每4人分成一组,规定规则。每组2名学生是主题的主要研究者,1名学生是资料组织者,负责组织呈报给主席的材料,第四名学生是主席,由他向全班陈述材料并汇总从同学们当中收集的问题,并有权让小组的每一个成员解释这个组是如何进行工作的。

评析:各个学科所有年级的学生都应该有机会进行科学探究并且培养进行探究性思维和探究性活动的能力,包括提出问题、制定调查研究计划并付诸实施、利用有关工具和技术收集数据、对证据与解释之间的关系进行批判性和逻辑性思考、构造和分析其他解释方法以及科学论点的交流等。

实验内容:

题目:环境中的细菌

具体要求:a.技能。观察。数据记录、分析。

b.问题。在哪里能找到细菌?

c.策略。在调查过程中,将4个琼脂培养皿分别放在不同的污染环境中,观察细菌生长的情况。

d.假说。暴露在各种环境中的琼脂培养皿里都会生长细菌。

.材料。5个无菌琼脂培养皿、蜡笔、手表、手持放大镜、纸、铅笔。

步骤:a.小心地将每个琼脂培养皿转过来,握紧培养皿的盖子,以防脱落。用蜡笔为4个培养皿标号,第5个培养皿用标签作上记号,作为对照。

b.将一个培养皿上的盖子去掉,暴露在教室中力20 min,记录培养皿的编号、具体方法。

c.将另一个培养皿上的盖子去掉,暴露在教学楼外20 min,记录培养皿的编号、具体方法。

d.将第三个培养皿上的盖子去掉,轻轻地用手指按一下培养皿的表面,记录培养皿的编号、具体方法。

e.自己选择一种方式将培养皿暴露于空气中,记录培养皿的编号、具体方法。

f.上述操作过程完成之后,将培养皿上的盖子盖上,放在37℃的培养箱中,置放48h。

g.48h后,用手持放大镜检查每一个培养皿,数一下菌落,做好记录。

注意事项:不要去掉琼脂培养皿的盖子触摸菌落。拿过琼脂培养皿之后,要用温水和肥皂洗手。

分析:a.哪一个培养皿中有细菌生长?哪一个没有?

b.哪一个培养皿中的菌落最多?

c.哪一个培养皿中不同种类的菌落数最多?你怎样将这些菌落分开?

d.除细菌外,还有什么生长在你的培养皿中?

评析:科学探究能力的培养与科学知识的学习应相互结合,提高探究技能不能脱离科学内容。进行观察、提出假说、设计探究方案,都必须围绕某一科学内容来进行。科学内容的学习应通过科学探究活动来开展,通过科学探究活动,并在探究过程中学习科学知识。

小结:写一篇短文,题目是《环境中的细菌》,用你观察的结果支持你的观点。为什么细菌菌落不能生长在你周围所有的地方?

评析:探究学习给人印象最深的前提条件是学生的自主性。要鼓励学生提出各种假设,并让他们自己主动地去检验这些假设,这是很重要的。对学生来说,任何可能成立的假设,都应该加以探索。应该鼓励学生设法了解一个问题可能具有的各个方面和各种解答。探究学习就是通过开展一系列的活动有目的地寻求许多问题的解答。但它并不要求给这些问题作答案,而是一个参与的过程,是一个了解科学方法的过程。它的方法是以学生为中心,并且是高度灵活的。

附加问题:温度会影响细菌生长吗?将3个去盖的无菌琼脂培养皿分别放在其他条件相同的25℃、37℃、50℃的培养箱中培养48h,然后比较一下各个培养皿中细菌生长的情况。

评析:美国中学生物学教材(如著名的BSCS教材)中的每一个探究活动都是一个独立单元,都含有一个学科内容主题(主要概念)和一个探究过程的主题(科学方法),并要学生积极地参与。每一个单元都代表一个实际的科学研究过程,要求学生能像科学家般的参与研究。一套探究活动就是配合概念发展,由浅入深的一系列学习活动,其中包含收集数据资料、实验、控制变量、假设……等等。学生通过参与探究活动,获得科学经验,了解科学概念的形成过程,培养科学方法和养成正确的科学态度。

作业:

关键名词、章节小结、关键名词复习、内容复习、概念复习、关键性的思维、活页等。其中关键性思维包括以下内容:

a.解释数据。图表显示了3种不同细菌A、B、C的生长方式。描述每一种细菌的生长方式,为什么它们的生长会不同?

b.预测。许多抗生素可以阻止细菌形成坚硬的细胞壁,这对细菌的生活和繁殖能力有什么影响?

c.假设。构成你皮肤细胞蛋白质中的大部分氮原来存在于空气之中,你认为这些氮是怎样进入到你皮肤的?细菌在这一过程中起了什么样的作用?

d.评价。菌毛与鞭毛在电子显微图上看起来很相似,它们的功能有什么不同?

e.创造性地写作。想象你偶然创造了一种危险性的细菌,不小心把它释放到供水系统中。写一短篇故事,讲述你所采取的行动——你是如何解决这个问题的?

评析:“创新”是一个民族进步的灵魂,是一个国家兴旺发达的不竭动力。探究性学习是一种探索性的实践活动,不仅在于拓展学生知识,激发其兴趣,而更应该着眼于培养学生的创造能力,培育学生的开拓精神。同时学生能在探究活动中迸发创造的火花,体验到智慧的力量和创造的欢乐。当然这种创造首先要从选题开始,创新常来自疑问,一个创造性的研究课题必然要求创造性的实施活动。

活页的内容:

a.许多生物都与细菌有共生关系,利用参考文献研究这些共生关系,将你所学的知识写成书面形式,制成幻灯片或口头报告。

b.酸奶是三种不同的细菌发酵制成的,利用参考文献学习酸奶的历史和乳制品的营养价值。

评析:探究是一种多侧面的活动,需要做观察;需要提出问题;需要查阅书刊及其他信息资源以便弄清楚什么情况是为人所知的东西;需要设计调研的方案;需要根据实验证据来检验已经为人所知的东西;需要运用各种手段去搜集、分析和解读数据;需要提出答案、解释和预测;需要把研究结果告知别人。

 

通过对以上美国生物学《Addison--Wesley Biology》教师版中“原核生物的繁殖”教学单元的评析,我们深深体会到其中所渗透出的科学性、创新性、实践性、可行性和开放性四大探究性课程设计原则,有助于中国教师对中学生物学“探究性”教学的借鉴、认识。

 

探究性学习是在中学生物学教学改革中一个重要的理念,如何将这一重要理念渗透到广大教师的教学实践中,真正培养学生的创新精神和实践能力,教师就必须学会选择探究性学习的课题和指导学生进行科学探索。本文仅对中美生物学探究性学习现状及探究性课题的有关问题作了一些比较研究,尤其对探究性课题的设计原则,有些问题还须深入研究,特别是如何在课题的创新、实施和组织方面。

 

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参考文献:

《科学教学论》,史朝、孙宏安著,辽宁教育出版社,1992(6)。

《探究性学习》,李亦菲,北师大教科研所,载《中国教育报》2000年11月18日第三版。

《美国国家科学教育标准》,戢守志等译,科技出版社。1999(1)。

《关于新世纪中学生物课程教育目标的思考》,赵占良,《课程·教材·教法》,2000(5)。

《简析普通生物教育的综合课程》,何艾文,方展强,《生物学通报》,1994(7)。

《高中生物课程设置改革的尝试》,郑春和,《生物学通报》,1997(3)。

《美国BSCS生物教材及其特色》,李庆文,吴相钰,《生物学通报》,2000(1)。

《中学生物课程目标体系》,郑春和,《生物学通报》,1999(l0)。

《中美科学教育比较》,丁邦国,《中国教育学刊》,2000(2)。

《美国中学生物学教学一瞥》,张为民,《中学生物教学》,2000(1)。

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