高效思维对话的科学探究：核心素养在生物学教学中的设计与实践

2023-11-23 理论教育版权反馈

【摘要】：之所以要进行思维对话，是因为在一个群体中，每个人都具有不同的智慧水平、知识结构、思维方式、认知风格，即各有自己的特点和优势。在科学探究中，问题的来源途径还来自既有理论或知识同相关事实的矛盾。以上教学目标对教师来说是显性的，但对学生来说却是隐性的。因此，教师要研究教学目标，目的就是将其转化为教学的行为，三维目标达成度是体现在实践中而非书面上的。在科学探究学习过程中，过程和方法比结果更重要。

之所以要进行思维对话，是因为在一个群体中，每个人都具有不同的智慧水平、知识结构、思维方式、认知风格，即各有自己的特点和优势。通过思维对话人们可以彼此了解、取长补短、分享个人观点和经验，从而产生新的知识和智慧，实现群体的共同进步。

（一）学贵有“疑”——你想知道什么

科学始于好奇（探究的欲望），源于事实（需要证据），成于思维（逻辑和思想的结合）。有疑才有趣，有趣才有心，教师在探究教学中首先要激发起学生探究的欲望，提出有探究价值的问题，因为问题比答案更重要，问题是探究之“源”。

1.疑从何来

在科学探究中，问题的来源主要有三个途径：一是来自既有理论或知识同经验事实（来自观察）的矛盾，二是来自理论本身存在的逻辑困难或悖论，三是来自不同理论的争论。

从认知矛盾中来。就中学生而言，问题主要来自既有知识同他们所观察到的现象的矛盾。因此，教师为了让学生顺利提出有探究价值的问题，就要设法制造认识矛盾。如在探究“蒸腾作用拉力”时，教师故意说上一句——俗话说：“人往高处走，水往高处流。”此时学生立刻质疑：“错了，老师！是水往低处流。”师：“理由呢？”生：“因为这是重力的作用呀。”教师反问：“那参天大树树叶上的水是怎么上去的呢？”生：“（讨论分析后回答）应该还有一个力超过了重力，这样才能把水拉上去。”师：“这只是猜想，证据呢？能否找到这个力？下面就针对这个问题通过实验来探究。”

从相关事实中来。在科学探究中，问题的来源途径还来自既有理论或知识同相关事实的矛盾。如探究“生物与环境的适应”时，教师让学生在校园里捉鼠妇，结果好多学生在阳光下干净的校园里空手而归，只有一个小组的学生在厕所后面的石头下面找到了鼠妇。当教师将鼠妇请到实验室时，那些没找到鼠妇的学生自然会提出来：为什么在阳光的校园里找不到鼠妇？鼠妇喜欢黑暗的环境吗？从提问使探究逐步生成。从实验（探究）中生成。探究学习的一个最大特点是问题链条是一步一步形成的，也就是说学生的思维是线性的、理性的和逻辑的。

2.怎样培养学生的质疑意识

保持强烈的好奇心。有这样一个事例。一位特级教师上“植物的果实”一课，需要学生在观察各种果实中形成果实的概念。为此，教师让学生自己准备各种各样的果实到课堂上来探究，但有一个学生却拿来一个胡萝卜，从而引起同学们极大的争议，课堂上出现前所未有的热闹。为了能呵护好学生的好奇心，保持学生探究的欲望，以学生的自我发展为本，教师及时将探究的课题改为“胡萝卜为什么不是果实”，从而巧妙地把证实变成证伪，出色地完成了教学任务。同样在探究鸡卵的结构时，教师讲了爱迪生的故事，这样就从学生质疑“爱迪生为什么孵不出小鸡来”过渡到预期的探究之中了。

具有提出问题的能力。研究科学史告诉我们只有善于观察，具有怀疑精神，思维品质具有灵活性、发散性和深刻性，才能及时发现问题，解决问题。

3.如何设置提出问题的情境

一般来说，问题情境要密切联系学生的生活，要包含一定的矛盾冲突，不能过于复杂，可通过具有结构性的研究材料设置。如“种子的萌发”一课，探究种子萌发的环境条件，教材设定的问题情境是这样联系生活的：农民要在春天播种—春天天气干旱时不能播种—可先喷水后播种—播种前要先浸种—种子不能深埋—大雨过后不能马上播种—要在春耕之后播种。这样学生就很容易提出问题并做出假设了。

4.怎样提出有价值的问题

问题是否有价值要从三个方面去评价：①看是不是一个科学问题。②看问题的表述是否明确、具体。③看问题的探究价值高不高（变量、课内）。

为了让学生在课堂中提高问题意识，要给予学生充分的提出问题的权利，并指导学生准确地表述问题并引导学生对提出的问题进行评价。如“探究酒精浸出液对水蚤心率的影响”一课中是这样进行的。

展示资料，发现问题：心脏病死亡率上升。

学生猜测：营养过剩？抽烟、喝酒？压力过大？

提供证据：中学生喝酒致死。

学生以此提出要探究的问题：①酒精对健康有影响吗？②酒精对心脏有影响吗？③酒精对心率有影响吗？

学生分析：三个都是科学问题，但“酒精对健康有影响吗”这个问题的表述不明确、具体。“酒精对心脏有影响吗”变量不好控制，只有“酒精对心率有影响吗？”这个问题具有在课堂上探究的价值。

5.提出目标不如提问题

对科学探究课来说，提出目标不如提出问题。如“环境对生物的影响”一课，教学目标如下：

知识方面：说出非生物因素影响生物的生活；举例说明生物和生物之间有密切的联系。

能力方面：尝试运用已有的知识和经验做出假设；进行对照实验，说出对照实验的设计要点；运用表格准确地记录数据；分析实验数据得出结论。(www.chuimin.cn)

情感态度与价值观方面：取放鼠妇时动作轻柔，实验结束后能将鼠妇释放到自然环境中；如实记录观察数据。

以上教学目标对教师来说是显性的，但对学生来说却是隐性的。试想一下，如果将这一大堆抽象的东西呈现在学生面前，学生还有探究的热情吗？因此，教师要研究教学目标，目的就是将其转化为教学的行为，三维目标达成度是体现在实践中而非书面上的。

6.要让学生做问题的主人

要让学生知道，教师不是万能的，大学教授和科学家也不是什么都知道。教师就像是学生学习之路上的一根拐杖、一些路标，而不是他们的“腿”和“脚”，可以给他们支持和帮助，但不能代替他们走路。教师的任务是让他们最终扔掉拐杖，在没有路标的人生之路上披荆斩棘，阔步前行。如果什么问题都可以从老师那里很方便地找到现成答案，他们的腿脚很可能会残疾。

（二）学贵有“方”——你怎样知道

科学不是知识的积累，而是一种认识世界的方法和思路。在科学探究学习过程中，过程和方法比结果更重要。科学史的研究缩短了认知的时空，生物课程最重要的不是让学生多记住一个细胞结构，而是知道科学家如何解决现实生活中的问题。

1.猜想是探究之“的”

当问题出现以后，首先要对我们探究行为进行预见——假设或猜想。猜想与假设的不同在于，猜想要建立在经验的基础上，符合逻辑分析的猜想才是科学的猜想，不同的问题有不同的猜想，同一问题可有多种猜想，猜想的结果是证实或证伪。

如“染色体的遗传”一课，在没看到染色体之前，人们对染色体的认识就是通过推理进行猜想的。前提条件：受精卵是由精子和卵细胞结合而成的。而物种要稳定，染色体在遗传中要保持稳定。那么染色体的数量怎样才能保持不变，组成怎样才能保持稳定？猜测：在形成生殖细胞时染色体数量减半。相同的染色体分开，这样性染色体组合的概率均等。

在科学史上，很多科学家的猜想并不一定能证实，但却推动了科学的进步。如“绿色植物对生物圈的影响”的学习，重温科学家的研究过程，回答问题。植物靠“吃”什么长大？1642年，荷兰科学家赫尔蒙特猜测植物生长需要的营养是从土壤中获得的。他为此做了柳树种植实验。

植物能否清洁空气？1771年，英国科学家普里斯特利猜测植物可以将坏的空气变好，为了获得证据，他用小白鼠做了两组对照实验。

赫尔蒙特的实验证明：植物生长所需的主要营养物质不是来自土壤；土壤减少的90克的主要成分是无机盐；大部分浇的雨水通过蒸腾作用排出植物体外。正是由于探究的结果与猜想不符，才有我们现在对光合作用的认识。同样，普里斯特利的实验证明了植物能清洁空气，证实了原来的猜测，但普里斯特利有一次晚上做了同样的实验，结果小白鼠死了，这个新问题促使了科学家的进一步研究，得出光是光合作用的必要条件。

2.用问题引领探究

探究的各环节并不是一成不变的，中学理科课程内容比小学科学课的内容要多得多，为了增加课容量，好多探究是接受式探究，还有的探究为了节省时间，在实验设计环节上由教材提供参考的设计方案供学生选择，这样教师也可以设计一系列问题来引领探究活动，如“鸟的生殖与发育”一课探究鸡蛋的结构与功能的关系，在观察鸡蛋的结构并推测各结构的作用时，可用以下问题引领：观察卵壳表面，有何发现？可生成什么问题？单手使劲儿握鸡蛋，有何发现？可生成什么问题？用镊子轻敲鸡蛋钝端，去掉卵壳，有何发现？可生成什么问题？将鸡蛋内容物轻轻倒入培养皿，观察卵黄表面，有何发现？可生成什么问题？用牙签轻轻刺破卵黄，有何发现？可生成什么问题？你还有哪些发现？

3.在探究中培养学生的实证意识

按照斯滕伯格的观点，学生的思维不是靠教师教出来的。“教师可以教授不同的思维模式，但如果不让学生练习，他们还是什么也不会。”我们在教学实践中，要让学生学会思维，提高和培养他们的思维能力，应该鼓励学生主动参与教学过程，激发他们参与教学的积极性，自己提出问题，共同讨论，集体协作，找到解决问题的办法，最后解决问题。既然思维不是外在力量强加的，那么教师所做的就不仅是告诉学生问题是什么，怎样提出问题以及解决问题的办法，而是提供每一个可能的方法和条件，使得学生能够自己教自己。让他们自己去发现问题，确定问题是什么，然后才能想办法解决问题。也就是，在教师和学生、学生和学生的交流对话中，学生自己学会学习，学会思维。在教学过程中，不能用简单的讲解代替学生的感悟和体验，不仅要向学生传授知识，更要提供情境思路和机会。如果学生在探究过程中提出“为何做？做什么？怎样做？做出了什么？说明了什么？偶然还是必然？通过比较说明了什么？”这样一些问题的话，这说明他已具备理性思维意识。但在实证的过程中，仅仅有上述意识还不够，还要注重实证意识的培养，如教师可以这样引导学生：“你怎么知道？你凭什么这样认为？你假设或推测的依据是什么？依据现象或结果能得出什么结论？你还可以用哪些证据来分析和论证假设？为什么要设对照组？”等等。教学过程是教师借助教科书调动学生感知，把书本知识“内化”为学生能力的过程，这个过程需要师生之间的思维对话。问题意识是科学思维对话的基础，教师在教学设计和教学过程中均应有所体现。

（三）学贵有“悟”——你知道了什么

义务教育阶段的理科课程应以提高学生的科学素养为基本目标，体现科学的本质与教育的本质。科学是知识，科学是过程，科学是世界观。科学的本质，不在于已经认识的真理，而在于探索真理。而教育的本质就是体现人类的发展需要。生物学和谐高效课堂教学的高效体现在以下方面：

1.把握规律，解释现象

在理科教学中，由学生经过自主探究，最后形成概念，找到规律，并以此来解释现象，这是科学课程教学过程的价值取向。

注意，对科学概念的形成和对规律的把握，一定要在思维对话中形成，这样才是真正意义上的领悟。而对现象的解释也是验证学生是否成功的标识。

2.思想性是教育的真谛

思想性并非只是三维目标教学的必备环节，更是不可或缺的重要教学理念，求真更要求善，思想教育渗透在教学的各个环节中，使学生在“悟”的过程中认知得到升华。

高效思维对话的科学探究：核心素养在生物学教学中的设计与实践

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