科学探究素养：生物学教学设计与实践

2023-11-23 理论教育版权反馈

【摘要】：通过观察“科学探究”从四个水平上的描述可以发现，水平一到水平四的要求高度是逐渐升高的，2017版课程标准中对各个水平的描述从水平一到水平四也是逐渐变得具体。学生学习完整个高中的生物课程后，科学探究的水平应该是越高越好，这就要求教师应该思考如何进行有针对性的培养学生“科学探究”素养的教学。生命观念的形成离不开科学探究的实证。

（一）含义及标准

在《普通高中生物学课程标准（2017年版）》中给出了科学探究的几个水平，便于考查学生是否达标。

水平一标准为能够使用简单的实验器具；基于给定的实验方案完成简单的实验，记录相关数据；能以书面的形式将实验结果记录下来。

水平二标准为能够正确使用工具进行观察；提出生物学问题，在给出的多个方案中选取恰当的方案并实施；选用恰当的方法如实记录和分析实验结果；能与他人合作完成探究，以口头或书面的形式与他人展开交流。

水平三标准为能够熟练运用工具展开观察；针对特定情境提出可探究的生物学问题或生物工程需求；基于给定的条件，设计并实施探究实验方案或工程学实践方案；运用多种方法如实记录和分析实验结果；在小组学习中能主动合作，推进探究方案或工程实践的实施，并运用科学术语报告实验结果。

水平四标准为能够恰当选用并熟练运用工具展开观察；针对日常生活的真实情境提出清晰的、有价值的、可探究的生命科学问题或可达成的工程学需求；基于对相关资料的查阅，设计并实施恰当可行的方案；运用多种方法如实记录，并创造性地运用数学方法分析实验结果；能够在团队中起组织和引领作用，运用科学术语精确阐明实验结果，并展开交流。

通过观察“科学探究”从四个水平上的描述可以发现，水平一到水平四的要求高度是逐渐升高的，2017版课程标准中对各个水平的描述从水平一到水平四也是逐渐变得具体。学生学习完整个高中的生物课程后，科学探究的水平应该是越高越好，这就要求教师应该思考如何进行有针对性的培养学生“科学探究”素养的教学。

（二）“科学探究”素养与其他素养的关系

1.在科学探究过程中形成生命观念

生命观念不是通过简简单单的知识的讲授就能形成的，而是要在科学思维和科学探究的基础上逐步形成。生命观念不是简单的概念的记忆，而是通过科学思维加以理解，通过科学探究加以实证，理解到的概念背后蕴含的科学道理，形成生命观念。生命观念的形成离不开科学探究的实证。

2.在科学探究过程中锻炼科学思维

在探讨生物学科核心素养四个维度之间的关系时，科学探究和科学思维是相辅相成的，并且在他们的基础上形成生命观念。科学思维是发现科学探究中重要内涵的方法，而科学探究又是科学思维形成的实证途径。实际教学中就要求科学探究和科学思维是不能脱离的，所以，实际进行“科学探究”的过程中学生的科学思维能力也会得到一定程度的提升。(www.chuimin.cn)

3.在科学探究基础上认识社会责任

各个学科的社会责任的要求是不同的，生物学科的社会责任更贴近生活。需要学生在对生物知识的理解基础上，尝试运用所学去解决生活中问题的担当和能力。学生应该能关注到社会中关于生物学的议题，尝试参与讨论并理性解释，从而远离迷信和伪科学；生活乐观向上，与人相处时总是宣传健康生活、关爱生命以及保护环境的相关知识。结合各个地区的不同资源开展科学探究实践，让学生尝试解决生产生活中与生物学相关的问题是培养学生社会责任很好的方式。

（三）理论支持

1.探究学习理论

《美国国家科学教育标准》中将探究的方式分为以下三种类型：第一、科学探究；第二、探究式教学；第三、学习为目的的探究性学习。

要想让学生以学习为目的进行探究性学习的前提，教师先要进行探究性教学。其中基于探究的教学，被认为是产生于日常的实际问题，需要学生自主探究的科学教学的策略。“探究性教学与学习”被施瓦布首次提出，知识获得的过程（教师的教与学生的学）本身就是一种探究，无论是教师还是学生进行科学教学及学习科学知识时，提倡采取探究为主的传递方式。在其理论中，比学习科学更重要的是拥有探究能力从而在其中获得科学知识，而不是对信息表层的占有。

施瓦布科学探究教学的基本理念：首先是探究学习需要主动积极的态度，在这个以探究作为方法的学习过程中，学生的主体作用应该是主动、积极地探究，教师虽然充当协助角色，但是依旧非常重要，并且对老师专业要求更高。施瓦布的研究当中，把探究学习作为学生主动探寻获得知识，并且认识研究自然科学的过程中所必须具有的，同时形成对自然科学认识的基础概念支架，养成观察生活和探究世界的积极态度。

探究学习一般的规律，它需要具有5种特征：创设情境、概念形成（提出问题和形成假设）、探索调查（探索、实验和数据解释）、结论形成、交流讨论（反思和沟通）。

探究学习是对“知识旁观者”的批判，根据杜威的理论，认知者（学生）和认知对象（知识）之间如果按分类划分，学生就会被动地接受知识，识记就能完成对知识的学习。具体到相关的教育领域，就是现在俗称“满堂灌”的传统教育。容易导致的传统教育出现知识和现实脱节，也就是“知行分离”现象。教育中所形成的传统教育弊端就在于此，长期实行知识的灌输和记忆，都与这种知识观有关。

2.认知结构学习理论

布鲁纳是认知结构理论代表教育家，观点是每个人的学习都是以原有的认知结构为基础的。在认知结构理论中，学习的结果是形成和发展认知结构，提倡“发现法”的学习理念，希望改变被动学习的现状。学生们应该用科学研究的方法来学习科学的观点引起共鸣。学习者的学习过程当中，他并不是把各种信息、概念、事实等简单地在脑海里进行存储就够了，这些信息、知识点也并不是独立存在，它们之间会形成复杂的交错关系。利用发现学习使学生产生内在动力，主动学习知识更能有效率地掌握知识，在认知过程中，学生之前的知识结构是他获得和理解新知识的基础框架，也是他进行联想、推理和思维活动的基础。具体而言，对于生物学的学习，要像一名生物学家探究问题研究未知现象的过程一样进行学习，而不是单纯的讲授与被动接受。布鲁纳其实将传统教学中以结果为重的观点转向到重视过程，从认知角度，提升学习效果。布鲁纳重视过程，要求教育者将学生置于发现环节的核心。所以，由学习者过去对外界事物进行不断感知、归类的一般方式所组成的观念结构，可以给经验中的规律进行有意义地组织形成一个模式，这就是认知结构。

科学探究素养：生物学教学设计与实践

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