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探究与发现式教学在生物科学史教学中的应用

高考信息资源网 2010-11-28 19:40:15  点击:


[摘要]:随着新一轮基础教育课程改革的开展和深入,探究与发现式教学在自然科学的学科教学中越来越受到重视。本文以高中生物(实验修订版)“光合作用的发现”一节课为例,简要介绍了在生物科学史教学中应用探究与发现式教学法的策略和应注意的问题。

[关键词]:探究与发现式教学

21世纪,科学素质已越来越成为一个现代人基本素质中不可缺少的重要组成部分。科学的知识、方法和精神从不同侧面构成人的科学素质。高中生物新大纲明确要求高中生物课程的教学内容必须适应21世纪我国社会主义现代化建设对各类人才的需要,生物学科教育重在科学素质的培养。培养学生的创新精神和实验能力是素质教育的核心和课程改革的方向。

大纲修订本在教学内容中增加了生物科学技术发展史上的重大发现和发明的内容,如必修本中的“酶的发现”、“光合作用的发现”、“植物生长素的发现”、肺炎双球菌的转化实验、噬菌体侵染细菌的实验、证明DNA是遗传物质的两个著名的实验等,这些内容的增加有利于使学生了解生物科学认识的模式,发展学生的创造能力。利用科学重演史的背景来设计高中生物学中有关内容进行探究与发现式教学,不失为一种好的教学策略选择。笔者就《光合作用的发现》一节课谈一点自己的体会和看法。

1.理论基础

发现式学习是学生通过再发现知识形成的过程,以获得知识并发展探究性思维的一种学习方式。它强调学习在于发现知识的形成过程,而不是获得现成的结论性知识。发现式学习有利于激发智慧潜力;有利于培养内在动机;有利于学会发现的技巧;有利于记忆的保持。

探究与发现教学模式的理论基础是布鲁纳的构建主义发现学习理论和施瓦布的生物科学探究模式。布鲁纳认为,不论我们教什么学科,务必使学生理解学科的基本结构,而掌握基本结构的方法是“发现”,学生的认识过程有共同之处,教学就是学生主动探究和发现结论和规律的过程。施瓦布的生物科学探究模式的实质是教学生用相似于生物学家的研究方法去处理信息,也就是教学生确认问题并用特殊的方法解决这些问题。

探究与发现式教学模式的一般教学程序:提出问题----创设问题情境----提出假设----推理----验证和得出结论。

生物科学技术发展史上重大发现和发明,往往集众多科学家多年的心血和智慧,通过一系列实验,反映了科学探究的一般方法。在教学中,教师要改变过去按教材顺序平铺直叙的讲述方法为探究式学习方法,通过重演科学史的发现过程,引导学生沿科学的逻辑思维路线,去主动发现问题;去分析、推测、探究问题,最终获得符合逻辑性的结论;去理解科学实验方法、培养探索问题的能力,而不是去记住这段历史。

2.教学方法和策略:

2.1.降低认识起点,拉近科学知识与生活经验的距离。巧妙导入,挖掘好奇天性。

利用多媒体,再现学生生活中常见的生物学现象,提出与课题相关的问题。这些问题看似简单,答出却不容易,这样学生的好奇心被调动起来,产生学习兴趣,感觉科学并不是那么遥远的事,就会主动参与学习。

在本节课中,从“人和动物每天都需要养料构建身体和获得能量”这个问题入手,再让学生观察“植物的生长”的影片,提出这样的问题:“一粒种子可以长成参天大树,那么,在这个过程中,植物生长所需要的养料是如何获得的呢?”在学生初步议论之后,提出公元前三世纪古希腊哲学家亚里士多德的结论:“植物生长的养料来自于土壤。”

2.2.寻找科学发展的历史线索,学习科学研究方法,体现探究过程。

问题提出后,教师可以引入历史上的一、两个科学实验,让学生学习了科学家的实验后,对结论进行讨论,引导学生进一步提出问题,设计实验,验证假设。

在本节课中,首先提出,亚里士多德的结论实际上只是一个经验的推断,并没有进行相应的科学实验。这时引入1648年比利时医生凡.海尔蒙特的柳树实验和结论:“植物所需要的养料来自于水”。然后让学生对上面两个结论进行讨论,学生会认为亚里士多德的结论缺乏科学依据,凡.海尔蒙特的实验则体现了科学的研究方法。但紧接着提出新的问题:“柳树真的只需要水和少量无机盐就能长大吗?”学生这时会想起初中学过的光合作用吸收二氧化碳,同时释放氧气,二氧化碳可能也是养料的来源。对这一想法表示赞赏后,进一步问学生:“你怎样证明植物能吸收二氧化碳,释放氧气?”学生会利用所学过的科学常识设计实验。学生设计的实验往往与1773年英国科学家普里斯特的设计基本相似,要给与充分的肯定和由衷的赞赏,从而让学生体验成功的喜悦。对于设计中的不足之处,可以引导学生进行讨论,修改、完善实验方案。下一步提出“光合作用除了释放氧气,还有什么产物产生呢?”光合作用的产物主要是淀粉这个实验学生初中曾经作过,可用录像或CAI动画模拟进行回顾,即1864年德国科学家萨克斯的实验。“光合作用的场所是在哪儿呢?你如何通过实验证明?”学生联系初中知识和第一章知识,马上会想到叶绿体和初中做过的银边天竺葵的实验,这时可用CAI动画演示1880年恩吉尔曼实验,让学生体会实验设计的精妙之处。

通过上面的学习可以完成板图(1)。

2.3.利用“黑箱”研究法,创设特殊研究情景。

从板图(1)可以看出,对于光合作用我们已经揭示了表层现象,即物质的入口、出口和反应的场所。再去研究内在规律的时候,实际上就是利用了重要的“黑箱”研究法。

“光合作用释放的氧气到底来自于水还是二氧化碳呢?请你设计实验来证明。”学生此时已在化学课中学过同位素,经过提示,学生可以设计出氧的放射性同位素示踪实验,教师再介绍美国的卡门和鲁宾的实验,让学生得出结论。发展为板图(2)。水中氢的去处、二氧化碳中氧和碳的去向,可以留作课外思考题,请学生回去设计实验,下次课接着补充完整。

2.4.小组合作方式,体现团队精神。

在整个学习过程中,可以把学生分为若干个小组活动,运用头脑风暴的方法,使学生在较短的时间内把实验方案确定下来。在整个活动中,学生表达的观点都是代表整个小组,教师表扬、肯定都应以小组为单位。在小组活动中,学生一方面可以学习如何有效地表达自己的观点,使他人采纳自己的意见;另一方面,也可以学习如何倾听别人的见解,借鉴他人的观点提高自己的认识;此外,他们还可以尝试以宽容的态度与同伴求同存异,携手合作。

2.5.在教学过程中处处体现出培养学生的怀疑精神,即批判性思考能力。

在教学中利用学生暴露出的推理的纰漏,或在训练中有意设置错误的推理,引导学生进行辨析,对培养学生批判性思考能力有很好的效果。教师要善于抓住这些教学机遇或创设这样的机遇,并要热情洋溢地肯定少数派的怀疑精神。

例如,在将亚里士多德与凡.海尔蒙特的结论作对比后,即可让学生知道,有时所谓“真理”并不是绝对正确的,需要我们去实践。凡.海尔蒙特就是通过实验推翻了流传了十九个世纪的“真理”。学生这时自然会想到“凡.海尔蒙特的结论就是正确的吗?”

又如,在介绍普里斯特利的实验时,问一句:“普里斯特利的实验有时成功,有时却失败,原因是什么?怎样改进?”在介绍恩吉尔曼实验时,可故意先不把对照实验放出,问“这个实验能说明什么问题?你能对它作出更好的修改吗?”引导学生设计出对照实验。

2.6.在教学中要营造积极的心理氛围。

在学生的每一个思想火花迸出时,教师都应该表示肯定、赞赏,让学生体会成功的快乐,在积极的心理氛围中愉悦地学习。同时要允许学生犯错误,教师可针对学生的错误请学生辨析、修改,以达到更好的学习效果。

2.7.及时反馈,并适当地布置课外实验与实验设计。

通过课外实验与实验设计,一方面可以巩固和加深本节课所学习及涉及到的实验原理和方法;另一方面还可为下一次课作准备。

在这节课的最后,通过几个课堂检测题,检测本节课的知识点,另外再布置几个课外实验设计:

1)请你设计一个实验方案研究二氧化碳在叶绿体中碳和氧的去向。

2)设计一个方案利用恩吉尔曼的实验装置研究水绵叶绿体中的色素吸收光谱。你还知道现代生物学有什么更好的方法吗?

通过这两个实验设计题可以让学生利用本节课所学过的实验原理和方法设计新的实验,培养学生的创新精神,同时复习巩固所学知识,并促使学生查资料、扩展视野,提高学习效率。

3.教学中应注意的问题

3.1.在教学中应遵循的原则

1)发现性原则。即学习课题的主要知识是要由学生自己的发现而获得的。

2)适应性原则。即不是还原前人的科学研究的全过程,必须对发现过程中的岔道和难点进行一定程度的简化。

3.2.教学方法要富于变化,合理地组织学习。

让学生提出假设、进行推理、设计实验方案、与科学家的方案作对比、验证和得出结论,这种方式可以让学生主动去发现结论和规律,提高学生兴趣,但不能一节课所有实验都用这一种方法。同一种方法反复应用于一节课,会使学生长生疲惫心理,分散学生的注意力。所以一节课选取一、两个实验让学生自己设计,训练一、两个方面的能力即可,其余的实验可以用CAI展示给学生看,让学生去比较、学习科学方法,这也是很重要的。同时,可课外布置相似的实验让学生完成设计方案达到巩固和加深的目的。

3.3.方法的设计要充分考虑学生的认知起点。

正常情况下高中生在初中阶段已经对光合作用有所认知,但实际由于初中教学的现状,情况也不尽然,所以运用这些方法要看教学对象的实际情况,并不适用于所有的学校或所有的班级。同时,史实的切入和整合要很好的纳入学生的认知过程之中,否则不但达不到教学设计的目的,反而会成为课外资料的堆砌,增加学生的学习负担。

3.4.教师要注意教师角色的转换。

在探究式学习中,学生是学习的主体,教师只是资料的提供者、学生学习的辅助者、组织者,与学生是平等的关系。教师要与学生一起讨论、研究试验方案,不能把自己当成仲裁者,判定学生是对还是错。教师还要不断鼓励学生自评、相互评价,这比教师的评价更有意义。

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