以“問題”為核心的科學探究教學策略

楊紅麗 朱家華 崔 鴻

(1 華中師范大學生命科學學院 武漢 430079； 2 西南大學生命科學學院 重慶 400715； 3 華中師范大學教師教育學院 武漢 430079)

“引導并組織學生進行探究性學習”是第八次基礎教育課程改革生物學課程重要的教學實施建議?？茖W探究既是學生學習生物學課程的“學習方式”，也是其“學習目標”。近年來，關于“科學探究”內涵的觀點已經得到廣泛的認同： 科學探究的本質是尋找解答疑問的信息，關鍵是提出問題，重要途徑是觀察和實驗，結果是獲取證據、數據等；通過對結果中證據、數據等的分析、判斷，回答提出的問題，并嘗試發現和提出新的問題。顯然，科學探究是圍繞問題進行的，問題既是起點也是終點。問題成為貫穿整個科學探究的核心要素。然而，科學課程改革至今，科學探究教學實踐中對探究本身的“問題”并未給予充分的重視，在提出問題、制定計劃和得出結論等環節中表現得尤為嚴重。為此，以“問題”為核心的科學探究教學策略的研究尤為重要。

1 科學探究教學應圍繞問題構建探究主線

科學探究教學中，應擺脫“提出問題、作出假設、制訂計劃、實施計劃、得出結論、表達交流”這幾個環節的外在束縛，跳出死板的外在形式，抓住聯系各環節的內在要素——探究要研究和解決的“問題”本身。

以“探究細胞大小與物質運輸的關系”為例，教學可圍繞以下問題(圖1)構建探究主線。此過程中，研究和解決的“問題”本身推動著探究不斷前進，確定探究變量、制定探究計劃、實施探究步驟，直至探究結果的記錄、分析、討論，都是緊緊圍繞“問題”展開的。在問題的引導下，該探究實驗選擇的模擬材料不會局限于教材中的瓊脂和顏色反應，可以是其他的材料和顯色方法，后續的操作原理和方法也不一樣，能解決探究問題即可。恰是不變的探究問題催生了探究方案的創新和改進。從探究要解決的具體問題出發，通過邏輯推理，衍生出探究過程中需攻克的各個關鍵問題，最后又回到探究的具體問題。正是“問題”將這些探究環節從本質上串聯在一起，使其成為一個整體，這樣才能真正培養學生科學的思維方式和發展其科學探究實踐能力。

圖1 “探究細胞大小與物質運輸的關系”探究主線

2 科學探究教學應強化科學論證

論證是使用推理、理論觀點和經驗證據來辯護知識主張的過程。科學探究中“分析和判斷證據，得出結論”的基本要求實際上就是論證的具體表現。科學探究的本質即“尋找解答疑問的信息”，那么如何利用獲得的事實和證據等信息進行歸納、推理，形成科學知識和概念，從而形成對問題的解釋和回答，正是科學論證要做的事情。在科學探究中強化科學論證成分，可以有效地建立事實、證據和結論之間的聯系。從認知心理學角度來說，即圍繞“問題”有效地發展了學生的科學思維這一生物學學科核心素養。

以“探究酵母菌細胞呼吸的方式”實驗為例，通過對問題的分析明確該實驗的自變量是氧氣的有無，因變量是呼吸作用產生的物質、能量(由于不易檢測，不作探究)。因此，如何控制有氧條件和無氧條件、如何檢測有氧條件和無氧條件下酵母菌細胞呼吸產生的物質成為要具體解決的關鍵問題。當然，凡是影響這兩個問題的因素都會成為實驗的干擾因素。而事實上，實驗結果經常會出現有氧組被檢液體也變綠的情況，教師引導學生稍加論證就能發現實驗結果的現象、證據不能支持假設。此時，圍繞具體問題繼續論證，就會發現很多新的問題，例如： ①有氧組被檢液體變綠說明有氧組也可能發生了無氧呼吸，有氧組在創造和控制有氧條件方面可能出現了問題，是什么原因導致的？②葡萄糖作為底物且具有還原性，其濃度既會影響呼吸反應速率，也會影響酒精的檢測，其濃度不能過低也不能過高。那么，到底什么樣的濃度最合適？科學論證使探究產生了新的問題并進入新的循環，這與真正的科學研究不謀而合。

3 科學探究教學應重視教學的情境性

忽略“問題”的科學探究教學實踐，過分強調教學的預設性，從而過于關注探究環節本身。殊不知，科學家共同體的科學探究具有社會性學習活動特征，即真正的科學研究總是處于復雜、具體的情境之中?？茖W探究的課堂學習也應努力追求社會性學習的特點，這樣學生才能通過科學探究真正認識科學的本質；認識到科學知識隨著研究的深入而改變；形成基于實證的科學思維。最終，在參與探究的經歷中發展生物學學科核心素養。因此，科學探究教學一定要注重情境性。這種情境性具體表現為生成性和不確定性。

再以“探究酵母菌細胞呼吸的方式”實驗為例，雖然教材將其設計為探究性實驗，但實際上不少教師會質疑這個實驗的探究性，認為學生通過初中階段的學習已經知道了酵母菌細胞的呼吸方式，而且對有氧呼吸和無氧呼吸也有一定程度的了解，該實驗應為驗證性實驗。從“酵母菌細胞的呼吸方式”這個問題來說，本實驗的探究性確實值得懷疑。但基于教學的情境性，教師卻可以根據實際情況生成新的探究性。

首先教師需要注意的是，在探究開始之前，學生對此問題的認識可能只是一種前科學概念。因此，教師可以利用學生的生活經驗，創設發現和提出問題的情境，如通過對“發面”和“做米酒”兩種過程(表1)的對比、分析、推理，激發學生的思考并提出問題。

表1 發面與做米酒的比較

這種情況下，由于每個學生關于這兩方面的生活經驗不同，提出問題和作出假設的多樣性會遠遠超過教師的預設，探究的必要性會大大加強。

再者，即使學生學習前已經形成了關于細胞呼吸的科學概念，該實驗從教學內容角度來說仍然有很多值得學生去探究的地方。例如，實驗裝置的組裝，當學生清楚了有氧呼吸和無氧呼吸條件、產物的不同后，教師可以引導學生根據實驗目的和已提供的裝置，摸索裝置的組裝方式，這樣的方式比教師手把手教學生組裝更有效。教師甚至可以把主動權全部交給學生，組織學生根據實驗目的，以小組為單位設計、制作、開發、組裝實驗裝置，進行一次關于實驗裝置的完全探究。