利用問題驅動教學法 提升學生生物學科核心素養

劉麗華

摘要：生物經典實驗教學不應局限于對人物、結論的識記，而應利用問題驅動教學法，促進學生科學思維發展，培養學生探究精神，提升學生的生物學核心素養。文章以“植物生長素的發現”為例，在教學中以問題為導向，重現科學發展歷程，圍繞生物學基本概念、實驗過程等內容，論述如何引導學生探究經典實驗的發現歷程，以激發學生學習興趣，調動學生學習的積極性和主動性，提高生物教學效率和教學質量，發展學生科學思維，培養學生探究精神，提升學生學科核心素養。

關鍵詞：生物教學；問題驅動教學法；核心素養；問題鏈；教學效率；教學質量

中圖分類號：G633.91文獻標志碼：A文章編號：1008-3561（2022）27-0073-04

在生物經典實驗教學中，有些實驗由于受到材料、設備等因素的影響，無法全面開展，尤其是一些經典的科學史實驗，包含科學家們的科學態度、探究精神、設計思路等，是培養學生科學思維、科學探究等核心素養的重要途徑。對于一些經典的科學史實驗，我們雖然無法還原實驗操作，但可以還原科學家們的探索歷程，能讓學生在掌握生物學概念的同時，領悟科學家的思路，培養科學思維及科學態度。

第一，在授課之前，部分教師并未充分了解學生，雖創設了教學情境，但所創設的教學情境脫離實際，導致學生很難進入預設的思維軌道，學習積極性不高，影響教學質量。

第二，學生過于依賴教師，不做知識的整合，很少自主構建知識，缺少獨立思考的能力，也就是缺少核心素養中的科學思維。

第三，課堂上經常出現“滿堂問”或者“一問一答”的現象，問題與問題之間沒有跨度。學生雖然能夠緊跟教師的教學節奏，但沒有獨立思考的空間，缺少探究意識。

實踐證明，教師在有關科學史的生物實驗教學中利用問題驅動教學法，能取得顯著的教學效果。問題驅動教學法是用問題為學生提前鋪好思考的臺階，通過“問題鏈”的設置，將學生的思維引向深處，培養學生的科學思維、科學探究等核心素養。現以“植物生長素的發現”為例，對問題驅動教學法在科學史實驗教學中的具體應用進行探究。

1.創設問題情境，明確核心觀念

創設有效的問題情境，并在此基礎上呈現問題，加以引導，是運用問題驅動教學法的先決條件。高中生在學習中遇到一些晦澀難懂的知識概念時，一旦處理不好，很容易出現厭學現象。在教學中，教師充分利用學生已有的生活經驗，創設問題情境，能激發學生學習的積極性。因此，教師在上課之前，要對學生有一定的了解，并在課堂上用圖片、故事、視頻等方式創設相應的問題情境，激發學生學習興趣。

生物核心觀念是教師講好一節課的基礎，是生物學核心素養與教學內容的“中介”。例如，在“植物生長素”一節知識內容的教學過程中，教師可聯系日常生活創設問題情境，激發學生學習熱情。在授課過程中，教師可提出以下問題：窗臺上的盆栽為什么向光生長？生長素是什么？生長素是怎樣被發現的？引發學生思考。窗臺上的盆栽學生比較常見，教師引導學生思考盆栽為什么向光生長，有利于激發學生的求知欲。學生通過閱讀教材可知，植物向光生長是因為植物具有向光性，植物向光性與內部的生長素有關。通過對本節知識內容進行分析，學生可知道生長素的發現歷程是本節知識內容的核心觀念。

2.依據核心觀念，構建有效問題鏈

問題驅動教學法的關鍵在于如何設計合理的問題鏈。問題鏈的設計，不僅要貼合教學內容，還要激發學生探究欲望，發展學生科學思維。在本節課教學中，筆者圍繞核心觀念構建了問題鏈。

3.剖析實驗問題鏈，培養核心素養

（1）問題鏈———達爾文父子的實驗。第一，實驗過程。19世紀末，達爾文父子運用金絲雀虉草進行實驗（圖1）。實驗發現在受單側光照射時，植物胚芽鞘向光彎曲；去掉胚芽鞘尖端，植物不發生彎曲；遮住胚芽鞘尖端，植物不發生彎曲并直立生長；遮住胚芽鞘尖端以下部分，植物向光彎曲。

第二，問題鏈的構建。1）分析達爾文父子的實驗，提出問題：對照組和實驗組的區別是什么？哪一組是對照組？哪一組是實驗組？教師在課堂上提出問題，能激發學生興趣，引發學生思考。但所提出的問題必須與教學內容密切相關，并有一定的邏輯性，還要給學生留有思考探究的空間。對于這串問題，教師可引導學生先明確對照組和實驗組的區別。學生在了解實驗組、對照組區別后，很容易判斷出哪一組是對照組，哪一組是實驗組。2）分析達爾文父子的實驗結論，提出“‘影響’一定是胚芽鞘尖端產生的嗎？‘影響’的產生需要光嗎？為什么不是胚芽鞘尖端以下部位產生的呢？依據哪兩組實驗能說明”等問題。在上課之前，教師要掌握學生已有的知識水平，根據學生的最近發展區進行教學。學生在此之前已經學習過控制變量法，因此可根據各組植物的生長狀況進行分析。第二組和第三組可說明這種“影響”是由胚芽鞘尖端產生的，第三組實驗中胚芽鞘尖端被錫箔紙遮住后，植物依舊能生長，這說明“影響”的產生不需要光。3）提出“這四組實驗缺一不可嗎？去掉其中的某一組可以嗎”等問題，引發學生思考。問題由淺入深，從兩組比較上升到整個實驗，能激發學生探究欲望。

事實上，學生也會有自己的想法和實驗方案。例如，有學生提出讓光束從植物的上方向植物照射，也可以加入本次實驗，作為其中的一組。這時，教師要抓住時機，讓學生討論是否有必要加入這組實驗。這樣，會讓學生對這組實驗理解得更加透徹。

（2）問題鏈———鮑森·詹森的實驗。第一，實驗過程。1913年，鮑森·詹森將胚芽鞘尖端切掉后將瓊脂塊放在尖端與尖端下部之間，并給予單側光照射，植物向光彎曲（圖2）。

第二，問題鏈的構建。1）鮑森·詹森做實驗時，為什么要選擇瓊脂作為實驗材料？用云母片、玻璃片可以代替瓊脂片嗎？選擇正確的實驗材料是實驗成功的關鍵，對實驗者選材的實驗材料進行分析能更好地理解實驗。學生在探究中發現，云母片及玻璃片會阻擋“影響”的運輸，而瓊脂塊不會。在探究過程中，有學生提到其他材料。這時，教師要引導學生聯想溶解度，在學生提出各自的觀點后，再進行總結。2）實驗說明了什么？瓊脂不會阻止這種“影響”的運輸，那瓊脂能夠儲存“影響”嗎？上述實驗說明這種“影響”能夠透過瓊脂片從胚芽鞘尖端運輸到胚芽鞘尖端以下部位，進一步引導學生思考，既然“影響”可以透過瓊脂塊，那么瓊脂塊是否可以儲存這種“影響”，引導學生展開討論，并進行總結。3）第一組實驗為什么不選擇正常生長的胚芽鞘，而選擇切去胚芽鞘尖端的植株作為對照組？在達爾文父子的實驗中，學生已經掌握了實驗組和對照組的概念，在這個實驗中再次提及和對照組有關的問題，能加深學生對知識的理解，培養學生科學思維。

在生物教學中，教師呈現問題后，學生會產生強烈的解決問題的愿望，這時教師進行適當的引導尤為重要。在學生無法順利解決難題時，教師給予適當的點撥，能引導學生深度思考與探究。

（3）問題鏈———拜爾的實驗。第一，實驗過程。1918年，拜爾將胚芽鞘尖端切下后，將尖端放在一側胚芽鞘上，植物就會向另一側彎曲。實驗證明：胚芽鞘的彎曲生長是尖端產生的影響在其下部分布不均勻造成的（圖3）。

第二，問題鏈的設置構建。1）科學實驗探究的五個步驟是什么？教材只給出了實驗過程和實驗結論，是否可以根據實驗過程和實驗結果，推測該實驗的假設？本節課是選擇性必修1的內容，在之前的課程中，學生已經學習過許多實驗，因此很容易回想起科學實驗探究的五個步驟：提出問題、做出假設、設計實驗、完成實驗、得出結論。拜爾將胚芽鞘尖端切去，又將尖端分別放于被切去尖端的胚芽鞘的左右兩端。拜爾之所以這么做，是因為在實驗前，他有一個假設，那么這個假設是什么？教師引導學生進行推測，推測的過程能夠培養學生的科學思維。有的學生會提出該實驗的假設是胚芽鞘尖端產生的影響會促進尖端以下部位的生長，但是不夠準確。為此，教師可引導學生從影響分布不均進行思考，從而得出該實驗的假設是：這種影響能夠使背光面比向光面生長快。2）拜爾是將胚芽鞘尖端切下進行實驗，同學們還有其他的實驗設計嗎？并預測實驗結果。有學生提出將胚芽鞘尖端及以下部位都切下，和拜爾的實驗一樣，將切下的部分放在胚芽鞘的一側。有學生提出將胚芽鞘尖端的一側切掉，留下另一側。教師引導學生發揮想象力，提出各種假設，并與學生一起推測實驗結果。

一節優質課絕不僅限于給學生傳授了多少知識，解決了多少問題，更多的是能夠啟發學生思考，激發學生提出新的問題，這對于師生共同進步和科學發展都是極其重要的。

（4）問題鏈———溫特的實驗。第一，實驗過程。1926年，溫特對植物生長素做了進一步研究，他將胚芽鞘尖端切掉，并放在瓊脂塊上，一段時間后，將這些瓊脂塊放在胚芽鞘的一側，發現胚芽鞘朝對側生長，放置沒有接觸過尖端的瓊脂塊，胚芽鞘不發生變化（圖4）。

第二，問題鏈的構建。1）實驗中，生長素從胚芽鞘尖端基部進入瓊脂塊的方式是什么？為什么？問題的提出，能引導學生思考物質跨膜運輸的方式都有哪些種類，不同方式的區別是什么。學生對以上問題進行激烈討論，教師與學生一起分析，并引導學生得出正確的結論。2）生長素從胚芽鞘尖端進入胚芽鞘尖端以下部分也是自由擴散的方式嗎？為什么？這個問題與第一個問題相關聯，有利于引發學生的思考。生長素從胚芽鞘尖端基部進入瓊脂塊時，瓊脂塊內沒有生長素，是從高濃度到低濃度運輸，而生長素從胚芽鞘尖端進入胚芽鞘尖端以下部分時，由于植物的頂端優勢，尖端以下部分生長素濃度要高于胚芽鞘尖端，因此是逆濃度梯度進行運輸，為主動運輸。

教師一定要熟悉教材，對每一章、每一節的教學內容都要了如指掌，并能夠把它們串聯起來。上面兩個問題雖是本節所學的知識，但與之前所學的物質跨膜運輸方式相關聯，能讓學生在學習新知識的同時，對舊知識進行鞏固。教師只有熟悉教材、熟悉學生才能設計出具有邏輯性、層次性的問題。

（5）問題鏈———科學家們進一步的實驗。第一，實驗結果。1934年，科學家從人的尿液中分離出與生長素相似的化學物質———吲哚乙酸，直到1946年，科學家才從高等植物中分離出生長素，并確認它也是吲哚乙酸。第二，問題鏈的構建。1）根據之前所學知識，討論和分析生長素與生長激素有什么不同。學生在學習過程中容易將類似的知識點混淆，將新學習的知識與原有知識放在一起進行比較很有必要。學生在第三章已經學習了生長激素，在這里提出疑問，能引導他們進行思考，從而找到生長素和生長激素的不同點。教師對學生提出的不同點要進行歸納與總結，以表格的形式呈現。2）生長素最初是在人的尿液中分離出來的，那為什么生長素來源于植物？學生進行討論，從而明確人尿液中的生長素來源于食物，人食用后機體沒有分解生長素的酶，所以將其從尿液排出。通過討論，學生對生長素的含義理解得更加透徹。

目前，關于植物向光性的原因還存在爭議，有人認為根據實驗結果，也可以認為植物向光性的原因是：單側光照射引起某些抑制生長的物質分布不均勻。這個結論會引起學生對科學發現的思考，認識到人類有許多偉大的發現。這些發現經過一代代人的艱苦探究，才一步步接近真相，每位科學家前進一小步，科學就會前進一大步。有些專業知識依舊存在爭議，需要我們這代人不斷探索，借此激發學生強烈的社會責任感，培養學生科學探究精神。

總之，生物經典實驗教學不應局限于對人物、結論的識記，而應利用問題驅動教學法，促進學生科學思維發展，培養學生探究精神，提升學生的生物學核心素養。因此，在生物教學中，教師要積極利用問題驅動教學法，激發學生學習興趣，提高教學效率和教學質量，提升學生的生物學核心素養。

參考文獻：

[1]鄭曉璇.基于問題驅動的生物經典實驗教學[J].中學生物教學， 2017（15）.

[2]陳燕，侯存建.基于“問題驅動”發展學生的科學思維[J].中學生物教學，2021（03）.

[3]楊媛.問題驅動教學，提升生物學科素養———以“生物膜的流動鑲嵌模型”復習課為例[J].中學生物教學，2017（23）.

[4]葛玉海.“高階思維課堂”讓“深度學習”真實發生[J].人民教育， 2019（24）.

[5]吳惠劍.問題驅動教學構建核心概念———以“滲透作用的概念”教學設計為例[J].中學生物教學，2020（05）.

[6]鐘傳平，郁獻軍.運用問題情境實現高中美術課程內容的組織與生成[A].課程·教材·教法，2019（07）.

[7]魏瑋，沈浩寧.論證式教學在高中生物教學中的應用———以“植物生長素的發現”一節為例[J].中學生物學，2016（03）.

[8]韓艷良，范成明.問題驅動模式下的生物學核心概念教學———以“細胞的能量‘通貨’———ATP”為例[J].中學生物教學，2018（18）.

[9]閆麗.問題鏈教學模式在高中化學教學中的應用研究[D].華中師范大學，2019.

[10]曹惠敏，周裕志.巧教巧學，多維培養生物學核心素養———《植物生長素的發現》教學賞析[J].教育科學論壇，2020（16）.

[11]柏雪.問題啟發在高中生物學教學中的應用[J].中學生物教學， 2021（11）.

[12]張志祥，趙沛榮.基于“三段式”和“探究式”教學模式的學生生物學核心素養的培養———“植物激素調節”一節第一課時[J].中學生物學，2018（12）.

Using Problem Driven Teaching Method and Improve Students’ Core Competence of Biology

———Take "the Discovery of Auxin" as an Example

Liu Lihua

（Jilin Normal University， Siping 136000， China）

Abstract： The teaching of classical biological experiments should not be limited to the memorization of characters and conclusions， but should use the problem driven teaching method to promote the development of students’ scientific thinking， cultivate students’ inquiry spirit， and improve students’ core biological literacy. Taking the "discovery of plant auxin" as an example， this paper takes the problem as the guide in teaching， reproduces the process of scientific development， and discusses how to guide students to explore the discovery process of classical experiments around the basic concepts of biology and experimental process， so as to stimulate students’ interest in learning， adjust students’ enthusiasm and initiative in learning， improve the efficiency and quality of biology teaching， develop students’ scientific thinking， and cultivate students’ spirit of inquiry， improve students’ core academic literacy.

Key words： biology teaching； problem driven teaching method； core competence； problem chain； teaching efficiency； teaching quality