中學(xué)生物學(xué)教學(xué)中科學(xué)探究素養(yǎng)的培養(yǎng)研究綜述

陳嘉　張衛(wèi)東

［摘 要］科學(xué)探究是生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的重要內(nèi)容。文章對科學(xué)探究的認識、特點、意義等概念進行梳理，從教學(xué)環(huán)境、教師、學(xué)生、教學(xué)方法或模式四個方面分析科學(xué)探究素養(yǎng)培養(yǎng)的主要障礙，對科學(xué)探究素養(yǎng)的培養(yǎng)策略進行總結(jié)分析，并據(jù)此分析現(xiàn)有的有關(guān)科學(xué)探究素養(yǎng)的研究的不足，旨在為初高中生物學(xué)教學(xué)加強科學(xué)探究素養(yǎng)培養(yǎng)提供一些建議與參考。

［關(guān)鍵詞］科學(xué)探究；中學(xué)生物學(xué)教學(xué)；核心素養(yǎng)；研究綜述

［中圖分類號］? ? G633.91? ? ? ? ［文獻標識碼］? ? A? ? ? ? ［文章編號］? ? 1674-6058（2023）23-0086-04

《普通高中生物學(xué)課程標準（2017年版2020 年修訂）》（以下簡稱《課標》）中指出生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)包括生命觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究和社會責(zé)任。科學(xué)探究是生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的重要內(nèi)容，科學(xué)探究對學(xué)生解決生物學(xué)問題、提升生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)具有重要作用。近年來，對科學(xué)探究素養(yǎng)的教學(xué)研究受到廣泛關(guān)注與重視。

一、文獻統(tǒng)計分析

在中國知網(wǎng)（CNKI）數(shù)據(jù)庫中以“生物學(xué)科學(xué)探究”為主題進行檢索，截至2023年2月共檢索出3421條結(jié)果。2017年之前年發(fā)文量不超過200篇，自2018年教育部正式發(fā)布《普通高中生物學(xué)課程標準（2017年版）》后，發(fā)文量明顯上升，2018年相關(guān)發(fā)文量332篇，2019年達到峰值533篇，其中博碩士論文762篇。在全部以生物學(xué)科學(xué)探究為主題的教學(xué)研究中，“實驗教學(xué)”同時作為主題占比3.62%，可見科學(xué)探究素養(yǎng)的培養(yǎng)與實驗教學(xué)息息相關(guān)。

由以上結(jié)果可知，生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)提出之后關(guān)于科學(xué)探究素養(yǎng)的研究發(fā)展較快，但是大多停留在理論研究層面上，真正進行科學(xué)探究素養(yǎng)培養(yǎng)的教育實驗相對較少。如何真正落實科學(xué)探究素養(yǎng)的培養(yǎng)還有待進一步思考解決。

二、國內(nèi)研究現(xiàn)狀

筆者結(jié)合在中國知網(wǎng)檢索得到的近五年的相關(guān)文獻對我國有關(guān)中學(xué)生物學(xué)教學(xué)中科學(xué)探究素養(yǎng)的研究成果進行梳理，具體包括科學(xué)探究的含義及培養(yǎng)意義、科學(xué)探究素養(yǎng)培養(yǎng)的主要障礙、科學(xué)探究素養(yǎng)培養(yǎng)策略的研究三個方面。

（一）科學(xué)探究素養(yǎng)的含義及培養(yǎng)意義

1.科學(xué)探究素養(yǎng)的含義

《課標》對科學(xué)探究的定義是“能夠發(fā)現(xiàn)現(xiàn)實世界中的生物學(xué)問題，針對特定的生物學(xué)現(xiàn)象，進行觀察、提問、實驗設(shè)計、方案實施以及對結(jié)果的交流與討論的能力”。

對于科學(xué)探究素養(yǎng)，研究者紛紛提出了自己的見解。趙占良認為，生物學(xué)“科學(xué)探究”包含發(fā)現(xiàn)和提出問題、設(shè)計實驗、實施方案、交流討論等能力要素，同時還包含好奇心和求知欲、合作、創(chuàng)新等情意品質(zhì)要求［1］。張春雷提到，每個生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)都有其知識基礎(chǔ)、能力表現(xiàn)和情感、態(tài)度、價值觀的生成。科學(xué)探究包含相關(guān)知識和提問、猜想、探究合作等能力，以及求真科學(xué)精神等的生成［2］。林萍作為初中生物學(xué)教師，提出“科學(xué)探究素養(yǎng)是指學(xué)生在學(xué)習(xí)初中生物學(xué)知識時，發(fā)現(xiàn)問題、設(shè)計問題解決方案、實施解決問題以及得出結(jié)果和歸納總結(jié)的能力”“從細節(jié)上科學(xué)探究素養(yǎng)還包括學(xué)生的實驗操作能力”［3］。羅佩琴指出，初中生物培養(yǎng)科學(xué)探究素養(yǎng)主要包括培養(yǎng)學(xué)生的問題意識、自主挑選探究課題的能力并讓學(xué)生能夠根據(jù)自己提出的問題作出假設(shè)、制訂實驗方案、實施計劃以及自主探究評價與反思［4］。

2.培養(yǎng)科學(xué)探究素養(yǎng)的意義

科學(xué)探究素養(yǎng)是生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的重要組成部分，也是每個學(xué)生的必備品格和關(guān)鍵能力，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究素養(yǎng)具有重要的意義。張明通過教學(xué)實踐發(fā)現(xiàn)，在高中生物學(xué)課堂中融合科學(xué)探究可以有效提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和考試成績［5］。周艷玲針對科學(xué)探究素養(yǎng)與其他素養(yǎng)的關(guān)系，指出在科學(xué)探究過程中可以形成生命觀念、鍛煉科學(xué)思維、認識社會責(zé)任［6］。左開俊從三個方面說明科學(xué)探究的意義：作為一種研究方法，其滲透著生命科學(xué)的工作范式、深化了生本課堂的和諧共生；作為一種學(xué)習(xí)方式，不僅能引導(dǎo)學(xué)生建構(gòu)生物學(xué)知識，還能促成學(xué)生完成實踐性創(chuàng)新；作為一種教學(xué)手段，能延展學(xué)生的學(xué)習(xí)視角并拓展學(xué)生的認知視界［7］。

（二）科學(xué)探究素養(yǎng)培養(yǎng)的主要障礙

關(guān)于現(xiàn)階段科學(xué)探究素養(yǎng)的培養(yǎng)過程中存在的問題及可能遇到的障礙，主要包括以下四個方面。

1.教學(xué)環(huán)境方面的障礙

科學(xué)探究素養(yǎng)的培養(yǎng)僅憑教師或?qū)W生是遠遠不夠的。完善的教學(xué)環(huán)境有利于學(xué)生科學(xué)探究素養(yǎng)的培養(yǎng)。當(dāng)前科學(xué)探究素養(yǎng)培養(yǎng)在教學(xué)環(huán)境方面還存在諸多障礙。徐越越通過問卷調(diào)查得出，課時不夠、缺乏所需器材、學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)不重視為培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究能力可能遇到的障礙［8］21。王國青指出，生物課時相對較少，且多數(shù)學(xué)校沒有相應(yīng)的圖書館、電子閱覽室等場所，甚至連基本的生物實驗設(shè)備都不足，使得探究式生物實驗的開展受到很大阻礙［9］25。羅佩琴提出，學(xué)習(xí)資源匱乏是開展探究性學(xué)習(xí)面臨的主要難題之一，主要體現(xiàn)在文本資源匱乏、實驗器材不足、社會資源缺乏三個方面［4］135。鄧梨通過問卷調(diào)查生物教師在培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究素養(yǎng)時遇到學(xué)校后備力量缺乏且課時有限等主要問題［10］30。

對于教學(xué)環(huán)境方面的障礙，需要學(xué)校、社會等多方共同努力，盡量完善實驗設(shè)備，建成圖書館，更好地為學(xué)生提供可選擇的學(xué)習(xí)資源。同時，要充分意識到培養(yǎng)科學(xué)探究素養(yǎng)的重要性，適當(dāng)增加探究活動和探究性學(xué)習(xí)的課時。

2.學(xué)生方面的障礙

羅佩琴提出，初中學(xué)生由于長時間接受“灌輸式”教育，對家長及教師的依賴心理強，缺乏自主探究意識［4］135。鄧梨調(diào)查得出當(dāng)前學(xué)生存在課業(yè)壓力較大、探究意識缺乏等問題［10］20。學(xué)生方面的障礙主要來自應(yīng)試的壓力，傳統(tǒng)評價方式對于科學(xué)探究素養(yǎng)的考查不足，學(xué)生以成績?yōu)閷?dǎo)向，習(xí)慣了死記硬背的學(xué)習(xí)方法，對生物學(xué)知識沒有探究欲望。

3.教師方面的障礙

徐越越指出，當(dāng)前部分教師自身能力有限［8］21。鄧梨提到教師水平不一，應(yīng)該加大對于年輕教師定期的專業(yè)培養(yǎng)［10］29。朱新燕、侯國才指出，部分教師仍采取學(xué)生間接獲取知識的方式，學(xué)生主動探究的機會較少，且部分教師不具備科學(xué)探究的能力［11］。馬鈴?fù)ㄟ^問卷分析得出，教師對科學(xué)探究素養(yǎng)的認識還停留在淺層、對科學(xué)探究素養(yǎng)的培養(yǎng)意識淡薄、教學(xué)方法單一、教學(xué)評價方式封閉［12］。

教師作為培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究素養(yǎng)的第一負責(zé)人，其自身的科學(xué)探究素養(yǎng)及教學(xué)水平至關(guān)重要。教師應(yīng)充分重視自身科學(xué)探究素養(yǎng)的培養(yǎng)，不斷學(xué)習(xí)，增強自身能力，完善教學(xué)方法。

4.教學(xué)方法或模式方面的障礙

在教學(xué)方法或模式方面，王清剛指出實驗教學(xué)模式單一問題，學(xué)生始終停留在“聽實驗、觀察實驗”的狀態(tài)下，并未真正參與生物實驗學(xué)習(xí)［13］。王國青認為生物實驗教學(xué)枯燥無味是由于針對任務(wù)驅(qū)動、問題情境、合作探究等新型的實驗教學(xué)模式應(yīng)用不夠［9］25。吳曉夏指出，高中生物課堂教學(xué)中的問題主要表現(xiàn)在缺乏長期保持學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的策略和整體性溝通，問題式引導(dǎo)不夠，學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性不高且沒有形成生物課程思維［14］。申艷輝得出傳統(tǒng)生物教學(xué)中存在的一些問題，如教師意識存在偏差、師生互動頻次低、教學(xué)形式單調(diào)等問題［15］120。

（三）科學(xué)探究素養(yǎng)培養(yǎng)策略的研究

對于科學(xué)探究素養(yǎng)的培養(yǎng)，眾多學(xué)者和一線教師紛紛提出有效策略，根據(jù)教學(xué)方式的不同可分為以下三個方面。

1.以完善實驗教學(xué)為途徑的策略

實驗是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究素養(yǎng)的重要途徑，因此關(guān)于科學(xué)探究素養(yǎng)的培養(yǎng)策略的研究也多涉及實驗教學(xué)。朱莉婭提出以教學(xué)內(nèi)容為主線、開發(fā)多種教學(xué)資源、利用認知沖突理論、利用課堂教學(xué)留白、通過小組合作學(xué)習(xí)等五個突出科學(xué)探究能力培養(yǎng)的實驗教學(xué)策略［16］。孫錢民指出要積極開發(fā)多種資源，包括教材實驗資源和課外實驗資源；注意聯(lián)系生活激起學(xué)生興趣，課堂中巧設(shè)問題串；引導(dǎo)學(xué)生合作探究，共同參與生物實驗探究［17］。鄭秀海強調(diào)重視經(jīng)典實驗教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生形成正確的科學(xué)觀和實事求是的科學(xué)精神［18］。韓然然以“探究植物細胞的吸水與失水”和“探究影響酶活性的條件”為例設(shè)計教學(xué)案例，提出在實驗教學(xué)中應(yīng)采取多元評價方式［19］。朱建兵認為，應(yīng)鼓勵學(xué)生在課堂學(xué)習(xí)中及時提出自己的異議，引導(dǎo)學(xué)生做出推斷、提出假設(shè)并設(shè)計實驗進行驗證，注意為學(xué)生創(chuàng)建交流互動的良好環(huán)境［20］。

2.課堂教學(xué)與課外活動相關(guān)的策略

對于課堂教學(xué)與課外活動相關(guān)的策略，李燕萍提出在高三生物復(fù)習(xí)課中要重視思維導(dǎo)圖的構(gòu)建及小組合作的開展以提高學(xué)生的科學(xué)探究能力，并以高考真題為例給出具體建議［21］。孫金豪、王海鶴指出，教師要巧妙設(shè)疑，通過適當(dāng)停頓、設(shè)疑或創(chuàng)設(shè)情境，給學(xué)生留下思考的空間，引導(dǎo)學(xué)生提出，并發(fā)現(xiàn)生物學(xué)問題。由于條件限制，有些實驗不能在課堂中開展，教師可以利用信息技術(shù)加強實驗演示［22］。趙玲玲、錢嘉旺提出優(yōu)化教學(xué)設(shè)計以提升學(xué)生的科學(xué)探究能力，重點關(guān)注教學(xué)導(dǎo)入、課堂活動和教學(xué)評價等方面［23］。葉雪蘋強調(diào)把生物學(xué)科與其他學(xué)科，特別是理科學(xué)科融合起來，同時在學(xué)習(xí)生命科學(xué)發(fā)展史中培養(yǎng)科學(xué)探究技能，以及科學(xué)探究要注意基礎(chǔ)知識的形成，避免學(xué)生雖興趣很高但是忽視對知識的獲取［24］。廖明指出，創(chuàng)設(shè)多種情境包括問題情境、生活情境和動態(tài)情境，并要以方法指導(dǎo)為主［25］。陳春紅提出，教師的既定教學(xué)目標應(yīng)根據(jù)不同的內(nèi)容設(shè)計不同的層次，即應(yīng)著力于“應(yīng)用、分析、評價和創(chuàng)造”的目標層次［26］。王博文從科學(xué)本質(zhì)、科學(xué)方法、科學(xué)精神三個方面分析生物科學(xué)史教學(xué)對于科學(xué)探究能力的培養(yǎng)和提升［27］。樊星彤建議教師在課堂教學(xué)中綜合運用跨學(xué)科知識，如學(xué)習(xí)生物學(xué)需要很多的物理和化學(xué)等學(xué)科基礎(chǔ)知識；課外活動可以從閱讀文獻、科普知識講座、競賽輔導(dǎo)、科技活動四個方面入手培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力［28］。申艷輝結(jié)合新授課、習(xí)題課、復(fù)習(xí)課三種不同類型的課型闡述如何提升學(xué)生的科學(xué)探究素養(yǎng)［15］121。周湘以“被動運輸”一節(jié)為例，提出在課堂中整合教學(xué)內(nèi)容、設(shè)置教學(xué)時空來培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究素養(yǎng)［29］。勉海林指出，教師要聯(lián)合社會團體進行實地教學(xué)，讓學(xué)生能夠?qū)W以致用，激發(fā)學(xué)生的探究興趣與創(chuàng)新意識［30］。張東梅強調(diào)要充分考慮學(xué)生的自主性，可提供相關(guān)資源讓學(xué)生自主構(gòu)建概念［31］。

綜合現(xiàn)有研究成果可知，在課堂教學(xué)方面科學(xué)探究素養(yǎng)的培養(yǎng)與提升策略主要包括：（1）創(chuàng)設(shè)問題情境。教師通過設(shè)置問題串等方式，引導(dǎo)學(xué)生思考并提問，營造活躍的課堂氛圍，避免“滿堂灌”。發(fā)現(xiàn)問題并提出問題是探究的第一步。（2）充分利用教材及現(xiàn)代信息技術(shù)等資源。生物學(xué)教材中包含很多探究素材，教師可以充分利用，還可以對教材中的實驗進行改進等。對于比較抽象的知識，教師可以利用現(xiàn)代信息技術(shù)給學(xué)生展現(xiàn)視頻、動畫、模型等，讓學(xué)生對所學(xué)內(nèi)容有直觀、形象的體會。（3）重視實驗課程。教師引導(dǎo)學(xué)生去設(shè)計實驗、完成實驗，在實驗過程中充分利用小組分工合作，最后交流總結(jié)。實驗中可能出現(xiàn)預(yù)期結(jié)果之外的狀況或出現(xiàn)錯誤，這都是進一步探究的方向。（4）重視科學(xué)史教學(xué)。科學(xué)史展現(xiàn)了歷代科學(xué)家的探究過程，學(xué)生在學(xué)習(xí)科學(xué)史的過程中可以提升科學(xué)思維能力，加強分析實驗過程和實驗結(jié)果的科學(xué)探究能力，并感悟科學(xué)家勇于創(chuàng)新的科學(xué)精神，提升社會責(zé)任素養(yǎng)。（5）重視理論聯(lián)系實際。生物學(xué)和生活息息相關(guān)，結(jié)合生活中的實例可以激起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣并使學(xué)生將所學(xué)知識應(yīng)用于生活實踐。

3.結(jié)合新型教學(xué)模式的策略

為培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究素養(yǎng)，部分學(xué)者和一線教師不斷探索，結(jié)合新的教學(xué)模式或理念，優(yōu)化現(xiàn)有的教學(xué)方式。鄧德桂構(gòu)建了 TBL 教學(xué)路徑和教學(xué)設(shè)計原則，并將其運用于科學(xué)探究素養(yǎng)的培養(yǎng)，同時指出TBL是以學(xué)生團隊為組織形式、以師生互動和自主學(xué)習(xí)為目標的一種新型教學(xué)模式［32］。李艷暉、劉莉妹、趙曉燕指出，5E教學(xué)模式在培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實踐能力、發(fā)展學(xué)生的探究能力、構(gòu)建新型課堂教學(xué)模式方面發(fā)揮著重要作用，5E教學(xué)模式包含吸引、探究、解釋、遷移和評價五個環(huán)節(jié)［33］。曾雪、王坤英、李衛(wèi)國提出課堂上使用“三疑三探”及HPS教學(xué)模式能夠提高學(xué)生質(zhì)疑、思考、探究的能力［34］。單玲玲分別以科學(xué)探究能力的培養(yǎng)、科學(xué)探究認知培養(yǎng)、科學(xué)探究情感意志培養(yǎng)三個方面為側(cè)重點提出了不同的策略：在能力方面，要關(guān)聯(lián)生活并善用資料，培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計方案并實施的能力；在認知方面，可以借助學(xué)科前沿，通過學(xué)生角色扮演或融合STS教育；在情感意志方面，要注意民主化、多樣化、生活化［35］。韓潔基于STEM教學(xué)理念設(shè)計生物學(xué)課堂并實踐后發(fā)現(xiàn)，學(xué)生在實驗設(shè)計、分析和探究方面都有較明顯的提升［36］。王思齊將POE教學(xué)策略應(yīng)用到生物學(xué)實驗教學(xué)之中，并指出POE教學(xué)策略可以有效培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力及提升學(xué)生的生物學(xué)科成績。POE是預(yù)測、觀察、解釋的英文縮寫，是由探查學(xué)生理解科學(xué)的研究方法演化而來的教學(xué)策略［37］。

當(dāng)前科學(xué)探究素養(yǎng)的培養(yǎng)策略的研究多集中于宏觀角度，而具體結(jié)合某節(jié)課進行教學(xué)設(shè)計的研究較少。如何真正落實理論研究，以及如何避免在具體操作中可能出現(xiàn)的問題等還有待進一步研究。

三、反思與展望

近年來，國內(nèi)學(xué)者對核心素養(yǎng)的研究形成熱潮，這對編寫教材、教學(xué)實施及教學(xué)評價等都有積極的影響。但由于多方面原因的限制，核心素養(yǎng)的落實效果不夠理想。我國對科學(xué)探究的研究大多是從整體核心素養(yǎng)出發(fā)，偏向理論性指導(dǎo)，在具體教學(xué)實施方面涉及較少，尚未建立較完善、系統(tǒng)、有依據(jù)的體系。科學(xué)探究素養(yǎng)是每一個學(xué)生都應(yīng)具備的，但是由于不同地區(qū)及不同個體所處的教育環(huán)境不盡相同，真正落實科學(xué)探究素養(yǎng)的培養(yǎng)需要每一位研究者及一線教師結(jié)合當(dāng)?shù)氐木唧w情況因材施教，而這正是需要我們不斷研究和不斷探索的。

［? ?參? ?考? ?文? ?獻? ?］

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（責(zé)任編輯 黃春香）