[摘要] 科学 探究是学习生物学基本、有效的途径之一,它有助于学生形成对生命世界的正确认识、对科学本质的理解和对生物学 规律 的领悟,应作为高中生物学教学的基本内容和方法。设计一个基于探究的实验活动对于一般的实验教学来说,只要能在两方面加以改变,就可以将验证式的实验转变成开放性探究实验。一是改变实验活动在整个教学中的优先次序,不要将实验活动安排在教学的最后,让学生在实验前还不知道实验的结果;第二是将以往只注重验证课本理论的一些典型实验项目,改变成比较重视探究过程的实验让学生加以探究。
以实验为载体的探究是生物教学最显着的特征,也是生物教师最常用、最擅长的手段。但是,在实践中“实验”与“探究”的结合并不象预想的那样顺畅。基于探究的实验教学策略,是在吸收已往实验教学改革中有益经验的基础上,探索一条有效、完整、开放的实验教学方式,以回归实验教学在培养学生实证意识、思维品质、质疑精神等方面的作用和地位,为全面提高学生的科学素养服务。
一、问题的提出
从教学论的角度看,实验教学是指在使用实验仪器情景下的一种教学形态。高中生物实验与其他理科实验一样,具有直观、形象的特征,能高度浓缩地展示人们认识和发现某一知识、原理的过程,能帮助学生在较短时间内认识和理解相关的科学知识。但这种对实验和实验教学的认识,在本质上将它放在了知识教学的从属地位,实验教学的目标只是追求一个预设的结论。虽然在实验教学的过程中,教师会注意对学生进行有关实验技能、方法和探究思维等方面的训练,但这些往往被放在次要的位置。
科学探究的提出给实验和实验教学以全新的视角。《生物课程标准(实验)解读》指出:“科学探究是生物学中不可缺少的、动态的部分”[1]。高中生物课程应该反映生物科学的“完整画面 ”,应该将科学探究作为高中生物学教学的基本内容和方法。科学探究活动也是学生学习生物学基本、有效的途径之一,它有助于学生形成对生命世界的正确认识、对科学本质的理解和对生物学规律的领悟。生物实验作为教师转变教学方式、实施科学探究的最有效的手段之一,具有强化学生实证意识、提升学生思维品质、培养学生质疑精神的重要作用,倡导基于探究的实验教学策略,将学生置身于一种动态、开放、个性、多元的学习环境中,打破原有学科的封闭性和课程选择的单一性,让学生自主探索,主动求知,学会收集、分析和利用各种信息及信息资源,实质上就是在提高学生的科学素养。
二、如何在一般实验中体现探究的思想
美国学者施瓦布曾经把科学实验活动分成三个层次, [2]根据实际还可以加上一个层次,即将问题、方法步骤及答案均提供给学生,学生只要按此步骤去做实验,验证已知的结果,可称之为零层次(见表1)。
探究也是分层次的,一些学者根据探究活动的难易程度以及学生参与探究程度的不同,将探究性实验划分了不同的层次(见表2)。[3]
至此,可以清楚地表明,验证性实验、演示实验、学生实验基本上属于0水平探究,也就是没有体现科学探究的基本精神,随着有关实验的问题确定、解决问题的程序和做结论等几个方面学生参与程度的增加,探究的深度也不断增加,直至开放式的研究。由此可见,随着新课程将科学探究作为核心理念,实验和实验教学的作用得到了显着的提高。
众所周知,学科教学在知识的量上有明确的任务,探究性学习要花费更多的时间。一些老师之所以在实验教学中倾向于低水平的探究,一方面是观念的问题,视课堂的“乱”为洪水猛兽,怕失去对课堂的控制;另一方面是技能的问题,试问,从小到大,我们有多少教师有过探究性学习的经历?
事实上,在实际教学中,教材已充分考虑到了这些因素,高层次、开放性探究实验活动是十分有限的。学生在更多的时候需要从多种多样的不同层次的探究实验活动中学习各种科学探究方法和科学探究技能。因此,如何在一般实验中体现探究的思想是教师的必然选择,也是推进探究教学的必由之路。
那么,怎样设计一个基于探究的实验活动呢?
对于一般的实验教学来说,只要能在两方面加以改变,就可以将验证式的实验转变成开放性探究实验。一是改变实验活动在整个教学中的优先次序,不要将实验活动安排在教学的最后,让学生在实验前还不知道实验的结果;第二是将以往只注重验证课本理论的一些典型实验项目,改变成比较重视探究过程的实验让学生加以探究。从实际上考虑,让学生探究的必须是个难度不高而且没有危险性的实验,教师才能安心放手让学生探究,而且实验内容要能与上课内容直接相关,并且适合学生的程度,又不需额外增加太多教学时间,如此老师才易于安排和融入原来的教学进度中。所以从现有的实验项目中挑选一些单元,改变原有实验教学方式再加一些巧思即可达到目的。 三、基于探究的生物实验教学活动设计案例
“酶的催化效率—过氧化氢分解”是高中生物学的一个重要教学内容,实验的目的主要是,认识酶作为生物催化剂,与无机催化剂相比,有何特点?按照过去的方式,为了体现探究,教师通常把演示实验改变成学生实验,学生通过在两支编号为1号和2号的试管中分别注入3mL2%过氧化氢溶液,然后在1号试管中加入鸡肝匀浆或马铃薯匀浆少许,在2号试管中加入二氧化锰少许,作为催化剂,轻轻振荡试管,观察两支试管中气泡产生的多少和快慢来比较反应的速率,推理出生物催化剂过氧化氢酶和无机催化剂二氧化锰催化效率的高低,从而得出酶的催化作用具有高效性的特点。
这样的实验活动,场面热闹,学生不定地按照教师的指令动手做实验,实验的成功率也很高。可是,如果仔细分析,学生的行为实际上是对教师指令的被动回应:把鸡肝匀浆和二氧化锰分别加入到盛有3mL2%过氧化氢溶液的试管中,使之产生一种预定的变化。这样做,看似在观察与探究,实质上仍然停留在“告诉事实、验证结论”的水平,仅仅从过氧化氢酶和二氧化锰2个催化反应实验的比较,并不能推理出生物催化剂比无机催化剂具有高效性的特点,显然,学生思维加工的投入量不够充足。
针对上述情况的改进课,如果我们对实验进行改进和拓展,实验探究的水平就会明显提高。
(一)提出问题
经过日常生活的积累和化学课程的学习,学生已经了解到很多地方都需要催化剂,比如说:汽车尾气排放催化装置、 工业 制硫酸、合成氨、酶催化生物大分子等。并且在课堂上也已经学习了使用催化剂的几个化学反应,如氯酸钾催化受热分解、双氧水催化分解等。在理解元素周期律以后,还可引导学生分析讨论“催化剂与化学反应的关系”。
一般情况下,学生大多能提出如下问题:催化剂与化学反应是否有一一对应的关系?催化剂是如何改变化学反应速率的?催化剂在化学反应中的特点是什么?这种超学科的知识整合,对于激发学生的探究热情是十分有效的。
(二)猜想与假设
首先要 总结 问题,经过查阅资料、网上搜索、小组讨论,在教师的引导下,学生提出自己的设想:催化剂与化学反应不是一一对应的关系,一种催化剂可以催化不同的化学反应,不同催化剂对同一反应的催化效果可能不一样。
(三)实验准备
1.知识准备。要求学生在课外查阅过氧化氢、二氧化锰、三氧化二铝、鸡肝、马铃薯等的相关物理和化学性质,以及和催化剂相关的知识。
2.器材准备。试管,卫生香,火柴,过氧化氢,二氧化锰,三氧化二铝,鸡肝匀浆(新鲜的和不新鲜的各一份),马铃薯匀浆(生的和熟的各一份)等。
(四)实验探究
实验探究过程如表3所示。
(五)实验结论
1.二氧化锰,三氧化二铝,鸡肝匀浆,马铃薯匀浆,能加快过氧化氢的分解速率,故能作过氧化氢分解的催化剂。
2.新鲜的鸡肝匀浆和生的马铃薯匀浆,催化效率大大高于二氧化锰、三氧化二铝的催化效率。
3.不新鲜的鸡肝匀浆、熟的马铃薯匀浆之所以催化效率降低,有可能是采购回来的肝脏不新鲜,或是制成的肝脏研磨液使用和存放时间过长而变质;熟的马铃薯匀浆可能是高温导致过氧化氢酶失活,说明影响酶催化作用的因素很多。
基于探究的生物实验教学策略是在提高学生 科学 素养课程目标指导下的实验教学改进行动,它的亮点是挖掘课本实验的内涵、拓展课堂实验的功能、提升实验教学的品质,充分体现“自主、探究、合作” 新课程理念,对于推进“以探究为核心的、多样化的生物教学方式”具有一定的指导作用。
教材既是知识的载体，也是师生共同探究新知、获得发展的媒介，其重要性不言而喻。随着生物科学日新月异，教育心理学理论不断推陈出新，教学方法和教学手段日趋现代化。课程设置正从生物学科内小综合到综合理科不断发展，初中阶段正在探讨实施综合性活动课程，必修课和选修课的课程体系普遍推广，而现阶段高中设置综合理科课程的条件还不成熟。因此，高中生物教材现代化，以适应教学理论、教学内容、教学手段、课程设置的现代化问题就成为一个重要课题。
1．尽可能体现出21世纪的生物学地位
1996年初，由我国170位著名科学家合作研究、集体撰写的论著《21世纪初科学发展的趋势》中指出：“生命科学因研究客体的极端重要和复杂，人类生存和发展的需求又非常迫切，完全有可能在不久的将来出现革命性变化，发展成为科学革命的中心。”作为跨世纪的基础生物学教材，要充分考虑到生物学的科学地位变化，力争尽可能做到在整个自然科学领域中科学观念具有指导性，科学原理具有基础性，科学方法具有通用性，科学思维具有普遍性。
在人们的生活中，科学印象的形成往往是通过学习生物学获得的。生物学中常用的对照实验方法、黑箱方法作为科学方法同样适用于其它自然科学；现代“老三论”的信息论、控制论、系统论都以研究生物体和生命现象为己任；现代“新三论”中，耗散结构理论研究的系统与外界环境的边际效应，协同论研究的部分与整体之间的关系，突变论研究的远离平衡状态的复杂体系发生质变的规律都与生命科学密切相关；生物体与外界环境之间以及生物体内部各部分之间都不断进行着物质的交换、能量的转变、信息的传递，而物质、能量、信息则是自然科学的共同研究对象；生命活动的调节过程、遗传信息的传递则属于信息论的研究内容；生命过程中普遍存在的体温调节、激素调节、行为调节、生态平衡的调节等反馈调节模式均为控制论的研究实例。上述内容可以经过高度简化、形象化，有机地、隐性地渗透进入教材。
2．教材内容现代化，体现时代特点，贴近现代生活，建立能够适应新世纪的生物学知识结构。
长期以来，我国教材的特点是理论性和系统性较强，但对科学的实用性、实践性和社会性关注不够，现代科学知识的渗透速度也较慢，这样容易造成难以适应现代生活、现代技术和现代职业的多层次需求。
食用纤维虽然不能被人体消化吸收，但可刺激消化道蠕动，具有预防便秘、痔疮、肠癌、胆石症，控制肥胖，降低血浆胆固醇等多种功能。食物成分中缺乏食用纤维的介绍，脱离了现代人注重食用精粮，“十男九痔”的生活现状，不利于矫正较为普遍的偏食现象，有悖于我国传统的饮食文化。
从实际出发，联系日常生活，就会使学习变得更加有趣，更为生动活泼，更易启迪思维。例如“光合作用”一节教材，若将环境因子中光和温度对光合作用的影响加进去，就既联系了生态因子的作用，也突出了科学的实践性和价值观。
原核生物中的蓝藻，其名称很易联想到属于真核生物的其它藻类，这是以前依据自然标本将其列入真核生物的错误延续下来的，现在很多教材和论著均已改为蓝细菌，更能体现它属于原核生物的本质特征。
随着RNA酶（ribozyme，又译核酸酶）和抗体酶（abzyme，antibodyenzyme）在科技文献中频频出现，对于酶的化学本质和催化功能的认识已有很大改观。酶催化的“锁与钥匙学说”已被公认，它也非常符合中学生形象思维和逻辑思维特征，很多教材都有介绍。
建立完善的认知结构决定于教材的系统性，那么怎样在尽量不增加教材篇幅，不增加课业负担的前提下将教材编得更有系统性呢？笔者认为以下处理方式值得借鉴：（1）尽可能多地编写有利于理解教材，有利于形成认知结构，富于概括性的图表。如将脊椎动物各纲的主要特征通过一个比较表体现出来。（2）抓住学科结构、生命的基本特征这两条主线，完善教材的结构。如动植物呼吸作用，本质相同，途径相似，应该综述。若将两者分开叙述，植物代谢中侧重物质变化，动物代谢侧重能量变化，增加了篇幅，也有重复之嫌，割裂了本来就密不可分的物质代谢和能量代谢，给人以只见树木、难见森林之感。
有人认为渗透现代知识会增加课业负担。笔者认为这主要是教育教学观念问题。首先，仅仅作为教学环节之一的教材，即使编得再浅显，也不可能从根本上解决现存的课业负担问题。其次，教材的系统性有着鲜明的时代性，渗透现代知识同时也意味着要淘汰那些过于陈旧的教学内容。
从教材编著来看，课业负担的轻重决定了教材中论点的多少和深浅，而概括性的认知图表，论证性的论据，包括科学事实、生活常识、经典实验，能够促进概念、原理的消化理解，在一定程度上反而降低了课业负担。当然要减轻课业负担，最值得研究的还是将现代生物学知识引入中学教材的方法和技巧，在充分研究中学生原有认知结构、认知特点、思维方式、学习习惯的前提下，根据教学大纲的规范而进行：1）转录按需索取，排除与大纲规定的知识项目无关或关系不密切的部分；2）概括猎取所需知识项目的思维线索；3）简化除去可能将思维引向歧途的枝节情境；4）形象化设计模式图、结构图、流程图和表格。
3．给科学观念、科学思维、科学方法以应有的地位，培养科学素质和科学能力生物科学发展过程中孕育的科学观念、科学思维、科学方法
至今仍对自然科学发展起着巨大的推动作用。巴甫洛夫运用分析和综合相统一的思维方式创立了高级神经活动学说；哈维以实验思维方法创立了血液循环学说；林耐科学地处理和运用知识信息创立了本质分类法。
人们惊叹弗莱明发现青霉素的机遇，而忽视了机遇偏
爱“有准备的头脑”，留意意外之事，善于捕捉机遇，这同样是科学方法。人们高度评价科学进化论和分子生物学的伟大成就，却忽视了达尔文的《物种起源》、薛定锷的《生命是什么》所蕴藏的科学观念对于科学发展的推动远远超过了相应的科学知识本身。上述内容的渗透宜用隐性处理和显性处理相结合的原则：科学过程、科学方法宜进行显性处理，科学观念、科学思维宜进行隐性处理。
4．加速教材系列化进程，科学地运用教材指导教学改革，调控教材评价。
由于应试教育的影响，教学实践中普遍存在着一种倾向，即课程计划—教学大纲—教材编著—教学过程—教学评价5个环节层层加码，导致考分逐年上升，能力难以提高，课业负担过重。作为中心环节的教材如何有效地扼制这种态势的继续发展呢？
一般认为离开了教学内容的改革去侈谈教学方法的改革是危险的。但是另一方面，启用新教材实施教学时，教师往往有一种惰性，他们自觉不自觉地还是运用原有教学观念、教学方法去处理教材，这都显著削弱了启用新教材的意义。
鉴于以上两种情况，要尽快实施教材系列化，出版与新教材配套的教学指导书、参考书、教师手册、练习册、教学挂图、声像出版物、多媒体软件。特别是教参，要针对不同教学内容，充分考虑到城乡差异、南北差异、不同类型学校的差异，选择多种教学方法，提供最优化的教学方案，有效指导，促进教学改革。通过配套练习册调控教学评价过程中试题的难度，确实做到培养能力，提高素质，减轻负担。
诚然，中学教材的基础性和现代化在很大程度上互相对立，而且难以统一，特别是我国现阶段，很多不发达地区教育观念和教学设施还远未得以改变，盲目追求和过分强调教材“现代化”是不可取的。但是在当代科学不断分化和再综合的进程中，还要恪守传统意义上的知识系统性，崇尚百科全书式教材，反而将很多现代社会急需的科学知识拒于书外，并非辩证唯物主义的，这些都无助于教材现代化。
怎样将矛盾的双方有机统一起来，找到基础性和现代化的综合点，绝非是一个简单的取舍问题，有待深入研究和探讨。
1.学会“看”
1972年联合国教科文组织在一份《学会生存》的报告中指出:“未来的文盲将不再是不识字的人,而是不会学习的人”,因而学会学习是高中学生要练就的基本功。其中自学能力是其重要的组成成分,预习是培养自己自学能力的有效途径,也是一个良好的习惯。那么,如何预习呢?首先,通过看书我们要对这一节的内容有一个初步的认识,主要讲了哪些知识点?我掌握了多少?还有哪些知识点理解不了?带着这些问题走入课堂,那么你的课堂效果一定会更好。
2.学会“听”
听课听什么?要听老师分析本节课的重点、难点、考点和疑点;听自己在预习过程中所未能理解的内容;听老师对一类问题(或习题)是如何分析的;不仅要认真听,还要做好必要的笔记。笔记如何做也有一定的讲究,有些同学喜欢将老师的板书一字不漏地记下来,其实大可不必。我们只要将老师补充的一些重要的知识点、结论或习题做一些笔记,对于习题也只需记一些主要的分析过程,课后再进行必要的完善即可;万万不可顾此失彼,因为忙着做笔记而忽略了听课。
3.学会“言”
21世纪的教育理念讲究要突出学生的主体作用;即要鼓励同学们积极地参与到教学过程中来,课堂上对一些问题的分析和解决,不要老依靠于老师的讲。每一位同学都应该积极思考,我怎么解决这个问题?这种思维方法好吗?那种表达更为准确?不妨将自己的思维在课堂上向老师和同学们展示出来,听听大家的意见。也可以对老师和其他同学的解法提出自己不同的看法,不要害怕会出错,即使出错了或有些问题,老师和同学们也一定会帮你把问题纠正过来;还会帮你找到出错的原因,何乐而不为呢?高考说明中明确提出了对学生的分析综合能力和表达能力的要求,学会“言”才有助于提高自己这方面的能力。
4.学会“忆”
忆即复习工作,即一堂课下来或一个章节下来,我们必须要有一个较为系统地复习整理过程。此项工作将直接关系到你成绩的好坏。通过复习,一方面将一些重要的知识和技能进行巩固、强化,另外也可以对前后知识的系统性和他们的联系有更深的理解,此即为古人所说“温故而知新”。
5.学会“思”
古语云:“学而不思则罔,思而不学则殆”。此言提醒我们在学习的过程中要经常进行反思。其实,学习生物知识最关键的是学会其中的学科思想和答题方法,学会思维。因而,同学们在看书或做题时,要多想想为什么这样做?是否还有其他的方法或表述?此类习题有何规律?这种方法或表述好吗?在反思中提高自己的生物思维模式和答题能力。
6.学会“练”
高中生物的基础知识和答题技能相对不多,要想熟练地掌握它,就得进行一定的训练。同学们要在练习中融会知识,加深对知识的理解和答题技能的掌握,同时这也是提高同学们解答生物试题能力的一种有效手段。但同学们万万不要陷入“题海”,掌握好训练的“度”。
7.学会“纠”
无论是平时的学习还是高考复习,测试总少不了,那么当老师批阅后的试卷发下来后,我们怎么办?有一些同学在看完自己的分数后就是等待,等待着老师的讲解。其实不知大家注意过没有,试卷中许多问题自己是完全能解决的,不少题目之所以出错,完全是因为自己在审题、提炼或考虑问题不全面造成的。这些问题你完全可以与其他同学一起讨论、交流,自己发现问题之所在并予以更正,这样既能加深学生对知识的理解,培养正确的思维;又能提高自己的纠错能力,防止类似错误的再次发生。
8.学会“研”
高中生物中有许多重要的结论和规律,传统教学中,往往都是由老师直接教给学生。那么现在,我们能否在老师的引导下,通过自己的观察、实验、探索以及与他人的合作、交流,从而自己得出结论;在这种“研究性学习”的过程中,培养自己的创新意识、合作精神和实践能力。长此以往,相信同学们的探索能力一定会增强,也为有志于对生物学科作深入研究的同学打下坚实的基础。
21世纪是信息技术和生命科学的时代,生物教育发展到今天,培养能力、发展思维,已成为教育界的共识,同学们也应紧紧围绕这一目标展开学习,顺应新的时代潮流,主动地投入到学习过程中去,成为学习的主人,也只有这样才能成为高素质的人才。
“生长素的生理作用”是高中生物人教版必修3·“稳态与环境”第三章“植物的激素调节”中的第二节内容。本节课的教学目标是在学习第一节“植物生长素的发现”,了解生长素的发现过程,以及生长素的产生、运输和分布的知识的基础上,进一步分析阐述植物生长素的生理作用,列举生长素作用的两重性,描述植物顶端优势的现象、原因、解除方法及应用,并举例说明生长素类似物在农业生产实践中的作用,探索生长素类似物促进插条生根的最适浓度。
以往的教学活动,一般是教师先分析图示“生长素浓度与所起作用的关系”,得出生长素生理作用的两重性;再通过阅读资料、分析例题等形式理解生长素在农业生产中的应用;最后通过实验,使学生直观感受生长素促进插条生根的作用。这样的教学方法虽然能够顺利地完成教学任务,但却缺少学生的自主参与,学生的学习兴趣较低,只是被动地在听在记在做而已,学习效率低,学习效果差。
当今世界,科学技术迅猛发展,国际竞争日趋激烈,国家的发展和强大越来越取决于劳动者的素质,而创造性强、行动能力突出将是对高端人才的重要要求。为适应时展的需要,《普通高中生物课程标准(实验)》的基本理念中特别倡导探究性学习,力图促进学生学习方式的变革,引导学生主动参与探究过程、勤于动手和动脑,逐步培养学生搜集和处理科学信息的能力、获取新知识的能力、批判性思维的能力、分析和处理问题的能力,以及交流与合作的能力等,重在培养具有创新精神和实践能力的人才。
鉴于此,笔者对这节课的教学设计思路如下:在突出生物学基本事实、核心概念的基础上,启发学生切身体会如何获得信息并进行信息转换,在实践中进行科学探究,并养成科学精神。
一、自主绘制真实数据曲线,学会获得信息,解读信息,进行信息转换
在以往教学实践中,学生是在教师指导下通过分析教材中的图示“生长素浓度与所起作用的关系”,了解生长素的生理作用和特性。这种形式的优点是教学过程简单、知识获取直接,但不能培养学生自主获取信息并思考的能力。因此,笔者尝试指导学生首先自主分析课前准备的一系列实验数据,再绘制相应的曲线,从一开始就让他们参与到教学活动中来。
课前笔者准备了两份数据表,第一份表是“不同浓度的生长素溶液对燕麦胚根的生长情况的影响”的实验数据(表1)。先请学生代表上台在黑板上绘制横坐标是生长素溶液的浓度,纵坐标是胚根的平均长度的曲线,并请其他学生在座位上画。有了具体的数据,讲台上和座位上的学生都画得非常认真。图像绘制完成后,教师又引导学生评价黑板上的几幅曲线。在评选出“优秀作品”后,学生分析“作品内涵”,即曲线反映了不同浓度的生长素溶液对燕麦胚根的影响,在一定浓度范围内,生长素溶液的浓度与胚根的平均长度呈现正相关,超过一定浓度后,生长素溶液的浓度与胚根的平均长度呈现负相关。
之后,学生们根据第二份数据表“不同浓度的生长素溶液对燕麦胚芽的生长情况的影响”的实验数据(表2)在之前绘制的曲线基础上绘出不同浓度的生长素溶液对胚芽的影响(图1)。绘制完成后,学生可以从曲线直观分析得出结论:不同浓度的生长素溶液对胚根和胚芽的影响呈现类似的变化趋势,但不完全相同。这样,具体的数据信息就先转化成了形象的图像信息,再转化为结论。
接着,笔者提供教材上的图示“不同浓度的生长素溶液对根、芽和茎的相对影响”(图2),学生将其与自己绘制的曲线进行比较,进一步分析图像中包含的信息。通过这种形式,学生更能体会到理论来源于现实的道理,并提高学习的兴趣。
从获得实验数据到自主绘制图表,再通过分析讨论得出结论,在此教学过程中,由于教师充分引导每个学生参与到活动中来,不但学生学习兴趣提高了,而且他们获取信息、解读信息、进行信息转换的能力得到了锻炼。在不知不觉中学生感受到了科学家获取信息、科学分析、得出结论的科学探索过程。
二、观察身边生物学现象,发展科学探究的能力
在校园里随处可见呈宝塔状的松树、修剪呈半球状的大叶黄杨,这些树形的塑造都利用了生长素的生理作用。在学生了解生长素生理作用两重性的概念基础上,笔者以这些身边客观存在的实例入手,引导学生探究生长素生理作用与生产生活实践密切相关的具体问题。
首先,笔者出示课前拍摄的校园里随处可见的松树及大叶黄杨的照片,引导学生观察,松树一般呈宝塔状而大叶黄杨呈半球状,学生说出松树的树形没有经过修剪而大叶黄杨是经过修剪的。接着,学生取出课前实地摘取的大叶黄杨的枝条,进行分析,发现:有的大叶黄杨枝条上的顶芽保留,侧枝基本没有发育;而有的枝条,剪去顶芽,侧芽发育成侧枝(图3)。
“为什么会有这样的区别?”带着问题,学生们继续探究。通过阅读教材内容,学生们知道了顶端优势,即顶芽优先生长而侧芽受到抑制的现象,如果摘除顶芽,侧芽部位的生长素浓度降低,侧芽所受的抑制作用就会减弱,逐渐发育为枝条。
通过科学的探究,学生们很快就体会到顶端优势体现了生长素的生理作用的两重性:既能促进生长,也能抑制生长,也理解了没有经过修剪的松树呈宝塔状而经过修剪的大叶黄杨呈现球状。这时,笔者启发学生说出顶端优势的应用实例,他们发散思维畅所欲言,说了很多例子:如在农业生产中,对果树进行修剪,对棉花、番茄等农作物进行摘心都是通过解除顶端优势达到增产的目的;而在林业生产中,通过维持顶端优势可以获得大量的材用树木。
身边的生物学现象随处可见,而仔细的观察、提出问题、带着问题进行科学性的探究,能帮助学生理解生物科学原理,有助于学生对知识的深入理解和迁移应用。
三、通过预实验,进而开展科学探究活动,初步养成科学方法、科学态度、科学精神
通过前面的学习,学生知道不同浓度的生长素溶液对根的影响不同,而探究促进插条生根的最适浓度在生产实践中十分重要。教材中设计的探究活动就是以此为中心展开的,这也是本节课的重点和难点。
为了能够提高课堂效率,体现探究活动的效果和意义,养成科学方法、态度和精神,笔者将这节课的探究活动分为两个环节:预实验和正式实验。
(1)预实验。提前两周组织了两组(每组4人)有兴趣的同学开展了探究活动的预实验。具体如下:
实验目的:探索萘乙酸促进迎春花 插条生根的适宜浓度。
提出问题:萘乙酸促进迎春花插条生根的适宜浓度是多少?
材料器具:一年生生长旺盛的生理状况基本一致的迎春花枝条28根,枝剪,蒸馏水,0.1mol/L的NaOH溶液,烧杯,量筒,玻璃棒,萘乙酸等。
实验步骤:
①配制溶液:配制2、4、6、8、10、12ppm浓度的萘乙酸溶液;
②制作插条:一年生迎春花枝条、长约10~15cm、带芽(3个)、去成熟叶,下端剪成光滑斜面,分成7组,每组4支;
③处理插条:浸泡法,使用不同浓度的萘乙酸溶液浸泡枝条(下端),深约1.5cm,处理24h后取出,晾干4h;
④水培观察:将处理后的六组插条,再加一组对照组(不经处理),下端浸泡在清水中;
⑤观察记录:水培9d,每天固定时间观察生根数,填写数据表(表3)并绘制曲线;
⑥结果分析:生根数最多的为适宜浓度;
⑦表达和交流讨论。
进行预实验为正式实验摸索了条件,也可以检验此实验设计的科学性、可行性,避免设计不周,盲目开展实验而造成的浪费。通过开展此预实验,学生们查阅很多资料,了解到配制萘乙酸溶液可以加入NaOH助溶解,制作插条时要注意尽量避免差异,此实验处理插条采取浸泡法,所以处理时间要长,如果采用蘸沾法,处理插条的时间要短,通过水培观察生根数效果较好,每天在固定的时间进行观察等。
(2)正式实验。在开展正式实验之前,学生先汇报了预实验的过程及结果。结果表明:4 ppm浓度的萘乙酸为促进迎春花插条生根的适宜浓度。在此基础上,进行分组正式实验。学生们选择0.2 ppm作为浓度梯度,利用3.0、3.2、3.4、3.6、3.8、4.0、4.2、4.4、4.6、4.8、5.0 ppm浓度的萘乙酸浸泡枝条,再按照预实验的步骤进行观察记录和分析,两周后的课堂上组织小组内汇报实验情况,并在班级内进行交流讨论。
因为进行了预实验,避免了很多探索的过程,确保顺利开展正式实验,有一些组得出4.8 ppm的萘乙酸是促进迎春花插条生根的最适浓度(表4),但也有不少组得出其他不同的结论。学生也在交流时分析原因,如制作插条时有差异存在,配制的萘乙酸溶液的浓度存在问题等。
通过开展预实验、进行正式实验,学生们比较顺利地开展了课堂探究活动,获得了促进迎春花插条生根的最适浓度;并在此基础上,更深刻地体会到生长素生理作用的两重性。
在“生长素的生理作用”这节的教学过程中,教师采用多种教学手段,使学生们变被动为主动,积极地参与到各项活动中,培养了搜集和处理科学信息的能力,并在探究过程中,积极参与交流与合作,切身体会到探究的科学方法,树立严谨的科学态度,养成求实、创新、团队的科学精神。教书育人不是一节课的时间和过程,如果教师能积极采用多种教学手段相结合的教育模式,持之以恒,在进一步提高国民素质的方面,一定能有所收获。
教材既是知识的载体，也是师生共同探究新知、获得发展的媒介，其重要性不言而喻。随着生物科学日新月异，教育心理学理论不断推陈出新，教学方法和教学手段日趋现代化。课程设置正从生物学科内小综合到综合理科不断发展，初中阶段正在探讨实施综合性活动课程，必修课和选修课的课程体系普遍推广，而现阶段高中设置综合理科课程的条件还不成熟。因此，高中生物教材现代化，以适应教学理论、教学内容、教学手段、课程设置的现代化问题就成为一个重要课题。
1．尽可能体现出21世纪的生物学地位 1996年初，由我国170位著名科学家合作研究、集体撰写的论著《21世纪初科学发展的趋势》中指出：“生命科学因研究客体的极端重要和复杂，人类生存和发展的需求又非常迫切，完全有可能在不久的将来出现革命性变化，发展成为科学革命的中心。”作为跨世纪的基础生物学教材，要充分考虑到生物学的科学地位变化，力争尽可能做到在整个自然科学领域中科学观念具有指导性，科学原理具有基础性，科学方法具有通用性，科学思维具有普遍性。
在人们的生活中，科学印象的形成往往是通过学习生物学获得的。生物学中常用的对照实验方法、黑箱方法作为科学方法同样适用于其它自然科学；现代“老三论”的信息论、控制论、系统论都以研究生物体和生命现象为己任；现代“新三论”中，耗散结构理论研究的系统与外界环境的边际效应，协同论研究的部分与整体之间的关系，突变论研究的远离平衡状态的复杂体系发生质变的规律都与生命科学密切相关；生物体与外界环境之间以及生物体内部各部分之间都不断进行着物质的交换、能量的转变、信息的传递，而物质、能量、信息则是自然科学的共同研究对象；生命活动的调节过程、遗传信息的传递则属于信息论的研究内容；生命过程中普遍存在的体温调节、激素调节、行为调节、生态平衡的调节等反馈调节模式均为控制论的研究实例。上述内容可以经过高度简化、形象化，有机地、隐性地渗透进入教材。
2．教材内容现代化，体现时代特点，贴近现代生活，建立能够适应新世纪的生物学知识结构。 长期以来，我国教材的特点是理论性和系统性较强，但对科学的实用性、实践性和社会性关注不够，现代科学知识的渗透速度也较慢，这样容易造成难以适应现代生活、现代技术和现代职业的多层次需求。
食用纤维虽然不能被人体消化吸收，但可刺激消化道蠕动，具有预防便秘、痔疮、肠癌、胆石症，控制肥胖，降低血浆胆固醇等多种功能。食物成分中缺乏食用纤维的介绍，脱离了现代人注重食用精粮，“十男九痔”的生活现状，不利于矫正较为普遍的偏食现象，有悖于我国传统的饮食文化。
从实际出发，联系日常生活，就会使学习变得更加有趣，更为生动活泼，更易启迪思维。例如“光合作用”一节教材，若将环境因子中光和温度对光合作用的影响加进去，就既联系了生态因子的作用，也突出了科学的实践性和价值观。
原核生物中的蓝藻，其名称很易联想到属于真核生物的其它藻类，这是以前依据自然标本将其列入真核生物的错误延续下来的，现在很多教材和论著均已改为蓝细菌，更能体现它属于原核生物的本质特征。
随着RNA酶（ribozyme，又译核酸酶）和抗体酶（abzyme，antibodyenzyme）在科技文献中频频出现，对于酶的化学本质和催化功能的认识已有很大改观。酶催化的“锁与钥匙学说”已被公认，它也非常符合中学生形象思维和逻辑思维特征，很多教材都有介绍。
建立完善的认知结构决定于教材的系统性，那么怎样在尽量不增加教材篇幅，不增加课业负担的前提下将教材编得更有系统性呢？笔者认为以下处理方式值得借鉴：（1）尽可能多地编写有利于理解教材，有利于形成认知结构，富于概括性的图表。如将脊椎动物各纲的主要特征通过一个比较表体现出来。（2）抓住学科结构、生命的基本特征这两条主线，完善教材的结构。如动植物呼吸作用，本质相同，途径相似，应该综述。若将两者分开叙述，植物代谢中侧重物质变化，动物代谢侧重能量变化，增加了篇幅，也有重复之嫌，割裂了本来就密不可分的物质代谢和能量代谢，给人以只见树木、难见森林之感。
有人认为渗透现代知识会增加课业负担。笔者认为这主要是教育教学观念问题。首先，仅仅作为教学环节之一的教材，即使编得再浅显，也不可能从根本上解决现存的课业负担问题。其次，教材的系统性有着鲜明的时代性，渗透现代知识同时也意味着要淘汰那些过于陈旧的教学内容。
从教材编著来看，课业负担的轻重决定了教材中论点的多少和深浅，而概括性的认知图表，论证性的论据，包括科学事实、生活常识、经典实验，能够促进概念、原理的消化理解，在一定程度上反而降低了课业负担。当然要减轻课业负担，最值得研究的还是将现代生物学知识引入中学教材的方法和技巧，在充分研究中学生原有认知结构、认知特点、思维方式、学习习惯的前提下，根据教学大纲的规范而进行：1）转录按需索取，排除与大纲规定的知识项目无关或关系不密切的部分；2）概括猎取所需知识项目的思维线索；3）简化除去可能将思维引向歧途的枝节情境；4）形象化设计模式图、结构图、流程图和表格。
3．给科学观念、科学思维、科学方法以应有的地位，培养科学素质和科学能力生物科学发展过程中孕育的科学观念、科学思维、科学方法 至今仍对自然科学发展起着巨大的推动作用。巴甫洛夫运用分析和综合相统一的思维方式创立了高级神经活动学说；哈维以实验思维方法创立了血液循环学说；林耐科学地处理和运用知识信息创立了本质分类法。
人们惊叹弗
莱明发现青霉素的机遇，而忽视了机遇偏爱“有准备的头脑”，留意意外之事，善于捕捉机遇，这同样是科学方法。人们高度评价科学进化论和分子生物学的伟大成就，却忽视了达尔文的《物种起源》、薛定锷的《生命是什么》所蕴藏的科学观念对于科学发展的推动远远超过了相应的科学知识本身。上述内容的渗透宜用隐性处理和显性处理相结合的原则：科学过程、科学方法宜进行显性处理，科学观念、科学思维宜进行隐性处理。
4．加速教材系列化进程，科学地运用教材指导教学改革，调控教材评价。由于应试教育的影响，教学实践中普遍存在着一种倾向，即课程计划—教学大纲—教材编著—教学过程—教学评价5个环节层层加码，导致考分逐年上升，能力难以提高，课业负担过重。作为中心环节的教材如何有效地扼制这种态势的继续发展呢？
一般认为离开了教学内容的改革去侈谈教学方法的改革是危险的。但是另一方面，启用新教材实施教学时，教师往往有一种惰性，他们自觉不自觉地还是运用原有教学观念、教学方法去处理教材，这都显著削弱了启用新教材的意义。
鉴于以上两种情况，要尽快实施教材系列化，出版与新教材配套的教学指导书、参考书、教师手册、练习册、教学挂图、声像出版物、多媒体软件。特别是教参，要针对不同教学内容，充分考虑到城乡差异、南北差异、不同类型学校的差异，选择多种教学方法，提供最优化的教学方案，有效指导，促进教学改革。通过配套练习册调控教学评价过程中试题的难度，确实做到培养能力，提高素质，减轻负担。
诚然，中学教材的基础性和现代化在很大程度上互相对立，而且难以统一，特别是我国现阶段，很多不发达地区教育观念和教学设施还远未得以改变，盲目追求和过分强调教材“现代化”是不可取的。但是在当代科学不断分化和再综合的进程中，还要恪守传统意义上的知识系统性，崇尚百科全书式教材，反而将很多现代社会急需的科学知识拒于书外，并非辩证唯物主义的，这些都无助于教材现代化。
怎样将矛盾的双方有机统一起来，找到基础性和现代化的综合点，绝非是一个简单的取舍问题，有待深入研究和探讨。
今日世界,科学技术迅猛发展,国际竞争日趋激烈,国力的强弱越来越取决于劳动者的素质。普通高中教育的任务是在九年义务教育的基础上,进一步提高国民素质,并使学生在全面发展的基础上实现有个性的发展。发展学生的科学素养与人文精神、创新精神与实践能力、国际视野与民族精神、社会责任感与人生规划能力,对国家的兴盛、社会的进步、个人的终身发展都具有重要意义。
生物课程是高中阶段重要的科学课程。在当代科学技术领域中,生物科学和技术的发展尤为迅速,成果显着,影响广泛而深远。例如DNA分子结构和功能的揭示、体细胞克隆哺乳动物技术的突破、人类基因组计划的实施、干细胞研究的进展、脑科学的深入发展、生物工程产业的兴起等,正在改变人类的生活。尤其是生物科学技术和信息科学技术正在逐渐融合并显示出强大的经济力量,已成为科学发展和技术革命的世纪标志。生物科学和技术不仅影响人类的生活、社会文明和经济活动,还深刻影响着人们的思想观念和思维方式。高中生物课程应当与时俱进,以适应时代的需要。
自1978年起,我国高中生物课程历经多次改革,取得了显着的成绩。为适应时展的需要,《普通高中生物课程标准(实验稿)》(以下简称《标准》)在吸纳现行高中生物学教育优点的基础上,更尊重学生多样化发展的需求;更贴近社会实际和学生的生活经验;更多地反映生物科学和技术的新进展;更重视发展学生的创新精神和实践能力;更强调学习是一个主动建构知识、发展能力、形成正确的情感态度与价值观的过程。
一、课程性质
生物科学是自然科学中的一门基础学科,是研究生命现象和生命活动规律的科学。它是农业科学、医药科学、环境科学及其它有关科学和技术的基础。生物科学的研究经历了从现象到本质、从定性到定量的发展过程。当今,它在微观和宏观两个方面的发展都非常迅速,并且与信息技术和工程技术的结合日益紧密,正在对社会、经济和人类生活产生越来越大的影响。
高中生物课程是普通高中科学学习领域中的一个科目。高中生物课程将在义务教育基础上,进一步提高学生的生物科学素养。尤其是发展学生的科学探究能力,帮助学生理解生物科学、技术和社会的相互关系,增强学生对自然和社会的责任感,促进学生形成正确的世界观和价值观。
二、课程的基本理念
提高生物科学素养 生物科学素养是公民科学素养构成中重要的组成部分。生物科学素养是指公民参加社会生活、经济活动、生产实践和个人决策所需的生物科学知识、探究能力以及相关的情感态度与价值观,它反映了一个人对生物科学领域中核心的基础内容的掌握和应用水平,以及在已有基础上不断提高自身科学素养的能力。提高每个高中学生的生物科学素养是本课程标准实施中的核心任务。
面向全体学生 《标准》的设计面向全体学生,着眼于学生全面发展和终身发展的需要。课程的内容标准有较大的灵活性,以适应不同学校的条件和不同学生的学习需求,促进学生有个性地发展。
倡导探究性学习 生物科学作为由众多生物学事实和理论组成的知识体系,是在人们不断探究的过程中逐步发展起来的。探究也是学生认识生命世界、学习生物课程的有效方法之一。《标准》倡导探究性学习,力图促进学生学习方式的变革,引导学生主动参与探究过程、勤于动手和动脑,逐步培养学生搜集和处理科学信息的能力、获取新知识的能力、批判性思维的能力、分析和解决问题的能力,以及交流与合作的能力等,重在培养创新精神和实践能力。
注重与现实生活的联系 生物科学与人们的日常生活、医疗保健、环境保护、经济活动等方面密切相关。《标准》注重使学生在现实生活的背景中学习生物学,倡导学生在解决实际问题的过程中深入理解生物学的核心概念,并能运用生物学的原理和方法参与公众事务的讨论或作出相关的个人决策;同时注意帮助学生了解相关的职业和学习方向,为他们进一步学习和步入社会做准备。
三、课程设计思路
高中生物课程是根据《基础教育课程改革纲要(试行)》和《普通高中课程改革方案》的精神和要求设计的。
高中生物课程分为必修和选修两个部分。必修部分包括“生物1:分子与细胞”、“生物2:遗传与进化”、“生物3:稳态与环境”3个模块;选修部分有“选修1:生物技术实践”、“选修2:生物科学与社会”和“选修3:现代生物科技专题”3个模块。每个模块36学时、2学分。
必修模块选择的是生物科学的核心内容,同时也是现代生物科学发展最迅速、成果应用最广泛、与社会和个人生活关系最密切的领域。所选内容能够帮助学生从微观和宏观两个方面认识生命系统的物质和结构基础、发展和变化规律以及生命系统中各组分间的相互作用。因此,必修模块对于提高全体高中学生的生物科学素养具有不可或缺的作用。
选修模块是为了满足学生多样化发展的需要而设计的,有助于拓展学生的生物科技视野、增进学生对生物科技与社会关系的理解、提高学生的实践和探究能力。
学生在学习了生物1的内容之后,既可以先学习生物2的内容,也可先学习生物3的内容。在修完必修模块的基础上,进行选修模块的学习。
每个模块在高中生物课程中的价值如下。
“生物1:分子与细胞”模块有助于学生较 深入地认识生命的物质基础和结构基础,理解生命活动中物质的变化、能量的转换和信息的传递;领悟观察、实验、比较、分析和综合等科学方法及其在科学研究过程中的应用;科学地理解生命的本质,形成辩证唯物主义自然观。
“生物2:遗传与进化”模块有助于学生认识生命的延续和发展,了解遗传变异规律在生产生活中的应用;领悟假说演绎、建立模型等科学方法及其在科学研究中的应用;理解遗传和变异在物种繁衍过程中的对立统一,生物的遗传变异与环境变化在进化过程中的对立统一,形成生物进化观点。
“生物3:稳态与环境”模块有助于学生认识发生在生物体内部和生物与环境之间的相互作用,理解生命系统的稳态,认识生命系统结构和功能的整体性;领悟系统分析、建立数学模型等科学方法及其在科学研究中的应用;形成生态学观点和可持续发展的观念。
“选修1:生物技术实践”模块重在培养学生设计实验、动手操作、收集证据等科学探究的能力,增进学生对生物技术应用的了解。本模块适于继续学习理工类专业或对实验操作感兴趣的学生学习。
“选修2:生物科学与社会”模块围绕生物科学技术在工业、农业、医疗保健和环境保护等方面的应用,较全面地介绍了生物科技在社会中的应用,可以帮助学生更深入地理解生物科学技术在社会中的应用,适于继续学习人文和社会科学类专业及直接就业的学生学习。
“选修3:现代生物科技专题”模块以专题形式介绍了现代生物科学技术一些重要领域的研究热点、发展趋势和应用前景,以开拓学生的视野,增强学生的科技意识,为学生进一步学习生物科学类专业奠定基础。
如何构建核心概念是近年来高中生物学课堂教学研究的重要内容,因为“学习不仅仅是为了要知道一系列的科学事实,更重要的是要围绕核心概念构建知识体系和模型,并广泛运用科学概念解释自然现象”[1]。而围绕着核心概念设计和实施教学,一方面可以帮助学生澄清所学生物学事实、一般概念与核心概念之间的关系,并能在新情境中实现对概念的迁移应用;另一方面又可以有效地使学生形成科学地分析问题和解决问题的思路及方法。为此,《普通高中生物课程标准(实验)》(以下简称《标准》)“倡导学生在解决实际问题的过程中深入理解生物学的核心概念”。那么,在课堂教学中,应采取怎样的教学策略和程序,才能帮助学生理清生物学事实、一般概念与核心概念之间的关系,进而在解决问题的过程中主动建构相应的核心概念?本文以“生命活动的主要承担者——蛋白质”一节课堂教学作为案例,尝试解答上述问题。
一、生物学核心概念的界定及特征
1.核心概念的界定
既然进行生物学核心概念教学具有多重教育意义,那么,什么是核心概念,目前对于这一问题尚未有统一的认识。美国课程专家埃里克森(Erickson)认为,核心概念是指居于学科中心,具有超越课堂之外的持久价值和迁移价值的关键性概念、原理或方法。这些核心概念具有广阔的解释空间,源于学科中的各种概念、理论、原理和解释体系,为学科领域的发展提供了深入的视角,还为学科之间提供了联系[2]。戴伊(Day)指出,核心概念是某个知识领域的中心,虽然不是所有人都接受了这些知识,但它们却获得了广泛的应用,而且这些知识还能经得起时间的检验。费德恩(Feden)等人则认为,核心概念是一种教师希望学生理解并能在忘记其非本质信息或周边信息之后,仍然能应用的概念性知识,并且强调核心概念必须清楚地呈现给学生[3]。
生物学核心概念处于学科中心位置,包括对生命基本现象、规律、理论等的理解和解释,对学生学习生物学及相关科学具有重要的支撑作用。它是人们对某一类生物学问题本质特征的概括。例如“细胞是由物质分子组成的,不同的物质承担着不同的功能”,就是在分析了组成细胞的不同物质分子后,概括出来的本质认识。而蛋白质之所以称为“生命活动的主要承担者”,又是在分析了蛋白质分子结构多样性原因和逐渐了解生命活动无时无刻不与蛋白质相关,以及和其他组成物质相比较后抽象和概括出来的核心概念。
需要说明的是,对“蛋白质是生命活动的主要承担者”这一核心概念的理解,并不是一成不变的。它在本节内容中属于核心概念,而从整个单元来看却不是核心概念。因此,对某一核心概念的界定,会因不同的学段、不同的学习范围而发生变化。
2.核心概念的特征
当直接甄别和界定核心概念有困难时,我们不妨换个角度思考:核心概念有什么特征,我所确定的核心概念具备这些特征吗?
核心概念是在一般概念的基础上提炼出来的,因此它可以统摄一般概念,能够揭示学科知识的本质和学科知识之间的联系,具有统整学科知识的功能。因此,生物学核心概念应该具有以下特征。
第一,居于学科知识的中心。蛋白质分子不仅参与构建了细胞这座生命大厦,而且在细胞代谢、分裂、分化、癌变、凋亡、遗传、细胞间的信息交流等各项生命活动中扮演着重要角色。可以说,“蛋白质是生命活动的主要承担者”这一核心概念贯穿了三个必修模块。
第二,是形成新知识的“生长点”。学生一旦建立起“蛋白质是生命活动的主要承担者”的概念,就容易形成科学地分析问题和解决问题的思路及方法。例如,细胞分化过程中,细胞的形态、结构、功能之所以发生了稳定性差异,是因为分化细胞中产生了组织特异性蛋白质。
第三,具有思维训练价值。组成蛋白质的氨基酸序列具有多样性,使得蛋白质的空间结构变化多端;而蛋白质只有维持特定的空间结构才能行使特定的生物学功能。因此,空间结构的多样性赋予了蛋白质多种多样的生物学功能,足以承担起丰富多彩的生命活动。可见,生物学核心概念是在许多一般概念的基础上加以分析、综合、抽象、概括出来的,它的形成过程需要综合的思维能力。
二、建构生物学核心概念的策略与程序
1.建构核心概念的策略
与“蛋白质是生命活动的主要承担者”有关的一般概念和事实见图1。
(1)事实和感性认识是建构概念的基础
“应为学生的学习设计怎样的学习路径?”“哪些生活经验有助于学生理解和建构核心概念?”笔者在研读《标准》和教材的基础上,找寻学生“最近发展区”,决定采取以“肽键”为线索、以实验为先导,围绕“肽键”认识蛋白质多样的结构与功能相适应的教学策略,尝试对“组成细胞的分子”这类比较枯燥乏味的内容进行探究式教学,帮助学生在相关生物学事实和一般概念的基础上,构建相应的核心概念。
新课伊始,用什么样的导言既能贴近学生生活又能直切主题?思前想后,笔者决定以问题“早晨大家都吃了什么?”(鸡蛋、面包、牛奶)“为什么要吃鸡蛋、喝牛奶?”(含蛋白质多)“怎么能证明鸡蛋和牛奶中含有蛋白质呢?”导入新课,然后,逐一在装有等量清水、蛋清、牛奶、豆浆和淀粉液的试管中滴加3滴双缩脲试剂,当试管中液体变色后,又问学生“哪个液体含有蛋白质?”学生脱口而出“蛋清、牛奶和豆浆”。学生的答案虽然正确,但是细致分析,它并不是通过实验结果得出的,而是凭借先入为主的生活经验(前概念)判断出来的。教师不能被这种假象所蒙蔽,于是追问“怎么知道蛋清、牛奶、豆浆中还有蛋白质?”(试管中的颜色发生了变化)“清水和淀粉液与双缩脲试剂结合后也有颜色变化呀!”(学生无语……)
教师利用“蛋白粉溶液+双缩脲试剂产生紫色反应”为“标准”,解释双缩脲试剂能识别蛋白质结构中的“肽键”,并形成紫色化合物(络合物)。用这支试管的颜色与其他各试管的颜色比较,说明蛋清、牛奶和豆浆中含有蛋白质。随后,紧紧围绕“什么是‘肽键’?;“‘肽键’在哪儿?”“肽键’和蛋白质是什么关系?”开展后续的教学。
上述教学处理,既能很好地利用感性和直观材料,帮助学生在事实的基础上建构新概念,又能体现生物学科作为理科的教学特色。
(2)充分的学习体验有助于构建相应的概念
生物课程期待着学生主动参与学习过程,在亲历提出问题、获取信息、寻找证据、检验假设、发现规律等过程中习得生物学知识,养成理性思维的习惯,形成积极的科学态度,发展终身学习的能力。在传统教学中,教师往往忽略学生的学习体验过程,“一言堂”比比皆是,且过于关注琐碎的知识内容。其实,学生 不需要记忆那些细枝末节的信息或孤立的事实,而是需要从大量事实和学习的体验中,理解其中的规律,形成相应的概念和原理,并能将这些概念和原理迁移应用于新情境中。
例如:在认识氨基酸结构特点时,先用类比方法,引导学生理解蛋白质与淀粉一样,也是由小分子物质构成的多聚体,即氨基酸是蛋白质的基本单位。而后出示三种氨基酸结构简式(见图2),请学生说出它们的异同,概括出氨基酸的通式。随后,让学生辨认四种不同类型氨基酸的氨基、羧基和R基。最后,展示20种氨基酸的结构简式,明确氨基酸的不同主要是R基不同,R基的结构特点决定着氨基酸的特性。
又如:在认识“肽键”时,先让学生观看氨基酸“脱水缩合”课件(动画),然后让他们说出“肽键”是怎样形成的,在哪里形成的以及组成。以此逐渐认识经“脱水缩合”形成二肽、三肽和多肽的概念。
还有,在认识蛋白质分子结构多样性的原因时,先提出问题“20种氨基酸能够合成多少种蛋白质呢?”学生在不知如何回答的情形下,出示两种“九肽”的氨基酸组成:①半胱氨酸—酪氨酸—异亮氨酸—谷氨酰胺—天冬酰胺—半胱氨酸—脯氨酸—亮氨酸—甘氨酸;②半胱氨酸—酪氨酸—苯丙氨酸—谷氨酰胺—天冬酰胺—半胱氨酸—脯氨酸—精氨酸—甘氨酸。让学生分析这两种“九肽”的区别,并认识到虽然都是“九肽”,由于氨基酸种类和排列顺序不同,其生理功能完全不同,①是催产素,②是加压素。再利用“镰刀型细胞贫血症”的实例,说明由570多种氨基酸组成的血红蛋白,只要有一个氨基酸发生错误,就会造成蛋白质空间结构发生变化,功能也发生改变——携氧能力大大下降。在充分的事实面前,学生会逐渐认识到,组成蛋白质分子的氨基酸种类、数目、排列顺序和肽链盘曲、折叠方式的不同,都是决定蛋白质分子结构多样性的原因,进而理解蛋白质功能多样性的原因。
实践证明,让学生经历充分的学习体验,可以使他们在主动学习的过程中,加深对事实的观察和分析,逐渐体会事实背后所蕴含的深刻生物学原理和本质,进而顺利地建构科学概念。
(3)建构概念的意义在于新情境下的应用
概念放在一定的应用情境下才会显得生动和有意义。对于教师来说,帮助学生建构知识框架,形成正确的概念固然重要,但是,如果把这些概念“束之高阁”也就失去了原本意义。所以,构建概念重在应用。
例如:学生形成了“具有一定空间结构的蛋白质,才能有生物学功能”的基本概念后,可继续提问:“生鸡蛋含有蛋白质,煮熟的鸡蛋呢?”学生经过思考后,答出蛋白质变性问题。教师追问:“蛋白质变性后,是否还属于蛋白质[提供论文和论文的服务]呢?”教师演示:加热试管中的蛋清后用双缩脲试剂检验,结果为“紫色”,说明熟鸡蛋仍是蛋白质,因为“肽键”还在!继续比较“生蛋清”和“熟蛋清”的“紫色”,发现“熟蛋清”比“生蛋清”深。引导学生分析:加热改变了蛋白质的空间结构,暴露更多的“肽键”与双缩脲试剂反应后颜色加深。
通过这个环节的设计,学生对“肽键”是蛋白质特有的结构,认识更加深刻。与此同时,还学会了在新的问题情境下,利用概念解决问题的方法。
2.建构核心概念的程序
掌握核心概念需要学生主动建构,而非依靠教师的机械灌输。因此需要一套有效的教学程序。北京教育学院的胡玉华教授以图解的形式作了如下页图3所示说明[4]。
笔者依据上述教学程序对“蛋白质”一节进行了教学实践,收到了良好的教学效果,见下页图4所示。
三、建构生物学核心概念的反思与体会
“在课堂教学中,核心概念应成为课堂教学目标之一。在制定教学目标的过程中,教师需要思考:核心概念之间的联系,核心概念与原有概念之间的联系以及核心概念与其他相关概念之间的联系。”[5]在“蛋白质”一节的教学中,虽然涉及了一些生物学事实或事实性的概念,但这还不足以使学生构建出“蛋白质是生命活动的主要承担者”这一核心概念,以及与它相关的更上位概念“细胞是由物质分子组成的,不同的物质承担不同的功能”。因为学生的学习主要是通过课堂教学一课时一课时地理解和不断积累的过程。对核心概念的认识,也是在获得大量事实和一般概念的基础上,逐渐概括和建构起来的。
所以,要想使学生对“蛋白质”有更为深刻的认识,还须在日后不断地学习中,引导学生逐渐体会相关概念之间的联系、不同层次概念之间的关系,为建构核心概念奠定基础。
此外,在进行教学设计时,教师要有“单元”设计意识。要能将“单元”或核心概念拆分为若干相关的基本概念,作为该单元不同课时的教学目标实施教学。对于每课时的教学,绝不能只停留在让学生记住一些简单的生物学事实的水平上,而是要关注事实背后的内涵,关注通过事实抽象出来的概念,使学生通过一个“单元”的学习,能概括出某类生物学事实总体特征和规律性的东西,并以此建构合理的概念框架,进而提高在新情境际问题的能力
1.高中生物与人文学科教育的联系
在高中阶段,人文学科教育主要包括语文、历史、政治、英语和地理等。
1.1与语文的联系
生物现象与文学作品间的联系随处可见,在一些古典诗词、成语中随处可见生物学问题的影子,前人已经作了不少总结,在此仅举几个例子予以说明。
1.1.1诗词中的生物学
1.1.1.1“独立寒秋,湘江北去,橘子洲头。看万山红遍,层林尽染;漫江碧透,百舸争流。”是高中语文第一册中的诗词《沁园春.长沙》中的诗句。
万山红遍,层林尽染,与唐代诗人杜牧的诗句“停车坐爱枫林晚,霜叶红于二月花”异曲同工,都是描写秋天的景象。这种动人的自然秋景是秋天气温渐渐降低、紫外线照射强烈等外界因素造成的。在低温的作用下,叶绿素逐渐分解,同时叶脉的运输能力逐渐减弱,叶子白天通过光合作用制造的糖分不能完全运出叶子,叶子里的糖分越积越多,可溶性原糖多了,就形成了较多的花青素,同时细胞内pH值改变,呈现酸性,使花青素表现出红色,秋天红叶的种类如枫叶黄栌、槭树、柿树等。
秋天,也有些植物叶肉细胞衰老,叶绿素的合成速度低于分解速度,叶绿素含量相对减少,类胡萝卜素分子比较稳定,不容易破坏,所以叶片逐渐呈现类胡萝卜素的颜色——黄色,故而会出现“黄叶地”的景色。如银杏树,每到秋天淡黄色的小扇子型的叶片落在地上,令人不忍踩踏。
1.1.1.2《采桑子·重阳》是新高中语文收录的又一首诗词。“人生易老天难老,岁岁重阳。今又重阳,战地黄花分外香。”寥寥数语展现了深秋季节战地的壮丽景象。杜牧的《九日齐山登高》:“尘世难逢开口笑,菊花须插满头归。”也是描写重阳日的菊花。
深秋季节,霜后万木萧瑟,唯独菊花傲霜盛开。菊花为菊科菊属,多年生宿根亚灌木花卉。是短日照植物,适应性较强,喜凉,耐寒,生长适温18℃—21℃,最高32℃,最低10℃,虽然水稻、牵牛花、苍耳、大豆等,都是属于短日照植物,但它们不耐低温,中秋前后就成熟枯萎了。
短日照植物是指给予比临界暗期长的连续黑暗下的光周期时,花芽才能形成或促进花芽形成的植物。在自然界中,在日照比较短的季节里,花芽才能分化。夏至过后,日照渐短,许多热带、亚热带和温带秋季开花的植物多属短日照植物,要使短日照植物,即秋天开花的植物提前开花,就要对它们进行短日照处理。在日照长的季节,进行遮光短日照处理,能促进开花,若长期给予长日照,就抑制开花。利用短日照进行促成栽培的花卉有:菊花、一品红、玉海棠和三角花等。
冬至过后,日照渐长,春夏季开花的植物多属长日照植物,指给与比临界暗光期长的连续光照下的光周期时,花芽才能形成或促进花芽形成的植物。春天开花的花卉多为长日照植物,如紫罗兰、蒲包花、天竺葵、瓜叶菊、四季报春、金鱼草、三色堇等,对它们进行长日照处理可提前开花。
利用光照处理能达到鲜花周年供应,不但能美化环境,而且能增加经济效益。
1.1.2成语中的生物学
1.1.2.1燕雀安知鸿鹄之志。
语出《史记·陈涉世家》:“陈涉太(叹)息曰:‘嗟乎!燕雀安知鸿鹄之志哉!’”意思是说像燕子和麻雀这样的小鸟哪里知道鸿鹄的志向,比喻平庸的人不能了解杰出人物的远大抱负。鸿鹄就是天鹅,形状像鹅,体型较大,全身白色,脚和尾都短,脚黑色,有蹼。居住在海滨或湖边,善飞,吃植物、昆虫等,是候鸟。候鸟指随季节而变更栖息地的鸟类,如燕子、杜鹃等春夏来我国繁殖,秋季飞到印度过冬,是夏候鸟;野鸭、大雁、天鹅春季飞到较远而且较冷的地区繁殖,秋季又飞回原地区的鸟类为冬候鸟。留鸟则是终年生活在一个地区,不到远方去的鸟,如麻雀、画眉、喜鹊等。
1.1.2.2“良禽择木而栖”,候鸟选择适于自己生活、繁殖的地区栖息,因此,践行党中央提出的科学发展观,更加重视人与自然的和谐并存,保护环境,是我们长期的任务与责任。
1.1.2.3螳螂捕蝉,黄雀在后。
语出《庄子·山木》,汉代韩婴《韩诗外传》和刘向《说苑·正谏》。这反映了捕食(食物链)和适应的相对性。螳螂全身绿色或土黄色,头呈三角形,前腿呈镰刀状,活动灵敏自如,能出其不意地捕食昆虫,这是生物对环境的适应。然而有时螳螂却顾此失彼,在全神贯注地捕食蝉的同时,没有发现身后的黄雀,而被黄雀捕食,这正是适应相对性的最好体现。此外,螳螂吃蝉,黄雀捕食螳螂,这也反映生态系统中各生物之间的食物关系,属于食物链的一部分。食物链是指在生态系统中,各种生物之间由于食物关系而形成的一种联系。这句成语隐含的一条食物链就是:植物—蝉—螳螂—黄雀,在这条食物链中,植物是生产者,属于第一营养级,蝉、螳螂、黄雀都是消费者,分别属于第二、三、四营养级。
1.2与历史的联系
1.2.1生命科学发展史
对学生进行生命科学史教育对于提高学生的生物学素养乃至人整个科学素养和综合素质有积极的意义。重大科学发现过程不仅体现了科学家以严谨的科学态度、严格的科学方法、敏锐的观察思维对自然现象和自然规律进行的艰苦探索,还体现了科学家的个性、爱好,以及观点,在竞争与合作中形成的学术思想上的融合、碰撞和冲突,也反映出社会和学术群体的评价给予的鼓励、包容和压力。
人教版高中生物教材在必修模块《分子与细胞》、《遗传与变异》、《稳态与环境》中引入了很多科学家的经典实验,同时还增加了较多的科学研究方法和思想,是很好的进行生命科学史教育的材料。现将部分经典科学实验及所蕴含的科学态度和科学精神汇总如下。
必修模块中部分经典实验所蕴含的科学态度和科学精神一览表
1.2.2历史生物学
时间是生物的发生发展的尺度之一。在较大的时间尺度上,例如在不同的历史年代,有不同的生物出现,结合化石资料,就形成了古生物学,关于生物进化的很多证据就来自于化石、孢粉等;在较小的时间尺度上,例如在人类文明诞生以后,如研究近几千年来人口的增长、植被的破坏在不同历史时期的情况,则是历史生物学。人教版高中生物课本必修三“稳态与环境”中118页“人口增长对生态环境的影响”一节,就有关于我国历年来人口增长情况的图表。
1.3与政治的联系
生物与政治之间的联系主要表现在与 哲学方面的联系,如辩证思维。辩证思维是在思维活动和感性经验的基础上,以概念、判断和推理为基本形式,按照唯物辩证法的基本规律而进行的思维活动。高中生物新课标在阐述课程目的时明确指出:“通过高中生物课程的学习……树立辩证唯物主义观点,养成科学态度和科学精神,树立创新意识,逐步形成科学的世界观。”对课程目标的规定是:“通过生物学知识的学习,初步形成生物体的结构和功能、局部与整体、多样性与共同性相统一的观点,生物进化观点和生态学观点,树立辩证唯物主义自然观,逐步建立科学的世界观。”
生命科学与辩证唯物主义哲学有着极其密切的联系,首先,生命科学是一门自然科学,辩证唯物主义的产生本身就是以自然科学的发展为重要前提的,生命科学为辩证唯物主义的基本内容和基本观点提供了丰富的论证材料;其次,哲学是对科学规律的高度概括,哲学对自然科学的发展具有普遍的指导意义,哲学是“全部科学研究之母”。
在高中生物教学中渗透辩证唯物主义教育的主要内容应该主要包括以下三大方面:(一)生命世界的物质性及其运动规律;(二)生命世界的普遍联系与矛盾;(三)辩证唯物主义的实践—认识—再实践—再认识,以至无穷的认识论。
以对立统一规律为例,生命现象中普遍存在着局部与整体、结构与功能、个别与一般、个性与共性或称做多样性与共同性等方面的对立统一。生物体结构和功能的统一性是生命科学基本的观点之一,如叶绿体、线粒体的结构分别与光合作用、呼吸作用相统一;这些自身结构在各有其结构和功能的特点的同时,又相互联系,组成一个统一的整体,如神经的兴奋和抑制、激素作用的二重性等现象就是局部的对立而整体上的统一的典型实例。生命世界最常出现的就是在一般规律中的例外,是特殊的个别,因此,在教学中讲解概念、规律时要特别注意概念、原理的外延及适用范围,具体问题具体分析。我们从个别出发,归纳总结,上升到一般,从现象上升到本质,然后必然将一般作用于具体的个别,解决个别的问题。比如,含有性别决定基因的性染色体相对于其他常染色体而言是特殊的,任何杂交遗传都是两性的结合,都在形成生殖细胞过程中存在同源染色体的分离、交叉互换和非同源染色体的自由组合,XY染色体的遗传同样符合自由组合规律和分离规律,这是常染色体与性染色体的遗传共性。所以,在涉及伴性遗传的现象解题时要分析XY的行为,而不必写常染色体,同理,分析常染色体遗传时尽管也涉及父母亲代,但不必动辄写上XY。
1.4与地理的联系
生物知识与地理的关系非常密切,由于人类的生活需要和生产活动,很早就接触到植物的种类和分布问题。如早在公元前300年,“植物学之父”、古希腊Theophrastus随军记述了沿途观察到的不同植被和植物,并根据植物的经济用途或生长习性进行了分门别类。我国在公元前11世纪至几世纪的古代着作中,就有关于植物种类和分布的记述,如《诗经》中记载了200多种植物,并记载古代汾河下游,山(山地)有枢、栲、漆等树木,隰(低地)有榆、杻、栗等树木,秦岭山地多松树、竹类,还有桑、杞、栲等。随着近代科学的发展,主要研究生物与地理之间的关系形成了生态学和生物地理学两门重要的学科。
在高中生物教材中,生物与地理之间的联系主要体现在环境和生态两个方面,如人教版高中生物教材必修三“稳态与环境”的后半部分主要是关于生物与地理(环境)之间的关系,主要是生态学方面的基础知识。
例外,在地理中还有一个方面体现出与生物之间的关系,这就是地名,一是很多地名中都包含了生物名称,如宝鸡、榆林、枣庄、龙州、梧州、桐乡、虎牢关、狼牙山,等等;二是一些地名与生物故事有关,如淝水、八公山与风声鹤唳、草木皆兵有关系;三是许多少数民族或国外的地名原来的意思里有生物的元素,如包头,蒙语的意思是有鹿的地方等。
1.5与英语的联系
高中生物与英语之间的联系相对较少,主要体现在以下几个方面:(1)生物学名词都有一个英文单词相对应,这样学生在学习的过程中可以双向记忆;(2)许多英语课文的内容与生物有关,学生如果对生物的知识了解比较多,就很有利于对英语的学习;(3)许多英文谚语描述的是生物学现象,如Love me,love my dog.与成语爱屋及乌同义,The fox preys farthest from his hole.翻译成汉语就是兔子不吃窝边草等。与英语的联系是目前在教学实践中着力最少的方面,急需发掘,这需要老师在上课的时候多注意,多引导
一、前言
传统的大班级制授课在今天的高中生物教学实践中越来越显示出它的不足。“要改变过于强调接受学习、死记硬背、机械训练的现状,倡导学生主动参与、乐于探究、勤于动手,培养学生搜集和处理信息的能力、获取知识的能力、分析和解决问题的能力以及交流与合作的能力。达到这些目标,就需要小班化教育!”开展高中生物小班化教学探究不仅是改变当前高中生物课程教学低效的要求,也是高中新课程改革与时展的要求。新课程改革要求我们积极转变教学理念,在教学过程中,做到以人为本,关注学生个体发展的差异,挖掘学生潜能,努力培养出适应时展需要的高素质人才、创新性人才。
二、小班化教学优势分析
“小班化教学强调让每个学生受到充分的教育,强调因材施教和发展学生的个性,有利于培养学生的创造力。”小班化教学更好的贯彻新课程教学理念,关注每一个学生的发展;它考虑学生个体之间发展的差异性,并针对学生的差异性进行因材施教;小班化教学学生人数相对较少,学生能够占有最优学习空间与时间,享受最优教育资源,有效改善受教育条件,发挥自身主观能动性;小班化教学能够有效促进课堂师生、生生互动,形成和谐的课堂氛围;能够有效综合各种教育因素,激发每一位学生潜能,增强体验,有效提升高中学生的生物科学素质。
三、高中生物小班化教学实践
1.优化学习环境,激发学习意识
在高中生物教学实践中,我认识到良好的环境能够有效调动学生学习生物的主动意识,“创设具有教育性、开放性、生动性且安全性的教学环境,对于陶冶学生的情操,激活学生的思维,融合师生情感,转变教师观念,有着不可估量的积极作用。”首先,我根据高中生物小班教学师生互动的需要,优化课桌椅排列设计,优化生物实验室布置,便于学生进行合作学习,便于师生课堂互动,打破空间隔离感,拉近心理距离,激发学习需求;其次,我为学生提供最优学习条件。生物课程是一门科学性、实践性较强的学科,需要我们借助现代教学媒体辅助教学。我在学校条件允许的前提下,运用录放机、投影、计算机、校园网络等设备来改善学习条件,增强生物课堂趣味性,扩大学生视野,激发生物课程魅力等;第三,我努力营造和谐的课堂氛围。在小班教学实施过程中,我注意融洽师生关系,激发学生学习心理;加强课堂语言艺术研究,课堂用语多一些尊重,多一些幽默,多一些激励;巧妙运用好体态语言,表达我的关爱、我的肯定等。
2.针对学生差异,实施因生施教
反思传统大班制教学,我发现大班制教学学生人数多,教师往往容易忽略学生发展的差异性,导致一部分好学生学有余力,一部分基础薄弱学生学习力不从心等,严重挫伤了学生生物学习的兴趣。小班化教学规模小,教师精力集中,便于我们了解与把握每个学生的生物学习情况,针对不同的学生实施教学。首先,我针对学生生物素质发展的差异性对学生进行分类,根据学生之间的差异性设计出不同层次的教学案。教学案预习板块,我主要设计了知识回顾、预习新知、预习质疑、预习自测等几个板块,帮助每一个学生梳理已有知识,预习新知并进行自我问题发现;其次,我采取恰当的课堂教学形式,成立探究问题组,引导学生进行课堂学习与生物实验,并优化教学策略,根据不同学生的课堂学习实际给予指导;第三,依据学生生物学习能力类别,分层进行作业设计。通过为每一个学生设计生物学习方案,组织生物教学,使他们都能在生物学习中,学有所得,获得学习成就感。
3.优化教学策略,提升教学效率
在长期生物教学实践中,我认识到“小班化教学”中“小班”只是高中生物课程改革的外壳,它的本质应该落实在生物“教学”。我深知高中高效生物课堂打造离不开有效的教学策略,在高中生物教学实践中,我注意优化教学策略来提升生物课堂效率:小组教学法,对学生进行合理分组,充分发挥集体智慧,培养学生竞争意识;分层教学法,针对不同个体生物科学素质不同,有针对性的进行因材施教;游戏教学法,根据教学内容巧妙的穿插游戏,增强直观感受与课堂教学的趣味性;情境教学法,生物课程操作性强,在教学过程中模拟生物科学情境,引导学生进行情境体验,增强学生的动脑、动手能力。任何一种教学策略的运用都要充分考虑学生个体特点与课程教学内容特点,要致力于提高课堂教学效率与学生生物科学素质。
4.实施多元评价,调整学生学习
任何一种教学评价都是为了更好的调整教学行为,促进学生的学习与素质的提升,所以小班化教学要实施多元化学生评价,以评促教,以评促学。在生物课程评价主体上,我综合教师、学生、小组等主体,将师评、互评、自评、组评相结合,使评价更全面客观;在评价内容方面,除了评价生物基础知识外,还评价学生的课堂表现,小组合作探究能力,生物实验操作能力,创新能力等;在阶段上,综合学生平时学习情况、期中评价、期末评价等,合理安排分值比例。努力打造动态、多元、立体化生物课程评价,同时考虑学生评价的导向性与激励性。
四、结语
高中生物小班化教学探究是一项长期而复杂的工作,只要我们每一位高中生物教师能够本着一颗探求之心,在生物教学实践中不断加强探索,精心设计每一节课,一定能够推动高中生物小班化教学,提升每一位学生的生物科学素质。
现行的生物教材中,多以图文并茂的形式呈现,插图多为图或图群,文字是精炼版的总结。高中《生物》必修单元中图群就有200多幅,表格近40余个,占据了很大的比重。因此,在生物教学中,如果能合理运用这些图群,引导学生看图、识图、分析图,就能起到意想不到的教学效果。本文针对高中生物教材中如何合理运用图与图群,谈谈自己的看法。
一、图与图群的应用例谈
高中生物教材中,图与图群大体由生物结构模式、生理过程模式、实验才做流程、曲线坐标以及遗传类图谱组成,本文以具有代表性的几类作为分析重点。
1.生物结构模式
以结构为基础是生物体的基本功能。只有掌握了生物结构才是抓住了生物的根本。而生物的微观结构是肉眼看不到触碰不到的,一般很难让学生接受。因此,在介绍生物结构时,教材中多以图像展示出生物体微观结构,让学生能更直观更形象的观察其生物体。只有学生对生物体的结构掌握了、熟知了,才能在你脑中形成鲜活的影像记忆。
如,在学习《细胞结构》时,将植物或动物的细胞显微结构图呈献给学生,学生就能直观的了解细胞的形态以及组成结构等。再通过教师的引导,让学生从读图入手,确定细胞中的微结构名称以及结构形态、位置、特点,让学生能主动比较其结构的异同点。同时,在读图的基础上,结合课本内容,详细分析说明细胞结构的功能就更能突出生物学观点,最后,将学到的知识整合到一张图片上,并回忆所学内容,就能起到强化知识、巩固知识的作用。让学生理解生物学是一个统一的整体,作为一个有机结构,生物体之间的结构与功能是莫不可分的,这样一来既揭示了生物体内的本质联系,也达到了巩固记忆的目的。
2.生理过程示意图
生物教材中的难点多为复杂的生理过程,仅凭教材中的文字叙述,学生往往会感到无从下手,势必造成记忆混乱,知识点混淆不清。现行的苏教版教材中,将这些复杂的生理过程用图群的模式表现出来,利用图群进行有效降解,这就比单纯的文字叙述要清晰很多。如在讲《有氧呼吸》一课时,我先用多媒体以图文并茂的形式展示有氧呼吸的过程,学生通过读图就能了解有氧呼吸的阶段,并在每个阶段提出这样的问题:(1)该生理过程完成的场所在哪里?(2)完成所需的条件是什么?(3)该过程中物质和能量有哪些变化?影响因素有哪些?接着引导学生分析图群并归纳每个阶段的能量和物质变化。这样学生不仅在读图的时候思考问题,也在思考中培养了分析能力和语言概扩能力。
二、图与图群教学的应用体会
1.配好图解
插图是教材中语言文字叙述的眼神,只为说明深化基础知识,因此,只有配好图解才能让插图找到合适的落脚点。在教师备课过程中,首先要观察插图、分析插图,弄清楚插图具体要说明什么,其次,从学生的认知程度和分析能力入手,根据教学母庙采取合理有效的教学方法。从而引导学生正确的完成插图的分析和观察。
2.培养学生读图意识
在实际教学过程中,会发现很多学生在阅读时过分的倚仗于文字,将插图当成普通图片,从而忽略了插图的重要性。因此,教师要着重培养学生的“图意识”,从看图、读图、用图入手,学习和巩固基础知识,并解决已有问题,让插图能发挥其在教学(学习)中的作用。
3.多元化教学手段结合
很多教师都清楚,图与图群并不是孤立存在的,尤其是对学生难以理解的概念。如果教师及时利用标本、多媒体等手段帮助学生分析理解图或图群,教学效果会更加显着。如,《有氧呼吸过程》,如果在插图的基础中将静态的过程变成电子动画,学生消化相关知识的时候会更加明显。
4.彩图与黑白图片配合使用
现行教材中,插图多为模式图或显微图,相比而言,彩图增强了真实感与科学性,但彩图不易理解,这就需要黑白图片的配合,如果在习题中黑白图与彩图相配合,学生就不会有看不懂图片的情况发生。近几年的高考题目中,图像题的比例很大,同时会出现一题多图的复杂形势,这就需要学生有极强的图文转换能力,因此,在教学过程中,教师要引导观察、分析图群中所提供的信息,从而培养学生通过曲线、插图、数据所提供的信息来解决生物学问题的能力。
三、结束语
综上所述,图与图群现在已经是生物课本之中的重要组成部分,教学中巧妙的运用不仅仅可以辅助教师提高教学质量,还可以极大的提高学生们各项综合能力,从而提高生物教学的教学效率。同时,教师要注重其在教学中的作用,根据实际教学情况,巧妙的运用这些图片,让读图变成有条理性的思维思考、探究的过程。
现行的生物教材与老教材相比，进行了较大幅度的调整，无论从教材的内容编排，知识结构，新旧知识的衔接来看，都有了一定程度的变化、提高和创新。新编教材的每章均以插图引出，课文中穿插了“想一想”、“课外读”、“小资料”等栏目。这些内容一般不作为教学要求，只供学生课外参考，相对于教材的正文，笔者暂且将这部分内容称为“客体性内容”。然而仔细审视这些“客体性内容”，我们可从中发现它们有如下一些潜在功能。
1 承导功能
每一章的开头均有一段配有说明的插图，它具有引入新课的功能。但不是简单、生硬的“开场白”，而是以它为知识背景或实际问题引入该章所要学习的主要内容，以它为背景既可向学生介绍了有关生物概念，又可带着由实际问题抽象出生物概念的过程，还可给学生说明生物概念是从我们生活中逐步抽象出来而存在于生产与生活之中，为生产和生活服务，并在生产和生活中发展的事实。
课本中还有一些“想一想”和“插图”具有一定的承接功能，如“第一册中植物对水分的吸收和利用”这一节内容中有一插图描绘了土壤溶液中的水分向导管移动的两条途径，这正是从初中学过的水分代谢这一知识入手，更进一步理解植物体对水分的吸收过程。植物的矿质营养中以“想一想：初中学过程的N、P、K、B在植物生活中各自所起的作用？”引入矿质营养对植物的生命活动有重要的作用，从而更进一步学习矿质元素在植物体内的作用，最后通过总结缺乏这些元素植物体会出现什么症状，这样既学习的新的知识又与生活生产密切相关，它既发挥了承上启下的作用，又是衔接初中生物的重要一环。人和高等动物生命活动调节中直接回忆什么是激素及激素的作用，来引入新课的学习，使学生感觉到学习新知识是在原有知识基础上的提升，并为进一步学习打好基础。由此我们发现这些内容有些既是旧知识的延续，又是后续学习的铺垫，学生从中往往会体会到其中蕴含着的生物学思想和方法。教师充分利用好每一章这些内容，使生物思想方法充分得到渗透，使学生逐渐领会，理解甚至掌握其中的生物学思想方法，只有这样，才能真正展现客体性内容的承导功能。
2 德育功能
生物学新大纲明确指出：“对学生进行观念态度教育，要做到潜移默化，寓德于教。既要克服单纯传授知识、忽视德育的倾向，又要克服脱离学科教学内容空洞说教的倾向。”德育渗透于生物教学是时代的需要，也是高中生物教学的一项重要任务。翻开高中生物教材，我们不难发现古今中外无数生物学家及生物工作者和仁人志士不畏艰辛，努力探索，刻苦追求而形成了“生物”这门科学。研读它的历史会使学生受到启迪，心灵上受到熏陶，精神上得到享受，有助于对生物本质的认识和理解，有助于树立科学的世界观。还有许多环境保护方面的小知识与思考题，可对学生进行环保教育，进一步懂得人类要与自然和谐发展的道理。
如：教材的绪论部分对达尔文、孟德尔、沃森和克里克的研究，我国在分子生物学研究方面取得的举世瞩目的成就；新陈代谢中介绍了斯巴兰让尼的发现；教材中让学生思考臭氧层的破坏对植物和人体有什么危害？如何保护臭氧层？等等。
上述内容，不仅可扩大学生的知识面，同时也具有一定的德育功能，可激学生学习积极性并培养学生积极投身保护环境的主人翁精神。
3 消化功能
高中生物新编教材设计了许多“辅助教材”，其中相当一部分是对新授知识点的回顾与反思，对于进一步巩固掌握所学的知识，具有一定的消化功能。
如：第一册中绪论中“想一想：将一粒石子扔进水里，水面会出现波纹。这与生物的应激性有什么不同？”对所学的应激性的概念再次检阅。教材细胞分裂中“想一想：细胞分裂间期是细胞分裂的‘间歇期’，这时的细胞处于静止状态，这种说法对吗？”对细胞周期这一知识的再次巩固。生物的个体发育中“想一想：同一植物胚和胚乳细胞染色体数目一样吗？”可以检查学生对有丝分裂及双受精的熟练掌握程度与准确性。等等。
从上述的几个例子中，我们可以看到，教材中所设计的这些辅助内容同样起到对所学知识的消化功效，只要教师引导学生认真扎实地对待，可以相信，这些内容一定能帮助学生进一步巩固、掌握新知识，甚至会收到事半功倍的良好效果。
4 拓展功能
新教材在许多章节后都增加了“课外读”、“课外科技活动”等，在正文旁也加了“小资料”，这些都是正文的拓展，有助于扩大学生的知识面，对发展学生的智力、激发学生学习兴趣有非常重要的作用。如教材中安排了“细胞工程”、 “发酵工程”、 “植物性神经调节”、 “‘试管婴儿’的问世”、 “生物圈漫谈”等课外读的内容；还安排了“红螺菌”、“同位素标记研究法”“细胞识别的原理”等小资料及“利用无土栽培技术培养植物”和“观察青蛙的发育过程”等课外科技活动的内容。诸如此类内容有相当一部分已成为高中升学考试中很好的命题素材，我们不仅应当看到这些内容的实际价值，更应该认识到它们潜在的拓展主体性知识的功效，积极主动地引导学生自主地学习这部分内容，充分发挥出其应有的功能。
5 探究功能
现行 高中生物教学大纲体现了国内外高中生物课程改革的某些成果，特别是提出了要培养学生的创新意识和实践能力，尤其要注意培养学生能运用生物学原理解决实际问题的能力，注意通过专题性与综合性的探究过程，培养学生跨学科的应用能力和创新意识。新编生物教材中安排了一系列的“小问题”有助于将学生带上探究之路。如在光合作用中恩吉籽尔曼实验旁提出“恩吉尔曼的实验在设计上有什么巧妙之处？”讲利用生长素能获得无子番茄、黄瓜等时提出“能不能用其它方法培育无子果实？”在植物的其它激素（功能）中提出“在一箱未成熟的柿子中，放入几个成熟的梨，结果这箱柿子很快就成熟了。这是为什么？”等等，这些小问题都能很好地调动学生积极投入探索，从中掌握生物学研究方法，利用生物学知识来解决实际问题。另外课本中还安排子大量研究性学习的内容，让学生参加也可提高学生的科研能力。
6 启示功能
教材中设置的小问题除了以上的功能外，还能对学生的各方面起到启示的功能。如“生活在沙漠中的仙人掌和海中的鲸，组成它们的化学元素是否大体相同？各种化学元素在这两种生物体内的含量有没有差别？”属于知识对比上的启示。“在临床上，医生常给病人点滴输入葡萄糖，这样做起什么作用？为什么？”属于应用意识上的启示。“将一粒石子扔进水里，水面会出现波纹。这与生物的应激性有什么不同？”属于解题方法上的启示。“在人的一生中，体内蛋白质在什么时期合成大于分解？在什么时期分解大于合成？”属于记忆方法上的启示。教材中的这些内容从不同角度对学生的学习方法起到启发的功能。
我们积极深入研究教材中安排的每个“客体性内容”所起到的功能，并将它们应用于课课教学中，可充分发挥其潜在功能.
随着我市高中段教育的发展,我市初升高的比例越来越高,从1997年50.25%上升到2002年的83.58%,2005年的93%,以及到2010年全面普及高中段教育。越来越多的学生接受了高中教育。但从事普通高中教学的教师可能有所体会,很多升入高中的学生学习成绩不均衡,学习主动性差,尤其是在他们心目中认为是“副科”的一些学科,学习兴趣差、无动力。那么如何激励学生的学习兴趣与求知欲望,提高学生学习的主动性和积极性是广大教师普遍关注的问题。以下是我在多年的教学实践中所探索的几点体会。
一、讲好第一堂课
俗话说:“良好的开端是成功的一半”如何在第一节课开始时就吸引学生的注意力,牵住学生的思维,引导学生对该学科的兴趣。关键在于教师对于第一堂课的教学,不应局限于一堂课,应是一块敲开知识大门的砖。那样即使原本是对这门学科有偏见的学生也自然而然会被你牵到身边,吸引住了他。
例如我在讲第一堂课《绪论》时,我就问同学,我国98年的洪灾、2003年的非典,2004年印度洋的海啸,2005年美国的卡里亚娜飓风以及2005至今的禽流感知道吗,了解吗,体会到了吗。一下子就把学生吸引住了。学生就知道这门学科与自己的生活密切相关。同时我让他们讨论当今世界人类社会面临的人口爆炸、环境污染、资源匿乏、能源短缺和粮食危机等五大危机。然后,我总结生态学中是如何在解决这些危机中不可替代的作用。展望生物科学在新世纪巨大的发展潜能,灿烂的发展前景,如脑科学、光合作用、生物因氮等,明确“生物科学将是21世纪领先学科之一”。最后要求学生,作为跨世纪的新一代中学生,应该而且必须认真学习生物科学的基础知识,基本原理和研究方法,以适应未来工作和生活的需要。
二、采用灵活多变的教学方法
一成不变的教学方法,只会让学生厌倦,最终会失去听众,教师在讲课过程中应该学会多种教学手段。针对生科学科的特点,有些内容我们可以在教室上,更应该到野外上,如第八章《生物与环境》第九章《人与生物圈》中的许多内容,增强学生热爱自然,激发学生的求知欲望,另外可以应用现代化的教育技术、多媒体、投影仪以及许多报刊等。比如高中“细胞有丝分裂”一课,以前教师对全体学生讲课时只能从板书到挂图,即使通过实验观察洋葱根尖细胞的有丝分裂也只是静止的分阶段的图象,无法把活的生命现象以动态展现在学生面前,也无法把微观结构真实地展示出来。我利用现代多媒体教学手段,一方面向学生播放了鹿细胞和癌细胞有丝分裂的录像,另一方面,我利用Flash制作的动物细胞有丝分裂过程,把生物的图像展现在屏幕上,我根据教材、课程进展的需要,调节图像、控制图像,使其能静止或连续滚动播放,分开或合并,前进或后退,再配上文字、色彩,让学生对有丝分裂过程中染色体的复制、分离有一个形象的概念。通过这样的实时情景就可以帮助学生更好地掌握有丝分裂的有关内容,使他们的形象思维和抽象思维得到统一和发展。
三、加强学科知识活动
各门学科之间本来就有着千丝万缕的联系,本来就是研究同一事物的不同方面,将相关学科知识渗透进教学中,可加深学生对知识的理解,培养学生知识的迁移能力和综合应用能力。同时还有助于促进学生平衡发展各学科,为成为21世纪所需的综合型人才奠定基础。如内环境稳态的维持中,正常人血液中的缓冲物质是如何起到缓冲作用的?这就需结合相关化学知识(强碱弱酸盐与碳酸的性质)来理解。在计算遗传病的发展概率中,常常用到数学中的加法原则与乘法原则,数学中对该知识的学习滞后,因此,教师应结合有关实例讲明原则的实质及应用范围。光对海洋中植物分布的影响,涉及到不同波长的光在水的穿透能力不同,使之能到达的水层深度不同,这是决定水中植物分布的主要因素。进行大棚植物栽培时,地膜颜色的选择就渗透了物理学相关知识。
四、精心设计导入语,调动学生情绪。
有人人曾经把一堂好的课比喻为“凤头、猪肚、虎尾”,即开头要像凤凰那样引人入胜,可见导入新课是教学的一个重要环节。如果在这个过程中,精心设计好引导方法,注意唤起学生的兴趣,使学生在学习新课一开始就产生热烈的情绪,形成一个良好的学习状态,那么整个教学过程就有了一个可喜的开端。生物学教学导入新课的方法有很多,关键是将学生的注意力引导到课题的内容中来,抓住中学生的心理特点,将课题设计得比较“新奇”,就能使学生很快进入“角色”。根据多年的教学积累,我就根据不同情况和内容及设计各种形式不同的导言。
1、引用许多脍炙人口的古诗词。例如,在讲授高二生物第八章《生物与环境》时,可运用优美的古诗来导入新课:“天苍苍,野茫茫,风吹草低见牛羊。”“两个黄鹂鸣翠柳,一行白鹭上青天。”这样的诗词。既可丰富教学内容,又可最大限度地激发,培养学生的学习兴趣,调动学生的学习积极性,提高课堂教学成果。
2、引用成语、谚语和俗语。如我在讲提高二生物第六章《遗传和变异》时就借用“龙生龙,凤生凤,老鼠生儿会打洞”、“种瓜得瓜,种豆得豆”和“一母生九子,连母十个样”这样的谚语和俗语来引入。又如,在讲授高二生物第四章第五节《植物的矿质营养》时,就借用“庄稼一枝花,全靠肥当家”和“种在稼有收无收在于水,收多收入在于肥”来引入。这样极大地调动了学生的学习热情,牢牢地吸引了学生的注意力,使学生在轻松愉快的情境中学到了知识,既生动活泼、又富有情趣,乐在其中。
五、搞好学法指导,变学会到会学
教学的目的不在于教师的教而在于学生的学习,“授之鱼而不及渔也”的意思也表明最终的要求是让学生学会自主探索学习。只要我们能激发出学生最初的学习兴趣,相信他们一定会对该学科着迷,最后会自己去探索去研究。
高中生物新教材教学大纲的课程目标明确指出,要使学生“学会科学观察和实验的方法,初步学会提出问题,做出假设,设计并进行实验,分析和处理实验数据,作出合理的结论”和“养成实事求是的科学态度,养成勇于探索、不断创新的精神与合作精神。”与原教材相比,在学生实验项目中增加了研究性课题,其中包括探究型实验。
实验一般可分为技能型、验证型和探究型,其中探究型实验最能培养学生的创新意识,通过探究型实验使理论教学与实验教学有机地结合在一起,体现了科学方法之间的联系,使学生“脑”“手”并用,不但可以掌握生物学实验的基本实验技能,而且初步学会设计实验,探求新知识的方法,改变机械地“照方抓药”的实验方法,使高中生物实验跃上了新台阶。
如何组织学生做好探究型实验,现根据本人的教学实践,谈谈几点体会。
一、教师要转变教学观念
当今社会越来越强调教育要注重培养学生的创新精神和实践能力,而不是偏重于对学科知识的机械记忆,浅层理解和简单应用。原生物教材的长时间使用,使实验停留在技能型和验证型阶段,通常是教师把仪器、设备、实验材料、药品等都配备好,学生上实验课只是简单地操作、观察一下,其结果仅是学生只知道“是什么?”(部分学生没有预习实验指导,连本次做什么实验都不知道就仓促上阵)而不知道“为什么?”与旧教材相比,新教材在实验部分有了较大的改变,对原先的三个实验作了保留与改进,又增添了12个实验,6项研究性课题,教师可以从研究性课题或其他方面组织学生做探究型实验。
组织学生做探究型实验,教师既要成为学生的指导者、组织者、促进者,又要和学生平等参与实验研究,不能越俎代庖,将学生的研究引向既定的结论。应树立以学生发展为中心的教学理念,积极为学生提供信息,启发思路,介绍方法,引导质疑,探究和创新。培养学生独立思考的能力和创新精神,让学生在探究型实验过程中充分发挥自己的聪明才智。
由于新教材实验内容的增加,有些实验(包括研究性课题、探究型实验)是教师从未接触过的,教师必须改变以往那种只让实验员准备,教师上课的老一套方法,教师应亲自动手,取得第一手材料,从准备实验中发现问题,分析原因,找出对策。俗语说:要给人家一碗水,自己得有一桶水,教师应把实验课当作提高自己业务水平的重要途径。
二、关于探究型实验的选题
探究的一般模式是:发现问题——提出假设——实验与验证——结论。探究型实验也应遵循这一模式。
高中生物探究型实验的选题,应紧扣大纲和教学内容来设计。题在书外,理在书中。能使学生温故知新,兴趣盎然。如设计植物根的向重力性实验,由于学生在初中阶段已经学习了有关种子结构和种子萌发的条件等知识,并且大部学生已做过实验。因此实验应在这个基础上再来设计,使学生更深刻地了解植物根的生长具有向重力性的特点,层层推进,学生也易于领会和接受。
作为探究型实验,必须考虑它的科学性、实用性和可操作性。鼓励学生探索生产和生活中的实际问题。例如学习了生长素的生理作用,可让学生设计一个观察生长素(或生长素类似物)促进扦插枝条生根的实验;学习了植物的向光性,可让学生设计培育一株“S”形茎的牵牛花;学习了光合作用和呼吸作用,可让学生利用花盆或小块菜地设计提高大棚蔬菜产量的实验。通过这些小实验,培养学生探究实验习惯。
鉴于当前高中学生学习任务十分繁重,专业知识有限,所选题目应宜小不宜大,一般使学生用所学知识或收集资料后,既能探索未知的学习内容,又便于实验验证的知识为宜。
三、如何指导学生设计探究型实验
在设计实验之前,教师应教给学生设计实验的思路。一般的程序是:确定课题——提出假设——设计对照实验——观察和记录——验证小结五个阶段。
实验前,教师应尽可能给学生提供必要的实验仪器和药品,药品的配制可让学生自己动手。一些零星的实验材料如种子、枝条、小纸盒等可让学生自己去找。很多探究型实验,需要经过一段时间的观察和记录,故可安排在课外或家中进行。有些实验还可分小组进行,如观察植物根的向重力性实验,有的可用单子叶植物种子(如玉米、小麦、水稻等),有的可用双子叶植物种子(如黄豆、花生等);观察生长素促进扦插枝条生根实验,有的采用木本植物枝条,有的采用草本植物枝条。这样做可以起到重复实验的作用。
在实验过程中教师应要求学生认真进行观察,如实做好记录,不但要记录与预期一致的现象,还要记录与预期不一致的现象。对于实验过程中能采集的数据,应尽量多采集,对于第一手材料的记录千万不能丢失。总之,必须使学生养成严肃认真,实事求是的科学态度。
实验结束后,教师要教给学生认真分析实验结果,科学处理实验数据的方法(如列表、坐标等),学会写实验报告。
四、在探究型实验中引导学生思考问题
在实验过程中,教师如何引导学生思考问题呢?根据苏联心理学家维果茨基的“最近发展区”理论可知,把问题提在被提问者的“最近发展区”,他们不必花力气就能够回答问题,这对他们的发展无所补益;而问题提得太难则会挫伤被提问者的积极性。因此提问应掌握难度,使被提问者“跳一跳就能把果子摘下来”,把“最近发展区”转化成“现实发展区”。我认为用这一理论来引导学生思考问题是确切的。
高中生做探究型实验,是一种基于学习的研究和探索,它不同于一般意义上的科学研究。因此,让学生思考的问题应以学为本,符合学生的最近发展水平和能力,以便让他们经过适度思考便可回答,最终获得一个完整的探究过程。
我曾经指导学生根据生态平衡的原理制作了一个生态球。完成后,提出几个问题让学生思考:⑴本生态球是密封的,为什么其中的生物能较长时间生存?⑵如果把生态球放在黑暗的地方,一段时间后将会出现什么后果?⑶如果生态球放入过多的鱼,后果又将如何?象这些问题,学生经过思考后是可以联系学过的知识加以回答的。相反,若要让学生从这个生态球计算能量流动效率,他们就无从下手了。
在探究植物根的向重 力性实验过程中,学生已明显观察到根的向地性和茎的背地性这一现象,必然会产生“为什么会出现这种现象”的求知欲望。为此我启发学生用重力影响生长素的分布以及植物的不同器官对同一浓度生长素溶液敏感度不同来解释这一现象,把要探究的问题变得具体,学生通过“跳一跳”的努力就能领悟其中的道理,印象便更加深刻了。
1996年5月， 国家教委颁发了《全日制普通高级中学生物教学大纲（供试验用）》（以下简称新大纲）。 同年8月，国家教委基础教育司在山西省大同市召开了全国各省、自治区、直辖市的普教处主任和教研室主任 以及人教社有关负责人参加的“普通高级中学新课程方案研讨会”。会上宣布将于1997年秋季在山西、江西、 天津市开始使用新教材，进行新课程方案的试点工作。作为高中二年级开设的生物课，当前抓紧学习新大纲， 为在1998年秋季按照新大纲的要求来试用新教材进行教学，有着现实的意义。现就初学新大纲的一些体会，试 对高中生物新大纲的特点做一浅析，供同行参考。
新大纲分为五部分，即教学目的、课程安排、教学目标、教学内容和教学中应注意的几个问题、考试、考 查、教学评估及教学设备，内容突出了“面向全体学生，面向21世纪”的总体要求。
依据《全日制中学生物学教学大纲（修订本）》（以下简称旧大纲）编写的现行高中生物（全一册·人教 版）教材内容，体系完整、知识系统性较强，内容与课时吻合。但更多讲述的是经典的生物学知识，较少联系 当前迅速发展的生物科学新成果；在实验课的安排上，仅有5 个实验，且有一实验为选做，实际只要求完成4个 实验， 因而不利于对学生进行能力培养和科学素质——科学态度、科学方法、科学世界观的培养。新大纲所反 映的教学目标和教学内容，则更新了部分传统的理论性内容，如删去了“生命起源”和“生物进化的证据”等 专题，代之以“现代的生物进化观点简介”内容。此外，更扩展了有关环境、营养、保健等联系实际的知识， 且增强了对学生的社会责任感的思想教育。体现出了时代要求的特征。现从下列7个方面来浅析其特点。
1.知识体系作了较大调整
旧大纲对高中生物必修内容侧重的是讲述生命科学规律，对高三年级的选修内容则为复习高二年级的知识 和初中的生理卫生内容，不仅知识体系重复，更体现出是为适应高考的需要而学（选修教材内容系高考所划定 的考试范围）。新大纲将旧大纲的8个单元调整为10个单元， 又将“生命活动的调节”内容移至“生物的生殖 和发育”之前讲述，体系略有修改，使内容顺理成章，通过各单元间内在联系使学生接受新知识。而选修内容 体系则以全新的知识为主线，选取了与人类生存发展密切相关的内容，如“人体生命活动的调节和免疫”“细 胞与细胞工程”“遗传与基因工程”等。反映出新大纲有着适应21世纪现代化科学的特色。
2.明确提出了教学目标的三方面要求
旧大纲只是提出了教学内容，而无具体的教学目标要求。新大纲则在教学目标问题上，首次从知识、思想 、能力3 个方面提出了明确的要求。
知识教育方面：要在打好基础知识的前提下，使学生知道如何运用生物学知识来解决生活、生产、科学技 术发展和环境保护等方面的问题，并对现代生物科学的新成就和发展趋势有所了解。
思想教育方面：要继续进行辩证唯物主义和爱国主义教育，同时加强科学世界观教育，以形成生物的进化 观点和生态学观点；还要加强科学态度和科学价值观方面的教育，促进对保护生物资源之重要性的认识。
能力培养方面：由于高中阶段的学生，思维活动较活跃，思维方式即将定型，因而一方面要重视基本技能 的训练，培养学生的观察能力、实验能力、思维和自学能力，同时要培养学生的分析、综合、比较、判断和推 理的科学研究能力以及创造能力。
3.教学的知识点有所更新
新大纲对教学的知识点有较多的更新。原则是：在突出基础性，对基础知识进行精选的前题下，要体现出 知识的先进性，要加强知识的实用性，要考虑学生的可接受性，还要重视与九年义务教育知识的衔接性。
新大纲在教学目的中指出：“生物课程是普通高中开设的一门学科类基础课程”，说明了高中仍应着眼于 基础教育。因此，新大纲对现行高中生物教材的知识点进行了选择，删去了当今学术界已经不用和使用价值不 大的，诸如原生质概念和生命起源化学进化过程的内容等，保留了关于生命的物质基础和生命结构的基本单位 、关于生命活动的本质和生命活动的基本规律、关于生物进化和生物与环境关系等基础性的知识，还增添了动 物行为产生的生理基础，加强了与九年义务教育知识的衔接。此外，新大纲还选择了一些理论较浅且易被学生 接受的反映现代生物科学水平的先进知识，如细胞的分化和衰老、细胞的癌变、无公害绿色食品、生物净化等 ，填补了现行生物教材在知识先进性和实用性方面的不足。
4.重视理论联系实际
新大纲选取补充的新知识点，普遍具有实用性。除重视教材内容与生产实际、生活实际的联系外，更从理 论联系实际出发，在讲解某个知识点后，配合安排了相应的学生实验或实习。有利于实现“要使学生……知道 这些知识在生产、生活和社会实践等方面的应用”这一教学目的。例如，必修课中，在讲“组成生物体的化合 物”知识点后，配有“生物组织中可溶性糖、脂肪、蛋白质的鉴定”实验；在讲“人类遗传病与优生”知识点 后，安排有“调查人群中的遗传病”实习；在讲“环境污染对生物的不利影响”知识点后，配合了“调查或观 察环境污染对生物的影响”实习等。这些都为学生提供了理论在实践应用上的示例。在选修课中联系生产和生 活的新知识则更多，如“生物固氮在农业生产中的应用”“自生固氮菌的分离实验”“微生物的营养和生长” “学习细菌培养的基本技术实验”“营养与健康的关系”和“几种果蔬V[,c] 含量的测定实验”等，都是教给 学生如何理论联系实际的具体典例，体现了国际上“科学—技术—社会”（STS）的现代教育思想。
5.强调科学素质的培养
旧大纲在教学目的中仅提出了关于 基础知识、基本技能和能力培养的要求。新大纲则提出了科学素质的培 养要求：“要使学生掌握生物科学的一些基本方法……提高科学素质”。在教学目标中更进一步明确提出了“ 养成实事求是的科学态度”“初步掌握基本的生物科学研究方法”的要求。
科学素质的培养包括了科学知识、科学态度、科学方法、科学手段、科学精神、科学思维能力等方面。对 于生物学科来说，通过实验和实习，能够兼顾多方面的科学素质培养，因而是培养科学素质的可行途径。
从数量来看，旧大纲安排的学生实验和实习，只有必修课的5 个（选修课的实验为初中生理卫生课和必修 课的重复）。新大纲的必修课则安排有25个实验和实习，选修课又安排有6个。 各种不同实验项目无疑是对各 种科学方法、科学手段的培养。
从类型来看，旧大纲安排的学生实验和实习只有一种定性的、验证性的观察实验类型。新大纲的实验类型 除保留了观察实验， 还增加了5种新实验类型：定性分析类型（生物组织中可溶性糖、脂肪、蛋白质的鉴定） ；定量分析类型（几种果蔬V[c]含量的测定）；模拟探究类型（性状分离比例几率的模拟，模拟通过分子杂交 鉴定人与猿间的亲缘关系）；自行设计类型（植物向性和感应性现象的实验设计，设计并制作小生态瓶）；基 本技术类型（细菌培养的基本技术和植物组织培养技术）。这些不同类型的实验必然有利于科学思维能力的培 养。
6.增加了灵活性
旧大纲对于每单元的知识点有较详细且具体的规定，限制了教学内容的拓展。新大纲则是概括性地提出了 应讲的知识点，并未明确所包含的具体内容，在知识点的深度和广度上有着较大的伸缩余地。例如，“高等动 物的个体发育”问题，教材应涉及哪些卵裂阶段和有关内容，新大纲不似旧大纲有详尽规定，因而教师教到何 种程度，就有了相当的灵活性。既有利于“一纲多本”的教材编写实施，还可以适应不同地区的各类学校和不 同学生学习情况的需要，进行灵活教学。
此外，对某些难度稍大的知识点（基因连锁与互换规律、光合作用碳代谢类型简介、酶工程简介等），新 大纲将之安排为选讲内容，对某些需用时较长的实验（动物激素饲喂小动物，用当地某种生物做有性杂交试验 等），新大纲又将之列为供学生选作的内容，充分显示出新大纲有着弹性的特点。
7.完善了教学大纲的功能和作用
教学大纲应该具有4方面的功能和作用：一是编写教材的依据； 二是进行教学的依据；三是教学质量评估 的依据；四是考试考查的依据。旧大纲在功能和作用方面的指导性较欠全面。新大纲则对课程的考试和考查做 出了具体安排，对教学质量评估的目的和项目做出了明确要求，对教学要求层次做了说明，还对教学设备的配 置提出了建设性意见，完善了教学大纲的功能和作用，有利于生物教学质量的提高。
学习新大纲，领会新大纲的基本精神，在教学过程中贯彻新大纲的各项要求，必然会推动高中生物教学的 改革，全面提高学生的素质。
[摘要]: 在素质教育的大旗下,有效教学将是一个永不磨灭的话题。采用一种适当的教学模式进行生物复习教学活动,可大大提高学生学习的效率,为学生的发展奠定一个良好的基础
[关键词]: 教学模式、生物复习、辐射探究、创新能力
我们的教育正由应试教育转向素质教育。素质教育是以人为中心的,着眼于人的个性发展,注重于人的内在价值,强调人的主体存在。现在的高考也越来越重视学生能力的发展。 1999年的第三届全教会也指出“必须转变那种妨碍学生创新精神和创新能力发展的教育观念、教育模式,特别是由教师单向灌输知识,以考试分数作为衡量教育成果的唯一标准,以及过于划一呆板的教育教学制度”。那么,作为教育体系的重要部分──课堂教学该么办?这是一个不容回避的课题。本人通过自己多年来在高三教学的实践,认为:课堂教学应该以人为本,实行创新教育。我们的江总书记也曾说过:创新是一个民族进步的灵魂。
一、关于复习课中教学模式建立的思考
美国着名的学者乔伊斯和韦尔指出:“教学模式是构成课程和作业,选择教材,提示教师活动的一种范型或计划”。中学生物教学模式是为了解决中学生物教学问题,提高中学生物教学质量,探索教育教学规律,发展教育教学理论。选用恰当的模式进行教学,可大大提高教学的效率。
教学是由教师的“教”和学生的“学”两个方面构成的一种心理 --社会活动。其中无论就学生的“学”还是就教师的“教”来说都是一种复杂的、自由度比较大的活动,它不应该也不能依靠某一种模式实现它的全部功能。因此,我们常说教学是一门艺术。但教学又是一门科学,它应该是有规律的,并且总是受一定理论指导的。这种规律经常以这样或那样的具体教学活动方案表现出来,某种活动方案经过多次实践的检验和提炼,形成了相对稳定的、系统化和理论化的教学结构,这就是我们所说的教学模式。教学模式有的是从丰富的教学实践经验中概括和归纳出来的,也有的是在一定理论指导下先提出一种假设,经过多次试验而后形成的,所以教学模式既是理论体系的具体化,又是教学经验的一种系统概括,每个教师无论他自己是否意识到,实际上总是在某种教学模式的框架下来开展教学活动的。
现代社会对人才的要求而出现的教学任务、教学内容的复杂性和多样性以及教师、学生的各种不同特点,这些都决定了教学模式不可能是单一的。因此,随着教学实践的深入开展,教学模式也在不断地发展、革新。但是,不论采用什么样的教学模式,都应注意以下几个方面的问题:
第一,重视能力的培养。以赫尔巴特理论为代表的传统教学论在强调系统、严格地传授知识的同时,并不否定发展能力的意义;不过它把发展能力置于次要的、从属的、“兼顾的”地位。现代教育家们不再在知识与能力两方面各执一端,相互否定。人们普遍认为传授知识与发展能力是教学的双重任务。随着知识增长速度的加快,终身教育的普及和社会竞争化程度以及个人社会生活复杂化程度的提高,学生的一般能力、创造能力、社会交往能力等必将越来越受到人们的重视。人们在设计或归纳教学模式时,必将越来越重视能力的培养。在《高中生物新课程标准》中就明确规定:中学生要具有收集和处理信息的能力,获取新知识的能力,分析和解决实际问题的能力以及交流与合作的能力。
第二,重视学生的作用。可以说,任何一种有价值的教学模式都在某种程度上建立在对学生学习过程的认识上,不过重视对学生学习研究并不等于承认学生在教学中的主体地位。例如,赫尔巴特研究学生的学习是为研究如何发挥教师权威作用服务的,在教育史上, 19世纪末至20世纪40年代末的美国、本世纪20至30年代的苏联、期间的中国都犯有轻视教师主导作用,轻视系统严格的知识教学的错误。人们在认识到这一错误后,自然又在不同程度上向传统教育回归。在仓促的“回归”中,难免“矫枉过正”,犯轻视学生主体作用和能动作用的错误。于是,重视学生的主体地位成了当代教学模式的共同特征。除了教学基本规律决定了学生的主体地位外,推行终身教育和建立“人----机”学习机制等,都要求教育者进一步发挥学生的主体作用,可以预见,人们将由目前的普遍赞成实行“带领”学生学逐渐变成普遍赞成实行“引导”学生学。
第三,重视学生的心理。教学模式的采用无非是为了提高学习的效率,而学生的心理活动是影响有效学习的一个非常重要的因素。奥苏伯尔在他出版的《教育心理学 -认知观》的扉页上写道:“假如让我把全部教育心理学仅仅归结为一条原理的话,那么,我将一言以蔽之,影响学习的唯一最重要的因素,就是学习者已经知道了什么。要探明这一点,并应据此进行教学”。而且随着生理学(特别是脑科学)和生物化学研究的不断深入,心理学必能更清晰、更客观地阐明人类学习机制。从心理机制角度科学地设计和叙述教学模式,不仅是必然的,而且能够越做越好。
第四,重视信息技术的整合。随着电子技术的飞速发展,现代教育技术正在广泛应用于教育领域。广播、电视、程序教学机器、电子计算机等正在越来越多、越来越成功地介入教学过程。其中,多媒体系统把多种媒体整合在结构化程序中,把信息源、信息管理和信息传递的功能集中在一体,改善了信息及其表达方法,把人的各种感官一起调动起来获取有关信息,从而更吸引人的注意。同时,多媒体系统可以实现传播信息者和接受信息者之间的交互性,从而使学生在教学过程中能更主动的交流和接受。因此,多媒体技术将会是未来媒体的发展方向,研究教学模式的专家们将不得不考虑这一特点。
二、辐射探究式教学模式程序的设计
作为高中阶段的复习,可以说对于高中的整个生物教学过程起着至关重要的作用。选择一种有效的教学模式对于学生的有效学习有着事半功倍的效果。那么,对于高中生物复习中我们应该采取什么样的教学模式呢?根据以上的考虑,结合自己的实践,我们设计了一种辐射探究式教学模式:
确定基本点 --联想其它点--巩固知识点--得出系统点
其程序如下:
1.确定基本点
教师精心挑选有关知识部分的例题,并精心设计相关的练习,引导学生分析问题,解决问题。此步骤主要帮助学生掌握基本的主干知识,培养学生对信息的收集和处理能力。
2.联想其它点
在解决问题的过程中,必然会运用到许多其它有关的知识点。在此过程中,要求学生能主动回忆、联系所学的与之有关的知识,并进一步加深分析和理解。此步骤主要培养学生的发散性思维能力和对问题的分析研究能力。
3.巩固知识点
在上述步骤的基础上,教师呈现部分练习,对习题中所出现的若干知识进行巩固性训练,并同时引导学生根据所呈现的习题自行设计若干问题,相互训练,合作学习。
4.得出系统点
学生通过讨论,确立本部分的知识结构,并通过归纳和分类,建立起一定的知识系统树,从而便于学生对知识的整体把握。
为了检验此模式的教学效果,我们选取了两个平行班,其人数、男女学生比例、年龄和学习成绩等方面相都似,其中 A班为实验班,采用新模式进行教学,B班为对照班,采用传统的教学模式,即先复习知识结构,再练习巩固的模式。通过对这两个班的学习比较,我们发现,实验班在对知识的掌握和系统性把握上都明显优于对照班级。
从测试结果可以看出,不管是当堂测试,还是一月后的测试中,实验班学生的成绩(包括平均分、及格率、优秀率和有效分)都明显高于对照班。我们认为出现这种效果是必然的。因为,首先此模式符合学生的认识规律。学生认真地观察或研究问题,再通过学生间的讨论,以及教师引导,学生归纳总结,这样的学习过程,是在感性知识和学生自己实践、体会的基础上,进行分析、讨论,因此能较快地上升为理性知识,有利于对知识的学习和掌握,有利于认识事物的本质和规律。其次,此模式符合学生年龄特点和心理特征。高中学生对问题的来龙去脉具有较强的研究精神,喜欢通过思考自己得出结论。知识的联系、变式的应用也给了他们创造了思考问题和发表自己见解的机会,使学生思维活跃起来,调动学生学习的积极性和主动性,有利于学生对知识的理解掌握。再次,可以开发学生的智力,发展学生的创造能力,培养自学能力,力图通过自我探究,引导学生学会学习和掌握科学方法,为终身学习和工作奠定基础;可以调动学生的积极性,促使他们自己去获取知识、发展能力,做到自己能发现问题,提出问题,分析问题,解决问题。从而达到提高教学质量的目的。
虽然此模式有诸多优点,但是此模式不具有普遍性。生物学知识形式多样,包括形态、结构、生理功能、生态等,对于不同的内容应采用不同的教学模式,才能取得最佳的教学效果。古人就强调:教学有法,但无定法,贵在得法;无法之法,乃为至法。教学模式同样是一种方法,同样 “教学有模,但无定模,贵在得模,无模之模,乃为至模”。无论何种模式,都一定要符合学习的有效性。
三、教学案例 ----《生态系统》的复习
生态系统是第七章《生物与环境》的重点内容,尤其是牵扯到人类与其生存环境的关系,是历年高考试卷中一个较为重要的内容。 2002年考了3个单选,1个多选,2个简答,总分达23分;2003年考了2个单选,1个简答,总分为9分。可见,这一部分的内容每年必考,总分可达6~10%以上。这部分的题目常以数据分析和曲线形式呈现,题目主要涉及日常生活中的实际新情况,内容一般,难度中等。所以在复习过程中,主要以夯实基础为基准,设计相应数据分析、曲线信息及联系实际的新情景题,加以训练,让学生掌握解题思路的方法,灵活运用。其目的是培养学生对图表、图形和数据、曲线等信息与基础知识之间的转换能力;发展学生对问题的思维、探究和联想的能力。该过程包括四个阶段:
第一阶段精选习题,落实基本点
在该阶段,教师精心挑选出符合生态系统部分的一个例题为落脚点,如 2003年上海卷中第36题----关于生态系统中物质传递的问题。在此题干下,精心设计若干问题,有关于生态系统结构的,有关于物质循环的,有关于能量流动的,然后让学生根据所学的知识,通过讨论、分析,从而掌握这一部分的主干知识。
第二阶段思维辐射,联想其它点
在该习题解决的过程中,引导学生读该习题中所用到的知识进行回忆、思考、整理,并进一步联想到其它与之有联系的各种知识点,例如由碳循环联想到氮循环、硫循环;由能量流动联想到光合作用和呼吸作用等。
第三阶段变式训练,巩固知识点
在联想了各种知识点后,教师组织学生对这些知识点进行分析、剖解,加深理解和认识,然后再引导学生根据所分析的知识点独立或合作的编写出相应的练习,并对这些练习进行分析,讲解,评价。
第四阶段归纳整理,得出系统点
最后引导学生在前面复习的基础上,将所用到的知识进行分类、归纳、整理,形成一定的图表,建立起该知识部分的知识系统树。
在该案例中,学习气氛是认真的、合作的。学生能够大胆联想、积极参与、敢于发言。教师在整个过程中的任务是组织、引导,为学生的学习设置探究的情境,建立探究的氛围,促进探究的开展,把握探究的深度,评价探究的成败,培养学生勇于探究的精神和探究的能力。
