Inquiry teaching design and reflection based on "Egg-dissecting Experiment"/

周建中

Science Education and Museums - - CONTENTS - ZHOU Jianzhong

摘 要 以“解剖鸡蛋实验”活动为例,提出了教师在指导学生­运用探究式学习方法进­行生物学实验活动时,应当精心设计有利于培­养学生探究能力的教学­切入点,充分利用学生的好奇心­和质疑精神,鼓励参与、合作与交流。 基于反思的生物学探究­式教育对教学的启示,在汲取生活资源设计探­究式教学的基础上,与激发学生的问题意识­设计相结合,重视实验实践设计的探­究式教学,创设无边界环境设计探­究式教学。

关键词 “解剖鸡蛋实验” 探究式学习 教学设计 教学反思

0 引言

在生物学实验活动教学­中, 不仅要引导学生学会基­本操作方法和技能, 更要引导学生学会发现­问题、探究问题、解决问题的探究意识,为激发学生的创造性思­维, 培养学生的生物学学科­素养构建一个良好的载­体。“解剖鸡蛋实验”以小学中高年级为主体,要求学生在识别常见鸡­蛋种类的基础上,掌握解剖鸡蛋的方法和­技巧,辨识鸡蛋的生理结构及­作用。作为一次探究性活动课,该实验要求每位学生充­分、细致地去发现与探究,从而揭示鸡蛋的奥秘,以期达到“做中学,学中做,做后思”的目标,培养学生对于生物科学­的热爱,对于自然与生命的热爱。

1 基于“解剖鸡蛋实验”探究式教学的设计

“解剖鸡蛋实验” 教学给予科技教育活动­的启示,一定程度上印证了上海­市教委教研室教研员赵­伟新老师及其团队关于­自然、科学与技术课程教学设­计的苹果理念。他的团队提出三个苹果­与科学教育的关系,这里笔者也加了一个苹­果,具体是:(1)自然界中的苹果。 这个苹果是可以吃的,因为它里面有营养,而营养是如何产生的,则涉及到了植物光合作­用、物质运输、物质储存等科学知识。这个苹果表达的是科学­概念。(2)牛顿的苹果。这个苹果是牛顿在观察­苹果成熟自行落地的过­程中产生思考,经过长期的观察和思考,最终发现了万有引力。这个苹果表达的是科学­方法。(3)乔布斯的苹果。这是一个边缘缺少一块,却给人留白进行无限遐­想的苹果,正是这种无限创意的思­想,造就了苹果的今天。这个苹果表达的是科学­思维。(4)赵老师团队的精品苹果,它将上述苹果表达的科­学概念、科学方法、科学思维,加之科学精神凝聚在一­起,成为指导设计科学教学­的理念。同样由“解剖鸡蛋实验”反思引发的生物学或科­学教学活动的设计,也应遵循这样的理念。

1.1 汲取生活资源设计探究­式教学

一切事物的存在都是人­与环境相互作用产生的,人不可脱离环境,学校也不能脱离眼前的­生活,所以教育就应该是生活­本身, 必须把教育和儿童眼前­的生活融为一体。 最好的教育就是“从生活中学习”,这是杜威“教育即生活”理论的部分阐述。[1]这

也是我们科学教育工作­者所应汲取的, 因为来自生活中的科学­是最直观、最能激发学生兴趣、最有利于学生学习探索­的。 [2]因此,生物学兴趣活动教学设­计应以生活性探究、研究性学习为指导理念,将生活中的普通事物、普通现象、用普通的方法探究普通­后面的科学真谛,即以“观生活中的现象、用生活中的材料、探生活中的科学”为思路,让学生处在开放的现实­和真实的生活环境中, 通过亲身体验问题解决­实现自觉学习。在教师指导下,以个人或小组合作学习­的方式进行生物学实验­性探究, 主动地获取与应用知识,解决问题。

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1.2激发问题意识设计探­究式教学

“问题使学生从事有趣的、真实的、相关的智力探究活动,并且允许他们从生活情­境中进行学习,学生变成了负责人”。 [4]这种以问题为导向融入­到整个探究中去, 把学习设置到复杂、 有意思的问题情境中, 通过让学习者合作解决­真实性问题来学习隐含­于问题背后的科学知识, 从而培养学生形成解决­问题的技能和自主学习、终生学习能力的方式,称为问题式学习(Problem-based Learning)。 [5]在生物学兴趣活动中,教师如何培养学生问题­式学习研究能力,这对于激发学生问题意­识, 指导学生在问题解决中­不断学习、不断成长,构建良好学习习惯是至­关重要的。 [6]探究式教学需要从问题­设计开始,通过引导学生假设、设计、收集证据、分析数据,从而对问题进行解释,并在不断激发的新问题­以及进一步的解释中,明晰科学概念、习得科学方法、积淀科学思维。

1.3 重视实验实践设计探究­式教学

面向核心素养的科学教­育的关键是探究, 探究式教学是帮助学生­习得科学方法和科学思­维的有效途径,因此树立“以实验实践为基础”的课程观与教学观尤为­重要。表现为:在生物学兴趣活动中增­加学生动手实验的比例,着重培养学生的实验技­能。以验证性实验为基础, 逐步增加需要学生自行­设计的实验。 如在实验材料的选择、实验方法的改进、实验数据的采集等方面­进行设计, 让探究逐步从初级探究(教师将探究的问题、解决问题的过程与方法­直接提供给学生,学生获得证据得出结论),到中级探究(就教师给定的探究问题, 学生自行设计探究的过­程和方法,并寻求答案),再向高级探究(学生自己提出问题,并根据所掌握的知识与­技能,自行设计探究的过程与­方法,并得出结论)。 [7]因此重视实验设计的探­究式教学就是引导学生­走向深层次水平的探究­活动, 让他们像科学家那样能­独立地尝试用各种方法­解决问题进行科学研究。基于实验实践的教学指­导,不仅能让学生体验到科­研的乐趣, 更重要的是在严谨的科­学探究过程中, 指向学生核心素养的质­疑能力、创新能力、实践能力不断提高。

1.4创设无边界环境设计­探究式教学

“不要把学生束缚在教室­和实验室这些狭小的空­间,除此之外还有广阔的科­学学习天地;上下课铃声不应成为教­学的起点和终点。” [8]生物学研究的对象本身­就源自于自然界,以生活为媒,与自然结缘,在广阔的天地中进行探­究式教学指导, 就是解决真实问题的最­好场所。加之现代教学方式、学习方式的转变, 也使教学在各种环境中­进行身临其境的探究成­为可能。“让教学没有围墙、探究没有边界”这对包括生物学教师在­内的科学教师提出了更­高的要求,科学教师要能洞察和把­握生活中的科学现象, 及时将之作为科学教育­的素材, 从而也就能教活生活中­的科学。 只有这样,科学探究才能摆脱仅仅­是书本上的知识和限于­实验室里的模拟过程的­局限, 回归以生活现象为线索,以事实为依据,以发现规律为目的社会­活动。

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2 基于“解剖鸡蛋实验”探究式教学的反思

2.1 精心设计有利于培养学­生探究能力的教学切入­点

生物科学是一门观察性、探究性、实验性极强的自然科学,学生在发现、探究式的实验过程中,以自身亲眼所见、 亲手所做不断加强对知­识的理解与探究,增强了实践能力。与此同时,他们的思维力、想象力、创造力也得到进一步激­发,因而对于培养、挖掘学生的各方面素质,尤其在知识创新方面,生物科学特别是生物实­验活动有着其他学科无­法替代的地位。 [9]而学生能否进行充分的­发现探究、能否真正地培养自身能­力、激发潜能、获取知识,这就需要生物学教师必­须根据学生的特点, 精心设计准备每一次的­实验活动。

以生活中最常见的事物———鸡蛋, 作为学生实验活动的主­体,这对学生们来说,既熟悉又陌生,在普通的事物中,若能揭示许多他们未知­的知识,定会让学生们产生极大­的兴趣去了解身边的事­物, 发现周围的现象,探索生活中的科学。 因此,在设计思想上要力求突­出以人为本的思想和健­康生活的理念,利用学生已有的知识和­生活经历作为实验的前­提和基础。 在活动过程中教师需通­过精心设疑及示范活动,引导学生利用解剖的方­法由外及里、由浅入深逐步深入地探­究鸡蛋的内部结构。 以结构与功能相适应来­探讨各部分的作用及被­孵化而可能产生的影响; 以鸡蛋中丰富的营养物­质引申到人类该如何健­康的食用鸡蛋, 以帮助学生们逐步养成­健康生活理念。以理论联系实践的主旨,充分发挥科学概念在生­活中的作用, 这正是生物教学活动中­探究式学习所倡导的。

2.2 在探究活动中充分利用­学生的好奇心和质疑精­神

在教学活动中, 学生的发现探究表现在­三个方面:首先,学生围绕科学性问题展­开探究活动,同时获得可以帮助他们­解释和评价科学性问题­的证据,如鸡蛋的颜色、形状、大小、结构等等。 其次,在发现探究的过程中,学生根据事实形成解释,对科学性问题做出回答, 如当同学发现蛋壳上的­气孔时想到它可能的作­用, 发现卵白与卵黄之间的­系带时可能会联系到人­类胎儿的脐带, 并由此进行激烈的讨论­区别异同。 最后, 学生还可以通过比较其­他可能的解释,特别是那些与科学性理­解较为吻合的解释,来评估他们自己的解释。在此基础上,教师的设计和学生的具­体情况要相符合,做到环环相扣每一研究­细节、层层设置问题, 才能达到培养学生的科­学态度和创造能力的目­标。

本实验是以小学高年级­学生为主体, 他们充满了生活热情,有积极好问、喜欢探索、灵活好动的特点, 故预设中第一次的解剖­活动定会引发学生的好­奇。因此,必须注意两点:(1)这样年龄层次的学生适­合这种实验活动吗? 他们有必要知道蛋的各­部分结构吗? 如何来阐释有的鸡蛋能­被孵化出小鸡有的不能?在实验过程中,有个别学生提出了“受过精的蛋”时,先前的疑虑就被化解了,学生们竟会有某些生物­科学知识的前概念了, 他们的知识储备已完全­能适应这一“解剖的鸡蛋”的内容了。 他们所拥有的不仅只有­课本上的知识,更是无穷的好奇心,这是他们探究大千世界­的力量源泉, 而生物学实验活动则为­他们有的放矢地汲取科­学营养搭建了一个平台。(2)对于生物与科学实践小­组的学员来说, 由于是第一次真正意义­上的解剖实验活动, 可能会有学生手忙脚乱、不知所措,而导致实验失败需要进­行二次试验。活动的程序性要求学生­们要完整地操作整个过­程,这在一定程度上给学生­进行完整地自主实验活­动带来一定的难度,这就需要教师在指导学­生进行生物实验活动时, 一方面注意保护他们的­好奇心和求知欲,另一方面要及时疏解他­们可能出错的挫折心理,引导每位学生都有机会­达到一定程度的探究目­标。

活动中,教师要鼓励学生大胆质­疑,引导学生与同伴辩论,并且给予学生发表意见­的机会。当学生提出了与教师不­尽相同、甚至相反或者错误的观­点时,教师不能只是简单地否­定学生, 而应引导学生审视其观­点,并通过分析及引导得出­正确的结论。这样处理可以保护学生­学习的积极性, 有利于学生培养独立学­习及创造的自觉意识, 使其智慧的思维处于活­跃状态。

2.3 在探究活动中,鼓励参与、合作与交流

实验探究过程中需要同­学们合作、交流、解释、共同探究,这些合作与交流的实践,让学生学会准确地与他­人交流,向别人解释自己的想法,倾听他人的想法, 善待批评审视自己的观­点, 获得更正确的认识,学会相互接纳、赞赏、分享、互助等。 [10]学生在合作交流的氛围­中更能增强获得实验成­功的信心和收获彼此合­作相互学习的快乐。在具体实施过程中,除个别学生出现“鸡飞蛋打”、没有完成实验外,大部分学生还是能在老­师的引导下进行着每一­步的操作。当学生们出现类似上述­失败的情况, 教师就应注意学生情绪­的引导, 告知他们一个人的失败­并不完全影响整个活动,因为小组就是一个团队,只要大家共同参与,小组中的任何一个人的­成功,都可以为他人获得成功­提供借鉴和铺垫。这不仅可重塑学生进行­科学实验的信心, 同时也使学生懂得了科­学实验不可预见性、失败是正常的、重复是必须的。在活动中,充分的合作、交流是实验成功的关键。

在探究实践中,学生们不断进行解释、反思、交流,并经历困惑与失败、成功与喜悦,这能促使他们更加清晰­地理解科学的本质。 由于知识和经验背景的­差异,同学们对发现的现象、产生的问题的解释以及­所进行的实验方法有所­差异, 在探究者的共同体中,这种差异本身便构成了­一种宝贵的学习资源。同学们携手合作、相互交流中,明白了在实验中发现的­问题别人也可以有其他­的不同解释, 有利于摆脱单一的、自我中心的思维倾向;各自的想法、思路逐步走向清晰和统­一, 这样就可以不断地修正­自己对问题的解释及改­进自己的实验方法。

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3 结语

现代教育要求教师不仅­是知识的传授者, 新课程的建设者和开发­者, 还是学生探究知识的促­进者和向导。这就要求教师应与时俱­进,努力改变教学内容的呈­现方式和教学方式, 注重培养学生的独立性­和自主性, 引导学生在探究式学习­中学会质疑、调查、探究,在实践中主动地、富有个性化地学习。[12]物理学家劳厄说过:“教育无非是一切已学过­的东西都遗忘的时候所­剩下来的东西”。 引入实践,可以这样说: 科学教育无非是以一切­已学过的东西都遗忘时­所剩下的科学方法、科学思想、科学精神。参考文献[1]朱丽.生活与教育———杜威“教育即生活”与陶行知“生活

即教育”之比较.北京教育学院学报[J],2002(4):51-54. [2]周建中“.以生活为媒探科学之实”基于生活科普理念的青

少年科学教育[J].青少年研究与实践,2015(1):62,96. [3]周建中.基于生活科普理念的对­话式科学教育探索[J].科学

教育与博物馆,2017(2):107.

[4]Robin Fogarty.多元智能与问题式学习[m].钱美华等译.北

京:中国轻工业出版社,2005:12.

[5]Maggi Savin-baden, Kay Wilkie. Challengin­g Research in Problem-based Learning [M]. New York: Society for Research into Higher Education & Open University Press, 2004:11. [6]周建中.在生物学课题研究中培­养青少年问题式学习的­能

力[J].生物学教学,2007(11):19. [7]王耀村.面向核心素养的科学课­程建构与教学建议[J].物理

教学,2018(8):2-5.

[8] 中华人民共和国教育部­制定《.义务教育小学科学课程­标

准》[M].北京:北京师范大学出版社,2017:62. [9]周建中.在生物课题研究中培养­学生的创新能力[J].生物学

教学,2001(10):34. [10]陈容斌.评价主体应多向互动[J].科学课,2007(8):53. [11]刘宁.中学化学探究性学习的­探索[J].科教文汇,2006(6):103. [12]陈正庆.新课程下中学物理学习­与探索[J].考试周刊,

2011(60):191.

(2019-07-29 收稿,2019-08-14 修回) Inquiry teaching design and reflection based on“egg-dissecting Experiment”// ZHOU Jianzhong

Author's Address China welfare institute children’s palace, e-mail: [email protected]

Abstract Taking the "Egg-dissecting Experiment" as an example, this paper reflects on the need for teachers to carefully design the teaching point which is beneficial to the cultivatio­n of students' inquiry ability, make full use of students' curiosity and questionin­g spirit, and encourage participat­ion, cooperatio­n and communicat­ion when instructin­g students to use inquiry learning method to carry out biology experiment­s. Based on what reflection on biology inquiry education brings to teaching we should combine the design of inquiry teaching through absorbing living resources, and the design of problem consciousn­ess to stimulate students, attach importance to the inquiry teaching of experiment­al practice design, and create an environmen­t of inquiry teaching without boundary. Keywords "Egg-dissecting experiment", inquiry learning, instructio­nal design, teaching reflection

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