中學生物學教學中科學探究素養的培養研究綜述

陳嘉　張衛東

［摘 要］科學探究是生物學學科核心素養的重要內容。文章對科學探究的認識、特點、意義等概念進行梳理，從教學環境、教師、學生、教學方法或模式四個方面分析科學探究素養培養的主要障礙，對科學探究素養的培養策略進行總結分析，并據此分析現有的有關科學探究素養的研究的不足，旨在為初高中生物學教學加強科學探究素養培養提供一些建議與參考。

［關鍵詞］科學探究；中學生物學教學；核心素養；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

《普通高中生物學課程標準（2017年版2020 年修訂）》（以下簡稱《課標》）中指出生物學學科核心素養包括生命觀念、科學思維、科學探究和社會責任?？茖W探究是生物學學科核心素養的重要內容，科學探究對學生解決生物學問題、提升生物學學科核心素養具有重要作用。近年來，對科學探究素養的教學研究受到廣泛關注與重視。

一、文獻統計分析

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

由以上結果可知，生物學學科核心素養提出之后關于科學探究素養的研究發展較快，但是大多停留在理論研究層面上，真正進行科學探究素養培養的教育實驗相對較少。如何真正落實科學探究素養的培養還有待進一步思考解決。

二、國內研究現狀

筆者結合在中國知網檢索得到的近五年的相關文獻對我國有關中學生物學教學中科學探究素養的研究成果進行梳理，具體包括科學探究的含義及培養意義、科學探究素養培養的主要障礙、科學探究素養培養策略的研究三個方面。

（一）科學探究素養的含義及培養意義

1.科學探究素養的含義

《課標》對科學探究的定義是“能夠發現現實世界中的生物學問題，針對特定的生物學現象，進行觀察、提問、實驗設計、方案實施以及對結果的交流與討論的能力”。

對于科學探究素養，研究者紛紛提出了自己的見解。趙占良認為，生物學“科學探究”包含發現和提出問題、設計實驗、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、創新等情意品質要求［1］。張春雷提到，每個生物學學科核心素養都有其知識基礎、能力表現和情感、態度、價值觀的生成?？茖W探究包含相關知識和提問、猜想、探究合作等能力，以及求真科學精神等的生成［2］。林萍作為初中生物學教師，提出“科學探究素養是指學生在學習初中生物學知識時，發現問題、設計問題解決方案、實施解決問題以及得出結果和歸納總結的能力”“從細節上科學探究素養還包括學生的實驗操作能力”［3］。羅佩琴指出，初中生物培養科學探究素養主要包括培養學生的問題意識、自主挑選探究課題的能力并讓學生能夠根據自己提出的問題作出假設、制訂實驗方案、實施計劃以及自主探究評價與反思［4］。

2.培養科學探究素養的意義

科學探究素養是生物學學科核心素養的重要組成部分，也是每個學生的必備品格和關鍵能力，培養學生的科學探究素養具有重要的意義。張明通過教學實踐發現，在高中生物學課堂中融合科學探究可以有效提高學生的學習興趣和考試成績［5］。周艷玲針對科學探究素養與其他素養的關系，指出在科學探究過程中可以形成生命觀念、鍛煉科學思維、認識社會責任［6］。左開俊從三個方面說明科學探究的意義：作為一種研究方法，其滲透著生命科學的工作范式、深化了生本課堂的和諧共生；作為一種學習方式，不僅能引導學生建構生物學知識，還能促成學生完成實踐性創新；作為一種教學手段，能延展學生的學習視角并拓展學生的認知視界［7］。

（二）科學探究素養培養的主要障礙

關于現階段科學探究素養的培養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.教學環境方面的障礙

科學探究素養的培養僅憑教師或學生是遠遠不夠的。完善的教學環境有利于學生科學探究素養的培養。當前科學探究素養培養在教學環境方面還存在諸多障礙。徐越越通過問卷調查得出，課時不夠、缺乏所需器材、學校領導不重視為培養學生科學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，且多數學校沒有相應的圖書館、電子閱覽室等場所，甚至連基本的生物實驗設備都不足，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，學習資源匱乏是開展探究性學習面臨的主要難題之一，主要體現在文本資源匱乏、實驗器材不足、社會資源缺乏三個方面［4］135。鄧梨通過問卷調查生物教師在培養學生科學探究素養時遇到學校后備力量缺乏且課時有限等主要問題［10］30。

對于教學環境方面的障礙，需要學校、社會等多方共同努力，盡量完善實驗設備，建成圖書館，更好地為學生提供可選擇的學習資源。同時，要充分意識到培養科學探究素養的重要性，適當增加探究活動和探究性學習的課時。

2.學生方面的障礙

羅佩琴提出，初中學生由于長時間接受“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。鄧梨調查得出當前學生存在課業壓力較大、探究意識缺乏等問題［10］20。學生方面的障礙主要來自應試的壓力，傳統評價方式對于科學探究素養的考查不足，學生以成績為導向，習慣了死記硬背的學習方法，對生物學知識沒有探究欲望。

3.教師方面的障礙

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

教師作為培養學生科學探究素養的第一負責人，其自身的科學探究素養及教學水平至關重要。教師應充分重視自身科學探究素養的培養，不斷學習，增強自身能力，完善教學方法。

4.教學方法或模式方面的障礙

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

（三）科學探究素養培養策略的研究

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

1.以完善實驗教學為途徑的策略

實驗是培養學生科學探究素養的重要途徑，因此關于科學探究素養的培養策略的研究也多涉及實驗教學。朱莉婭提出以教學內容為主線、開發多種教學資源、利用認知沖突理論、利用課堂教學留白、通過小組合作學習等五個突出科學探究能力培養的實驗教學策略［16］。孫錢民指出要積極開發多種資源，包括教材實驗資源和課外實驗資源；注意聯系生活激起學生興趣，課堂中巧設問題串；引導學生合作探究，共同參與生物實驗探究［17］。鄭秀海強調重視經典實驗教學，培養學生形成正確的科學觀和實事求是的科學精神［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”為例設計教學案例，提出在實驗教學中應采取多元評價方式［19］。朱建兵認為，應鼓勵學生在課堂學習中及時提出自己的異議，引導學生做出推斷、提出假設并設計實驗進行驗證，注意為學生創建交流互動的良好環境［20］。

2.課堂教學與課外活動相關的策略

對于課堂教學與課外活動相關的策略，李燕萍提出在高三生物復習課中要重視思維導圖的構建及小組合作的開展以提高學生的科學探究能力，并以高考真題為例給出具體建議［21］。孫金豪、王海鶴指出，教師要巧妙設疑，通過適當停頓、設疑或創設情境，給學生留下思考的空間，引導學生提出，并發現生物學問題。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加強實驗演示［22］。趙玲玲、錢嘉旺提出優化教學設計以提升學生的科學探究能力，重點關注教學導入、課堂活動和教學評價等方面［23］。葉雪蘋強調把生物學科與其他學科，特別是理科學科融合起來，同時在學習生命科學發展史中培養科學探究技能，以及科學探究要注意基礎知識的形成，避免學生雖興趣很高但是忽視對知識的獲?。?4］。廖明指出，創設多種情境包括問題情境、生活情境和動態情境，并要以方法指導為主［25］。陳春紅提出，教師的既定教學目標應根據不同的內容設計不同的層次，即應著力于“應用、分析、評價和創造”的目標層次［26］。王博文從科學本質、科學方法、科學精神三個方面分析生物科學史教學對于科學探究能力的培養和提升［27］。樊星彤建議教師在課堂教學中綜合運用跨學科知識，如學習生物學需要很多的物理和化學等學科基礎知識；課外活動可以從閱讀文獻、科普知識講座、競賽輔導、科技活動四個方面入手培養學生的科學探究能力［28］。申艷輝結合新授課、習題課、復習課三種不同類型的課型闡述如何提升學生的科學探究素養［15］121。周湘以“被動運輸”一節為例，提出在課堂中整合教學內容、設置教學時空來培養學生的科學探究素養［29］。勉海林指出，教師要聯合社會團體進行實地教學，讓學生能夠學以致用，激發學生的探究興趣與創新意識［30］。張東梅強調要充分考慮學生的自主性，可提供相關資源讓學生自主構建概念［31］。

綜合現有研究成果可知，在課堂教學方面科學探究素養的培養與提升策略主要包括：（1）創設問題情境。教師通過設置問題串等方式，引導學生思考并提問，營造活躍的課堂氛圍，避免“滿堂灌”。發現問題并提出問題是探究的第一步。（2）充分利用教材及現代信息技術等資源。生物學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，教師可以利用現代信息技術給學生展現視頻、動畫、模型等，讓學生對所學內容有直觀、形象的體會。（3）重視實驗課程。教師引導學生去設計實驗、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。實驗中可能出現預期結果之外的狀況或出現錯誤，這都是進一步探究的方向。（4）重視科學史教學?？茖W史展現了歷代科學家的探究過程，學生在學習科學史的過程中可以提升科學思維能力，加強分析實驗過程和實驗結果的科學探究能力，并感悟科學家勇于創新的科學精神，提升社會責任素養。（5）重視理論聯系實際。生物學和生活息息相關，結合生活中的實例可以激起學生的學習興趣并使學生將所學知識應用于生活實踐。

3.結合新型教學模式的策略

為培養學生的科學探究素養，部分學者和一線教師不斷探索，結合新的教學模式或理念，優化現有的教學方式。鄧德桂構建了 TBL 教學路徑和教學設計原則，并將其運用于科學探究素養的培養，同時指出TBL是以學生團隊為組織形式、以師生互動和自主學習為目標的一種新型教學模式［32］。李艷暉、劉莉妹、趙曉燕指出，5E教學模式在培養學生的創新精神和實踐能力、發展學生的探究能力、構建新型課堂教學模式方面發揮著重要作用，5E教學模式包含吸引、探究、解釋、遷移和評價五個環節［33］。曾雪、王坤英、李衛國提出課堂上使用“三疑三探”及HPS教學模式能夠提高學生質疑、思考、探究的能力［34］。單玲玲分別以科學探究能力的培養、科學探究認知培養、科學探究情感意志培養三個方面為側重點提出了不同的策略：在能力方面，要關聯生活并善用資料，培養學生設計方案并實施的能力；在認知方面，可以借助學科前沿，通過學生角色扮演或融合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教學理念設計生物學課堂并實踐后發現，學生在實驗設計、分析和探究方面都有較明顯的提升［36］。王思齊將POE教學策略應用到生物學實驗教學之中，并指出POE教學策略可以有效培養學生的科學探究能力及提升學生的生物學科成績。POE是預測、觀察、解釋的英文縮寫，是由探查學生理解科學的研究方法演化而來的教學策略［37］。

當前科學探究素養的培養策略的研究多集中于宏觀角度，而具體結合某節課進行教學設計的研究較少。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的問題等還有待進一步研究。

三、反思與展望

近年來，國內學者對核心素養的研究形成熱潮，這對編寫教材、教學實施及教學評價等都有積極的影響。但由于多方面原因的限制，核心素養的落實效果不夠理想。我國對科學探究的研究大多是從整體核心素養出發，偏向理論性指導，在具體教學實施方面涉及較少，尚未建立較完善、系統、有依據的體系?？茖W探究素養是每一個學生都應具備的，但是由于不同地區及不同個體所處的教育環境不盡相同，真正落實科學探究素養的培養需要每一位研究者及一線教師結合當地的具體情況因材施教，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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［36］? 韓潔. STEM教育在培養學生生物學核心素養之“科學探究”的應用研究［D］.濟南：山東師范大學，2019.

［37］? 王思齊. 運用POE教學策略培養學生科學探究能力的實踐研究［D］.揚州：揚州大學，2023.

（責任編輯 黃春香）