重视实验过程教育 培养生物科学素养

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  科学素养的内容是多方面的,包括科学知识、科学方法、科学思维和科学态度精神以及自然科学与人文科学的相互渗透和采合。《生物课程标准》强调促进每个学生充分发展生物科学素养,要将教师的教育过程变成学生的学习过程。笔者在生物教学中,重视实验过程教育,让学生感受知识的发生与发展的演变过程,有效地接受科学研究“过程技能”(问题、观察、假设、实验、结论)和“方法技能”(观察、调查、实验等)的科学素养教育。
  一、重现经典实验过程,理解科学设计原理
  布鲁纳指出:“所谓知识,是过程而不是结果。”教学中,应使学习过程而不是结果成为首要,不能简单照搬照抄地完成实验,而应利用实验来训练学生设计方案的能力,在充分挖掘教材、改进课堂教学的基础上,在实验过程教育中提升科学素养。
  “植物的光合作用”是一节经典内容,绿色植物通过光合作用制造有机物的过程是微观生命活动,只有通过外显的实验现象才能推理内部活动,让学生形成感性认识。在实验“绿叶在光下制造有机物”之前,先让学生分组尝试设计实验方案,然后对照课本的实验指导,找出自己方案中的不足,引导学生思考讨论每一步骤中包含的科学原理。如:①为什么要放在暗处?②为什么要隔水加热? ③为什么叶片绿色褪去? ④叶片放入酒精,滴加碘液的作用分别是什么?⑤为什么黑纸片不能只夹一面?⑥为什么黑暗后还要移到阳光下3~4小时?学生带着问题实验,就会逐渐认识到:在科学探索的过程中,要遵循一定的科学原理和方法,还需掌握必要的操作技能。如:加热问题,由于酒精沸点较低,若不隔水,则有危险。教师还要善于追问出现异常现象的原因,如:实验的每一步都做得很严格,天竺葵移到阳光下照射,为什么叶片遮光部分没有出现应有的“不变蓝”,而是有一部分出现蓝色?顺势训练学生查阅资料解决问题的能力,最终得出结论:假若移到光下照射时间超过6小时,叶片见光部分制造的淀粉会通过叶脉输送到遮光部分,使遮光部分细胞内也有了淀粉。
  通过对实验过程的层层剖析,使学生明晰实验思路,意识到实验过程往往是:提出问题、选择材料、设计对照、检测结果、质疑反思、得出结论。而这些步骤恰恰是科学探究的基本过程。从培养科学素养的角度看,这样的过程教育,训练了学生的观察能力、思维能力和分析能力,从而提高学生综合解决问题的能力。
  二、重视科学发现过程,揭示科学思维方法
  在实验教学中,结合生物学史来引导学生注重科学理论的发现过程,领悟科学家独特的思维方法,可以有效增强学生的科学素养。
  “光合作用的发现”是一个典型例子,从海乐蒙特到普利斯特利,再到英格豪斯,是无数科学家长期艰苦努力探索的结果。特别是对普利斯特利的3个创造性实验,首先要求学生分别进行分析,再将分析结果整合考虑,从而得出“光合作用不但生成氧气,而且消耗二氧化碳”的结论。在此基础上,引导学生再提升一个思维层次,讨论:为什么要设计3个实验才能得出最终结论?帮助学生养成综合看问题的习惯,领会科学思维方法。又如,在学习“细菌”时,首先让学生阅读细菌的发现史,了解科学家是怎样发现细菌的存在的,同时也了解到显微镜的出现加快了人类对微观世界认识的进程,进而领悟到科学的发展与技术进步是密切相关的。然后向学生介绍巴斯德的“曲颈瓶实验”,让学生从巴斯德实验的精巧对比设计过程中,知道“细菌不是自然发生的,而是由原已存在的细菌产生的”,同时认识到“科学的新发现是建立在缜密的思维和精细的实验基础上的,科学理论的形成是人们不断观察自然、提出问题、建立假说和设计实验,结合实验进行分析、概括和推理的结果”。在这种科学思维方法的训练中,使学生将科学方法化为自己的思维方式和行为方式,这样,当面对新情境时,他们就会独立地运用所学的知识去解释现象、解决问题,成为敢于探索和开拓的人才。
  科学精神态度和价值观是科学素养的灵魂。“求实、创新、协作、献身”的教育有利于学生科学品质的形成。让学生在实验中人人参与,亲自体验获取知识的过程,学会合作与分享,有助于生物科学素养的训练和提高。因此应重视分组操作过程,提倡合作探究学习,在分组实验中要求每一小组成员要明确分工,各负其责,互帮互助,相互配合,共同经历实验的始终,共同解决实验中遇到的难题,共同分析实验成败的原因,以此形成“兵教兵”、“兵练兵”、兵强兵” 的互动合作智慧的课堂生态,全面提升学生科学素养。
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