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【摘 要】本文通过对人教版新教材《分子与细胞》进行统计分析，发现有关“科学探究”素养中各素质能力培养内容出现的次数与比例，观察能力（6，13.63%）、提问题能力（6，13.63%）、制定方案能力（13，29.54%）、获取数据能力（5，11.36%）、表达交流能力（14，31.81%），对应的水平层次占比分别为，水平 1（5，11.62%）、水平 2（21，48.83%）、水平 3（12，27.9%）、水平 4（5，11.62%），并就探究性教学提出相应的教学改进建议，提出创设环境培养学生的生物科学探究素养，组织以活动为核心的教学活动加强探究式教学的建议。
【关键词】生物学核心素养 科学探究 分子与细胞 教学改进建议
【中图分类号】G 【文献标识码】A
【文章编号】0450-9889（2020）01B-0048-03
生物学核心素养是指学生在接受生物学教育过程中逐步形成的适应个人终身发展和社会发展所需要的必备品格和关键能力，是学生通过学习生物学内化的带有生物学科特性的品质，是学生科学素养的关键成分。科学探究是指能够发现现实世界中的生物学问题，针对特定的生物學现象，进行观察、提问、实验设计、方案实施以及结果的交流与讨论的能力。在探究中，乐于并善于团队合作，勇于创新。
科学探究包括观察、提出问题、查阅书籍、设计观察方案、根据实验证据修正已有信息、使用工具收集与分析和解释数据、提出答案、与他人交流等，科学探究被普遍认为是培养学生科学素养的有效策略。科学探究对学生掌握科学概念、参与科学实践、理解科学本质，成为独立思考者和学习者都有重要作用。
正因为如此，教材中编入了一定量的体现科学探究的素材是非常必要的。本文以人教版新教材《分子与细胞》（2019 年）为研究对象，对教材中出现的所有体现科学探究核心素养方面的素材进行全面梳理、深度挖掘。采用目前比较公认的分析方法、频度分析法与内容分析法，进行列表统计，对体现科学探究核心素养进行具体分析。
一、生物学核心素养“科学探究”（C）内容统计及分析
人教版高中生物教科书《分子与细胞》中有关科学探究核心素养方面的素材及其相应的核心素养内容，统计如表 1。
二、频度统计
三、结果分析
从表 1 统计的内容可分析出的结论如下：
（一）《分子与细胞》这一模块中的每一章都有相应的科学探究核心素养素材
第一章 5 次，第二章 4 次，第三章 4 次，第四章 8 次，第五章 17 次，第六章 4 次，各有侧重。集中在第 4 章和第 5 章，这与其章节内容和特点相关。如 S4 中的经典活动安排是，探究植物细胞的吸水和失水;S5 中的酶特征探究是对酵母菌细胞呼吸方式的探究。又如绿叶中色素的提取与分离活动探究是光合作用原理探究实验，具体是环境因素对光合作用强度影响的探究等。这些素材，尤其是科学探究的重要素材，都是高中阶段用来培养学生相应核心素养。
（二）重点明确，对科学研究素养的五大能力都得到应有的重视
依据表 1 各栏目数据可看出，编者把培养科学探究核心素养的侧重放在《探究·实践》和《思考·讨论》两个栏目，其中就内容而言，《探究·实践》栏目最多，《思考·讨论》栏目次之。其他栏目分布较分散，这是教材编者精心设计的，也无疑给一线教师指明了方向。教师要利用好相应栏目和相应素材（活动），科学设计、组织、安排。这对落实核心素养培养都是非常有利的。
从表 2 数据可解读出《分子与细胞》中的“科学研究”核心素养类别（①观察能力，②提问题能力，③制定方案能力，④获取数据能力，⑤表达交流能力）均有所体现，共出现了 44 个频度，主要侧重在制订方案能力（13，29.54%）和表达交流能力（14，31.81%），两者占比超 6 成。接下来是观察能力（6，13.63%），提问题能力（6，13.63%），获取数据能力（5，11.36%）。不同素养主次分明，充分体现了教材重心。这五大能力都是科学探究素养的很好表现，尤其制订方案能力和表达交流能力，是学生未来发展必须具备的素养。
从表 3 分析得出，它充分地体现了《普通高中生物学课程标准（2017 版）》中有关“科学探究”素养培养的要求。在“科学探究”素养培养水平中，分有 4 个层次。《分子与细胞》中的四个水平中，水平 1（5，11.62%），水平 2（21，48.83%），水平 3（12，27.90%），水平 4（5，11.62%）。每个层次都有相应的要求，4个水平呈正态分布。最容易的水平 1 和最高要求的水平 4 占比科学，中间程度要求的水平 2 和水平 3 占比超 7 成以上，这符合绝大部分学生的发展需求，具有一定的层次感与科学选拔性。其中，（1）水平 1 指能够使用简单的实验器具;基于给定的实验方案完成简单的实验，记录相关数据;能以书面的形式将实验结果记录下来。（2）水平 2 指能够正确使用工具进行观察;提出生物学问题，在给出的多个方案中选取恰当的方案并实施;用恰当的方法如实记录和分析实验结果;能与他人合作完成探究，以口头或书面的形式与他人展开交流。（3）水平 3 指能够熟练运用工具展开观察;针对特定情境提出可探究的生物学问题或生物工程要求;基于给定的条件，设计并实施探究实验方案或工程学实践方案;运用多种方法如实记录和分析实验结果;在小组学习中能主动合作，推进探究方案或工程实践的实施，并运用科学术语报告实验结果。（4）水平 4 指能够恰当选用并熟练运用工具展开观察;针对日常生活的真实情境提出清晰的、有价值的、可探究的生命科学问题或可达成的工程学需求;基于对相关资料的查阅，设计并实施恰当可行的方案;运用多种方法如实记录，并创造性地运用数学方法分析实验结果;能够在团队中起组织和引领作用，运用科学术语精确阐明实验结果，并展开交流。 综合来看，人教版新教材《分子与细胞》模块，在落实核心素养方面，编排的栏目，选取的材料，水平的划分都较有学科特色和具有相应的可教、可研、可读性。当然，对教师的要求也更高，教师必须对教材的所有栏目和活动素材了如指掌，否则无法驾轻就熟，占据“核心素养”新课改新高地。
四、对教学改进的建议
科学探究是科学实践的重要部分，科学探究的教学也不是有既定的步骤，它应是一个非线性的过程。课堂上鼓励学生善于观察、敢于提问，学会制订实验方案，善于从实验中获取数据并表达和交流。为此提出相应的教学建议。
（一）创设环境，培养学生的生物科学探究素养
创设探究环境，包括创设开放的选题环境、多样的选材环境和可在探究活动中检验交流实验设计方案的环境。
比如，光合作用的探究历程这节课，涉及多个经典实驗，是培养学生进行科学探究的很好课例。为此，笔者将之划分为“过去、现在、未来”跨越 300 多年的 3 个阶段。对不同阶段，学生自由选择选题，如过去阶段的亚里士多德实验、范海尔蒙特实验、普利斯特利实验，学生可以自由选材，自由设计可行方案，自由探讨方案可行性，自由评价方案结果和结论。在这一系列探究过程中，慢慢渗透科学探究的精神实质。
（二）组织以活动为核心的教学活动
组织以活动为核心的教学活动，营造一个能促进学生参与探究的课堂氛围，使学生以小组或角色扮演活动，进行科学探究活动。例如，光合作用历程中的梅耶和英格豪斯两位科学家的出场，可采取角色扮演方式，让学生设身处地地体验。这既能提高学生课堂参与兴趣，又能锻炼学生的团队合作意识，使学生能够更好地组织分工、交流合作与锻炼表达能力。萨克斯实验则可以科学家小组的活动方式进行，由学生自行提出相应问题。比如，暗处理过程是否可省略？为什么？本实验可改进的地方在哪里？实验结论为何？如此，可以促进学生在小组学习中主动合作，推进探究方案或工程实践实施。
（三）加强探究式教学
科学探究作为主要的学习方式和教学方式，是学生习得生物学重要概念、形成生命观念、提升科学思维等的重要途径。为此，加强科学探究式教学，充分利用教材中的《思考·讨论》《探究·实践》和《问题探讨》栏目，精心设计并且科学组织相应教学活动，进行有趣的探究式教学，从而使学生形成独立研究的良好习惯，为核心素养形成奠定基础。
生物学科探究式教学方式可分为完全探究、部分探究、指导型探究、开放式探究。如表 1 所述的“影响酶活性条件”“酵母菌细胞呼吸方式的探究”“绿叶中色素的提取和分离”等课例可以进行完全探究或部分探究，“使用高倍显微镜观察几种细胞”“用高倍显微镜观察叶绿体和细胞质的流动”可进行指导型探究，“探究植物细胞吸水与失水”“比较过氧化氢在不同条件下的分解”“淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用”“观察根尖分生区组织细胞的有丝分裂”可进行开放型探究。不过，目前因受到观念、课时等诸多因素的限制，大部分教师选择部分探究和指导型探究较多，也有的通过演示实验、调查、科学史、研究文献、研究小报告等形式进行简单的探究。
【参考文献】
[1]中华人民共和国教育部.普通高中生物学课程标准[S].北京：人民教育出版社，2017
[2]杨 铭，刘恩山.生物学核心素养视角下的科学探究[J].生物学通报，2017（9）
[3]邓过房.人教版高中生物教科书STS教育简述[J].中小学教材教学，2016（6）
[4]李佳莹.创设环境 培养学生的生物学科核心素养——以“酶的特性”为例谈科学探究的培养[J].中学生物教学，2019（3）
[5]邓过房.生物学核心素养导向的课堂教学——以“光合作用研究的过去、现在、未来”为例[J].中学生物学，2017（3）
[6]田树青，王 新.基于核心素养的生物学教学方式的思考[J].生物学通报，2018（3）
[7]王晶莹.中美理科教师对科学探究及其教学的认知[D].上海：华东师范大学，2009
【基金项目】中山市教育科研立项课题“基于核心素养的高中生物学教材解读与教学改进”（D2016037）。
（责编 卢建龙）
【关键词】生物学核心素养 科学探究 分子与细胞 教学改进建议
【中图分类号】G 【文献标识码】A
【文章编号】0450-9889（2020）01B-0048-03
生物学核心素养是指学生在接受生物学教育过程中逐步形成的适应个人终身发展和社会发展所需要的必备品格和关键能力，是学生通过学习生物学内化的带有生物学科特性的品质，是学生科学素养的关键成分。科学探究是指能够发现现实世界中的生物学问题，针对特定的生物學现象，进行观察、提问、实验设计、方案实施以及结果的交流与讨论的能力。在探究中，乐于并善于团队合作，勇于创新。
科学探究包括观察、提出问题、查阅书籍、设计观察方案、根据实验证据修正已有信息、使用工具收集与分析和解释数据、提出答案、与他人交流等，科学探究被普遍认为是培养学生科学素养的有效策略。科学探究对学生掌握科学概念、参与科学实践、理解科学本质，成为独立思考者和学习者都有重要作用。
正因为如此，教材中编入了一定量的体现科学探究的素材是非常必要的。本文以人教版新教材《分子与细胞》（2019 年）为研究对象，对教材中出现的所有体现科学探究核心素养方面的素材进行全面梳理、深度挖掘。采用目前比较公认的分析方法、频度分析法与内容分析法，进行列表统计，对体现科学探究核心素养进行具体分析。
一、生物学核心素养“科学探究”（C）内容统计及分析
人教版高中生物教科书《分子与细胞》中有关科学探究核心素养方面的素材及其相应的核心素养内容，统计如表 1。
二、频度统计
三、结果分析
从表 1 统计的内容可分析出的结论如下：
（一）《分子与细胞》这一模块中的每一章都有相应的科学探究核心素养素材
第一章 5 次，第二章 4 次，第三章 4 次，第四章 8 次，第五章 17 次，第六章 4 次，各有侧重。集中在第 4 章和第 5 章，这与其章节内容和特点相关。如 S4 中的经典活动安排是，探究植物细胞的吸水和失水;S5 中的酶特征探究是对酵母菌细胞呼吸方式的探究。又如绿叶中色素的提取与分离活动探究是光合作用原理探究实验，具体是环境因素对光合作用强度影响的探究等。这些素材，尤其是科学探究的重要素材，都是高中阶段用来培养学生相应核心素养。
（二）重点明确，对科学研究素养的五大能力都得到应有的重视
依据表 1 各栏目数据可看出，编者把培养科学探究核心素养的侧重放在《探究·实践》和《思考·讨论》两个栏目，其中就内容而言，《探究·实践》栏目最多，《思考·讨论》栏目次之。其他栏目分布较分散，这是教材编者精心设计的，也无疑给一线教师指明了方向。教师要利用好相应栏目和相应素材（活动），科学设计、组织、安排。这对落实核心素养培养都是非常有利的。
从表 2 数据可解读出《分子与细胞》中的“科学研究”核心素养类别（①观察能力，②提问题能力，③制定方案能力，④获取数据能力，⑤表达交流能力）均有所体现，共出现了 44 个频度，主要侧重在制订方案能力（13，29.54%）和表达交流能力（14，31.81%），两者占比超 6 成。接下来是观察能力（6，13.63%），提问题能力（6，13.63%），获取数据能力（5，11.36%）。不同素养主次分明，充分体现了教材重心。这五大能力都是科学探究素养的很好表现，尤其制订方案能力和表达交流能力，是学生未来发展必须具备的素养。
从表 3 分析得出，它充分地体现了《普通高中生物学课程标准（2017 版）》中有关“科学探究”素养培养的要求。在“科学探究”素养培养水平中，分有 4 个层次。《分子与细胞》中的四个水平中，水平 1（5，11.62%），水平 2（21，48.83%），水平 3（12，27.90%），水平 4（5，11.62%）。每个层次都有相应的要求，4个水平呈正态分布。最容易的水平 1 和最高要求的水平 4 占比科学，中间程度要求的水平 2 和水平 3 占比超 7 成以上，这符合绝大部分学生的发展需求，具有一定的层次感与科学选拔性。其中，（1）水平 1 指能够使用简单的实验器具;基于给定的实验方案完成简单的实验，记录相关数据;能以书面的形式将实验结果记录下来。（2）水平 2 指能够正确使用工具进行观察;提出生物学问题，在给出的多个方案中选取恰当的方案并实施;用恰当的方法如实记录和分析实验结果;能与他人合作完成探究，以口头或书面的形式与他人展开交流。（3）水平 3 指能够熟练运用工具展开观察;针对特定情境提出可探究的生物学问题或生物工程要求;基于给定的条件，设计并实施探究实验方案或工程学实践方案;运用多种方法如实记录和分析实验结果;在小组学习中能主动合作，推进探究方案或工程实践的实施，并运用科学术语报告实验结果。（4）水平 4 指能够恰当选用并熟练运用工具展开观察;针对日常生活的真实情境提出清晰的、有价值的、可探究的生命科学问题或可达成的工程学需求;基于对相关资料的查阅，设计并实施恰当可行的方案;运用多种方法如实记录，并创造性地运用数学方法分析实验结果;能够在团队中起组织和引领作用，运用科学术语精确阐明实验结果，并展开交流。 综合来看，人教版新教材《分子与细胞》模块，在落实核心素养方面，编排的栏目，选取的材料，水平的划分都较有学科特色和具有相应的可教、可研、可读性。当然，对教师的要求也更高，教师必须对教材的所有栏目和活动素材了如指掌，否则无法驾轻就熟，占据“核心素养”新课改新高地。
四、对教学改进的建议
科学探究是科学实践的重要部分，科学探究的教学也不是有既定的步骤，它应是一个非线性的过程。课堂上鼓励学生善于观察、敢于提问，学会制订实验方案，善于从实验中获取数据并表达和交流。为此提出相应的教学建议。
（一）创设环境，培养学生的生物科学探究素养
创设探究环境，包括创设开放的选题环境、多样的选材环境和可在探究活动中检验交流实验设计方案的环境。
比如，光合作用的探究历程这节课，涉及多个经典实驗，是培养学生进行科学探究的很好课例。为此，笔者将之划分为“过去、现在、未来”跨越 300 多年的 3 个阶段。对不同阶段，学生自由选择选题，如过去阶段的亚里士多德实验、范海尔蒙特实验、普利斯特利实验，学生可以自由选材，自由设计可行方案，自由探讨方案可行性，自由评价方案结果和结论。在这一系列探究过程中，慢慢渗透科学探究的精神实质。
（二）组织以活动为核心的教学活动
组织以活动为核心的教学活动，营造一个能促进学生参与探究的课堂氛围，使学生以小组或角色扮演活动，进行科学探究活动。例如，光合作用历程中的梅耶和英格豪斯两位科学家的出场，可采取角色扮演方式，让学生设身处地地体验。这既能提高学生课堂参与兴趣，又能锻炼学生的团队合作意识，使学生能够更好地组织分工、交流合作与锻炼表达能力。萨克斯实验则可以科学家小组的活动方式进行，由学生自行提出相应问题。比如，暗处理过程是否可省略？为什么？本实验可改进的地方在哪里？实验结论为何？如此，可以促进学生在小组学习中主动合作，推进探究方案或工程实践实施。
（三）加强探究式教学
科学探究作为主要的学习方式和教学方式，是学生习得生物学重要概念、形成生命观念、提升科学思维等的重要途径。为此，加强科学探究式教学，充分利用教材中的《思考·讨论》《探究·实践》和《问题探讨》栏目，精心设计并且科学组织相应教学活动，进行有趣的探究式教学，从而使学生形成独立研究的良好习惯，为核心素养形成奠定基础。
生物学科探究式教学方式可分为完全探究、部分探究、指导型探究、开放式探究。如表 1 所述的“影响酶活性条件”“酵母菌细胞呼吸方式的探究”“绿叶中色素的提取和分离”等课例可以进行完全探究或部分探究，“使用高倍显微镜观察几种细胞”“用高倍显微镜观察叶绿体和细胞质的流动”可进行指导型探究，“探究植物细胞吸水与失水”“比较过氧化氢在不同条件下的分解”“淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用”“观察根尖分生区组织细胞的有丝分裂”可进行开放型探究。不过，目前因受到观念、课时等诸多因素的限制，大部分教师选择部分探究和指导型探究较多，也有的通过演示实验、调查、科学史、研究文献、研究小报告等形式进行简单的探究。
【参考文献】
[1]中华人民共和国教育部.普通高中生物学课程标准[S].北京：人民教育出版社，2017
[2]杨 铭，刘恩山.生物学核心素养视角下的科学探究[J].生物学通报，2017（9）
[3]邓过房.人教版高中生物教科书STS教育简述[J].中小学教材教学，2016（6）
[4]李佳莹.创设环境 培养学生的生物学科核心素养——以“酶的特性”为例谈科学探究的培养[J].中学生物教学，2019（3）
[5]邓过房.生物学核心素养导向的课堂教学——以“光合作用研究的过去、现在、未来”为例[J].中学生物学，2017（3）
[6]田树青，王 新.基于核心素养的生物学教学方式的思考[J].生物学通报，2018（3）
[7]王晶莹.中美理科教师对科学探究及其教学的认知[D].上海：华东师范大学，2009
【基金项目】中山市教育科研立项课题“基于核心素养的高中生物学教材解读与教学改进”（D2016037）。
（责编 卢建龙）