高中生物学探究性学习中培养学生的关键能力研究 课题中期研究报告

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一、开题以来的进展情况以及初步的研究成果

1.课题研究的目标和内容

在课题开题论证会上，专家组在充分肯定课题组选题准确、课题研究的科学性和可行性的同时也指出了课题名称需要微调、课题研究的重点需要进一步梳理和明确、评价要易于操作等问题，并就与探究性学习相关的校本课程开发提出了建议。

根据专家组的意见，本课题的名称变更为“高中生物学探究性学习中培养学生的关键能力研究”。研究目标和研究内容分别确定如下：

研究目标：

（1）梳理高中生物学的学科关键能力。

（2）形成通过高中生物探究性学习培养学生的关键能力的具体策略。

（3）开发适用于高中生物探究性学习的校本化课程。

（4）转变教师的教学理念和方式，提升教师指导学生探究性学习的能力,实现师生共同发展。

研究内容：

（1）梳理高中生物学的学科关键能力。

（2）构建有效的、贴合校情和生情的高中生物探究性学习范式，转变课堂教与学的方式，形成在探究性学习中培养学生关键能力的具体策略，研究要点如下：

①理论教学中探究性学习范式的构建。

②实验教学中探究性学习范式的构建。

③科技实践活动中探究性学习范式的构建。

（3）适用于高中生物探究性学习活动的校本课程的开发研究。

（4）省级高中生物探究性学习课程基地的建设和利用。

（5）对学生关键能力评价的策略研究。

2.开题以来的进展情况

开题近两年来，本课题组在两位主持人的带领下，围绕课题研究目标并结合开题论证会专家组的意见，团结协作、认真学习、积极实践、勇于尝试，取得了一些积极有效的进展。

（1）完善组织架构，明确研究方向，规范研究制度，提高自身修养。

自开题以来，课题组进一步细化了课题研究内容和子课题的设计，并明确了各子课题的负责人。为了扩大本课题的研究范围，我们特别邀请了泰兴市教育局研训员汪兴泽老师和江苏省黄桥中学张建老师参加本课题的研究，并分别担任子课题1和2的负责人。

为了规范本课题的研究，课题组专门制定了《高中生物学探究性学习中培养学生的关键能力研究课题研究管理制度》，从“课题的组织管理”“课题主持人职责”“课题组成员职责”“课题的过程管理”等方面对本课题研究的管理进行规范。为了课题组成员交流、研究的方便，分别建立了“泰兴三高十三五规划课题研究”的QQ群和微信群。

自开题以来，我们已经花费近2000元，先后购买了《核心素养》、《探究性学习——学生知识的自主建构》、《人是如何学习的》、《中学生物学实验创新与拓展》、《基于学生核心素养的生物学科能力研究》等有关书籍30多种，推荐给课题组老师阅读，并要求课题组成员撰写读书笔记，定期利用微信群、QQ群交流读书体会。主持人订阅了《人民教育》、《课程教材教法》、《生物学通报》、《生物学教学》、《中学生物教学》、《中学生物学》等专业杂志，每期都认真阅读，并作笔记。通过学习，课题组进一步明晰了研究的方向，拓宽了研究的视野，也进一步增强了课题组成员的信心。

（2）梳理出高中生物学科中的学科关键能力，明晰了研究和实践的方向。

开题后，课题组经过学习和讨论认为，“发展关键能力”是国家站在宏观的角度和视野提出的关于学生培养的目标，国家在《关于深化教育体制机制改革的意见》中指出的 “关键能力”包括四个方面的能力，“认知能力、合作能力、创新能力和职业能力”，如果进一步细分，每一种关键能力又可以分成若干能力，如果将这种宏观的“关键能力”作为研究的目标，显然超出了本课题研究的范畴和能力。作为课题研究应该要明确通过本学科的学习，到底能提高学生哪些关键能力，要有学科化的表达，即在高中生物学的学习中，如何通过探究性学习来培养学生的生物学科关键能力。

北师大王健教授指出，生物学科能力是指学生在学习生物学课程的过程中所形成的稳定的心理特征，主要包括科学思维方式和解决生物学问题的基本能力。胡继飞将生物学科能力具体化为基础性能力和发展性能力。基础性能力包括观察能力、实验能力和思维能力，发展性能力包括自学能力和创造能力。李能国进一步分析指出，生物学科关键能力是生物学科能力表现中最重要的组成部分，具有鲜明的生物学特征，科学的思维方式和实验探究能力是生物学科的关键能力。

综上所述，课题组认为，科学思维和科学探究应是需要培养的高中生物学的关键能力。能力的培养不是空中楼阁，而是需要建立在学习、实践的基础之上，因此本课题的研究重点是围绕如何优化探究性学习而展开，即如何通过探究性学习来培养学生的科学思维和科学探究能力。

通过探究性学习培养学生的科学思维和科学探究能力，进而养成学生的生命观念，增强学生的社会责任感，它们的关系如下：

图1 高中生物学探究学习与关键能力关系图

（3）初步构建起不同场景下的探究学习的范式，形成通过探究性学习培养学生的关键能力的具体策略。

①适用于新授理论知识的探究学习范式——“探究-展示-评价教学模式”

从广义来看，科学探究不仅指科学探究能力，还包括增强好奇心及求知欲、乐于并善于合作、勇于创新等情意品质要求，因此学生在探究过程中培养的不仅仅是探究学习的一般步骤、方法，还应关注学生的体验和感受，培养学生的相关情感意识。在新授课时，“探究-展示-评价教学模型”以创设情境激发学生的好奇心和求知欲，从而引出适切的问题，在老师的指引下学生通过小组合作进行探究，并向同伴展示探究成果，学生和老师对展示的成果进行评价，经过反馈后进行修正。对于学生是否真正理解相关知识，通过练习和作业进行巩固和提高。“探究-展示-评价教学模型”可以小结成下图：

图2 “探究-展示-评价教学模型”过程图

②适用于科学史学习的探究学习范式——“HPS教学模式”

高中生物教材中渗透着丰富的科学史资源，基于科学史资源设计的HPS教学模式能让学生充分利用科学史材料，模拟科学家的探究过程，重走科学家的探究之路，激发学生的好奇心，培养学生的科学探究能力。HPS教学模式的基本程序包括演示现象、引出观点、学习历史、设计实验、呈现科学观念和完成检验以及总结评价。HPS教学模式的基本步骤小结如下图：

图3 “HPS教学模式”流程图

课题主持人以“基因位于染色体上的实验证据”一节为例，以HPS教学模式进行的教学设计，获得了江苏省“师陶杯”论文比赛二等奖。

③适用于探究性学习的一般范式——“5E教学模式”

5E教学模式是美国生物学课程研究（BSCS）开发的以学生为中心，以探究活动为依托，以建构主义教学理论为基础的一种探究式教学模式，其核心是学生自主探究进行科学概念构建。5E教学模式分为五个环节，分别是吸引（Engagement）、探究（Exploration）、解释（Explanation）、迁移（Elaboration）和评价（Evaluation）。具体内涵和学生相关能力培养如下表所示。

表一 “5E教学模式”的各环节表

环节

内涵

能力培养

吸引

师：联系实际，创设情境

生：认知冲突，引发思考

发现问题，探求真知

探究

师：鼓励聆听，恰当引导

生：自主探究，概念建构

合作探究，科学思维

解释

师：纠错拾遗，明确概念

生：结果展示，认知阐述

归纳总结，语言表达

迁移

师：情境拓展，重点强化

生：内化认知，理解应用

知识迁移，合理推导

评价

师：观察活动，综合评价

生：总结经验，交流心得

客观评价，自我反思

课题组成员张建老师基于“5E教学模式”的论文《“蛋白质工程的崛起”一节的教学设计》发表在《生物学教学》（核心期刊）2020年第2期。

④适用于实验教学的探究性学习范式——“展示·研究教学模式”

依据建构主义理论和生物学科特点，根据高中学生的认知规律，以提高学生的生物学核心素养为目标进行设计的一种教学模式。其程序可分为“直观展示→沟通表达→研究分享→反馈提高”四个阶段。“直观展示”是利用直观性原则，设置情境，展示目标。“沟通表达”是利用师生沟通、生生沟通等方式进行互动，在沟通中让学生进行比较，确定课题和研究的思路。“研究分享”是以研究小组的形式，让学生进行探究性学习并分享研究成果。“反馈提高”是利用反思、归纳、点拨、练习等方式对课堂教学活动进行自我评价，从而达到巩固、提高和生成的效果。这四个阶段环环相扣，在一节课中也可以针对不同知识模块进行循环，逐步提升。“展示·研究教学模式”的四个阶段的关系可用下图表示。

图4 “展示·研究教学模式”流程图

利用“展示·研究教学模式”进行实验的设计，学生的思维得到训练，语言得到锤炼，能力得到显现，有效培养了学生的生物学核心素养。由于学生亲历整个探究过程并亲自操作，因此对探究实验的设计有了完整的认识，对实验中的一些细节如数家珍，印象深刻，对以后独立设计、完成探究实验建立起了信心，为学生的终生学习奠定了基础。

课题主持人的《基于“展示·研究教学模式”的高中生物学实验教学设计》一文发表在《生物学教学》（核心期刊）杂志上。

⑤适用于模型构建的探究学习范式——“MBI教学模式模型”

MBI教学模式的优势在于1.能体现科学本质特征和展示科学的全过程；2.利用视觉化的模型呈现辅助思维过程、便于学生表达交流；3.以学生已有的知识和经验为基础构建新知识，符合认知规律；4.有利于发展学生的科学探究能力、想象力和创造力；5.围绕核心概念原理和相关现象展开便于一线教师教学实践中探究的科学内容和现象，避免无意义的虚假探究。MBI教学模式的过程可以小结成下图：

图5 “MBI教学模式模型”流程图

（4）开发出一批适用于高中生物探究性学习的校本化课程资源。

2017年版《普通高中课程生物学课程标准》将高中生物课程分为必修、选择性必修和选修，其中选修课程是为学生设计的拓展课程以及针对本校学生特点和当地资源开设的校本课程，旨在满足学生多元化兴趣和发展需要。因此，开发适应本校学生实际的、用于探究性学习的校本课程，为学生提供丰富的探究性学习资源显得尤为重要。

①成立校本课程开发小组，确定研究内容并明确分工。

课题组边研究边探索，根据学生年龄特点以及知识水平，制定不同的选修课方案。课题组成员还立足于课本，开发和挖掘课本中的课程资源，开发具有本校特色的基于课程基地建设的校本化课程。高一年级以培养学科兴趣为主，教师选取的实验以制作、调查、验证为主；高二侧重于发展思维、形成学科素养为主选取的实验以探究为主；高三侧重小课题探究等。

表二 校本课程开发小组分工安排表

序号

姓名

研究内容

符凯、王琴、蒋晶

高中生物实验拓展课程、教材补充实验

蔡燕、金玺、唐文娟

高中生物小课题研究课程

刘建飞、严飞

生物科学前沿、热点问题等课程

姚琴、高新梅、梅国香

食品安全与检疫或职业病与防控等职业体验课程

何占魁、常益

校园植物调查

②开发编写校本选修课程资源

为了更好的培育学生的探究素养，提供丰富的探究性学习资源，学校组织开发了适应本校学生实际的、不同层级要求的一系列探究性学习校本课程。目前已经出版的校本课程有《高中生物学实验拓展与探究》、《高中生物学小课题探究》、《食品安全与检疫》、《关注生活 聚焦热点》、《泰兴市第三高级中学校园植物志》、《常见疾病中的生物学知识》、《生活中的生物学知识》等七种，已经作为高一和高二年级的学生选修课程或社团指导资料。

③组织校本课程教学实践研讨活动

教育课题只有扎根于现实的土壤，转化为切实的教育生产力，才能具有长久而旺盛的生命力。依据行动研究与案例研究相结合的办法，在教学实践中探讨、反思设计中存在的问题及不足，进一步完善设计方案，及时反馈、修订课程。在行动中研究，在研究中行动，总结利用校本课程培养学生探究性学习能力的课堂教学模式。课题组先后组织了多次教学实践活动研究。

表三 课题组成员的教学研究活动

时间

授课内容

责任人

2019.6

探究植物细胞对离子的选择性吸收

符凯、蔡燕、刘建飞

2019.6.25

不同颜色西瓜汁还原糖的鉴定

刘建飞、汪兴泽

2018.11.25

制作真核细胞模型

蔡燕、高新梅、姚琴

2019.12.5

观察植物细胞的吸水和失水

金玺、何占魁

2018.10

观察苔藓的叶绿体及质壁分离现象

唐文娟

（5）利用建设江苏省高中生物探究性课程基地的契机，转变教师的教学理念和方式，提升教师指导学生探究性学习的能力。