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生命科学如何促进学生自主探究学习

 论文栏目:生命科学论文     更新时间:2018/11/5 15:30:58   

摘要:网络数字化资源的获取与利用在当今生命科学研究中扮演愈发重要的角色。本文设计了基于数字化资源平台的自主探究教学模式,鼓励学生利用数字化资源进行多种方式的自主学习,通过探究学习使其科学探究能力得以提升,生物学核心素养得以形成。

关键词:数字化教学;自主学习;核心素养;高中生物

《普通高中生物学课程标准(2017年版)》提出了生物学学科核心素养,在包括“科学思维”与“科学探究”在内的核心素养导向下[1],生物学科的教学,需要极大关注学生在课程学习后能否具有较强的自主学习能力以及终身学习的观念。21世纪,以互联网为代表的信息技术发展日新月异,海量的生命科学数字化资源为教学模式的创新提供了条件,同时也为学生自主学习能力的培养提供了支持。为此,针对中学生的心理发展规律、认知水平及学习特点,笔者将大量与生命科学相关的数字化资源加以筛选,设计出以关注学生实际所得,培养学生自主学习与终身学习能力为出发点的探究教学模式和评价体系,以期能够以数字化资源促进学生核心素养水平与自主学习、研究性学习能力的提升,同时推动教师教学水平的提高,实现教师与学生的相互促进、共同发展。

一、基于数字化资源的学生自主探究式课堂教学设计

高中阶段生物学科的教育目标,不仅是让学生顺利通过考试以及背诵一些生物学的概念和术语,更重要的是让学生形成生物学核心素养,能够理解和体悟生物学科的本质。教师用传统中学课程抽象知识灌输的方式授课,并不能达成提高学生核心素养的目标。为此,笔者以生命科学的各种网络数字化教育教学资源平台为依托,设计了以学生自主探究为主的课堂教学模式,以期通过日常每节课的课堂探究,促进学生有效学习的发生。下面,以人教版高中《生物必修2:遗传与进化》第3章第3节“DNA的复制”专题复习课为例进行介绍。传统复习课教学时,教师以强调教科书上知识性内容为主,用表格等方法进行DNA复制发生场所、时间等的归纳总结。然而,以这样的方式教学,学生难有学习兴趣,缺乏主动性和自主性,理解能力、分析能力和推理能力很难提高。为此,笔者在进行教学设计之前,先对多类型、高质量的网络数字化教育教学资源进行搜集与筛选,将涉及DNA复制的数字化资源进行挖掘和整理,并以清晰的逻辑主线将这些资源进行关联,制作用于学生自主探究的学案。学生自主探究学案的设计依赖于数字化资源,比如在观看大量高校开设的DNA复制相关的网络公开课后,笔者发现这些课程均提到了1966年冈崎夫妇验证半不连续复制假说的巧妙实验设计,然而该科学史上的经典实验并未在高中生物教材中呈现,可被设计为学生自主探究学习的素材。通过网络搜索,笔者发现冈崎夫妇所做实验原文于1968年发表在《美国科学院院报》上。该刊自1914年创办以来,大量生物学经典文献在其上发表[2]。为调取冈崎夫妇所做实验的原始数据,笔者登录该刊网站,通过关键词搜索,下载得到半不连续复制假说验证的原始文献资源[3]。针对学生的学习程度和认知水平,教师需对数字文献资源中的数据进行简化和整合,增强数据的可读性(如图1和图2)。之后,教师依据新版考试说明中对考生能力的要求,设计层层递进的问题串,在素材给定的情境之中,引导学生运用生物学知识得出结果与结论,并将该逻辑关系呈现在学案当中。在教学过程中,应利用自主探究学案,以学生参与为主线,通过对科学史上经典实验和精选原始文献进行讨论,让学生自主分析与推理以实现知识的再生成,让学生在教师引导下像科学家一样不断深入思考问题。由于课上时间有限,在探究课结束后,教师为学生提供相应的课后学习资源,供不同层次的学生课后自主学习使用。以“DNA复制的特点专题”复习课为例,笔者将课堂探究活动所用到的1968年冈崎夫妇验证半不连续复制假说的原文,供学生延伸阅读的DNA复制方式、端粒与端粒酶发现过程的文献以及关于DNA双链复制存在极大随机性的最新科研成果,以二维码的形式提供给学生,如表1所示。学生可应用电子设备,扫取对应二维码,立刻获取相应资料的电子资源,不仅方便且符合信息化时代学生学习的习惯。这样也使得学习能适应学习者的差异性。

二、以数字化资源促进学生自主探究学习的评价体系设计

(一)以学生发展为本的学生自主命题评价

为巩固学生课上探究式自主学习的效果,同时提升学生运用生命科学相关数字化信息资源的能力,笔者设计了学生根据最新科研文献进行自主命题的评价方式,以评价促发展。在信息化的今天,数字期刊以其信息量大、交互性强的特点,在生命科学研究中起着愈发重要的作用。高中生掌握一定的数字期刊搜索、查阅技巧,对发展其终身学习的能力至关重要。为此,教师推荐学生关注生命科学相关科研院所的网络资源,介绍基本的数据库搜索技巧并指导学生进行检索,获取原文,便于学生自主跟踪他们感兴趣的最新科研进展。之后,教师模仿北京市高考生物试题的设问模式,以该文献为背景进行自主命题。以下为任教班级内学生上交的自主命题作业。近日,研究人员在伪狂犬病毒(PRV)方面的研究取得重要进展,为抗病毒药物的设计提供了新的思路。1.伪狂犬病毒的外壳包被着来源于宿主细胞膜的囊膜,它可以帮助病毒进入宿主细胞,病毒囊膜与宿主细胞膜融合的过程依靠了细胞膜的_____(辨认)。gB是PRV囊膜上的一种病毒自身的糖蛋白,也是一种重要的病毒表面抗原,能够诱导机体产生_____(解读)细胞,该细胞再产生抗体,以对抗病毒感染。2.研究人员针对gB制备单克隆抗体,首先需要获得杂交瘤细胞,获得杂交瘤细胞的过程运用了_____(辨认)技术,杂交瘤细胞具有_____(辨认)的特点。研究人员筛选出了1H1单克隆抗体。3.为了探究1H1单克隆抗体发挥作用时的特点,研究人员检测了1H1单克隆抗体与野生型PRV和两种PRV突变体的gB在不同浓度下的结合程度随时间的变化。(图甲为野生型PRV,图乙、图丙为两种PRV突变体,不同颜色的曲线代表不同浓度。)对比60~200s的相同时间内的实验结果,说明_____(解读、推理)。4.经研究,1H1单克隆抗体具有广谱中和活性,能抑制传统野生型和多种变异株PRV感染细胞。为了有效控制具有高变异性的PRV的传播,本实验对你的启发是_____(论证、评价)。【答案】1.流动性(2分)效应B(或浆)(2分)。2.动物细胞融合(2分)无限增殖,产生单一抗体(2分)。3.随着浓度的增大,三种PRV的gB与1H1单克隆抗体的结合能力均增强(2分)。1H1单克隆抗体与野生型PRV的gB的结合能力远强于与PRV突变体的gB的结合能力(2分)。4.研发具有广谱中和活性的单克隆抗体,对患病动物进行注射(合理即可)(2分)。在高三进行人教版《生物必修3:稳态与环境》第2章第4节“免疫调节”相关内容的复习时,学生浏览中国科学院微生物研究所最新科研进展板块网页中发现,该研究所关于伪狂犬病毒中和抗体的研究与高中生物免疫学内容联系密切。为此,教师引导学生搜索查找该文献题目,登录相应期刊网站,通过题目中的关键词搜索下载原始文献[4],之后按照2018年高考生物考试大纲对考生理解、应用、思辨与创新能力的要求,指导学生基于该原始文献,命制一道大题。学生均需按照考试大纲中的能力要求,在每个设问点后写明该问考查的具体能力指标。同时,学生也需为自己命制的试题编写标准答案,在编写答案的过程中检验试题语言的通顺程度与逻辑的完整性。评价活动结束之后,笔者发现在运用数字化资源进行自主命题的过程中,通过教师与学生、学生与学生之间不断交流与讨论,学生自主学习的动力得以激发,对生物学科本质的理解得以深化,自主探究学习能力得以提升。

(二)激发学生主动性与求知欲的专题演讲评价

为促进学生课后自主探究学习能力的提升,笔者以关注学生的实际所得为着眼点,设计了学生专题演讲的个性化评价体系。比如在人教版高中《生物必修2:遗传与进化》“DNA的复制”专题复习课教学结束之后,教师在班内进行学生分组,让学生利用网络资源,查找DNA复制相关领域最新进展,选定主题,制作PPT,以演讲的形式在班内进行交流展示。学生在查阅大量数字化资源后,发现CRISPR基因编辑技术是近几年来的研究热点,2015年,该技术的发明被《科学》等期刊多次评为年度科技进展事件,而CRIPSR技术最核心的设计思想是基于DNA复制专题中学习过的DNA存在复制损伤修复系统[5]。于是,学生以基于DNA复制修复的CRISPR技术为主题,查阅大量数字化资料,给出该主题的进展报告,在班内进行演讲展示(如图3)。为评价学生在演讲环节,利用数字化资源、制作PPT、整合资源进行自主学习等方面的能力与表现,教师设计了生物课堂现场PPT展示评价量表,从演讲内容、过程、PPT制作技术、时间控制、个人特色与应答能力等方面给予学生评价。评价采取学生自评、互评以及教师评价相结合的方式进行,以提高指向生物学科核心素养教学的效率与质量。通过该环节的教学,提高了学生学习的主动性,学生整合网络资源、制作PPT演示文稿及自主学习的能力得到了提升,视野得到了拓展。

三、利用数字化资源培养学生创新思维的课外探究实践设计

当今,各种生命科学相关数字化教学资源为学生课后自主探究实践提供了快捷便利的平台与条件。学生拥有更多的学习自主权。生物学科的本质是实验科学,课外探究实践活动是增进学生对生物学科本质理解的较佳途径。为此,教师应鼓励学生在课下针对生活中感兴趣的生物学问题,主动利用网络进行资料查找,并设计生物学实验进行探究。植物的生活条件进行了探究与验证。教师长期引导后,不仅有利于发展学生的爱好和特长,也有利于培养学生的创新精神和实践能力。总之,在信息化高速发展的今天,学生有多种获取数字化学习资源的途径,教师应引导学生对海量资源进行甄别,并对资源进行有效加工,鼓励学生利用选择后的数字化资源进行多种形式的自主探究学习,在学习的过程中完成对自身知识体系的建构,提升思维的独立性,促进智力和非智力因素的发展。

作者:文可佳

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