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生命科學(xué)如何促進學(xué)生自主探究學(xué)習(xí)論文
摘要：網(wǎng)絡(luò)數(shù)字化資源的獲取與利用在當(dāng)今生命科學(xué)研究中扮演愈發(fā)重要的角色。本文設(shè)計了基于數(shù)字化資源平臺的自主探究教學(xué)模式，鼓勵學(xué)生利用數(shù)字化資源進行多種方式的自主學(xué)習(xí)，通過探究學(xué)習(xí)使其科學(xué)探究能力得以提升，生物學(xué)核心素養(yǎng)得以形成。
關(guān)鍵詞：數(shù)字化教學(xué)；自主學(xué)習(xí)；核心素養(yǎng)；高中生物
《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版)》提出了生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)，在包括“科學(xué)思維”與“科學(xué)探究”在內(nèi)的核心素養(yǎng)導(dǎo)向下[1]，生物學(xué)科的教學(xué)，需要極大關(guān)注學(xué)生在課程學(xué)習(xí)后能否具有較強的自主學(xué)習(xí)能力以及終身學(xué)習(xí)的觀念。21世紀(jì)，以互聯(lián)網(wǎng)為代表的信息技術(shù)發(fā)展日新月異，海量的生命科學(xué)數(shù)字化資源為教學(xué)模式的創(chuàng)新提供了條件，同時也為學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)提供了支持。為此，針對中學(xué)生的心理發(fā)展規(guī)律、認(rèn)知水平及學(xué)習(xí)特點，筆者將大量與生命科學(xué)相關(guān)的數(shù)字化資源加以篩選，設(shè)計出以關(guān)注學(xué)生實際所得，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)與終身學(xué)習(xí)能力為出發(fā)點的探究教學(xué)模式和評價體系，以期能夠以數(shù)字化資源促進學(xué)生核心素養(yǎng)水平與自主學(xué)習(xí)、研究性學(xué)習(xí)能力的提升，同時推動教師教學(xué)水平的提高，實現(xiàn)教師與學(xué)生的相互促進、共同發(fā)展。
一、基于數(shù)字化資源的學(xué)生自主探究式課堂教學(xué)設(shè)計
高中階段生物學(xué)科的教育目標(biāo)，不僅是讓學(xué)生順利通過考試以及背誦一些生物學(xué)的概念和術(shù)語，更重要的是讓學(xué)生形成生物學(xué)核心素養(yǎng)，能夠理解和體悟生物學(xué)科的本質(zhì)。教師用傳統(tǒng)中學(xué)課程抽象知識灌輸?shù)姆绞绞谡n，并不能達成提高學(xué)生核心素養(yǎng)的目標(biāo)。為此，筆者以生命科學(xué)的各種網(wǎng)絡(luò)數(shù)字化教育教學(xué)資源平臺為依托，設(shè)計了以學(xué)生自主探究為主的課堂教學(xué)模式，以期通過日常每節(jié)課的課堂探究，促進學(xué)生有效學(xué)習(xí)的發(fā)生。下面，以人教版高中《生物必修2：遺傳與進化》第3章第3節(jié)“DNA的復(fù)制”專題復(fù)習(xí)課為例進行介紹。傳統(tǒng)復(fù)習(xí)課教學(xué)時，教師以強調(diào)教科書上知識性內(nèi)容為主，用表格等方法進行DNA復(fù)制發(fā)生場所、時間等的歸納總結(jié)。然而，以這樣的方式教學(xué)，學(xué)生難有學(xué)習(xí)興趣，缺乏主動性和自主性，理解能力、分析能力和推理能力很難提高。為此，筆者在進行教學(xué)設(shè)計之前，先對多類型、高質(zhì)量的網(wǎng)絡(luò)數(shù)字化教育教學(xué)資源進行搜集與篩選，將涉及DNA復(fù)制的數(shù)字化資源進行挖掘和整理，并以清晰的邏輯主線將這些資源進行關(guān)聯(lián)，制作用于學(xué)生自主探究的學(xué)案。學(xué)生自主探究學(xué)案的設(shè)計依賴于數(shù)字化資源，比如在觀看大量高校開設(shè)的DNA復(fù)制相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)公開課后，筆者發(fā)現(xiàn)這些課程均提到了1966年岡崎夫婦驗證半不連續(xù)復(fù)制假說的巧妙實驗設(shè)計，然而該科學(xué)史上的經(jīng)典實驗并未在高中生物教材中呈現(xiàn)，可被設(shè)計為學(xué)生自主探究學(xué)習(xí)的素材。通過網(wǎng)絡(luò)搜索，筆者發(fā)現(xiàn)岡崎夫婦所做實驗原文于1968年發(fā)表在《美國科學(xué)院院報》上。該刊自1914年創(chuàng)辦以來，大量生物學(xué)經(jīng)典文獻在其上發(fā)表[2]。為調(diào)取岡崎夫婦所做實驗的原始數(shù)據(jù)，筆者登錄該刊網(wǎng)站，通過關(guān)鍵詞搜索，下載得到半不連續(xù)復(fù)制假說驗證的原始文獻資源[3]。針對學(xué)生的學(xué)習(xí)程度和認(rèn)知水平，教師需對數(shù)字文獻資源中的數(shù)據(jù)進行簡化和整合，增強數(shù)據(jù)的可讀性（如圖1和圖2）。之后，教師依據(jù)新版考試說明中對考生能力的要求，設(shè)計層層遞進的問題串，在素材給定的情境之中，引導(dǎo)學(xué)生運用生物學(xué)知識得出結(jié)果與結(jié)論，并將該邏輯關(guān)系呈現(xiàn)在學(xué)案當(dāng)中。在教學(xué)過程中，應(yīng)利用自主探究學(xué)案，以學(xué)生參與為主線，通過對科學(xué)史上經(jīng)典實驗和精選原始文獻進行討論，讓學(xué)生自主分析與推理以實現(xiàn)知識的再生成，讓學(xué)生在教師引導(dǎo)下像科學(xué)家一樣不斷深入思考問題。由于課上時間有限，在探究課結(jié)束后，教師為學(xué)生提供相應(yīng)的課后學(xué)習(xí)資源，供不同層次的學(xué)生課后自主學(xué)習(xí)使用。以“DNA復(fù)制的特點專題”復(fù)習(xí)課為例，筆者將課堂探究活動所用到的1968年岡崎夫婦驗證半不連續(xù)復(fù)制假說的原文，供學(xué)生延伸閱讀的DNA復(fù)制方式、端粒與端粒酶發(fā)現(xiàn)過程的文獻以及關(guān)于DNA雙鏈復(fù)制存在極大隨機性的最新科研成果，以二維碼的形式提供給學(xué)生，如表1所示。學(xué)生可應(yīng)用電子設(shè)備，掃取對應(yīng)二維碼，立刻獲取相應(yīng)資料的電子資源，不僅方便且符合信息化時代學(xué)生學(xué)習(xí)的習(xí)慣。這樣也使得學(xué)習(xí)能適應(yīng)學(xué)習(xí)者的差異性。
二、以數(shù)字化資源促進學(xué)生自主探究學(xué)習(xí)的評價體系設(shè)計
�。ㄒ唬┮詫W(xué)生發(fā)展為本的學(xué)生自主命題評價
為鞏固學(xué)生課上探究式自主學(xué)習(xí)的效果，同時提升學(xué)生運用生命科學(xué)相關(guān)數(shù)字化信息資源的能力，筆者設(shè)計了學(xué)生根據(jù)最新科研文獻進行自主命題的評價方式，以評價促發(fā)展。在信息化的今天，數(shù)字期刊以其信息量大、交互性強的特點，在生命科學(xué)研究中起著愈發(fā)重要的作用。高中生掌握一定的數(shù)字期刊搜索、查閱技巧，對發(fā)展其終身學(xué)習(xí)的能力至關(guān)重要。為此，教師推薦學(xué)生關(guān)注生命科學(xué)相關(guān)科研院所的網(wǎng)絡(luò)資源，介紹基本的數(shù)據(jù)庫搜索技巧并指導(dǎo)學(xué)生進行檢索，獲取原文，便于學(xué)生自主跟蹤他們感興趣的最新科研進展。之后，教師模仿北京市高考生物試題的設(shè)問模式，以該文獻為背景進行自主命題。以下為任教班級內(nèi)學(xué)生上交的自主命題作業(yè)。近日，研究人員在偽狂犬病毒（PRV）方面的研究取得重要進展，為抗病毒藥物的設(shè)計提供了新的思路。1.偽狂犬病毒的外殼包被著來源于宿主細(xì)胞膜的囊膜，它可以幫助病毒進入宿主細(xì)胞，病毒囊膜與宿主細(xì)胞膜融合的過程依靠了細(xì)胞膜的_____（辨認(rèn)）。gB是PRV囊膜上的一種病毒自身的糖蛋白，也是一種重要的病毒表面抗原，能夠誘導(dǎo)機體產(chǎn)生_____（解讀）細(xì)胞，該細(xì)胞再產(chǎn)生抗體，以對抗病毒感染。2.研究人員針對gB制備單克隆抗體，首先需要獲得雜交瘤細(xì)胞，獲得雜交瘤細(xì)胞的過程運用了_____（辨認(rèn)）技術(shù)，雜交瘤細(xì)胞具有_____（辨認(rèn)）的特點。研究人員篩選出了1H1單克隆抗體。3.為了探究1H1單克隆抗體發(fā)揮作用時的特點，研究人員檢測了1H1單克隆抗體與野生型PRV和兩種PRV突變體的gB在不同濃度下的結(jié)合程度隨時間的變化。（圖甲為野生型PRV，圖乙、圖丙為兩種PRV突變體，不同顏色的曲線代表不同濃度。）對比60～200s的相同時間內(nèi)的實驗結(jié)果，說明_____（解讀、推理）。4.經(jīng)研究，1H1單克隆抗體具有廣譜中和活性，能抑制傳統(tǒng)野生型和多種變異株P(guān)RV感染細(xì)胞。為了有效控制具有高變異性的PRV的傳播，本實驗對你的啟發(fā)是_____（論證、評價）�！敬鸢浮�1.流動性（2分）效應(yīng)B（或漿）（2分）。2.動物細(xì)胞融合（2分）無限增殖，產(chǎn)生單一抗體（2分）。3.隨著濃度的增大，三種PRV的gB與1H1單克隆抗體的結(jié)合能力均增強（2分）。1H1單克隆抗體與野生型PRV的gB的結(jié)合能力遠(yuǎn)強于與PRV突變體的gB的結(jié)合能力（2分）。4.研發(fā)具有廣譜中和活性的單克隆抗體，對患病動物進行注射（合理即可）（2分）。在高三進行人教版《生物必修3：穩(wěn)態(tài)與環(huán)境》第2章第4節(jié)“免疫調(diào)節(jié)”相關(guān)內(nèi)容的復(fù)習(xí)時，學(xué)生瀏覽中國科學(xué)院微生物研究所最新科研進展板塊網(wǎng)頁中發(fā)現(xiàn)，該研究所關(guān)于偽狂犬病毒中和抗體的研究與高中生物免疫學(xué)內(nèi)容聯(lián)系密切。為此，教師引導(dǎo)學(xué)生搜索查找該文獻題目，登錄相應(yīng)期刊網(wǎng)站，通過題目中的關(guān)鍵詞搜索下載原始文獻[4]，之后按照2018年高考生物考試大綱對考生理解、應(yīng)用、思辨與創(chuàng)新能力的要求，指導(dǎo)學(xué)生基于該原始文獻，命制一道大題。學(xué)生均需按照考試大綱中的能力要求，在每個設(shè)問點后寫明該問考查的具體能力指標(biāo)。同時，學(xué)生也需為自己命制的試題編寫標(biāo)準(zhǔn)答案，在編寫答案的過程中檢驗試題語言的通順程度與邏輯的完整性。評價活動結(jié)束之后，筆者發(fā)現(xiàn)在運用數(shù)字化資源進行自主命題的過程中，通過教師與學(xué)生、學(xué)生與學(xué)生之間不斷交流與討論，學(xué)生自主學(xué)習(xí)的動力得以激發(fā)，對生物學(xué)科本質(zhì)的理解得以深化，自主探究學(xué)習(xí)能力得以提升。
（二）激發(fā)學(xué)生主動性與求知欲的專題演講評價
為促進學(xué)生課后自主探究學(xué)習(xí)能力的提升，筆者以關(guān)注學(xué)生的實際所得為著眼點，設(shè)計了學(xué)生專題演講的個性化評價體系。比如在人教版高中《生物必修2：遺傳與進化》“DNA的復(fù)制”專題復(fù)習(xí)課教學(xué)結(jié)束之后，教師在班內(nèi)進行學(xué)生分組，讓學(xué)生利用網(wǎng)絡(luò)資源，查找DNA復(fù)制相關(guān)領(lǐng)域最新進展，選定主題，制作PPT，以演講的形式在班內(nèi)進行交流展示。學(xué)生在查閱大量數(shù)字化資源后，發(fā)現(xiàn)CRISPR基因編輯技術(shù)是近幾年來的研究熱點，2015年，該技術(shù)的發(fā)明被《科學(xué)》等期刊多次評為年度科技進展事件，而CRIPSR技術(shù)最核心的設(shè)計思想是基于DNA復(fù)制專題中學(xué)習(xí)過的DNA存在復(fù)制損傷修復(fù)系統(tǒng)[5]。于是，學(xué)生以基于DNA復(fù)制修復(fù)的CRISPR技術(shù)為主題，查閱大量數(shù)字化資料，給出該主題的進展報告，在班內(nèi)進行演講展示（如圖3）。為評價學(xué)生在演講環(huán)節(jié)，利用數(shù)字化資源、制作PPT、整合資源進行自主學(xué)習(xí)等方面的能力與表現(xiàn)，教師設(shè)計了生物課堂現(xiàn)場PPT展示評價量表，從演講內(nèi)容、過程、PPT制作技術(shù)、時間控制、個人特色與應(yīng)答能力等方面給予學(xué)生評價。評價采取學(xué)生自評、互評以及教師評價相結(jié)合的方式進行，以提高指向生物學(xué)科核心素養(yǎng)教學(xué)的效率與質(zhì)量。通過該環(huán)節(jié)的教學(xué)，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性，學(xué)生整合網(wǎng)絡(luò)資源、制作PPT演示文稿及自主學(xué)習(xí)的能力得到了提升，視野得到了拓展。
三、利用數(shù)字化資源培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維的課外探究實踐設(shè)計
當(dāng)今，各種生命科學(xué)相關(guān)數(shù)字化教學(xué)資源為學(xué)生課后自主探究實踐提供了快捷便利的平臺與條件。學(xué)生擁有更多的學(xué)習(xí)自主權(quán)。生物學(xué)科的本質(zhì)是實驗科學(xué)，課外探究實踐活動是增進學(xué)生對生物學(xué)科本質(zhì)理解的較佳途徑。為此，教師應(yīng)鼓勵學(xué)生在課下針對生活中感興趣的生物學(xué)問題，主動利用網(wǎng)絡(luò)進行資料查找，并設(shè)計生物學(xué)實驗進行探究。植物的生活條件進行了探究與驗證。教師長期引導(dǎo)后，不僅有利于發(fā)展學(xué)生的愛好和特長，也有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實踐能力�？傊谛畔⒒咚侔l(fā)展的今天，學(xué)生有多種獲取數(shù)字化學(xué)習(xí)資源的途徑，教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生對海量資源進行甄別，并對資源進行有效加工，鼓勵學(xué)生利用選擇后的數(shù)字化資源進行多種形式的自主探究學(xué)習(xí)，在學(xué)習(xí)的過程中完成對自身知識體系的建構(gòu)，提升思維的獨立性，促進智力和非智力因素的發(fā)展。
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