刘本举

摘 要 简单介绍了探究性学习的类型，并举例分析了资料型探究、科学史探究、实验探究和调查型探究4种探究学习类型在教学过程中的实施，指出了应该注意的问题。

关键词 探究性学习 案例分析 生物学教学

中图分类号 G633.91

文献标识码 B

文件编号：1003-7586(2006)09-0027-06

《普通高中生物课程标准（实验）》明确指出，新一轮基础教育改革以转变学生的学习方式为重点，倡导探究性学习，引导学生主动参与科学探究的过程，其用意在于把学生从知识的被动接受者转变为探索者，让学生经历和体验科学探究的过程，激发其学习生物学的兴趣，全面培养学生的生物科学素养，使学生的各种能力均得到提高。

教师如何设计生物教学过程和引导学生积极参与探究性学习活动，以及探究性学习方式的种类与特征等问题已成为新一轮教学改革研究的重要内容之一。本文就探究性学习的类型及实施谈谈自己的看法和体会。

1 探究性学习的概念、内涵及分类

探究性学习是指学生在教师指导下，为获得科学素养以类似科学家科学探究的科学研究方式所开展的学习活动。

传统教学中的接受学习不能或不完全能使学生获得科学素养，因为科学知识、科学方法和科学精神从根本上说是在科学家的实践活动中产生和发展的，因此新课程希望学生能以类似科学家探究的学习方式通过发现问题、分析研究、动手操作、表达与交流等探究性活动，达到知识、技能、态度和思维品质共同提高的目的。

美国著名教育家杜威认为，以学生为中心的学习应该专注于以往所获得的实践性知识，即直接经验，通过将学习者置于真实的学习情境中，让他们在未知领域中探索，不断地生成新知识，而新知识的产生又为新的探索提供了基点，这样的知识才会有用、才会持久。

美国认知派心理学家布鲁纳也强调：发现不仅限于寻求人类尚未知晓的事物，确切地说，它包括用自己的头脑亲自获得知识的一切方法。

后来，芝加哥大学的施瓦布主张把科学的可变性渗透到课程中，并采用科学探究教学来教授“作为探究的科学”，以便让学生更好的理解科学的本质，探究学习是他于1964年首次提出的。

杜威的从做科学中学科学的学习与布鲁纳的发现式学习方式有相似之处，都是模拟科学研究的探究过程展开的。而探究式学习正是在此基础上发展出来的一种具有较强的问题性、实践性和自主开放性的学习方式，在学习过程中学会科学的方法和技能、科学的思维方式、形成科学观点、树立科学精神，达成知识、能力、情感态度与价值观三个维度的统一，这是探究性学习方式的目标。

美国《国家科学教育标准》中对探究式学习的过程做了解释，大致概括为：提出问题、设计研究方案、收集数据、构造问题的答案、交流探究过程和探究结果几个基本阶段。

但是教师应该知道，科学探究中并不存在固定的一成不变的研究方法或模式，在学生探究性学习的教学活动中，出于教学时间、学生基础、教学条件等因素的考虑，不能安排大量高层次的全程探究活动。而学生也需要从多种多样的不同层次的探究活动中学习各种不同的科学探究方法和科学探究技能，所以，教师完全可以选取其中一个或几个环节设计成为学生的探究学习活动。

因而，在教学实践中，我尝试根据探究问题的来源及探究过程的特点把探究性学习方式划分为：资料型探究、科学史探究、实验探究和调查型探究4种类型（表1）。

上述分类中，资料型探究和科学史探究均适合在课堂教学中实施，属于“动脑不动手”的分组合作讨论或者分析思考型探究学习类型，是一种简单易行又能培养学生科学思维能力的学习方式，但这种探究类型需要教师对来自教材或科学史的探究素材进行加工重组，尤其是教材中的结论性知识，更需要教师事先查阅大量资料，把这些知识转化为适合在课堂上探究的小课题，创设一种探究氛围，让学生参与探究过程，成为教学过程的主体。实验探究和调查探究均属于全程探究性学习过程，在内容、形式、空间上都具有开放性，整个活动过程具有强烈的实践性，它能提供学生独立自主地发现、探讨和解决问题、发挥自已特长、掌握科研方法及自学手段等的机会，对学生综合能力的提高及特长的发展具有重要作用。

2 探究性学习的举例及分析

2.1 资料型探究性学习

资料型探究性学习，即基于教师和教材提供的文献资料和数据，学生通过讨论和思考分析，将数据或资料内化整合，经过主动探索获取新知识的一个学习过程。其优点为不受实验室设备条件的限制，易于在课堂上组织实施，学生通过合作与“动脑”的方式在获得知识的同时得到科学探究能力的训练。

例如“植物的矿质营养”一节中，关于植物的根是如何吸收矿质离子的？教材中只给出了一个结论性的知识框架。要达到在学习基础知识的过程中培养学生的思维能力，使学生主动参与学习过程，教师就必须采用探究性学习的教学策略。本节课所涉及的有关科学实验很难全部在课堂上重现，所以宜采用以数据资料的形式把探究素材呈现给学生，让学生通过资料的分析和讨论、整合及推理，模拟科学研究的部分探究过程获取新知识。教学过程如下。

将资料一一呈现给学生，让学生分组思考讨论。

资料①：科学家用菜豆做实验，发现白天的吸水量增加1倍，而K⁺、Ca²⁺、NO₃^-和PO₄^3-等只增加0.1～0.7倍。实验持续一段时间后，某些离子在培养液中的浓度反而升高了。资料②：晚上蕃茄的吸水量减少时，钾离子的吸收量反而增多，即钾离子浓度降低了。分析上述2个资料，你能得出什么结论？（矿质离子的吸收与水分的吸收是2个不同的过程，并不成比例。）

资料③：在适宜的恒定外界条件下，用一种缺钙培养液培养蕃茄，当逐渐加入CaCl₂溶液时，检测表明，随Ca²⁺浓度的增加，根对Ca²⁺的吸收速率逐渐增大，但当Ca²⁺浓度增大到一定程度时，吸收速率则不再随Ca²⁺浓度增大而加快。通过资料③的分析，你能推理出什么可能的结论？（学生通过思考分析可以推理得出结论：蕃茄对Ca²⁺的吸收是需要载体的。）

这时教师可引导学生提出假设：此过程需要载体，很可能是一个主动运输的过程。想一想，要想验证这个假设，除了知道该过程需要载体外还需要证明该过程具备什么特点？应如何设计实验方案？由小组讨论后，由各组代表介绍各自的方案，再由全班同学评价完善与整合，最后确定正确的实验思路和方法，教师给予肯定后展示资料④：用化学药品二硝基苯酚（DNP）处理幼根，根细胞内的ATP形成受阻，使根对矿质元素的吸收中断。教师使学生根据资料分析推理得出结论：根吸收矿质离子时需要消耗能量，故为主动运输过程。通过上述过程，学生经历了一个模拟科学探究过程，即：资料分析→发现问题→提出假设→设计实验→实验分析→得出结论。他们不仅学习了植物的根是如何吸收矿质离子的，还同时学习了有关科学实验研究的方法，通过资料的分析思考和实验方案的设计，使其探究能力得到了提高。这种教学模式要求教师创造一个以“学”为中心的探究学习环境，这个环境必须有民主和谐的课堂气氛，以使学生没有任何压力，使学生真正有独立探究的愿望和机会，而不是被教师直接引向问题的答案。

再如，学习植物的激素调节一节时，教师可引导学生通过探究性学习过程学习生长素的发现与功能后，为了培养学生的求异思维能力，还可以将教材内容进一步拓展转化，给学生如下信息资料，引导学生进一步探究。“长期以来，人们认为植物向光性生长是由于生长素分布不均造成的。但是20世纪80年代以来，有学者在对向光性生长的某些植物器官向光面和背光面生长素含量进行精确测定后，发现两者并没有差别，如萝卜的下胚轴、黄花燕麦胚芽鞘等。同学们请想一想，植物向光性现象的出现还会有其他可能的原因吗？能否提出一个合理的假设？”通过上述教学过程，学生会利用求异思维思考、讨论，他们的思维会升华到一个新的高度，既拓展了思维的空间，批判性思维能力和创新思维能力又得到了培养与训练。

还有，关于生长素的极性运输，教材上只有一句话：“生长素在植物体内的运输，主要是从植物体形态学的上端向下端运输，而不能倒转过来运输”，这是一个极简单的结论性知识，直接以讲述的形式告诉学生，不可能使学生得到思维的训练和能力的提高，与“倡导探究学习”的精神不相吻合。这个知识点在教学过程中也可以转化为学生探究性学习的研究过程，让学生尝试设计实验方案、预期实验结果，通过这2个环节提高学生的科学探究能力。

总之，资料型探究是一种便于在课堂上开展、简便易行的学生探究活动。科学是一个发展的过程，其本质在于探索，通过有关资料的探究过程，能使学生主动参与教学过程，成为一个探索者、研究者，而不是一个被动的接受者，并且还能使学生沿着科学家探索生物世界的道路，理解科学的本质和科学研究方法，学习科学家的科学精神，较好地培养学生的科学素养。

2.2 科学史探究性学习

科学史探究是指基于教材知识点相关科学史的探究性学习过程，相关科学史需经过教师的提炼和加工整理，将其中蕴含的科学实验和科学方法转换成为学生在课堂上可以思考探究的课题，通过学生讨论及思考探究获取新知识并得到科学方法教育，提高其探究能力。

例如，细胞器的有关知识，教材上都是以“分布→结构→功能”为主线的结论性知识介绍。如果教师按照教材思路，把细胞器（如线粒体）的分布、结构和功能一一介绍给学生，尽管辅之以现代化的教学手段，利用多媒体技术，把多种线粒体图片（平面图、立体图、电镜照片等）以各种方式展示给学生，但仍然摆脱不了知识学习与能力培养相互脱节的结果，这只能算得上一种用现代化教学手段“包装”的接受式学习方式。但如果查阅相关科学史资料，并整理为适合学生课堂思考探究的学习过程，将更有利于实现新课程标准中知识、能力、情感态度与价值观的统一。

教师首先给学生提供如下科学史资料：① 1890年，德国生物学家Altmann首先在光学显微镜下观察到动物细胞质中存在一种颗粒状结构，称作“生命小体”。1897年Benda重复了以上实验，因这种小体呈短线状或颗粒状，故根据形态将其命名为线粒体（mitochondrion，源于希腊字mito：线；chondrion：颗粒）；② 后来的研究发现，线粒体普遍存在于动、植物细胞中；③ 植物幼嫩组织和分生组织比衰老组织中多；④ 肝细胞和心肌细胞较表皮细胞多（如每个肝细胞可达2 000个，而一般细胞只有200个左右）；⑤ 在同一细胞中分布不均匀（如常聚集在精子尾基部、原生动物的纤毛基底部和小肠上皮细胞的微绒毛基部等）。

教师然后提出问题，由学生讨论分析：根据线粒体的这些分布特点，你能推理出什么结论？通过思考与讨论，学生一般能推理出，线粒体可能与能量的供应有关。此时教师再通过下面的问题，步步深入，以启发式谈话的方式与学生互动交流，推断线粒体的功能。

① 根据初中所学内容，生命活动所需能量从哪里来？② 有机物在有氧条件下分解被称做细胞的有氧呼吸，线粒体和能量供应有关，由此你能推出线粒体的功能吗？通过上述2个问题的思考与分析，学生得到的不仅仅是“线粒体是细胞有氧呼吸的主要场所”这一个结论性知识，他们经历了以下过程：思考分析→整理原有知识使之系统化→利用原有知识使之转化为推理能力→科学推理→得出结论。在这个过程中，学生通过思考和推理主动地获取知识，成为学习的主体，其能力和素质的提高是必然的。而针对线粒体的结构，教师可采用由功能反向推理，借助于“结构总是和功能相适应”的生物学观点，步步深入，推理出线粒体应该具备的结构，例如可首先引导学生提出问题：① 线粒体要最终完成糖类等有机物的彻底氧化分解，这个过程包括复杂的多个步骤的生化反应，要保证这个过程顺利进行，需要哪些条件？（停顿，给学生留下思考时间，但这个问题较大，不宜提问。）② 这个过程异常复杂，被氧化的有机物和氧气需集中在一起，最终的产物要顺利离开，中间产物不能离开，所以最好与其他生化反应过程分隔开，因而线粒体表面应该有什么样的结构？（让学生回答）

通过提问，教师顺势引导学生推理出：膜→选择透过性膜，并告诉学生，通过电子显微镜已经观察到了线粒体具备双层膜结构。③ 这种氧化过程是在常温常压下，以合乎生命活动的节律进行的，因而需要哪类物质才能顺利进行？学生一般能回答需要酶的催化作用，然后引导学生顺势推理出：酶→多种酶→与有氧呼吸有关的酶。④ 氧化过程将包括许多步骤才能完成，而且有许多组这样的过程同时进行，那么，线粒体内表面应该大些？还是小一些好呢？学生能结合化学课上学习的有关反应速率的知识做出正确判断。这时教师再问学生：内膜应呈什么状态才能使其内部有更大的膜面积？（给学生留出思考时间并提问）之后，引导学生总结：内膜向里折叠形成嵴。⑤ 这些化学反应在温和的条件下进行，能量逐步释放出来，还需要一个怎样的环境条件？此时，教师引导学生通过化学知识推理出这些反应都应该在溶液环境中进行，所以内部充满了液态的基质。在学生回答的基础上，教师可通过多媒体展示剖面扫描电镜照片（示立体结构）和透射电镜照片（示剖面结构），并在黑板上画出线粒体的结构模式图。

上述过程自始至终都以学生参与教学探究过程为主线，充分调动学生自主学习的积极性，通过问题探究自主发现和获取知识，充分利用已有的知识去解决新的问题。学生不仅能学会，还能进一步达到“会学”，使获取知识与发展智力紧密结合，较好地避免了知识传授与能力培养的脱节问题。

再如，在著名的温特实验之前，丹麦著名生物学家詹森曾经做了一个实验证实影响胚芽鞘向光弯曲生长的到底是尖端这种结构本身，还是尖端产生了某种化学物质。把这个实验过程介绍给学生，让学生比较2个实验，并对此做出评价，哪个实验的科学性、严谨性更好，为什么？詹森的实验过程如下：取一完整的胚芽鞘，切去尖端后再把尖端放上，但尖端和下部用琼脂薄片隔开，结果发现向光性重新出现，由此证实了尖端对下部的影响可以透过琼脂片向下传递，所以影响下部的不是尖端本身，而是尖端产生的某种可运输到下部的化学物质。学生通过思考分析，一般能总结出：该实验不能完美的解释尖端产生了可向下运输的化学物质，仅仅能证明这种影响作用可以透过琼脂片向下传递，不足之处为不能完全排除尖端对实验结果的影响。教师选择这个探究环节，能较好地培养学生的批判性思维能力。

科学的本质在于科学探究，科学史与科学的本质紧密相连。如果教师把科学史所蕴含的科学探究方法教育素材挖掘出来，加以整理、转化，设计成为科学性、启发性的探究小课题，激发学生的创造灵感，引导学生进行基于资料的分析探究活动，便能让学生沿着科学家的思维发现知识，正是这个发现的过程帮助学生实现了知识与能力的同步发展。

另外，细胞膜的结构和功能、生长素的发现、光合作用的发现与研究、基因分离定律的发现等内容均适合此种探究性学习方式。

2.3 实验探究学习方式

实验探究学习，即基于教材实验的拓展，或者由教材内容的学习与深化，由学生发现的问题，由此转化设计为适合学生分组进行的探究性实验过程等。这些实验的共同特点是学生不知道实验结果，但可以由教师所给的启发性问题为指导，通过实验设计、实验操作和思考分析得出结论。这样的探究性实验本身就是学生非常感兴趣的问题，所以他们会急于去解决，在不知道结果的情况下，对于他们又有一种未知的神秘感，所以他们乐意去思考、去探索，对于由此所获得的知识也会被牢固地掌握。

例如，在学习植物细胞有丝分裂时，有一个观察植物细胞的有丝分裂实验，在实验过程中学生提出了一个问题：为了保证把分生区剪下来，又不能剪取太长以至于不容易在光学显微镜下找到分生区，取洋葱根尖时最好剪取多长？只要找到分生区，这个问题就解决了。分生区到底距离根尖多远？如何找到？在教学实践中，教师可引导学生提出问题后，让学生分组讨论解决问题的办法，并设计实验。让每个小组代表在课堂上展示自己的方案，全体学生评价和完善，然后筛选出最佳方案后让学生分组实验，通过小组合作的方式在开放实验室进行。例如，其中有一个实验设计得非常巧妙，实验很成功，步骤如下：（1） 选取已经培养生根的洋葱，找到生长健壮而且生长状况相同的幼根6条；（2） 每间隔2 mm用极细的黑线轻轻的系在根上做一个标记（松紧程度以不伤害根并且不影响根的正常生理活动为宜），每条根共做10个标记；（3） 1 d后测量每两条标记黑线间的距离，距离最大处为分生区；（4） 测量6条根的分生区距离根尖末端距离，求平均值，确定应该剪取根尖的长度。

再如，在学习完植物对水分的吸收和利用时，学生在学习过程中发现了一个问题，能不能利用植物细胞质壁分离和复原的原理测定一种洋葱鳞叶表皮细胞液的浓度？教师此时可便因势利导，趁机提出：要通过实验的方法测量一种洋葱鳞叶表皮细胞液的浓度，需要哪些实验材料和仪器？实验应如何设计？如果让你去做记录，请设计一个记录表格。这只是一个作业，布置给各个小组去完成。等学生设计完成后，教师让每个小组代表在课堂上展示自己的方案，全体学生评价和完善，然后筛选出最佳方案后让学生分组实验，通过小组合作的方式在开放实验室进行。

还有，在“植物的运动”教学中，学生对于含羞草的感震运动、植物的向光性运动和猪笼草的捕食性运动等很感兴趣，提出很多问题，教师便可以给学生介绍了常见的丝瓜卷须的向触性弯曲现象，提出问题：“丝瓜卷须的向触性弯曲现象与哪些因素有关？”学生对此兴趣较浓，很容易引发他们的思考与猜测，于是教师又可趁机提出探究性实验课题：验证丝瓜卷须向触性弯曲与刺激强度的关系。

学生在整个实验过程中经历了如下过程：发现问题→思考和分析问题→找出解决问题的方法→实验操作→分析实验现象→得出结论。整个过程都是在教师启发下，学生独立完成的，学生真正成为学习的主体，充分发挥了他们的创造性思维能力，在很大程度上使他们的思维得到了开发，科学素养得到了提高。

另外，教材实验深化的探究还有观察和统计不同植物细胞液流动的方向、探究不同浓度的生长素溶液对扦插枝条生根的影响、探究小生态瓶制作过程中不同消费者的选择等。教材中可探究的问题也很多，如模拟酸雨对大豆种子发芽率的影响、种子在发芽过程中干重的变化与测量、日照长度对菊花开花的影响等，针对上述问题教师可以利用实验探究学习的方式让学生体验到科学探究的无穷魅力。

2.4 调查探究学习方式

调查探究是指为了实现知识、能力、情感态度与价值观三个维度统一的教学目标，以及贯彻倡导探究性学习、注重与现实生活联系的课程理念，引导学生以与教材内容有联系的社会问题为素材，开展的调查与探究的综合性学习活动。学生对这种探究学习方式有较高的兴趣，易于在学生中开展，并且该活动由一系列科学实验组成，每一环节都必须认真对待，容不得半点马虎，有利于培养学生严谨的、实事求是的科学态度。整个实验探究过程中的每一个实验都蕴涵有丰富的问题情境，每一个问题都出自实验中的关键环节，学生在解决每一个为什么的同时锻炼了他们的思维能力及解决问题的能力。而且活动过程中的每一个实验都由学生亲自动手，使他们学会了科学实验的方法，提高了他们的动手能力。

例如，在学习“遗传与基因工程”部分时，学生对于所提到的转基因食品了解不多，当提到日常生活中已经接触和食用转基因食品时，学生感到很惊讶。这时，我就可引导学生开展了一项调查活动：“濮阳市市民对转基因食品的了解情况和态度”。首先让学生通过小组讨论确定调查目的（调查市民对转基因食品的了解和态度，从一个侧面了解我市城市居民的生物学素养），引导学生制定调查计划和方案，然后根据研究目的由各小组编制调查问卷，问卷编制后汇总讨论，确定问卷的问题为15个，下面列举几个。

1． 您听说过转基因食品吗？（ ）

A． 很清楚 B． 知道 C． 知道一点 D． 曾经听说过 E． 从没听说过

2． 您了解转基因食品的含义吗？（ ）

A． 一无所知 B． 有一点了解 C． 了解一些 D． 了解不少 E． 非常了解

3． 你知道几种转基因食品？（ ）

A． 0种 B． 1种 C． 2种 D． 3种 E． 更多

……

11． 在知道的情况下，您会购买转基因食品吗？ （ ）

A． 很愿意 B． 愿意 C． 无所谓 D． 如果价格便宜就买 E． 不会买

12． 您认为转基因食品对社会影响的综合评价是 （ ）

A． 不知道 B． 利大于弊 C． 利弊相当 D． 弊大于利 E． 非常有害

13． 您认为目前我国对转基因食品的监管有力吗？（ ）

A． 不知道 B． 非常有力 C． 还可以 D． 缺乏力度 E． 监管不力

……

调查表编制完成后，开始以小组分工合作的模式进行调查，让各小组分别联系某个幼儿园、小学、初中、和本校分发问卷，让学生带回家让家长填写后带回，共分发问卷1 500份，回收有效问卷976份。随后，让各小组成员利用课余时间把问卷整理并填涂到答题卡上，利用电脑进行统计，然后把结果分发给各小组，由小组讨论分析，最后汇总他们的结论再全体讨论并撰写调查报告（遗憾的是，市民对第1题的选择为E，即从没有听说过的，竟然有468人，占到47.95%，可见市民对转基因食品的了解还远远不够，他们的生物学素养也略见一斑）。

再如，在学习“环境污染的危害”时，我们曾引导学生开展过水体细菌污染的调查探究活动，所利用的方法为平板菌落计数法，调查范围为学校自来水、雨水、郊区小河水。水体细菌总数通常做为水体污染程度的一项重要指标，通过这个探究性学习活动，让学生主动参与探究过程，使他们初步学会科学研究的思路和方法，并通过观察、分析、讨论等形式，培养学生实事求是的科学态度，增强学生的环保意识和卫生意识。

与教材知识密切相关的双眼皮、红绿色盲、血型等遗传性状的调查与分析等，社会热点问题，如环境保护的有关问题等均可做为调查探究的学习课题。

3 实施探究性学习应该注意的问题

不管哪种类型的探究性学习方式，均需要教师提前整理相关资料，设计探究程序，最大限度地调动学生的探究兴趣和热情。所以对教师的要求不仅仅限于掌握某个或几个探究模式和步骤，而是要求教师要彻底更新教育观念，掌握大量与教材有关的探究素材，这样才能从一个新的高度把握整个教学过程，让学生尽情地享受科学探究的乐趣，体验探究成功的绝妙感受。

探究性学习过程中不要忽视或弱化教师的主导作用。传统教学的弊端是把教材知识以教师讲解、学生接受的方式进行教学，忽视了学生的主体地位，束缚了学生思维的发展，使知识传授与能力培养相互脱节。但探究性学习活动决不是一味追求学生自主活动的“热闹”场面，如果探究方向不明确，教师指导不到位或课前准备不充分，均会导致“牧羊式”课堂的出现，这样片面夸大学生自主活动，忽略教师引导和控制的教学过程不仅不能培养学生的创新思维和探究能力，而且还会养成思维的方向性差、没有深度的坏习惯。

探究性学习在实现知识学习和能力培养相统一的教学目标方面有无可比拟的效果，尽管有诸多的好处和优点，但这也不是惟一的学习方式和教学模式，不可盲目追求每个知识点都让学生进行探究性学习。应该允许多种学习方式和教学模式存在，根据特定的教学环境、教学内容和教学对象恰当的选择运用，让它们各自恰到好处地发挥自已的功能，这才是教师所追求的理想境界。