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生命科學如何促進學生自主探究學習論文
摘要：網絡數字化資源的獲取與利用在當今生命科學研究中扮演愈發重要的角色。本文設計了基于數字化資源平臺的自主探究教學模式，鼓勵學生利用數字化資源進行多種方式的自主學習，通過探究學習使其科學探究能力得以提升，生物學核心素養得以形成。
關鍵詞：數字化教學；自主學習；核心素養；高中生物
《普通高中生物學課程標準(2017年版)》提出了生物學學科核心素養，在包括“科學思維”與“科學探究”在內的核心素養導向下[1]，生物學科的教學，需要極大關注學生在課程學習后能否具有較強的自主學習能力以及終身學習的觀念。21世紀，以互聯網為代表的信息技術發展日新月異，海量的生命科學數字化資源為教學模式的創新提供了條件，同時也為學生自主學習能力的培養提供了支持。為此，針對中學生的心理發展規律、認知水平及學習特點，筆者將大量與生命科學相關的數字化資源加以篩選，設計出以關注學生實際所得，培養學生自主學習與終身學習能力為出發點的探究教學模式和評價體系，以期能夠以數字化資源促進學生核心素養水平與自主學習、研究性學習能力的提升，同時推動教師教學水平的提高，實現教師與學生的相互促進、共同發展。
一、基于數字化資源的學生自主探究式課堂教學設計
高中階段生物學科的教育目標，不僅是讓學生順利通過考試以及背誦一些生物學的概念和術語，更重要的是讓學生形成生物學核心素養，能夠理解和體悟生物學科的本質。教師用傳統中學課程抽象知識灌輸的方式授課，并不能達成提高學生核心素養的目標。為此，筆者以生命科學的各種網絡數字化教育教學資源平臺為依托，設計了以學生自主探究為主的課堂教學模式，以期通過日常每節課的課堂探究，促進學生有效學習的發生。下面，以人教版高中《生物必修2：遺傳與進化》第3章第3節“DNA的復制”專題復習課為例進行介紹。傳統復習課教學時，教師以強調教科書上知識性內容為主，用表格等方法進行DNA復制發生場所、時間等的歸納總結。然而，以這樣的方式教學，學生難有學習興趣，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，筆者在進行教學設計之前，先對多類型、高質量的網絡數字化教育教學資源進行搜集與篩選，將涉及DNA復制的數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聯，制作用于學生自主探究的學案。學生自主探究學案的設計依賴于數字化資源，比如在觀看大量高校開設的DNA復制相關的網絡公開課后，筆者發現這些課程均提到了1966年岡崎夫婦驗證半不連續復制假說的巧妙實驗設計，然而該科學史上的經典實驗并未在高中生物教材中呈現，可被設計為學生自主探究學習的素材。通過網絡搜索，筆者發現岡崎夫婦所做實驗原文于1968年發表在《美國科學院院報》上。該刊自1914年創辦以來，大量生物學經典文獻在其上發表[2]。為調取岡崎夫婦所做實驗的原始數據，筆者登錄該刊網站，通過關鍵詞搜索，下載得到半不連續復制假說驗證的原始文獻資源[3]。針對學生的學習程度和認知水平，教師需對數字文獻資源中的數據進行簡化和整合，增強數據的可讀性（如圖1和圖2）。之后，教師依據新版考試說明中對考生能力的要求，設計層層遞進的問題串，在素材給定的情境之中，引導學生運用生物學知識得出結果與結論，并將該邏輯關系呈現在學案當中。在教學過程中，應利用自主探究學案，以學生參與為主線，通過對科學史上經典實驗和精選原始文獻進行討論，讓學生自主分析與推理以實現知識的再生成，讓學生在教師引導下像科學家一樣不斷深入思考問題。由于課上時間有限，在探究課結束后，教師為學生提供相應的課后學習資源，供不同層次的學生課后自主學習使用。以“DNA復制的特點專題”復習課為例，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復制假說的原文，供學生延伸閱讀的DNA復制方式、端粒與端粒酶發現過程的文獻以及關于DNA雙鏈復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生，如表1所示。學生可應用電子設備，掃取對應二維碼，立刻獲取相應資料的電子資源，不僅方便且符合信息化時代學生學習的習慣。這樣也使得學習能適應學習者的差異性。
二、以數字化資源促進學生自主探究學習的評價體系設計
�。ㄒ唬┮詫W生發展為本的學生自主命題評價
為鞏固學生課上探究式自主學習的效果，同時提升學生運用生命科學相關數字化信息資源的能力，筆者設計了學生根據最新科研文獻進行自主命題的評價方式，以評價促發展。在信息化的今天，數字期刊以其信息量大、交互性強的特點，在生命科學研究中起著愈發重要的作用。高中生掌握一定的數字期刊搜索、查閱技巧，對發展其終身學習的能力至關重要。為此，教師推薦學生關注生命科學相關科研院所的網絡資源，介紹基本的數據庫搜索技巧并指導學生進行檢索，獲取原文，便于學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問模式，以該文獻為背景進行自主命題。以下為任教班級內學生上交的自主命題作業。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胞膜的囊膜，它可以幫助病毒進入宿主細胞，病毒囊膜與宿主細胞膜融合的過程依靠了細胞膜的_____（辨認）。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，能夠誘導機體產生_____（解讀）細胞，該細胞再產生抗體，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胞，獲得雜交瘤細胞的過程運用了_____（辨認）技術，雜交瘤細胞具有_____（辨認）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的相同時間內的實驗結果，說明_____（解讀、推理）。4.經研究，1H1單克隆抗體具有廣譜中和活性，能抑制傳統野生型和多種變異株PRV感染細胞。為了有效控制具有高變異性的PRV的傳播，本實驗對你的啟發是_____（論證、評價）�！敬鸢浮�1.流動性（2分）效應B（或漿）（2分）。2.動物細胞融合（2分）無限增殖，產生單一抗體（2分）。3.隨著濃度的增大，三種PRV的gB與1H1單克隆抗體的結合能力均增強（2分）。1H1單克隆抗體與野生型PRV的gB的結合能力遠強于與PRV突變體的gB的結合能力（2分）。4.研發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：穩態與環境》第2章第4節“免疫調節”相關內容的復習時，學生瀏覽中國科學院微生物研究所最新科研進展板塊網頁中發現，該研究所關于偽狂犬病毒中和抗體的研究與高中生物免疫學內容聯系密切。為此，教師引導學生搜索查找該文獻題目，登錄相應期刊網站，通過題目中的關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、應用、思辨與創新能力的要求，指導學生基于該原始文獻，命制一道大題。學生均需按照考試大綱中的能力要求，在每個設問點后寫明該問考查的具體能力指標。同時，學生也需為自己命制的試題編寫標準答案，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。評價活動結束之后，筆者發現在運用數字化資源進行自主命題的過程中，通過教師與學生、學生與學生之間不斷交流與討論，學生自主學習的動力得以激發，對生物學科本質的理解得以深化，自主探究學習能力得以提升。
�。ǘ┘ぐl學生主動性與求知欲的專題演講評價
為促進學生課后自主探究學習能力的提升，筆者以關注學生的實際所得為著眼點，設計了學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的復制”專題復習課教學結束之后，教師在班內進行學生分組，讓學生利用網絡資源，查找DNA復制相關領域最新進展，選定主題，制作PPT，以演講的形式在班內進行交流展示。學生在查閱大量數字化資源后，發現CRISPR基因編輯技術是近幾年來的研究熱點，2015年，該技術的發明被《科學》等期刊多次評為年度科技進展事件，而CRIPSR技術最核心的設計思想是基于DNA復制專題中學習過的DNA存在復制損傷修復系統[5]。于是，學生以基于DNA復制修復的CRISPR技術為主題，查閱大量數字化資料，給出該主題的進展報告，在班內進行演講展示（如圖3）。為評價學生在演講環節，利用數字化資源、制作PPT、整合資源進行自主學習等方面的能力與表現，教師設計了生物課堂現場PPT展示評價量表，從演講內容、過程、PPT制作技術、時間控制、個人特色與應答能力等方面給予學生評價。評價采取學生自評、互評以及教師評價相結合的方式進行，以提高指向生物學科核心素養教學的效率與質量。通過該環節的教學，提高了學生學習的主動性，學生整合網絡資源、制作PPT演示文稿及自主學習的能力得到了提升，視野得到了拓展。
三、利用數字化資源培養學生創新思維的課外探究實踐設計
當今，各種生命科學相關數字化教學資源為學生課后自主探究實踐提供了快捷便利的平臺與條件。學生擁有更多的學習自主權。生物學科的本質是實驗科學，課外探究實踐活動是增進學生對生物學科本質理解的較佳途徑。為此，教師應鼓勵學生在課下針對生活中感興趣的生物學問題，主動利用網絡進行資料查找，并設計生物學實驗進行探究。植物的生活條件進行了探究與驗證。教師長期引導后，不僅有利于發展學生的愛好和特長，也有利于培養學生的創新精神和實踐能力�？傊�，在信息化高速發展的今天，學生有多種獲取數字化學習資源的途徑，教師應引導學生對海量資源進行甄別，并對資源進行有效加工，鼓勵學生利用選擇后的數字化資源進行多種形式的自主探究學習，在學習的過程中完成對自身知識體系的建構，提升思維的獨立性，促進智力和非智力因素的發展。
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