高中生物科学实践能力培养的策略研究

中期评估报告

                             执笔：陈磊  凌祎丽 

一、研究基本情况

（一）背景分析

2011 年，美国国家研究理事会(NRC)发布了《 K-12科学教育框架:实践、跨学科概念、核心概念》(下文简称《框架》），提出“科学实践”的概念，并确立该概念在科学教育中的首要地位。依据《框架》，2013年4月，NRC 发布了《新一代科学教育标准》，将“科学实践”作为首要的关键词列入该标准中，取代了之前的“科学探究”。

科学教育观念的转变促使研究者采用“科学实践”取代“科学探究”，因为“实践”这个术语描述的是学生的活动，并且具有“重复行为使其熟练、深入学习使其成为习惯、应用知识使其达成目标”的含义，强调了学生在课堂中进行的活动是一个重复的并且随着对学科核心概念的理解而不断熟练的过程。《框架》制定者采纳了这一观点，将“科学实践”定义为“科学探究所需要的一系列认知的、社会的和行为的活动”，并且指出“科学实践”一词可以消除之前人们对“ 科学探究”的误解。首先，科学实践不是一系列要素构成的固定程序，而是科学探究所指向的不同类型的学生活动；其次，科学实践解决了由于科学探究的要素缺乏明确规定而受到的阻碍；最后，科学实践消除了按照科学探究的程序可以获得所有科学知识的错误印象。框架使用“科学实践”一词，凸显了融合社会、认知、行为三个维度的实践观。其实施要求理论性探究在课堂探究活动中占主导地位，并要求科学作为社会性活动的特质在课堂上得到充分施展。

科学实践的基本特点有主体性、开放性、多维性、过程性。主体性是指科学实践是学生积极主动参与的学习实践，以克服传统学习的被动与机械，学生是科学实践的主体，科学实践是为了学生的主体发展，充分显示学生的主体发展与创造精神的培养。开放性是指科学实践不同于封闭的、结构化、程式化的科学探索，它具有半结构性，不同的科学实践有着不同的规范，但又不完全受制于规范，科学实践允许超越规范。多维性是指科学实践具有理智的、情感的、文化的、社会的多种维度，科学实践不仅是一种理智的探险，而且是一种对真理的追求与检验，还是一种基于本土文化的经验改造。过程性是指科学实践是一个学习主体与客观世界互动的过程，通过主体与客体的相互作用，获得关于外部世界的认识。与强调获得对外部世界的结论性认识的科学探究不同，科学实践关注主客体的互动过程，强调在教学中要创设真实的情境，更加强调学生的亲身经历和体验，在亲身体验中形成、提高科学核心素养。

*本项课题由常州市第三中学陈磊、凌祎丽主持，成员有：金交通、皋磊、史佳丽、丁楚楚、徐双双、戈滢老师

研究周期2018年9月至2021年10月。

从2001年起，我国开始了新一轮的教育改革，经过十多年基础教育的探索和实践，科学探究已成为教师在设计、实施科学教育课程时所要考虑的重要因素，但真正以培养学生科学素养为目标的教育还难成常态。在我国由于受到应试教育的影响，依然存在重知识、轻实践的现象。在基础教育阶段所进行的教育，有些虽然已从科学方法的传授转向科学探究，但探究活动模式化倾向严重，学生的科学素养难以真正得到提升。

（二）概念与界定

科学实践：科学实践是指学生自主参与的、开放而多维的、与科学知识学习与运用相关的科学活动过程。科学实践并不否认科学是一个探究的过程，它更加关注的是探究过程中产生知识的具体活动。从科学探究的完整过程出发，科学实践将学生需要参与的活动划分在三个领域，第一个领域是学生在真实世界领域开展的活动，主要进行的是经验调查，包括“提出问题”、“作出观察”、“开展实验”和“进行测量”等活动，偏向于学生的行为活动。第二个领域是学生应用科学理论和模型进行的认知活动，主要是对经验调查的结果建构解释或者使用模型作出假设指导研究进一步开展，包括“想象”、“推理”、“计算”和“预测”等活动。第三个领域介于两者之间，是学生交流和论证的社会活动，主要是评价不同的解释以获得结论。

科学实践能力：在科学探究的过程中，关注探究过程中产生知识的具体活动，注重科学理性思维过程。针对特定的生物学现象，通过观察，提出问题，建立和使用模型，设计和实施探究方案，分析和解释数据，基于证据进行论证，获取、评估和分析信息，以及交流与合作等的能力。

（三）研究价值

科学实践是指学生自主参与的、开放而多维的、与科学知识学习与运用相关的科学活动过程。新课标要求生物学核心素养是是学生在解决真实情境中的生物学问题时所表现出来的必备品格和关键能力，主要包括生命观念、科学思维、科学探究和社会责任等。学生在形成生物学核心素养的同时，能用科学的观点、知识、思路和方法，面对或解决现实生活中的某些问题。要达成这样的课程目标，就要高度关注教学过程中的实践经历。

但由于教师对科学实践认识不清，重视程度不够以及缺乏科学实践能力培养的相应教学策略，因此新课程标准所要求达到的提高学生生物科学素养难以真正落实。同时教师难免受到应试化的影响，使得科学探究活动沦为学生对几个固定“探究步骤”忠实地执行，而学生在“动手”的同时却缺少相应的理性思维过程，“动手”与“动脑”产生了分离，探究过程缺乏学生对探究的思考与设计，脱离了真实的科学探究。但在课堂探究教学中这些要素常常被僵化为一系列机械、固定的程序，看似热热闹闹的课堂探究，学生实则并没有多少收获。或者是在多数课堂中，探究很快被等同于传授和套用步骤，抽取出来让学生“自主探究”的还往往是最无需思考的部分，如执行教师设计好的探究方案，收集数据后全班汇报分享等。

新课标要求生物学核心素养是是学生在解决真实情境中的生物学问题时所表现出来的必备品格和关键能力，主要包括生命观念、科学思维、科学探究和社会责任等。学生在形成生物学核心素养的同时，能用科学的观点、知识、思路和方法，面对或解决现实生活中的某些问题。要达成这样的课程目标，就要高度关注教学过程中的实践经历。

通过课题研究期望改变科学探究僵化的现状，强调“做中学”在学习过程中重要地位，使学生的参与体验和“动手”、“动脑”有机结合在一起，增强学生的科学实践能力，真正落实新课标要求的提高学生的生物学核心素养。本课题通过研究不断积累、摸索、尝试、思考和总结，提炼出规律供广大教师分享，对具体的教育教学具有很强的实践指导意义。

（四）研究目标

本课题旨在通过研究，关注具体的学生活动，关注探究过程中的相应的科学概念解释、推理、理解等理性思维过程，强调学生学习的过程是主动参与的过程，教师既要让学生参与动手活动，又要让学生积极地融入涉及动脑的环节，真正落实新课标要求的提高学生的生物学核心素养。

1．教师通过学习认识科学实践，在培养学生科学实践能力的过程中，转化教师的教学理念与教学行为，提升教师的专业素养。

2．通过课题研究探索总结培养学生科学实践能力的策略，真正落实新课标要求的提高学生的生物学核心素养。

（五）研究内容

本课题的研究内容包括：

1．高中学生科学实践能力现状调查与分析。

2．培养学生科学实践能力的策略的研究。

    培养学生针对特定的生物学现象，通过观察，提出问题，建立和使用模型，设计和实施探究方案，分析和解释数据，基于证据进行论证，获取、评估和分析信息，以及交流与合作等的能力。

3．培养学生科学实践能力的课程资源的开发研究。

4．尝试构建学生科学实践能力的的评价与反馈机制。

5．学生科学实践能力发展个案研究。

通过典型个案、观察记录研究，分析学生科学实践能力的变化；归纳通过课题研究促进高中生物科学实践能力变化及发展的策略。

二、研究过程与方法

本课题一方面灵活使用调查法、观察法等多种方法，以确保结果的科学性和可靠性。另一方面分阶段采用一定的研究方法：在立题阶段采用文献法，在实施阶段采用问卷调查法、行动研究法、个案研究法等，在结题阶段采用问卷调查法和经验总结法。

自2018年8月本课题申报以来，我们从课题的研究目标切入，针对具体研究内容，开展了扎实有效的研究活动，具体如下：

（一）做好开题论证，明晰研究内容

2018年9月2日下午，课题组在常州市第三中学召开了《高中生物科学实践能力培养的策略研究》开题论证会，本课题有常州三中、北郊高中等几位成员共同参与研究。通过开题论证，明确课题研究内容、课题方案、课题研究实施计划以及每一位成员的分工等。

本次开题论证，特别邀请了田家炳高级中学的特级教师后备人才徐业义老师进行指导，专家对研究的内容和措施提出了中肯的建议，强调课题研究要精当操作、精彩呈现、精致管理。

（二）开展理论学习，提高研究素养

从备案前期准备，到备案、立项、开题、研究实施、再到教学实践，我们一直在不断的学习中。从实施研究的2018年暑假起，每学期的课题研究计划都不断强调“理论积淀，厚实底蕴”。每学期指定全体课题组成员要学习1-2本理论专著，对专著中所阐述的思想要能在教学实践中进行践行反思；同时要求学习各类教育期刊，学习期刊时要有所选择：提倡学习期刊中的“热点”或“专题研讨”话题，特别是与本课题研究相关的内容，也可学习其中的优秀教育教学案例，要善于积累经验，不断形成自己的教学特色。

主要学习美国《新一代科学教育标准》、2011年美国《科学教育的框架》、新《课程标准》、孟强的《科学实践研究的两个维度》、卢姗姗的《从科学探究到科学实践科学教育的观念转变》等著作和相关论文。

课题组老师同时参加各级各类的培训。史佳丽老师参加了2018年江苏省生物骨干教师培训，凌祎丽老师参加了2019年江苏省生物骨干教师培训，陈磊老师、金交通老师参加了2019年江苏省高中生物评优课比赛观摩。

我们的目的就是要引导课题组成员在理论指导下去关注课题研究内容，及时了解本课题的动态发展，并在实践中对课题研究方向进行深入思考，为培养学生高中生物科学实践能力而努力。

（三）设计调查问卷，做好调查分析

课题组广泛搜集有关文献资料，2018年9月初设计“中学生生物科学实践能力情况的调查”。并且对三所学校的高二选修班学生进行问卷调查，通过访谈、观察等方法对学生科学实践能力现状调查与分析，并对调查结果进行细致分析，了解学生的科学实践能力现状。

问卷内容包括学生的科学实践能力（观察能力、提出问题的能力、设计和实施探究方案的能力、获取评估和分析信息、交流与合作的能力等），共18题目。问卷的统计方法采用五点式量表法，五个选项分别是：A 非常符合、B 符合、C 不一定、D 不符合、E 非常不符合。各选项分别赋值 1、2、3、4、5 分，每个问题分数越低，说明学生的科学实践能力情况越好。

从问卷结果来看，学生交流与合作的能力是很高的，观察能力总体来说较好，仅低于学生交流与合作的能力。说明学生有意愿并有兴趣去观察生活中的生物学现象，对于生活中的一些生物学问题学生是感兴趣的，并乐于进行探究。问卷结果显示学生发现问题以及设计和实施探究方案的能力略低，分析原因是：课堂上教师对学生缺乏这一方面的训练，学生的探究热情无法投诸实践。学生对探究结果的分析能力最弱，分析原因是：在以验证性实验居多的生物学实验课堂，尽管学生乐于参与实验和讨论，但仍难以培养学生对探究结果的分析能力。

调查发现，受传统的讲授为主的教学方式，缺乏开放性和探究性，并没有发挥实验教学的优势。大多学校把较多时间放在练习习题用以巩固知识，忽略学生自身创新能力和探究能力的培养。同时通过现状调查可以发现，学校的设备缺乏、课时偏少这些外界因素必然给学生科学实践能力培养带来诸多限制。

（四）开展课题沙龙，研讨课题问题

自立项以来，课题组开展多次专题沙龙。组织以“如何培养学生科学实践能力”、“科学实践能力的评价”、“影响科学实践能力培养因素”、“新课标中关于科学实践能力的要求”等为主题的研讨活动。通过沙龙活动，智慧碰撞，让大家领悟到课题的核心价值、研究方向和研究策略。

课题沙龙中，采用了“话题圈”形式，围绕“高中生物科学实践能力培养”为话题，大家交流了培养的成功案例以及各自的思考：本课题之魂是培养学生科学实践能力，提升他们的学习科学素养。学生的成长需求就是课题研究的起点、出发点与依据……

例如在“新课标中关于科学实践能力的要求”沙龙中，大家研究新课标中承载科学实践能力的要求。基于科学实践能力培养的课标分析，是根据“教学提示”下应开展的教学活动部分，并依据课标中的“学业要求”分析可达成的科学实践能力进行分析。

每次沙龙，都有主题，都有专门的主持人，都及时整理好，让个体的智慧集体共享。

课题组还通过组织学生访谈，动态了解学生学情。根据整理的访谈反馈信息来反思我们的教学行为，总结得失，找出问题，并且在下一阶段研究中进行解决。

（五）围绕课题开课，开展课例研究

课堂教学是本课题研究的重要阵地，每次研究都是先听研究课，再组织学习，最后进行评教。课堂是教学的主阵地，我们课题组通过走进课堂，观摩课堂教学，实事求是地了解真实的课堂教学，基于科学实践能力培养的角度对课堂进行观摩分析。对课堂教学中出现的问题进行有针对性地思考，着重探讨科学实践能力培养的策略以及制约因素。

一年来，共观摩了课题组成员以及非课题组成员十多节研究课。例如，2018年11月，陈磊老师开设了一节题为《ATP-能量的通货》的校际交流展示课。陈磊老师利用教学模型设计学生活动，让学生在“做中学”，在进行思维探究的同时进一步认识ATP的结构。整节课通过问题层层递进，教学设计注重了培养学生的理性思维，注重了在课堂教学中培养学生的生物核心素养，教学方式多样，取得了良好效果。2018年12月，丁楚楚老师开设了《细胞的增殖》一节校际课。丁老师组织学生模型建构活动，通过探究活动建立植物细胞分裂的整个过程，重点体会分裂过程中染色体的行为变化，最后得出有丝分裂的重要意义。注重培养学生理性思维，通过模型建构活动探究有丝分裂过程体现了新课程理念，更关注到了在教学中培养学生的生物核心素养。围绕学生科学实践能力的培养，2019年1月金交通老师开设了《生态系统的结构与功能》，2019年3月史佳丽老师开设了一节市级公开课《减数分裂》，2019年11月凌祎丽老师开设了《细胞的能量通货——ATP》等多节研究课，在课堂教学中都不同程度的渗透着培养学生的科学实践能力。

多次走进课堂进行观察，通过观察优秀成员的课堂，观察分析同一课堂不同成员的课堂，研究分析同一成员课题研究过程中课堂的变化等，不断反思，不断总结，共同分析，共同探讨。反思我们课堂中教师的教学行为存在的不足之处，总结课堂中教师教学行为的成功的培养科学实践能力的策略。

（六）多条研究途径，案例个案研究

通过研究开发具体案例。如通过“使用显微镜观察几种细胞”具体案例，课堂中使用“以教学内容为主线，突出科学实践能力培养”的策略，让学生主要学会显微镜的构造及使用，学生负担减轻，课堂效果较佳。通过小组合作学生积极性较高，小组间问题的提出及时得到解决，培养学生交流、合作的能力。

个案分析：通过研究某一学生在较长时间里连续进行调查，从而研究其科学实践能力发展变化的全过程。每一位成员均选取几名学生进行个案研究。

（七）开发多种资源，拓宽培养路径

1．实验资源的开发

生物学是一门以实验为主的自然科学，实验教学是中学生物教学的有机组成部分，是提高学生生物科学素养的重要阵地。而学生通过在生物学实验课上的体验以及实践中所获取的知识与技能，更加能够潜移默化成为自身的能力，因而能进一步培养出核心素养所体现的关键品格和必备能力。在实验过程中能够培养学生的观察能力、思维能力、动手能力、分析和解决问题的能力，有利于学生科学实践能力的培养。

①教材实验资源的开发

教材中的实验有着具体的实验原理与步骤，有的只有实验结果，这对学生的探究存在阻滞，我们对教材实验资源的开发从以下几个方面着手。第一，激发学生设计自己的实验，帮助学生突破实验步骤进行探索，并将固定实验改为开放实验。第二，对教材实验材料进行改进：实验材料的选择决定着实验进行的成败，在教材中提供正确的实验材料同时，引导学生发现生活中的实验资源，有利于培养学生的创造力。教师结合学校当地状况，调查周围资源分布，可就地取材、因地制宜的开发校本资源，为学生创造课外条件去感受自然中有关生物学的知识，会更加使实验教学更直观化、生活化。例如“用样方法调查种群密度”一节学习中便可以带领学生去田园等处进行户外学习。

②课外实验资源的开发

利用某些校园植物设置一些有效的探究性实验，让学生动手设计在“做中学”。探究性学习是动态的、发展的，实验完成后学生又可能会生成一些新的问题，这些问题又可以作为下一次探究的起点。学生通过观察现象，提出科学问题；进行猜想和假设；制定计划，设计实验；观察与实验，获取事实与证据；检验与评价；表达与交流等过程，体验科学研究的一般方法。例如可设置问题“红叶李叶片中有没有叶绿素？”让学生进行探究，探究完再产生新的问题“使红叶李叶片呈红色的色素与叶绿素相比哪种吸收光能的效率更高？”再如学生通过探究“影响吊兰无土栽培因素”过程，在实践与思考中领悟无土栽培所需条件以及为什么，而且学生通过该过程又能将所学的无机盐的吸收、影响细胞呼吸的因素、植物渗透作用吸水、无氧呼吸等理论知识与实践有效的联系起来，加深了对知识的理解。通过“探究夹竹桃中的有毒物质能否用来防止害虫”探究性实验能够激发学生的探究兴趣与意识。

2．组织开展创新大赛。

利用课外活动，教师组织学生参加创新大赛进行课题研究，研究课题来源可以来自学生自己，也可教师提供参考，团队的选择，方案的制定可由学生自主进行，教师提供必要的指导。皋磊、史佳丽、凌祎丽、丁楚楚、徐双双和戈滢老师分别组织学生参加了生物奥赛、创新实验大赛、研究性学习比赛和科技创新大赛都获得了较好的成绩。

3．基于科学实践能力培养的高考试题分析

高考中既要考察核心素养的每个层面，又要着重考察科学思维和科学探究，让学生在可能的真实情境中作答，为发展学生的核心素养这一根本目的服务。可以看出，以核心素养为指导方向下的高考，既是选拔性考试，又基于对学生能力的考查。课题组成员认真分析高考试题，探讨如何利用高考试题资源培养学生的科学实践能力。精选题目，建立培养学生科学实践能力试题库。

课题组通过多条途径，开发多种资源，拓宽培养路径，搭建学生科学实践能力培养的平台，取得了一定的成效。

（八）不断思考研究，积极撰写论文

课题组成员在一年半来的课题研究过程中，不断思考，反思总结，积极撰写课题相关论文。陈磊、皋磊、金交通、史佳丽、丁楚楚和徐双双老师都有课题相关论文在省级期刊发表或各种省市论文评比中获奖。

三、收获与成果

（一）发表论文

（二）获奖案例

（三）教师专业发展

（四）教师荣誉

（五）部分学生成绩

（六）讲座

（七）公开课

四、问题与展望

通过近两年的研究与实践，我们取得了初步的成效，但我们深知我们的课题研究工作还有一些不尽如人意的地方；由于本课题组研究者都是一线老师，对课题的理论建构能力显得不足，对于“培养学生的科学实践能力策略研究”此项研究内容，没能站在一定的高度去实现。

（一）研究存在的问题

1．课题的研究进程中，课题组成员虽然在不断学习和改进观念，但传统的教学模式仍有影响，这跟教师自己的素养、理念等有关，所以今后的研究过程中还要继续加强理论知识的学习，以提高自己理论素养，更好地进行研究。

2．课题组成员要加强自身的理论学习，要开发对学生科学实践能力的评价手段和各种质性评价方式等，要进一步提高科研能力。

3．课堂观察效果还有待提高。

4．教师围绕课题撰写教育教学论文还不够平衡，发表的文章数量还不够多，质量还不够高。因此，下一阶段，我们将组织课题组成员围绕课题撰写相关论文，将我们的研究的成果转化为文字，并力争发表或者获奖。

5．课题研究的时间限制以及生物学科作为第二选修，学校、学生的重视程度不够都制约着本课题的进一步研究，我们将想方设法克服这些困难以保证课题研究顺利进行。

（二）下阶段研究计划

1．我们将进一步加强有关“科学实践”的理论学习，阅读相关的理论专著，继续提升教师的理论素养，扎实理论功底。

2．继续加强观察课堂，观察研究培养高中生物科学实践能力的策略。

3．尝试构建《高中生物科学实践能力培养课堂教学评价表》，并运用该表对课堂教学进行研究分析。

4．着重加强培养高中生物科学实践能力的策略研究。开发、优化培养途径和资源。

5．积极围绕课题，撰写相关论文、教学设计，精心制作精品课堂视频，编写相关论著，力争本研究成果能够在有着较大的辐射作用，能够对各位生物教师教学有一定的实践指导意义。

课题研究不是为研究而研究，是为教育教学而服务，不能游离于教育教学之外，否则将成为无根之花、无源之水。我们希望通过我们的尝试能引起大家更多的实践和探索。令人欣慰的是，我们的课题研究正在影响着周围的人，我们的研讨课，总有一些非课题组的老师自发参加，在交流中，我们发现很多教师已经开始改变着教与学的方式，学生的学习方式也在发生着改变。

附录1：

中学生科学探究能力情况的调查问卷

亲爱的同学：你好！

我们正在进行一项关于中学生科学实践能力的研究。为了了解高中学生科学实践

能力现状，以便提出在生物教学中培养科学探究能力的对策，我们制作了这份调查问卷。

本调查问卷为匿名问卷，答案无对错好坏之分，希望同学认真思考作答，提供最真实的

答案。你提供的信息将对本研究有着重要的作用，真诚感谢你的支持和配合！

1.你觉得做生物实验是为了考试吗

A.非常符合 B.符合 C.不一定 D.不符合 E.非常不符合

2.生物实验录像可以代替自己动手实验

A.非常符合 B.符合 C.不一定 D.不符合 E.非常不符合

3.实验过程中你喜欢与小组成员交流、解决一些困难

A.非常符合 B.符合 C.不一定 D.不符合 E.非常不符合

4.对于实验的方案或者实验材料的选择，你能够提出创新性的意见

A.非常符合 B.符合 C.不一定 D.不符合 E.非常不符合

5.你能从生活经验或已有的现象中，经过启发或独立地提出有实验探究价值的问题

A.非常符合 B.符合 C.不一定 D.不符合 E.非常不符合

6.你喜欢观察生活中的生物学现象并希望用生物学知识解决

A.非常符合 B.符合 C.不一定 D.不符合 E.非常不符合

7.在实验课上，你能够恰当选用并熟练运用工具展开观察

A.非常符合 B.符合 C.不一定 D.不符合 E.非常不符合

8.观察实验现象时，你常观察与思考相结合考虑问题

A.非常符合 B.符合 C.不一定 D.不符合 E.非常不符合

9.你能运用多种方式和方法对生物物质及其变化进行记录和分析

A.非常符合 B.符合 C.不一定 D.不符合 E.非常不符合

10.你在课堂上，你会积极参加生物科学探究活动

A.非常符合 B.符合 C.不一定 D.不符合 E.非常不符合

11.你在做实验碰到异常现象时，会与同学之间讨论，并积极探究

A.非常符合 B.符合 C.不一定 D.不符合 E.非常不符合

12.你会对教科书上的实验装置进行改进，设计可行的方案

A.非常符合 B.符合 C.不一定 D.不符合 E.非常不符合

13.在实验课上，你常常组织和引领小组进行实验

A.非常符合 B.符合 C.不一定 D.不符合 E.非常不符合

14.你会在私下查阅相关资料探究问题

A.非常符合 B.符合 C.不一定 D.不符合 E.非常不符合

15.能运用比较、分类、归纳和概括等方法得出结论，对猜想与假设进行解释

A.非常符合 B.符合 C.不一定 D.不符合 E.非常不符合

16.能对所获得的证据运用生物用语、表格、线图等形式进行处理

A.非常符合 B.符合 C.不一定 D.不符合 E.非常不符合

17.你会亲自动手设计实验来探究生活中的某种现象

A.非常符合 B.符合 C.不一定 D.不符合 E.非常不符合

18.对于探究内容，我将完全按照书本或者老师提供的步骤进行操作

A.非常符合 B.符合 C.不一定 D.不符合 E.非常不符合