课程内容与培养目标的匹配

1.科学知识

在科学类科创课程中，对科学知识的培养并不是主要目标，更多的是作为培养科学探究能力的内容载体，存在于各课程专题的内容中，服务于探究能力的培养。各课程专题的设置，及其所含科学知识的选取上都会参考学校核心学术类课程中的教学内容，力求将科学类科创课程在常规科学课程的基础上进行扩展与延伸，加强学生对各主题内容的理解，激发学生的求知欲与探索欲。例如在常规科学课程中，学生已经了解了植物气孔对气体交换的主要功能，所以我们在植物生理学课程中设计了专题“探究植物气孔对不同环境条件的响应情况”。在这个探究专题中，学生会了解到植物气孔对复杂环境条件的不同响应情况，了解到植物气孔对植物生命活动的多样化调节作用。

2.提出问题

传统课堂教学主要是靠“灌输—接受”的模式来完成的，忽略了对学生提出问题能力的培养。思维是从问题开始的，有问题才会有思考。可见，培养学生的问题意识是创新教育的起点。在科学科创课程的教学过程中，我们鼓励学生基于所学、所知来提出新的探究性学习问题。例如在每个专题学习的最后，我们会给予学生机会基于本专题所学知识与探究方法，提出拓展性的半开放式探究问题。例如在专题“探究赤霉素对植物种子中α-淀粉酶的诱导作用”的最后，我们会引导学生发散思维，探究更多的植物激素或其他环境条件对植物酶活性的影响。同时，在整个课程主题学习的最后，我们鼓励学生基于课程主题提出一个全新的开放式探究性问题。此时学生需要结合课内外所学知识与技能，细心观察生活并进行严谨的文献调研等工作，从而提出一个富有研究价值的问题并完成整个探究过程。

3.文献检索能力

科学研究离不开这几个过程：调查、验证、分析和综合，最终获取客观事实。作为科研的第一步，调查显得尤为重要，这是一个研究设计的阶段，需要科研工作者广泛搜集资料，而所搜集资料的质量在很大程度上影响了研究成果。因此，文献检索在科学研究中具有突出的重要性。网络数据库是普通文献检索用户最为常用的获取信息的手段之一，对于刚开始接触科研的中学生来说，教授基本的网络数据库的使用技能是科学科创课程的重要内容之一。基于上海中学的现有资源及各类数据库的使用便捷度等综合因素，我们主要选择百度学术与中国知网进行网络数据库的使用教学。在具体的教学过程中，我们利用百度学术进行文献搜索的教学，利用中国知网进行学术期刊的搜索与阅览。

（1）百度学术的文献搜索教学

以“科研基础”公共专题“探究环境因素对植物种子萌发与生长的影响”为例，现按照文献检索的常规步骤将主要的教学内容及案例总结如下：

（a）检索课题分析

当学生拿到课题“探究环境因素对植物种子萌发与生长的影响”的时候，便需要对题目进行分析，确定以下几个检索内容要点：

●环境因素包含哪些？

●具体什么植物种子？

●萌发的影响如何衡量？

●生长的影响包含哪些指标，具体如何衡量？

（b）检索词的选择

学生对前一步检索内容的分析结果进行归纳总结，并最终确定检索词如下：

●环境因素

●植物种子

●种子萌发

●幼苗生长

（c）检索式的选择

在确认好检索词后，就要编写合理的检索式进行文献检索。检索式的编写主要是将确定好的检索词进行合理的组配，并最终确定检索式如下：

●环境因素and植物种子

●环境因素and种子萌发

●环境因素and幼苗生长

●植物种子and种子萌发

●植物种子and幼苗生长

●种子萌发and幼苗生长

（d）进行检索

利用百度学术对所有检索式进行文献检索，结果如图2-2-1所示。针对初步搜索结果，学生可以利用左侧栏进行条件删选，如发表时间、学科领域及核心期刊类型等。确定想阅览的文献后，点击文献下方来源清单中的爱学术，然后进入到图2-2-2爱学术在线阅览界面进行全文阅读。

图2-2-1　百度学术搜索界面

（2）中国知网的学术期刊搜索与阅览教学

图2-2-2　爱学术在线阅览界面

图2-2-3　中国知网学术期刊搜索界面

阅读专业学术期刊对于提高中学生对该专业领域的知识及培养科学探究能力是大有裨益的。进入中国知网后，点击文献检索框旁边的出版物检索，随即便进入图片2-2-3所示的出版物检索界面。学生可以利用左侧学科导航栏筛选自己感兴趣的学科领域，从而选择自己感兴趣的学术杂志进行阅览。

4.设计科学探究能力

设计科学探究的能力至关重要，直接决定了整个探究学习的科学性与结果的可信度。在对初中生设计科学探究的能力进行培养时，我们着重强调了各个科学方法要素在设计探究过程中的重要性。在授课过程中，我们介绍了各个科学方法要素，并让学生分析实际案例中各科学方法要素是如何设置的。同时，在实际进行科学探究设计的过程中，利用“科学探究计划书”来指导学生进行探究设计。

（1）主要科学方法要素介绍

（a）自变量（independent variable）

在科学实验中，自变量是指研究者主动操纵，而引起因变量发生变化的因素或条件。值得注意的是，在设置自变量时需要考虑到自变量的不同梯度，也就是我们常说的“剂量”对结果的影响。

（b）因变量（dependent variable）

在科学实验中，因变量随着自变量的变化而变化。可以简单的理解为自变量是“因”，而因变量是“果”。

（c）常量（constant variable）

在实验的对照组与实验组中，除去自变量外，其他严格保持一致的实验因素为常量。

（d）对照组（control group）

不接受自变量处理的对象组。

（e）实验组（experimental group）

接受自变量处理的对象组。(www.xing528.com)

（2）科学探究计划书

我们利用“科学探究计划书”来指导学生设计自己的科学探究。科学探究计划书的详细内容见下表（由于版面限制，具体板块的空间已经经过压缩）。

科学探究计划书

5.如何验证你的科学假说？

（1）请描述你所设置的实验对照组

6.实验材料列表

7.主要实验步骤

（信息应包含主要实验操作步骤，实验样本量及如何收集实验数据。实验步骤可根据具体实验情况增减。）

8.实验结果预测

9.参考文献列表

5.实施科学探究能力

中学生的科学探究实践能力较弱，实验操作训练不足，往往无法很好的实施科学探究活动，限制了深入探究科学问题的可能。在科学科创课程的教学过程中，我们主要通过四个方面对学生实施科学探究的能力进行培养。

科学科创课程所使用的专题探究手册中编撰了详尽的方法与步骤描述，可以精准的指导探究的整个过程。学生通过学习专题探究手册内容，可以掌握各类实验方法与技巧，培养探究实施技能。例如在专题“探究不同营养物质对烟草／马铃薯组织培养的影响”的学习过程中，学生可以学习到植物培养基的配制方式与植物组织培养的相关操作技能；在专题“探究不同食品添加剂对酸奶品质的影响”的学习过程中，学生不仅可以学习到分光光度计的使用方式，还有蛋白质及乳酸测定方式；在专题“利用分子标记及菌落PCR技术鉴定不同细菌”的学习过程中，学生不仅可以学习到PCR技术，更可以学习到DNA凝胶电泳技术与NCBI数据库的基本使用技能。

对于部分专业的实验操作，例如仪器设备的使用等，教师会在学生第一次操作前进行演示与讲解，着重强调各类注意事项，确保学生掌握操作要领。例如在学生学习使用分光光度计时，教师首先会介绍分光光度计的主要工作原理及所有按键的功能，随后就分光光度计使用过程中的预热、改变波长、校准、测量与关机这五步进行演示与讲解说明。例如开机后预热时间不小于30分钟；利用旋转波长调节手轮调节波长时，视线一定要与视窗垂直；校准时将黑色块置于光路中时，按“0%（T）”进行调0，拉动拉杆，使参比溶液置于光路中，按“100%（T）”进行调100。测量时将模式调整到“吸光度”，将装有待测溶液的比色皿置于样品室光路中，测定其吸光度；关机时务必切断电源，将比色皿取出洗净，并将比色皿座架及暗箱用软纸擦净。除了分光光度计的主要操作外，教师亦需要介绍并强调其他一些注意事项，例如如何拿取比色皿、清洗比色皿及擦拭比色皿；测定有色溶液时，一定要用有色溶液洗比色皿内壁几次，以免改变有色溶液的浓度等。

在自主兴趣探究的学习中，利用实验记录表指导学生完成实验记录与反思。（实验记录表详见3.5促进发展的学习评价案例）

专题探究手册的结果记录与分析部分设置反思环节，促进学生对实验过程的总结与思考，总结自己在实验过程中的心得体会，思考自己实验过程中可能存在的失误，思考如何避免失误。

6.统计与分析数据的能力

中学生对实验数据的统计与分析能力较为薄弱，所以在对这部分的能力进行培养时，我们会利用特定的数据分析软件来进行针对性的教学。GraphPad Prism是一款集数据分析和科技作图于一体的数据处理软件。它可以直接输入原始数据，自动进行基本的生物统计，同时产生高质量的科学图表。也正是因为以上优点，GraphPad Prism成为我校科学科创课程的首选数据分析与制图软件。

基于初中生的客观科学知识水平，我校科学科创课程在对学生的统计与分析数据的能力进行培养时，其主要内容与要求如下：

●实验照片的主要拍摄与处理要求为：

（1）照片背景需要均匀一致，能够很好的凸显物体的特点。

（2）摄像机应与拍摄物体平行，不要有明显倾斜角度。

（3）照片清晰且剪裁合理。

（4）照片中包含必要的标尺。

●统计表是用表格形式表达统计分析结果中数据和统计指标，是统计描述的一种手段。其主要的制作要求及样例如表2-2-7：

（1）总标题简明扼要，放置于表格的上方中央。

（2）横标目是表格的描述对象，一般放在表格左边。纵标目是表的描述内容，放在表上边。

（3）采用三横线表的样式（顶线、表头线、底线）。

（4）表格中不能有空格。

（5）表中数据使用阿拉伯数字，且应标注好计量单位。

表2-2-7　火龙果黑腐病菌在不同温度下的菌落直径（厘米）

●统计图是用点、线、面等各种几何图形来形象化表达统计数据，是统计描述的另一种手段。其主要的制作要求及样例如图2-2-4：

（1）根据数据性质和分析目的选择适合的统计图。常用的三种统计图为柱形图、线形图与扇形图。若自变量之间具备连续变化的关系，则选用线形图。

（2）统计图在绘制过程中一般包含这些结构组成：标题、数轴、轴标、图例、误差线。

（3）自变量一般位于x轴，因变量一般位于y轴。

（4）数据应标注好计量单位。

图2-2-4　柱形图与线形图样例

（扇形图在科学论文中较少见，且制作相对简单，故此处不提供样例。）

7.科研论文写作能力

科研论文是就某些事物或问题进行深入调查和详细研究后写出的论述文章。有些人认为科研论文写作是整个科研环节中最难的一个环节，撰写一篇优质的科研论文绝非易事。对于初中生来说，科研论文写作更是人生头一遭体验，非常陌生，而且感觉非常困难，无从下手。基于科研论文写作的客观难度水平与初中生的普遍知识水平，在指导中学生进行论文写作时，教师应给予充分的指导，让学生明晰科研论文的主要结构及每个部分的撰写要求变得尤为重要。经过多年的实践经验积累，上海中学在指导学生进行科研论文写作时主要运用两份重要材料。一是探究性学习评价表（见“促进发展的学习评价”一节）。该评价量表中详细列明了科研论文的主要部分及详细写作要求。学生可以依据评价量表中的具体写作要求来规范自己的科研写作。二是由Karin Knisely所著的A Student Handbook for Writing in Biology。作者以出版期刊的标准为参照，为使用者提供了非常实用的指导，例如如何使用数据库查找参考文献，如何选择恰当的语言进行科研论文写作，科研图表如何制作，实验报告或科研论文如何撰写，口头科研汇报如何准备等。学生可以根据实际需求在书中找到相应的学习内容，同时，该书还提供了一个学生论文的样例（见图2-2-5）。作者在模板论文的不同部分详细标注了写作指南，用以帮助学生规范自己的写作。

图2-2-5　A Student Handbook for Writing in Biology封面与样例论文截图

8.社会责任意识

科学知识与生活、生产和社会息息相关，我校的科学科创课程中除了环境科学这个天然与社会生活紧密相关的主题，我们在其他主题的内容设计中也包含了大量与实际生活紧密联系的专题探究内容。例如在植物生理学主题中，我们设计了“探究不同贮藏条件及贮藏时间下种子生活力的变化”这一专题内容，通过学习学生可以了解到种子的最佳贮藏条件与时间，从而联系到在实际农业生产过程中该如何有效保存种子。在动物与医学主题中，我们设计了“探究双侧颈总动脉结扎手术对小鼠行为认知的影响”这一专题内容，学生在学习的过程中对小鼠进行双侧颈总动脉结扎手术，制造出血管性痴呆模型，随后深入探究该类小鼠的各种行为学变化。通过对模式生物小鼠的痴呆模型的学习，学生不禁联系到人类疾病与健康相关知识。设计与实际生活息息相关的专题学习内容，可以鼓励学生大胆参与个人和社会事务的讨论，用自己所学的科学知识去解释和判断事物，培养学生尝试解决生活中的科学问题并传播科学知识与健康生活方式，从而激发学生关心社会与经济效益，树立建设美好家园的义务感与责任感。