基于真實情境培養(yǎng)學(xué)生的生物學(xué)學(xué)科關(guān)鍵能力*

邰玉韋（江蘇省常州市北郊初級中學(xué) 江蘇常州 213002）

《普通高中生物學(xué)課程標準（2017年版）》明確指出：“生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)是學(xué)生在生物學(xué)課程學(xué)習(xí)過程中逐漸發(fā)展起來的，在解決真實情境中的實際問題時所表現(xiàn)出來的價值觀念、必備品格與關(guān)鍵能力，是學(xué)生知識、能力、情感態(tài)度與價值觀的綜合體現(xiàn)”；同時，也強調(diào)“有效的教學(xué)情境，能夠激發(fā)學(xué)生的好奇心和求知欲，點燃學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，使學(xué)生形成良好的求知心理，主動參與對所學(xué)知識的探索發(fā)現(xiàn)和認知過程，體驗學(xué)習(xí)的樂趣”［1］。

創(chuàng)設(shè)教學(xué)的真實情境，是目前課程改革的核心話題。在實際教學(xué)過程中，教師應(yīng)重視創(chuàng)設(shè)恰當?shù)恼鎸嵡榫?，一方面，要理解真實情境在“激發(fā)興趣”和“深化思維”等方面的重要價值；另一方面，要重視情境材料的取舍和呈現(xiàn)方式，有組織地開展具有學(xué)科特質(zhì)的學(xué)習(xí)活動。本文論述在教學(xué)過程中，如何通過創(chuàng)設(shè)真實情境培養(yǎng)學(xué)生面對實際問題的科學(xué)解釋能力、模型構(gòu)建能力、實驗探究能力和理性決策能力。

1 基于真實情境培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)解釋能力

哲學(xué)家基切爾和薩爾蒙曾提到：“科學(xué)研究的基本目的就是為自然現(xiàn)象提供解釋?！蹦壳?，科學(xué)解釋能力是聚焦學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)下的重要科學(xué)素養(yǎng)。常規(guī)課堂教學(xué)中，教師常發(fā)現(xiàn)：面對真實情境下的生物學(xué)現(xiàn)象，學(xué)生的解釋與表達缺乏一定的因果關(guān)系、沒有合理的證據(jù)、缺乏合乎邏輯的推理等，這種表現(xiàn)不能簡單地歸結(jié)為審題不清。教師幫助學(xué)生構(gòu)建或提升科學(xué)解釋能力的進階，引導(dǎo)學(xué)生掌握科學(xué)解釋需要一定的方法和過程?？茖W(xué)解釋能力培養(yǎng)過程的一般模型包括：①先列舉資料信息中的主要現(xiàn)象或證據(jù)；②回憶相關(guān)的生物學(xué)重要概念；③建立相關(guān)聯(lián)系、合理推理和精準表達［2］。

案例教學(xué)1：在“生物圈中的綠色植物”的教學(xué)中，可利用真實的生活情境圖片，進行如下教學(xué)設(shè)計：為了讓移栽的樹苗容易存活，工人移栽樹苗時常采取一定的措施，例如，根部保留一個土坨、剪去一部分枝葉。樹苗移栽后，通常會給植物掛吊瓶輸入營養(yǎng)液（水和無機鹽）；夏天還要用遮陽網(wǎng)為移栽的樹木遮陽，或從樹頂向下噴施抗蒸騰劑。請你嘗試用生物學(xué)知識進行科學(xué)解釋。

解決策略：第1 步，先列舉資料信息中的主要現(xiàn)象或證據(jù)。移栽前：1）根部帶土坨；2）剪去部分枝葉。移栽后：3）掛吊瓶營養(yǎng)液；4）用遮陽網(wǎng)遮蓋或從樹頂向下噴施抗蒸騰劑。第2 步，回憶相關(guān)生物學(xué)重要概念。1）植物的生長需要水和無機鹽，植物根尖分為4 個區(qū)，即根冠、分生區(qū)、伸長區(qū)和成熟區(qū)。成熟區(qū)分布大量的根毛，是根吸收水和無機鹽的主要部位。2）植物的葉片可進行三大生理作用：光合作用、呼吸作用和蒸騰作用。剪去枝葉，植物的三大作用都會受到影響，植物進行光合作用需要的原料為水和二氧化碳，水分主要由根部從土壤中吸收，并通過導(dǎo)管向上運輸?shù)饺~片，植物吸收的水分99%通過蒸騰作用散失。3）植物莖中木質(zhì)部的導(dǎo)管具有自下而上輸送水和無機鹽的作用，注射營養(yǎng)液是為了補充水分和無機鹽。4）植物的光合作用需要光，用遮陽網(wǎng)遮蓋雖降低植物的光合作用，但溫度更影響植物的蒸騰作用，溫度低，植物的蒸騰作用減弱，可減少水分散失?？拐趄v劑的主要成分為高分子聚丙烯胺，它在保水的同時也能暫時堵塞葉片背面的大量氣孔，進而防止過多蒸發(fā)損失水分。第3 步，建立相關(guān)聯(lián)系，合理推理和精準表達?？茖W(xué)解釋總結(jié)如下：1）根部帶土坨，主要為了保護根系，促進根毛吸收水和無機鹽。2）剪去部分枝葉，主要目的是降低葉片的蒸騰作用，避免水分散失過多。3）掛吊瓶營養(yǎng)液是為了及時為植物補充水和無機鹽，維持植物的光合作用等生命活動。4）遮陽網(wǎng)遮蓋，主要是降低植物體的溫度，降低蒸騰作用避免水分散失過多；噴灑抗蒸騰劑是為了防止葉片蒸騰作用散失水分，使移栽后的樹苗更易成活。

教學(xué)實踐證明，使用這種顯性結(jié)構(gòu)化的科學(xué)解釋策略，利于促進學(xué)生思維，并掌握科學(xué)解釋的方法和過程。一段時間后，學(xué)生逐漸養(yǎng)成一定的思維習(xí)慣，潛移默化地提升其面對生活中的生物學(xué)現(xiàn)象進行科學(xué)解釋的能力。

2 基于真實情境培養(yǎng)學(xué)生的模型構(gòu)建能力

重視學(xué)生科學(xué)思維的培養(yǎng)，是近年來我國教育發(fā)展的一個鮮明趨勢?？茖W(xué)思維主要包括比較分析能力、歸納推理或演繹推理能力、模型構(gòu)建能力和批判性思維能力等。其中，模型構(gòu)建能力，反映學(xué)生在不同復(fù)雜程度的情境中運用重要概念和方法解決問題的程度。學(xué)生的建模水平從低層次至高層次主要表現(xiàn)在3 個方面：①能初步用文字或圖示的方式表達生物學(xué)概念；②能正確解讀模型內(nèi)涵，準確提取關(guān)鍵信息，實現(xiàn)圖文轉(zhuǎn)換；③能在新的問題情境中，選用恰當?shù)姆绞綐?gòu)建模型，并闡明其內(nèi)涵［3］。真實情境容易培養(yǎng)學(xué)生高層次的模型構(gòu)建能力。

案例教學(xué)2：“植物光合作用和呼吸作用原理的應(yīng)用”的教學(xué)設(shè)計如下：先呈現(xiàn)真實的露天種植草莓的生產(chǎn)情境，布置驅(qū)動性任務(wù)：農(nóng)民露天種植草莓，每到草莓收獲季節(jié)，發(fā)現(xiàn)草莓產(chǎn)量較低，甜度也不高。王大伯為了提高草莓的品質(zhì)和產(chǎn)量，增加經(jīng)濟效益，準備借助生物技術(shù)嘗試搭建現(xiàn)代溫室大棚。你能為王大伯出謀劃策嗎？請你結(jié)合光合作用與呼吸作用原理，設(shè)計、繪制或用超輕黏土等材料搭建一個現(xiàn)代溫室大棚增產(chǎn)的模型；預(yù)測草莓的產(chǎn)量并向王大伯進行科學(xué)解釋。

環(huán)節(jié)1：初步討論交流。學(xué)生4 人一組，結(jié)合教材和閱讀材料，討論提高草莓等農(nóng)作物產(chǎn)量的原理和具體措施，將結(jié)果填寫在表格中，并在全班交流。發(fā)展學(xué)生模型構(gòu)建能力的第1 個水平層次，即學(xué)生能初步用文字或表格的方式表達光合作用原理與具體提高措施。

環(huán)節(jié)2：分析生活、生產(chǎn)情境資料。教師提供相關(guān)的情境材料：包括曲線圖，簡單的生活、生產(chǎn)情境，解釋問題等。學(xué)生通過自主學(xué)習(xí)，初步解決生活或農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中與呼吸作用有關(guān)的實際問題，從而發(fā)展學(xué)生正確解讀概念內(nèi)涵、準確提取關(guān)鍵信息、初步解決簡單問題的能力。

環(huán)節(jié)3：繪圖或搭建一個能增產(chǎn)的現(xiàn)代溫室大棚模型并進行展示。教師可提供一張A4 紙，并呈現(xiàn)真實傳統(tǒng)的、露天的農(nóng)田場景。學(xué)生通過小組合作，充分發(fā)揮想象，繪制農(nóng)民科學(xué)種田的現(xiàn)代化場景圖，或用超輕黏土、透明大塑料盒等模擬搭建一個現(xiàn)代溫室大棚增產(chǎn)的模型，并在全班展示作品和表達交流。從而發(fā)展學(xué)生模型構(gòu)建能力的第3 個水平層次，即在新的問題情境中，能選用恰當?shù)姆绞綐?gòu)建模型，并闡明其內(nèi)涵。

教學(xué)實踐證明：環(huán)節(jié)3 是本節(jié)課的亮點。此開放活動設(shè)計生動活潑，符合學(xué)生的學(xué)習(xí)特點和規(guī)律，極大地調(diào)動了學(xué)生參與設(shè)計圖紙和制作模型的熱情，教學(xué)效果較好。學(xué)生能從增加二氧化碳濃度、增加光照、補充水、適當提高溫度、充分利用立體空間、增加有機肥、通風和晚上適當降低溫度等角度設(shè)計具體措施，幫助王大伯提高草莓產(chǎn)量和品質(zhì)。學(xué)生在充分表達和交流的過程中，深度發(fā)展了科學(xué)素養(yǎng)和學(xué)科關(guān)鍵能力。

3 基于真實情境培養(yǎng)學(xué)生的實驗探究能力

實驗探究是構(gòu)建生物學(xué)知識和培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的重要途徑。教師應(yīng)提供更多的機會讓學(xué)生親自參與實踐，通過真實性情境獲得真實性體驗；鼓勵學(xué)生觀察、描述、提出問題、查找信息、提出假設(shè)、設(shè)計實驗方案與實施、驗證假設(shè)、思維判斷、作出解釋，并能與他人合作和交流等；重視學(xué)生實驗探究作品的展示和交流，激發(fā)學(xué)生的興趣，力圖改變學(xué)生的學(xué)習(xí)方式；充分利用真實實驗情境，進行合理設(shè)問和有效追問，幫助學(xué)生領(lǐng)悟科學(xué)的本質(zhì)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實踐能力。

案例教學(xué)3：在“探究光是否影響小麥種子的萌發(fā)”實驗中，學(xué)生都親自設(shè)計和實施了實驗探究，教師可利用學(xué)生的實驗作品照片、視頻或?qū)嵨镌谡n堂上充分展示和評價。學(xué)生很興奮，積極參與交流：學(xué)生A 雖然設(shè)計了對照實驗，但沒有做到控制單一變量，2 個培養(yǎng)儀器大小差別太大或培養(yǎng)條件不同；學(xué)生B 的小麥種子只有2 粒，數(shù)量太少，實驗結(jié)果具有偶然性，不能得出科學(xué)結(jié)論；學(xué)生C的實驗設(shè)計巧妙，符合對照實驗的原則。教師還可設(shè)計系列深度問題，追問1：你認為光是否影響小麥種子的萌發(fā)？對此問題，學(xué)生發(fā)生了分歧，大多數(shù)學(xué)生認為光影響了小麥種子的萌發(fā)，因為無光培養(yǎng)的小麥幼苗是黃色的，又細又高；而有光培養(yǎng)的小麥幼苗是綠色的，比較健壯。追問2：怎樣計算種子的萌發(fā)率？學(xué)生通過統(tǒng)計很快計算得出在有光和無光2 種環(huán)境下，種子的萌發(fā)率基本一致的，實驗結(jié)論是小麥種子的萌發(fā)不受光的影響，但部分學(xué)生對此還有一些疑惑。追問3：怎樣解釋無光和有光條件下，小麥幼苗的顏色和長勢為什么不一樣？在教師的提示下，學(xué)生想到了葉綠素的顏色是綠色的，學(xué)生開始質(zhì)疑葉綠素的形成需要光？學(xué)生設(shè)想將這盆在無光條件下培育的黃色幼苗進行照光會怎樣？于是學(xué)生去掉了遮光裝置，將植株放在教室的窗臺上。約4 h 后，學(xué)生驚喜地見證了幼苗從黃色逐漸轉(zhuǎn)變成了綠色的過程。追問4：假如一直阻止黃色的幼苗進行光照，結(jié)果會怎么樣？為什么？追問5：那盆無光下還能長高的黃色幼苗其營養(yǎng)來自哪里？真實的實驗情境給學(xué)生帶來了直觀的視覺效果，激發(fā)了其學(xué)習(xí)的好奇心。教師有梯度的追問引導(dǎo)學(xué)生深入思考，其科學(xué)探究能力和科學(xué)思維能力都得到了不斷提升。

教學(xué)實踐證明：真實的實驗情境可作為課堂教學(xué)的導(dǎo)入，有效突破教學(xué)重、難點；也可作為課外拓展，激發(fā)學(xué)生的興趣，發(fā)展學(xué)生的個性特長。學(xué)生很喜歡在真實的實驗情境下進行學(xué)習(xí)，在這種情境中，學(xué)生的注意力非常集中，創(chuàng)造力和成就感無限放大。

4 基于真實情境培養(yǎng)學(xué)生的理性決策能力

社會責任是指基于生物學(xué)的認識，參與個人與社會事務(wù)的討論，初步解決生產(chǎn)生活問題的擔當和能力。社會責任主要包括保護環(huán)境和健康生活2 種能力。其中保護環(huán)境能力，根據(jù)在不同復(fù)雜程度的情境中運用重要概念和方法解決問題的程度，學(xué)生水平從低層次至高層次主要表現(xiàn)在3 個方面：①能認同環(huán)境保護的必要性和重要性；②能分析和解釋個體或社會行為對環(huán)境的影響；③提出環(huán)境保護的合理化建議，并解決有關(guān)實際問題［3］。

案例教學(xué)4：在教學(xué)中，可利用真實事例進行如下教學(xué)設(shè)計：蝴蝶一生發(fā)育有4 個時期：受精卵、幼蟲、蛹和成蟲。目前，由江蘇省幾位蝴蝶專家和多位蝴蝶愛好者自發(fā)組成的蝴蝶監(jiān)測組織逐漸發(fā)展，他們經(jīng)常在江蘇省境內(nèi)的多個地方進行蝴蝶種類識別、統(tǒng)計和生態(tài)保護考察等。每年9月份正是江蘇省板栗收獲的季節(jié)，有一次，他們在一片板栗林下的雜草里發(fā)現(xiàn)了馬兜鈴，馬兜鈴是一種許多蝴蝶幼蟲都喜歡的植物；同時，他們還發(fā)現(xiàn)在馬兜鈴葉子上有國家二級保護動物——金裳鳳蝶的幼蟲，而且這些幼蟲中有許多馬上要進入蛹期。如果這時清除了這些雜草，金裳鳳蝶的幼蟲就會失去食物，失去了這片棲息地，意味著它們很快將死亡。但如果不清除這些雜草，就影響板栗林主采收板栗。針對以上情況，如果你是蝴蝶愛好者，你有哪些好的建議？如果你是板栗林主，你又會怎么做？學(xué)生能從生物學(xué)的角度進行討論，即從保護蝴蝶、保護生物多樣性、保護動物棲息地、可持續(xù)發(fā)展經(jīng)濟、保護環(huán)境、平衡發(fā)展等角度考慮，提出合理化建議。通過不同角色扮演，學(xué)生能深入考慮到此情境下相關(guān)利益的主體，只有這樣，學(xué)生未來才能在不傷害他人利益的情況下，優(yōu)化自身的生活質(zhì)量，成為一名理性的決策者和積極的問題解決者。

教學(xué)實踐證明：社會議題情境往往是復(fù)雜綜合的，情境中蘊含著許多知識、方法和價值取向。將生物學(xué)社會議題引入生物學(xué)課程中，能整合課程，打破模塊、章節(jié)的界線，讓學(xué)生真正參與到真實、鮮活的實踐過程中，經(jīng)歷思維辨析、價值取向的深度綜合體驗活動，從而提升理性決策能力，積極喚醒學(xué)生的社會責任感，形成促進學(xué)生個人成長和社會進步的正能量。