高中生物學(xué)教學(xué)中 利用情境教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維的探索

【摘要】本文論述在高中生物教學(xué)中利用情境教學(xué)法培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維的途徑，分享通過創(chuàng)設(shè)情境培養(yǎng)學(xué)生發(fā)散思維能力、模型與建模能力以及演繹推理能力的教學(xué)案例，提出創(chuàng)設(shè)具有生物學(xué)學(xué)科特點、符合學(xué)生發(fā)展規(guī)律和多元情境的建議。

【關(guān)鍵詞】情境教學(xué) 科學(xué)思維 高中生物

【中圖分類號】G63 【文獻標(biāo)識碼】A

【文章編號】0450-9889（2022）11-0125-04

《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》明確提出高中生物學(xué)教學(xué)要以培養(yǎng)和發(fā)展學(xué)生生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)為主要目標(biāo)，再次明晰了生物學(xué)科的育人價值，即通過學(xué)習(xí)逐步形成正確的價值觀念、必備品格和關(guān)鍵能力。如何在常規(guī)教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生具備生命觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究和社會責(zé)任等方面的生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)，成為目前生物學(xué)科的熱點話題。培養(yǎng)科學(xué)思維，具體來說就是培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散性思維，演繹與推理、模型與建模等能力，進而發(fā)展學(xué)生的批判性思維和創(chuàng)造性思維等思維品質(zhì)。

一、當(dāng)前高中生物學(xué)教學(xué)中學(xué)生思維培養(yǎng)現(xiàn)狀與情境教學(xué)

在現(xiàn)階段高中生物課堂中，由于受傳統(tǒng)教育觀念的影響，有些教師在課堂上依然以知識傳授為主，讓學(xué)生當(dāng)“合格的聽眾”，要求學(xué)生機械記筆記，卻沒有充分關(guān)注學(xué)生的主體地位，“自主—合作—探究”的學(xué)習(xí)模式形同虛設(shè);教師提問大多面向全體學(xué)生，而學(xué)生個體思維水平參差不齊，他們曾經(jīng)接受教育的方式、學(xué)習(xí)的環(huán)境等都存在差異，這些缺乏針對性的提問并不能提高課堂效率;“題海戰(zhàn)術(shù)”仍屢見不鮮，大量低層次的重復(fù)的練習(xí)題不僅浪費了學(xué)生的時間，還大大降低了學(xué)生學(xué)習(xí)生物學(xué)的興趣，也不利于學(xué)生思維的發(fā)展。

為了解決上述問題，筆者經(jīng)過多年的探索，采用情境教學(xué)法進行授課，以期培養(yǎng)和發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維。情境教學(xué)法是指在教學(xué)過程中，教師有目的地引入或創(chuàng)設(shè)具有一定情緒色彩的、以形象為主體的生動具體的場景或環(huán)境，讓學(xué)生借助各種探究手段和活動，以及與主題相關(guān)的各類資源，產(chǎn)生一定的情感反應(yīng)，并鼓勵學(xué)生主動參與、主動探索、主動思考、主動實踐，促進學(xué)生生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)提高。

在高中生物學(xué)教學(xué)中采用情境教學(xué)法主要有兩方面的優(yōu)勢：一是可以有效提高課堂教學(xué)效率。教師將具有趣味性、代入感強的情境引入課堂，能有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。在情境的引導(dǎo)下，學(xué)生積極探究和思考，運用所學(xué)知識和方法分析問題、解決問題，學(xué)習(xí)效率高。二是能讓不同層次的學(xué)生都得到充分的鍛煉。情境教學(xué)法強調(diào)以學(xué)生為主體，重視學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗。在情境中，不同學(xué)生有不同的學(xué)習(xí)感悟，他們圍繞教師創(chuàng)設(shè)的情境觀察現(xiàn)象、提出問題，合作探究，解決問題，獲得知識和技能，發(fā)展合作精神，深化科學(xué)思維。

二、在高中生物學(xué)教學(xué)中利用情境教學(xué)法培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維的實踐

對培養(yǎng)和發(fā)展學(xué)生科學(xué)思維的教學(xué)模式的研究，已引起高中生物學(xué)教師的廣泛關(guān)注。教師需要轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的教育理念，把“教師的教”轉(zhuǎn)變成“學(xué)生的學(xué)”，真正做到以學(xué)生為主體，給學(xué)生更多的時間和空間。教師在教學(xué)中創(chuàng)設(shè)有意義的教學(xué)情境是培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維的一條重要的途徑，下面筆者結(jié)合多年的教學(xué)實踐進行舉例說明。

（一）培養(yǎng)發(fā)散思維能力

面對不同情境問題，學(xué)生是否能夠從不同方向和角度進行全方位的思考、探索答案，與其是否具備發(fā)散思維能力息息相關(guān)。發(fā)散性思維是一種求異性、分散性、擴散性思維。教師在教學(xué)過程中應(yīng)充分利用情境教學(xué)法，在傳授學(xué)生知識的同時教給他們發(fā)散思維的方法，這樣既可以活躍教學(xué)氛圍，促進學(xué)生養(yǎng)成正確的思維打開方式，又可以幫助學(xué)生提高演繹歸納、綜合分析能力以及綜合素質(zhì)。

以教授“滲透作用”的概念為例。教師首先創(chuàng)設(shè)一個真實實驗情境：教師展示如圖1所示的滲透裝置，然后從半透膜概念（水分子可以自由透過而蔗糖分子不能自由透過的薄膜）及滲透的條件（有半透膜和膜兩側(cè)有物質(zhì)的量濃度差）兩個不同角度，設(shè)置一系列問題從而創(chuàng)設(shè)問題情境：如果將半透膜換為紗布（全透），會出現(xiàn)什么現(xiàn)象？如果將半透膜換成塑料薄膜（完全不透），又會出現(xiàn)什么現(xiàn)象？如果將漏斗內(nèi)溶液也換成清水或?qū)瓋?nèi)溶液換成等濃度的蔗糖溶液，會出現(xiàn)什么現(xiàn)象？如果將半透膜兩側(cè)的溶液交換位置，又會出現(xiàn)什么現(xiàn)象？學(xué)生在教師設(shè)問的引導(dǎo)下，以自主、合作、探究的學(xué)習(xí)方式，從不同角度全面而準(zhǔn)確地思考、解決問題，發(fā)展發(fā)散思維能力。

（二）培養(yǎng)模型與建模能力

模型是人們?yōu)榱四撤N特定目的而對認(rèn)識對象所進行的一種概括性的描述，有的借助具體的實物或其他形象化的手段，有的則通過抽象的形式來表達(dá)。教師可以在高中生物學(xué)教學(xué)中利用情境教學(xué)法，滲透模型思想，幫助學(xué)生系統(tǒng)、完整地學(xué)習(xí)和理解新知識，培養(yǎng)學(xué)生的建模能力，從而提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和科學(xué)探究能力。

物理模型是以實物或圖片形式直觀地表達(dá)認(rèn)識對象特征的模型。以教授“細(xì)胞的結(jié)構(gòu)和功能”為例。教師設(shè)置“模型展示”情境：教師事先要求學(xué)生根據(jù)自學(xué)獲得的知識自制生物膜模型，并在課堂上展示出來。

師：同學(xué)們，我們先請幾位同學(xué)上來展示一下他們制作的生物膜模型。

（生1展示模型如圖2所示）

生1：我的模型是用彩泥做的，小球代表磷脂分子的頭部，鋼絲代表磷脂分子的尾部，藍(lán)色小球代表的是多糖，多糖與蛋白質(zhì)結(jié)合在一起形成糖被。

師：生1的模型做得很好。通過這一模型我們可以看到，磷脂分子之間是有一點點空隙的還是密不透風(fēng)的？

生：是有一點點空隙的。

師：（小結(jié)并拓展）是的，磷脂分子之間是有一點點空隙的。所以，有些物質(zhì)實際上是可以直接從磷脂雙分子層當(dāng)中透過的，這就是我們這節(jié)課要學(xué)習(xí)的內(nèi)容——物質(zhì)跨膜運輸?shù)膶嵗?/p>

學(xué)生充分展示，大膽表達(dá)，在講解自己作品的過程中進一步完善對生物膜結(jié)構(gòu)的認(rèn)識，理解“生物膜的功能之一是控制物質(zhì)進出”。學(xué)生在這一過程中構(gòu)建物理模型進行生物學(xué)研究，發(fā)展結(jié)構(gòu)與功能的生命觀念以及科學(xué)探究的核心素養(yǎng)。

數(shù)學(xué)模型指用來描述一個系統(tǒng)或它的性質(zhì)的數(shù)學(xué)形式。在高中生物課堂上，教師運用數(shù)字和推理，將撲朔迷離的生物問題轉(zhuǎn)換為簡潔明了的數(shù)學(xué)語言，創(chuàng)設(shè)科學(xué)的數(shù)學(xué)模型，能夠更直觀地揭示生命活動的本質(zhì)規(guī)律，從而提高生物學(xué)教學(xué)的效率。

以教學(xué)減數(shù)分裂中染色體、DNA分子的數(shù)量變化為例。減數(shù)分裂是高中生物學(xué)課程的重難點，比如染色體、染色單體、DNA分子的數(shù)量變化等知識點，學(xué)生經(jīng)常混淆導(dǎo)致出錯。教師教授減數(shù)分裂的基本概念、各時期的基本特征以及染色體的變化形式等內(nèi)容后，讓學(xué)生自主繪制染色體、染色單體和DNA分子數(shù)量在各時期變化的柱狀圖，學(xué)生之間相互討論，分享各自的理解，最后教師在黑板上呈現(xiàn)圖3，并結(jié)合圖像給學(xué)生講解相關(guān)知識，同時利用數(shù)學(xué)模型更進一步解讀細(xì)胞分裂各時期的染色體，染色單體和DNA分子數(shù)量變化及特征，這可以使學(xué)生更加直觀地理解這三者的變化關(guān)系，記憶更為深刻。

（三）培養(yǎng)演繹推理能力

演繹推理是從一般性前提，通過演繹得出具體結(jié)論，從而解決問題的推理方法。演繹與推理能力是科學(xué)思維素養(yǎng)中重要的思維品質(zhì)之一。教師在生物學(xué)教學(xué)中利用情境教學(xué)法滲透科學(xué)思維中的演繹與推理等方法，可以幫助學(xué)生深化對核心概念的理解，使其感悟生物學(xué)思想。

以教授《基因指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成》為例，教師情境設(shè)計思路為：教師用擬人化的手法給學(xué)生講述基因的故事，創(chuàng)設(shè)故事情境，讓學(xué)生理解基因所在位置與蛋白質(zhì)合成場所之間的關(guān)系，以及信使RNA的必要性。

師：（講述故事）有一個基因，他想要合成膠原蛋白，讓自己的主人臉蛋水嫩嫩，更加漂亮一點?？墒撬诩?xì)胞核當(dāng)中出不去，而蛋白質(zhì)只有在細(xì)胞質(zhì)的核糖體當(dāng)中才能合成。于是他想了一個辦法。他以自己為模板，轉(zhuǎn)錄出了一段信使RNA（mRNA），并對信使RNA說，你出去告訴核糖體，合成漂漂亮亮的膠原蛋白。于是信使RNA出發(fā)了。信使RNA穿過核孔，從細(xì)胞核中逃了出來，來到了核糖體。他以自己為模板，讓一個個氨基酸按順序排列合成多肽。氨基酸一想到膠原蛋白基因的良苦用心，每次一牽手（脫水縮合），都感動得掉下淚來（脫水）。

師：請同學(xué)上臺來簡單地畫出這個過程。

（學(xué)生完成繪圖后，教師展示一道氨基酸脫水縮合的習(xí)題，學(xué)生思考完成）

教師把“基因”“信使RNA”“氨基酸”擬人化，讓學(xué)生置身有趣的故事情境之中。這個故事中的每一個情節(jié)都蘊含生物學(xué)知識，既增強了學(xué)習(xí)的趣味性，大大激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，又幫助學(xué)生加深對知識點的記憶。學(xué)生通過上臺繪圖鍛煉了演繹能力，在解題中鍛煉了推理能力。

又如教學(xué)“伴性遺傳”。在學(xué)生已經(jīng)充分掌握了基因的分離定律和假說演繹法后，教師引導(dǎo)學(xué)生探究果蠅的伴性遺傳的機制。教師展示真實的不同眼睛顏色的果蠅雜交圖片：紅眼雌果蠅與白眼雄果蠅進行交配，得到F1，F(xiàn)1的果蠅均為紅眼，再讓F1中的雌雄果蠅進行雜交，得到F2，F(xiàn)2中的果蠅紅眼∶白眼=3∶1，雌性果蠅均為紅眼，雄性果蠅紅眼∶白眼=1∶1。接著，教師引導(dǎo)學(xué)生通過反交實驗的演繹推理判斷果蠅控制眼睛顏色基因的位置。最后，教師在黑板上展示正確的推理過程，得出最后的結(jié)論：控制果蠅紅白眼的基因位于X染色體上。這不僅能讓學(xué)生更加熟悉課本內(nèi)容，而且發(fā)展了學(xué)生的演繹推理能力。

三、通過創(chuàng)設(shè)有效教學(xué)情境實現(xiàn)發(fā)展學(xué)生科學(xué)思維的建議

創(chuàng)設(shè)有效的教學(xué)情境是當(dāng)今高中生物教師應(yīng)具備的重要的教學(xué)技能之一。有效的課堂應(yīng)該是：創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境—引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)已有的知識、經(jīng)驗或自身的想象主動地對情境及問題進行思考、討論、探究、分析、推理—解決問題—提升分析、解決問題等科學(xué)思維能力。在不斷地解決問題的過程中，學(xué)生不僅加深對新知識的理解和應(yīng)用，而且培養(yǎng)和發(fā)展了科學(xué)思維這一生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)?，F(xiàn)筆者就情境教學(xué)在高中生科學(xué)思維培養(yǎng)與發(fā)展方面的應(yīng)用提出兩點建議。

（一）生物學(xué)科情境創(chuàng)設(shè)要有學(xué)科特點，符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律和需要

高中生已經(jīng)具備了基本的認(rèn)知結(jié)構(gòu)體系，其記憶能力、想象能力發(fā)展迅速，對教師給予的與生物學(xué)相關(guān)的圖片、視頻、問題等內(nèi)容，其思維的目的性、方向性更加明確，這都有利于情境教學(xué)的開展。然而受限于實驗設(shè)備及技術(shù)手段，高中生對微觀物質(zhì)的認(rèn)知不足?；诖?，教師在生物學(xué)教學(xué)中創(chuàng)設(shè)情境是可行的，且創(chuàng)設(shè)情境時應(yīng)多采用如圖片、實物等具體的素材，與學(xué)生的生活實際聯(lián)系起來，使情境具有邏輯性、目的性和啟發(fā)性，符合學(xué)生認(rèn)知水平。在教學(xué)與微觀物質(zhì)等相關(guān)的內(nèi)容時，教師要尤為注意采用情境教學(xué)法，將抽象的知識具體化、可視化，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)欲望，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的效率。

例如上文提到的教授《基因指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成》時，教師運用口語化、趣味化的語言創(chuàng)設(shè)故事情境，既極大地增強了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，又巧妙地切入了本節(jié)課需要學(xué)習(xí)的內(nèi)容。學(xué)生將所學(xué)的生物學(xué)知識運用于現(xiàn)實生活解決實際問題。又如教授“細(xì)胞的結(jié)構(gòu)和功能”，學(xué)生自主構(gòu)建細(xì)胞三維結(jié)構(gòu)模型，從選材到制作模型再到展示模型，在真實且具體的情境中將所學(xué)知識與生活實際結(jié)合，進一步發(fā)展科學(xué)思維。

（二）創(chuàng)設(shè)多元情境，注重科學(xué)思維能力的培養(yǎng)

多元情境指情境的類型多種多樣。在傳統(tǒng)的生物學(xué)教學(xué)中，教師最常創(chuàng)設(shè)的是生活實例類情境。事實上，教師還可以創(chuàng)設(shè)故事、問題、新聞、科學(xué)史等類型的情境，讓學(xué)生在多元情境中思考、解決問題。

例如教授《細(xì)胞的衰老和凋亡》一課，教師可以有意識地創(chuàng)設(shè)個體衰老的故事情境：教師展示由自己1歲、5歲、15歲、25歲、35歲、45歲、55歲的照片制作成的《時間都去哪兒了》微視頻，配以《時間都去哪兒了》背景音樂，再結(jié)合問題創(chuàng)設(shè)問題情境：請用一個生物學(xué)專業(yè)名詞準(zhǔn)確描述老師年齡變化趨勢;個體衰老意味著所有細(xì)胞都衰老嗎？細(xì)胞衰老應(yīng)該有哪些典型特征？怎樣延緩衰老？引導(dǎo)學(xué)生對細(xì)胞衰老進行思考，引發(fā)學(xué)生敬畏生命、尊重生命，進而深度思考健康問題。

利用與社會熱點或最新科技發(fā)展緊密相關(guān)的新聞創(chuàng)設(shè)情境導(dǎo)入課堂，能快速吸引學(xué)生的注意力，實現(xiàn)高效導(dǎo)入。如在教授《從生物圈到細(xì)胞》時，教師可以播放與新型冠狀病毒相關(guān)的視頻，如病毒特點及傳播方式、患者癥狀以及各國的應(yīng)對措施等，讓學(xué)生在課堂之初就明確病毒的基本特點，通過與社會公共衛(wèi)生問題相關(guān)的情境，引導(dǎo)學(xué)生不斷思考、分析、討論、探究，進而形成對新型冠狀病毒的正確認(rèn)識，有效地培養(yǎng)和發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維能力。

課堂中多種類型的情境交織，可以促使學(xué)生思維發(fā)生碰撞，學(xué)生在教師創(chuàng)設(shè)的特定情境中積極主動地探索知識，在理解、辨析中解決問題，遷移與運用知識，提高發(fā)散性思維、模型與建模、演繹與推理、歸納與概括等科學(xué)思維能力，最終促進學(xué)生科學(xué)思維的發(fā)展。

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注：本文系廣西教育科學(xué)規(guī)劃2021年度課題“基于核心素養(yǎng)培養(yǎng)的高中生物情境教學(xué)實踐研究”（2021C563）的研究成果之一。

作者簡介：徐玉送（1967— ），廣西陽朔人，高級教師，研究方向為生物教學(xué)。

（責(zé)編 劉小瑗）