基于核心素養(yǎng)的高中生物學(xué)可視化教學(xué)策略

孟巧想,杜文藝,翟飛紅

(太原師范學(xué)院生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,山西晉中,030619)

傳統(tǒng)的單調(diào)的教學(xué)模式已無法滿足學(xué)生綜合發(fā)展的需要,如何促進(jìn)學(xué)生的全面發(fā)展引起重視。隨著現(xiàn)代教學(xué)技術(shù)的更新發(fā)展,可視化教學(xué)工具已經(jīng)逐漸走進(jìn)課堂并不斷得到完善。大量研究表明,可視化教學(xué)在輔助學(xué)生理解知識(shí)、提高學(xué)生解決問題的能力上發(fā)揮了很大作用。本文以生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)為導(dǎo)向,結(jié)合高中生物學(xué)教學(xué)案例,探討可視化工具在高中生物學(xué)課堂教學(xué)中的運(yùn)用和功能,以提高學(xué)生的科技創(chuàng)新能力與溝通能力。

一、相關(guān)概念界定

(一)高中生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)

核心素養(yǎng)最早由經(jīng)濟(jì)與合作發(fā)展組織提出,并從各個(gè)角度完善其結(jié)構(gòu)框架,為各國研究適合本國學(xué)生發(fā)展的核心素養(yǎng)提供了經(jīng)驗(yàn)。［1］核心素養(yǎng)所強(qiáng)調(diào)的教育不是教會(huì)學(xué)生預(yù)知并處理所有的問題,而是讓學(xué)生具備解決問題的內(nèi)驅(qū)力。學(xué)生不僅要掌握知識(shí),而且要主動(dòng)參與實(shí)踐,在實(shí)踐中主動(dòng)思考、勇于探究,最終成為具備思辨能力、探究能力和創(chuàng)新能力的新一代青年。

生命觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究和社會(huì)責(zé)任是生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的四大組成部分［2］,其基本特征可以總結(jié)為以下三點(diǎn):一是主體性,即強(qiáng)調(diào)“以學(xué)生為主,以教師為輔”的課堂模式,吸引學(xué)生主動(dòng)參與課堂,激發(fā)學(xué)生的課堂主人公意識(shí);二是融合性,即更加注重學(xué)生綜合能力的發(fā)展,強(qiáng)調(diào)生物學(xué)學(xué)科與其他學(xué)科的融會(huì)貫通,培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐探索能力;三是實(shí)踐性,即突出生物學(xué)科的實(shí)踐性,強(qiáng)調(diào)通過主動(dòng)實(shí)踐讓學(xué)生將知識(shí)逐漸內(nèi)化為解決實(shí)際問題的能力。

(二)可視化教學(xué)

可視化教學(xué)是一種結(jié)合現(xiàn)代技術(shù)發(fā)展起來的教學(xué)手段,通過借助可視性工具,將復(fù)雜抽象的知識(shí)直觀化,有助于提高學(xué)生科學(xué)探究的興趣。在教學(xué)實(shí)踐中,可視化教學(xué)強(qiáng)調(diào)教學(xué)內(nèi)容的可視性與學(xué)生學(xué)習(xí)的主體性,可分為知識(shí)可視化與思維可視化。知識(shí)可視化與思維可視化相結(jié)合,能夠?yàn)椴煌愋椭R(shí)的講述提供合適的可視化教學(xué)手段。［3］

一是知識(shí)可視化。以圖像、符號(hào)等方式將復(fù)雜的知識(shí)和概念展示給學(xué)生,便是知識(shí)可視化。隨著信息技術(shù)的高速發(fā)展,知識(shí)可視化工具可以是簡單的概念圖,也可以是復(fù)雜的人機(jī)交互界面。知識(shí)可視化不僅有助于學(xué)生理解和記憶知識(shí),而且有益于學(xué)生建構(gòu)可視化的知識(shí)認(rèn)知支架。［4］近年來,知識(shí)可視化被廣泛應(yīng)用于學(xué)科教學(xué),能有效提高課堂效率和教學(xué)質(zhì)量。

二是思維可視化。與知識(shí)可視化不同,思維可視化更加關(guān)注思維路徑、策略與方法的可視化,采用可視化的思維工具將抽象的變化規(guī)律直觀地展示出來。思維邏輯能力是學(xué)生在不斷積累經(jīng)驗(yàn)的過程中培養(yǎng)和內(nèi)化而來的。思維可視化能夠更好地拓展學(xué)生的思維想象空間,有效降低學(xué)生理解抽象知識(shí)的難度,促進(jìn)學(xué)生認(rèn)知思維間的聯(lián)結(jié)。例如,在復(fù)習(xí)課程或試卷解析中,學(xué)生對(duì)錯(cuò)題通常沒有整合各知識(shí)點(diǎn)的清晰的解題思路。對(duì)此,教師可以借助思維可視化,讓學(xué)生思維邏輯清晰化,幫助學(xué)生實(shí)現(xiàn)知識(shí)與解題思路之間的聯(lián)結(jié),進(jìn)而幫助學(xué)生學(xué)以致用、提高效率。

二、可視化教學(xué)的意義

傳統(tǒng)枯燥的教學(xué)模式已無法滿足社會(huì)發(fā)展對(duì)高質(zhì)量人才的需求,創(chuàng)新型的可視化教學(xué)逐漸成為課堂教學(xué)的重要手段之一?？梢暬虒W(xué)是基于雙重編碼理論、建構(gòu)理論等理論發(fā)展的［5］,對(duì)生物學(xué)教學(xué)改革意義重大。隨著可視化教學(xué)模式研究的不斷深入,可視化教學(xué)手段逐漸成熟,它對(duì)教學(xué)的意義也得以彰顯。在有條理地建構(gòu)繁雜的生物學(xué)知識(shí)體系的過程中,學(xué)生需要主動(dòng)參與課堂,運(yùn)用發(fā)散思維實(shí)現(xiàn)知識(shí)間的聯(lián)結(jié),加深對(duì)生命現(xiàn)象的理解。教學(xué)信息化是現(xiàn)代信息技術(shù)改革的產(chǎn)物,對(duì)可視化教學(xué)的研究有助于建構(gòu)新的信息教學(xué)模式、促進(jìn)學(xué)生個(gè)性發(fā)展,在探究過程中培養(yǎng)學(xué)生高階思維能力。［6］運(yùn)用可視化工具輔助教學(xué),不僅有助于提高學(xué)生的認(rèn)知興趣,使其主動(dòng)參與生物課堂教學(xué),也為生物課程改革提供了新的教學(xué)思路。［7］

傳統(tǒng)的教學(xué)模式不僅禁錮了學(xué)生的思維,也限制了教師自身的發(fā)展。在國家大力倡導(dǎo)和推進(jìn)一線教師教育改革的背景下,可視化教學(xué)除了能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性,對(duì)教師的專業(yè)成長也有一定的促進(jìn)作用,如可以增強(qiáng)教師現(xiàn)代化教育理念,更好地促進(jìn)生物學(xué)教學(xué)改革的發(fā)展。［8］

三、可視化教學(xué)的策略

(一)創(chuàng)設(shè)可視化教學(xué)情境

可視化教學(xué)情境是通過圖片、視頻、思維導(dǎo)圖、實(shí)物等方式建構(gòu)起來的,提高了課堂試聽信息的比例,降低了抽象知識(shí)的理解難度,讓學(xué)生在頭腦中建立詞義的表象。多樣的可視化教學(xué)情境讓學(xué)生在理解生物學(xué)知識(shí)的基礎(chǔ)上,將零碎的知識(shí)點(diǎn)聯(lián)系起來形成一般概念,再通過逐步思考與探究,將復(fù)雜知識(shí)與現(xiàn)實(shí)情境結(jié)合起來,從而加深對(duì)知識(shí)的理解和記憶,逐步培養(yǎng)探究意識(shí)與生命觀念。

以高中生物學(xué)必修一“細(xì)胞器之間的分工合作”的教學(xué)為例,首先,教師創(chuàng)設(shè)直觀教學(xué)情境,借助多媒體展示線粒體、葉綠體、高爾基體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)等細(xì)胞器的3D生物模型,將細(xì)胞器內(nèi)部結(jié)構(gòu)展示給學(xué)生。學(xué)生深入理解細(xì)胞器的形態(tài)結(jié)構(gòu)［9］,嘗試從系統(tǒng)的視角認(rèn)識(shí)生命、認(rèn)識(shí)自然,發(fā)展科學(xué)的結(jié)構(gòu)功能觀和生命系統(tǒng)觀。其次,教師設(shè)計(jì)可視化問題情境,借助多媒體課件展示分泌蛋白的合成與運(yùn)輸動(dòng)態(tài)示意圖,借助概念圖展示問題串形成的可視性問題情境,如圖1所示。通過一系列層次性的問題,學(xué)生對(duì)細(xì)胞器之間分工合作的過程有了清晰的認(rèn)識(shí),在可視化問題情境中提高科學(xué)探究能力。最后,教師創(chuàng)設(shè)師生合作情境,以角色扮演活動(dòng),讓學(xué)生模擬分泌蛋白的運(yùn)輸過程并講述所模擬細(xì)胞器的特點(diǎn),強(qiáng)化學(xué)生對(duì)生物學(xué)生命觀念的辨析。教師在探究過程中創(chuàng)設(shè)生物學(xué)可視化問題情境,在探究中不斷提高學(xué)生的思考能力,培養(yǎng)學(xué)生的探究精神。

圖1 “分泌蛋白的合成與運(yùn)輸”可視性問題情境圖

(二)利用可視化思維工具

思維工具、思維導(dǎo)圖、概念圖等均有效地影響了思維活動(dòng),推動(dòng)了教學(xué)工具的發(fā)展。高中生物學(xué)知識(shí)體系較龐大,大量的知識(shí)點(diǎn)需要記憶,高考題?？疾橐谆煲族e(cuò)且細(xì)小的知識(shí)點(diǎn)。利用對(duì)比分類法,借助可視化思維工具,可有效減輕學(xué)生的記憶負(fù)擔(dān)。可視化思維工具是一套使不可見的思維清晰可見的操作工具,不僅有助于學(xué)生發(fā)現(xiàn)自身的思維障礙點(diǎn),而且有助于教師根據(jù)學(xué)生的思維水平引導(dǎo)學(xué)生思維科學(xué)發(fā)展。不同思維工具對(duì)思維方式表述的著重點(diǎn)不同［10］,教師只有針對(duì)不同學(xué)習(xí)模塊、不同學(xué)情,根據(jù)學(xué)生的認(rèn)知水平選擇適當(dāng)?shù)乃季S工具,才能促進(jìn)學(xué)生核心素養(yǎng)的發(fā)展。

以“基因的表達(dá)”為例,DNA的復(fù)制與轉(zhuǎn)錄既是一個(gè)統(tǒng)一的連續(xù)過程,又是兩個(gè)相互獨(dú)立的概念。DNA片段與基因是初中生物學(xué)的內(nèi)容。學(xué)生在學(xué)習(xí)了“DNA的半保留復(fù)制機(jī)制”之后,很容易將前概念代入DNA的轉(zhuǎn)錄,混淆轉(zhuǎn)錄過程僅以“DNA的一條鏈作為模板”的特點(diǎn)。對(duì)此,教師可以借助如圖2所示的雙氣泡圖,清晰地展現(xiàn)基因表達(dá)中兩個(gè)過程特點(diǎn)的異同,對(duì)DNA的復(fù)制與轉(zhuǎn)錄過程、特點(diǎn)加以辨析,幫助學(xué)生準(zhǔn)確認(rèn)識(shí)基因表達(dá),理解兩個(gè)概念的本質(zhì),加深對(duì)復(fù)制與轉(zhuǎn)錄兩個(gè)過程特點(diǎn)的理解。

圖2 “DNA復(fù)制與轉(zhuǎn)錄概念辨析”雙氣泡圖

(三)建構(gòu)可視化模型

隨著可視化技術(shù)的發(fā)展,3D建模、VR以及3D打印等技術(shù)被廣泛應(yīng)用,除了帶給學(xué)生更好的視覺體驗(yàn),還能激發(fā)學(xué)生對(duì)科技創(chuàng)新的興趣。由此建構(gòu)的可視化模型成為課程探究活動(dòng)中常用的教學(xué)手段?？梢暬Ｐ徒柚梢曅浴⒅庇^性的材料展示事物復(fù)雜的結(jié)構(gòu),使復(fù)雜的事物結(jié)構(gòu)變得更加直觀易懂。在生物學(xué)教學(xué)中,教師借助具體的事物或其他形象化的手段簡化生命個(gè)體的結(jié)構(gòu)與功能,更容易幫助學(xué)生理解和掌握生物學(xué)規(guī)律。學(xué)生借助可視化模型不僅能將抽象的知識(shí)經(jīng)過思維的加工直觀化,還能加深對(duì)生物過程中生命現(xiàn)象與生物結(jié)構(gòu)的認(rèn)知。在建構(gòu)模型與解決問題的過程中,學(xué)生在原有的認(rèn)知基礎(chǔ)上對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容進(jìn)行深度挖掘,形成結(jié)構(gòu)與功能觀,從而增強(qiáng)建模意識(shí),加深對(duì)生命觀念的理解,發(fā)展科學(xué)思維,培養(yǎng)科學(xué)探究素養(yǎng)。［11-12］

例如,在“有氧呼吸”章節(jié)的教學(xué)過程中,首先,教師引導(dǎo)學(xué)生正確認(rèn)識(shí)線粒體的亞顯微結(jié)構(gòu),讓學(xué)生對(duì)原型有充分了解。然后,教師再讓學(xué)生根據(jù)線粒體的本質(zhì)特征,將抽象的結(jié)構(gòu)具體化。最后,教師引導(dǎo)學(xué)生利用生活中的橡皮泥、紙條等材料構(gòu)建如圖3所示的線粒體模型圖。在前期觀察、準(zhǔn)備材料和后期制作等一系列流程中,學(xué)生不僅能夠迅速而清晰地了解線粒體的形態(tài)結(jié)構(gòu),結(jié)合它的特點(diǎn)掌握其生物功能,而且能逐步培養(yǎng)科學(xué)探究精神。通過小組分工合作,學(xué)生能夠充分掌握和分析模型建構(gòu)過程體現(xiàn)的線粒體結(jié)構(gòu)知識(shí),進(jìn)一步理解有氧呼吸過程。

(四)組織可視性實(shí)踐活動(dòng)

按照生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)的要求,學(xué)生要在理解生命和自然現(xiàn)象的基礎(chǔ)上,利用所學(xué)的生物學(xué)知識(shí)參與生物學(xué)社會(huì)實(shí)踐。讓學(xué)生體驗(yàn)在親身參與中掌握知識(shí)的情感,是激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的重要條件。［13］教師組織和開展可視性實(shí)踐活動(dòng),不僅能夠讓學(xué)生將所學(xué)知識(shí)運(yùn)用于實(shí)際生活,而且能在實(shí)踐活動(dòng)過程中引發(fā)學(xué)生情感共鳴,激發(fā)學(xué)生科學(xué)探究的內(nèi)驅(qū)力,培養(yǎng)學(xué)生的社會(huì)責(zé)任意識(shí)。生物的多樣性與日常生活是緊密相連的,學(xué)校和教師應(yīng)當(dāng)積極組織可視性實(shí)踐活動(dòng),鼓勵(lì)學(xué)生關(guān)注社會(huì)熱點(diǎn)。

以“毛霉和制作腐乳”為例,在本節(jié)課程開始前,教師提前準(zhǔn)備一塊長出毛霉的豆腐、鹽、鹵湯以及干凈的瓶子,讓學(xué)生觀察豆腐上毛霉的形狀特點(diǎn)并討論。之后,教師引導(dǎo)學(xué)生得出“毛霉是單細(xì)、絲狀、異養(yǎng)需氧型真菌”的結(jié)論,讓學(xué)生觀看腐乳的發(fā)酵過程。通過可視性的實(shí)踐活動(dòng),學(xué)生不僅理解了毛霉的概念,而且掌握了腐乳的發(fā)酵過程。因此,在講解“不同發(fā)酵過程”的知識(shí)點(diǎn)時(shí),教師可以拓展可視性的實(shí)踐活動(dòng),讓學(xué)生自行探索酸奶、葡萄酒的發(fā)酵過程,促進(jìn)學(xué)生的深度學(xué)習(xí)。理論知識(shí)與可視性實(shí)踐相結(jié)合,既激發(fā)了學(xué)生探索的興趣,又培養(yǎng)了學(xué)生科學(xué)思考的習(xí)慣。

四、可視化教學(xué)的注意事項(xiàng)

第一,增強(qiáng)教師的可視化教學(xué)意識(shí)。教師只有具備可視化教學(xué)意識(shí),才能夠更好地利用可視化教學(xué)手段。一是多了解和接觸先進(jìn)的教學(xué)媒體,查閱相關(guān)資料,樹立可視化教學(xué)意識(shí)。二是深度探究可視化教學(xué)策略,既要在教學(xué)過程中落實(shí)可視化教學(xué)策略,也要鼓勵(lì)學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中利用可視化工具。第二,合理開發(fā)和利用可視化教學(xué)資源?？梢暬虒W(xué)是探索培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的一種手段。為了有效提高課堂效率、培養(yǎng)學(xué)生的探索精神,教師設(shè)計(jì)可視化教學(xué)活動(dòng)時(shí)應(yīng)結(jié)合生活實(shí)際和本地資源,合理開發(fā)和利用可視化教學(xué)資源。無論學(xué)校是否設(shè)有數(shù)字化多媒體教室,學(xué)校都應(yīng)鼓勵(lì)和支持師生共同參與可視化教學(xué)資源的開發(fā)工作,參與可視化教學(xué)的設(shè)計(jì)工作,結(jié)合生活實(shí)際、本地資源開展可視化教學(xué)實(shí)踐活動(dòng)等。這樣才能真正發(fā)揮可視化教學(xué)的輔助作用,進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)。

綜上所述,可視化教學(xué)旨在調(diào)動(dòng)學(xué)生多種感官,打破傳統(tǒng)的單純以聽覺為接受信息的方式,讓學(xué)生全面參與課堂教學(xué)、深化對(duì)知識(shí)的理解。然而,可視化教學(xué)的評(píng)價(jià)體系不夠完善等問題仍需更多的一線教師和研究者進(jìn)一步探索。