信息技術(shù)與探究式學(xué)習(xí)融合策略在高中生物概念教學(xué)中的應(yīng)用

寇珊珊　譚衛(wèi)梅　吳立清　徐忠東

［摘 要］在新課標(biāo)的指引下，探究式學(xué)習(xí)策略得到普遍應(yīng)用。文章針對當(dāng)前生物探究活動中存在的問題，就如何在高中生物概念教學(xué)中將信息技術(shù)與探究式學(xué)習(xí)相融合進(jìn)行探討和研究，旨在利用信息技術(shù)手段助力學(xué)生有效開展探究式學(xué)習(xí)，為高中生物概念教學(xué)賦能。

［關(guān)鍵詞］信息技術(shù)；探究式學(xué)習(xí)；高中生物；概念教學(xué)

［中圖分類號］? ? G633.91? ? ? ? ［文獻(xiàn)標(biāo)識碼］? ? A? ? ? ? ［文章編號］? ? 1674-6058（2023）17-0090-03

自《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》頒布以來，生物概念教學(xué)一直是研究熱點。高中生物的一些知識比較抽象微觀，學(xué)生難以理解，而部分教師仍采用“滿堂灌”“填鴨式”的教學(xué)方式，使得學(xué)生被動地接受知識，缺乏創(chuàng)新精神。探究式學(xué)習(xí)強(qiáng)調(diào)學(xué)生通過主動探究獲取知識，是對傳統(tǒng)學(xué)習(xí)方式的重大變革，有利于學(xué)生探究能力的培養(yǎng)。但是當(dāng)前探究式學(xué)習(xí)中普遍存在探究資源有限、實驗探究缺乏和探究情境缺失等問題。信息技術(shù)能夠以圖文并茂、形象直觀、視聽結(jié)合的方式展現(xiàn)知識，使抽象的知識形象化、具體化，有利于激發(fā)學(xué)生的探究興趣，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。信息技術(shù)在生物探究式學(xué)習(xí)中具有資源性、工具性和情境性等特點。應(yīng)用信息技術(shù)可以有效地解決探究式學(xué)習(xí)中的問題，助力學(xué)生有效開展探究式學(xué)習(xí)。教師可以利用信息技術(shù)構(gòu)建資源庫，為學(xué)生提供豐富的探究資源，使學(xué)生可以依托豐富的資源進(jìn)行探究。信息技術(shù)能夠為探究式學(xué)習(xí)提供技術(shù)工具，教師可以利用信息技術(shù)搭建虛擬仿真實驗室，助力學(xué)生進(jìn)行實驗探究。教師可以利用信息技術(shù)創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境，提高學(xué)生探究式學(xué)習(xí)的質(zhì)量。

一、當(dāng)前生物探究式學(xué)習(xí)中的問題

（一）探究資源有限

在傳統(tǒng)的生物探究式學(xué)習(xí)中，可供學(xué)生選擇的探究資源僅限于書本、教材和課外資料。在生物探究式學(xué)習(xí)中，教師常通過圖片展示靜態(tài)的知識內(nèi)容，這樣可激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，但是對于動態(tài)的知識內(nèi)容僅僅靠圖片呈現(xiàn)或依靠教師陳述，學(xué)生會缺乏深入理解，不能形成完整的知識體系，不利于培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力與探究能力。

（二）實驗探究缺乏

生物學(xué)是一門以實驗為基礎(chǔ)的學(xué)科，許多生命現(xiàn)象只有通過實驗才能得到解釋，所以實驗在生物教學(xué)中具有十分重要的地位和作用。實驗探究又是探究式學(xué)習(xí)中的重要組成部分。在實際生物實驗教學(xué)中，有些學(xué)校缺乏完備的實驗設(shè)備和器材，不足以支撐學(xué)生完成實驗，導(dǎo)致實驗探究難以開展。而部分教師僅靠圖片展示實驗探究過程，使得學(xué)生對實驗原理、實驗步驟等理解不透徹。在常規(guī)實驗教學(xué)中，存在著教師的演示實驗不易觀察、學(xué)生缺乏實驗操作機(jī)會、學(xué)生實驗操作不熟練或不規(guī)范而造成危險、學(xué)生缺乏實驗體驗而對相關(guān)知識不易記憶、實驗原理不易理解等瓶頸問題。在生物實驗教學(xué)中，有些實驗微觀抽象，如“用高倍顯微鏡觀察細(xì)胞質(zhì)的流動”；有些實驗復(fù)雜耗時，如 “低溫誘導(dǎo)植物染色體數(shù)目的變化”“探究生長素類調(diào)節(jié)劑促進(jìn)插條生根的最適濃度”“探究培養(yǎng)液中酵母菌種群數(shù)量的動態(tài)變化”等，這些需要花費大量的時間，僅靠一節(jié)課難以完成，因此教師常常通過圖片呈現(xiàn)形式來講解實驗內(nèi)容，致使學(xué)生缺乏實驗探究機(jī)會，難以理解掌握相關(guān)實驗知識。

（三）探究情境缺失

探究式學(xué)習(xí)作為一種學(xué)習(xí)方式，必須依賴于一定的教學(xué)活動，而教學(xué)活動的設(shè)計要符合探究式學(xué)習(xí)的特點，只有兩者相互配合，才能實現(xiàn)學(xué)生探究能力的提升。在教學(xué)活動設(shè)計中，教學(xué)情境的設(shè)計尤為重要。教學(xué)情境是指教師在教學(xué)過程中創(chuàng)設(shè)的情感氛圍，探究式學(xué)習(xí)活動必須圍繞一定的教學(xué)情境而展開。學(xué)生只有處于真實情境中才能激發(fā)探究的欲望，很快進(jìn)入學(xué)習(xí)狀態(tài)。當(dāng)前的探究式學(xué)習(xí)活動存在“無情境、虛情境、假情境”的現(xiàn)象，部分教師直接開始新課教學(xué)，沒有創(chuàng)設(shè)情境，或者創(chuàng)設(shè)與教學(xué)內(nèi)容無關(guān)的情境，又或者是創(chuàng)設(shè)了情境但所創(chuàng)設(shè)的情境脫離學(xué)生的實際生活，導(dǎo)致學(xué)生無法有效進(jìn)行探究式學(xué)習(xí)。

二、信息技術(shù)與探究式學(xué)習(xí)的融合策略

（一）利用信息技術(shù)構(gòu)建資源庫，豐富探究資源

信息技術(shù)能夠幫助教師豐富、拓展教學(xué)資源，特別是能突破教材的限制，為探究式學(xué)習(xí)活動的開展奠定基礎(chǔ)。教師可以利用信息技術(shù)構(gòu)建資源庫，將搜集到的網(wǎng)絡(luò)信息資源導(dǎo)入資源庫中。在實際教學(xué)中，教師可以根據(jù)教學(xué)需要從資源庫中提取相關(guān)教學(xué)資源，助力學(xué)生探究式學(xué)習(xí)活動的開展。學(xué)生可以依托豐富的資源積極參與探究，提高探究效率。

科學(xué)探究包括文本探究和實驗探究兩種，其中科學(xué)史探究是文本探究的主要內(nèi)容，高中生物教材僅呈現(xiàn)了部分科學(xué)史素材，且呈現(xiàn)形式也僅限文字、圖片，這樣學(xué)生一方面會因單調(diào)的圖片呈現(xiàn)提不起探究興趣，另一方面會因部分科學(xué)史的呈現(xiàn)方式而難以形成全面的認(rèn)識，資源庫的構(gòu)建可以很好地解決這一問題。例如，對于“細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的探索”，教材只呈現(xiàn)了部分科學(xué)史素材，學(xué)生難以對知識形成全面的認(rèn)識，所以教師在引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)探索時可從資源庫中選擇完備的科學(xué)史素材，并以時間軸的形式向?qū)W生呈現(xiàn)細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)探索的科學(xué)史，讓學(xué)生依據(jù)時間軸以小組合作的方式展開對細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的探索。對于學(xué)生不了解的一些技術(shù)，教師可以圖片、視頻的形式進(jìn)行講解說明。完備的科學(xué)史素材，多樣化的呈現(xiàn)方式，可以極大地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和探究欲望。又如有關(guān)“酶本質(zhì)的探索”的知識比較抽象微觀，學(xué)生難以理解，對此教師可以依據(jù)知識屬性和學(xué)生特點，從資源庫中選擇相應(yīng)的科學(xué)史素材，并通過故事漫畫等形式呈現(xiàn)科學(xué)家有關(guān)酶本質(zhì)的探索歷程。通過豐富的資源呈現(xiàn)促進(jìn)學(xué)生有效開展探究式學(xué)習(xí)。再如教師在引導(dǎo)學(xué)生探究光合作用的過程時可以從資源庫中精心挑選相關(guān)資源，以動畫視頻的形式呈現(xiàn)光合作用的發(fā)現(xiàn)過程，調(diào)動學(xué)生視覺、聽覺等多種感官，讓知識點在學(xué)生頭腦中留下清晰深刻的印象，從而激勵學(xué)生深入探究。

（二）利用信息技術(shù)搭建虛擬仿真實驗室，助力實驗探究

虛擬仿真實驗室是一種利用計算機(jī)技術(shù)和虛擬現(xiàn)實技術(shù)搭建的教學(xué)平臺，具有直觀形象、安全環(huán)保等特點。虛擬仿真實驗室能夠高度還原真實世界的實驗環(huán)境、清晰演示實驗現(xiàn)象、透徹分析實驗原理、支持個性化探究等功能，能提供實驗方案、真實實驗視頻、三維仿真工具等豐富的資源，是教師開展實驗教學(xué)的好幫手，虛擬仿真實驗室能有效解決實驗探究中存在的諸多問題。能夠突破時間、空間和實驗條件的限制，為學(xué)生在探究方案的設(shè)計、探究環(huán)境的設(shè)置、探究步驟的實施、探究結(jié)果的評價等方面提供支持。虛擬仿真實驗室能夠有效改善當(dāng)前生物探究式學(xué)習(xí)中實驗探究缺乏的狀況，助力學(xué)生有效開展探究式學(xué)習(xí)。

《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》中的“教學(xué)提示”部分明確了“觀察葉綠體和細(xì)胞質(zhì)流動”“探究植物生長調(diào)節(jié)劑對扦插枝條生根的作用”等教學(xué)活動開展的必要性，但諸如此類探究實驗的開展存在諸多問題，如“觀察葉綠體和細(xì)胞質(zhì)流動”實驗，實驗現(xiàn)象比較抽象微觀，再加上實驗過程中普遍存在學(xué)生實驗操作不規(guī)范、實驗儀器使用不熟練、實驗儀器設(shè)備老舊等問題，使得學(xué)生不能順利地完成實驗，導(dǎo)致不能觀察到或者不能清晰地觀察到實驗現(xiàn)象，最終學(xué)生因缺乏實驗體驗而導(dǎo)致對相關(guān)知識的不理解。為了解決上述問題，教師可引導(dǎo)學(xué)生利用虛擬仿真實驗室完成模擬實驗。借助虛擬仿真實驗室，學(xué)生不僅可以規(guī)范地完成臨時裝片的制作，還可以在觀察實驗現(xiàn)象的過程中利用虛擬顯微鏡輔助控制面板界面，精確地調(diào)節(jié)粗、細(xì)準(zhǔn)焦螺旋，將視野調(diào)整至最佳，進(jìn)而可以清晰地觀察到葉片細(xì)胞內(nèi)葉綠體的形態(tài)分布和細(xì)胞質(zhì)流動，從而實現(xiàn)對知識的清晰感知和深入理解。有些復(fù)雜的實驗，如“探究生長素類調(diào)節(jié)劑促進(jìn)插條生根的最適濃度”，非常耗時，同樣可以利用虛擬仿真實驗室來完成模擬實驗。在實驗處理環(huán)節(jié)，學(xué)生可以利用虛擬仿真實驗室依次執(zhí)行“等待8～12 h”的時間操作，得出不同濃度處理后植物插條的生根數(shù)目，并根據(jù)所獲實驗數(shù)據(jù)，呈現(xiàn)以生長素類調(diào)節(jié)劑的濃度為橫坐標(biāo)、根的數(shù)目為縱坐標(biāo)的曲線圖。通過曲線圖，學(xué)生可以快速找到生長素類調(diào)節(jié)劑促進(jìn)插條生根的最適濃度。又如在開展“低溫誘導(dǎo)植物細(xì)胞染色體數(shù)目的變化”實驗時，教師可利用虛擬仿真實驗室給學(xué)生完整地呈現(xiàn)實驗?zāi)康?、實驗原理、實驗器材、實驗步驟和實驗結(jié)論等。利用虛擬仿真實驗室可以完美地解決實驗耗時的問題，如在實驗步驟操作二中，待洋蔥長出1 cm左右的不定根時，拖動廣口瓶，將整個裝置放入冰箱的低溫室內(nèi)（4 ℃），執(zhí)行低溫誘導(dǎo)培養(yǎng)“48～72 h”的時間操作；在實驗步驟操作三中“剪取低溫誘導(dǎo)處理的根尖約0.5～1 cm”后，放入卡諾氏液中執(zhí)行浸泡“0.5～1 h”的時間操作。在比較不同細(xì)胞染色體數(shù)目時，點擊“重新實驗”按鈕，進(jìn)行重新實驗。如此利用虛擬仿真實驗室開展模擬實驗大大縮短了實驗操作時間。諸如此類虛擬實驗操作解決了時間、空間和實驗條件限制的問題，便于學(xué)生觀察實驗現(xiàn)象，豐富學(xué)生的探究體驗，助力學(xué)生有效開展實驗探究。

（三）利用信息技術(shù)創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境，提高探究質(zhì)量

探究式學(xué)習(xí)的本質(zhì)是圍繞情境問題開展探究式學(xué)習(xí)活動，探究式學(xué)習(xí)注重問題的解決，強(qiáng)調(diào)學(xué)生的“主動參與”“深入探究”。利用信息技術(shù)可以創(chuàng)設(shè)問題情境供學(xué)生分析和思考，豐富探究的內(nèi)涵和提升探究的質(zhì)量。從心理學(xué)的角度來看，創(chuàng)設(shè)適當(dāng)?shù)膯栴}情境可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，喚起學(xué)生的求知欲，激勵學(xué)生去探索新知。

教師可以聯(lián)系學(xué)生的生活實際創(chuàng)設(shè)問題情境，并通過多媒體將問題情境呈現(xiàn)給學(xué)生。例如在“體液免疫”的教學(xué)中，教師可以利用微視頻創(chuàng)設(shè)有關(guān)甲型流感病毒的問題情境，導(dǎo)入新課學(xué)習(xí)。以社會熱點甲型流感病毒導(dǎo)入，聯(lián)系學(xué)生生活實際，能夠很好地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。教師可引導(dǎo)學(xué)生觀看人體應(yīng)對流感病毒的動畫微課，利用微課的直觀生動性增強(qiáng)學(xué)生對概念的感知，激發(fā)學(xué)生的探究欲望。又如在“細(xì)胞的能量‘貨幣’ATP”一課的導(dǎo)入環(huán)節(jié)中，教師先為學(xué)生播放“螢火蟲發(fā)光奧秘”的微課，再結(jié)合微課給學(xué)生講解螢火蟲的發(fā)光原理和螢火蟲發(fā)光所需能量的實驗揭秘，然后創(chuàng)設(shè)“為螢火蟲提供能量的ATP到底是什么物質(zhì)呢？它為什么能為生命活動提供能量呢？”等問題情境，激發(fā)學(xué)生的探究興趣，引導(dǎo)學(xué)生開展ATP結(jié)構(gòu)與功能的內(nèi)容探究。教師也可以結(jié)合社會熱點創(chuàng)設(shè)問題情境，如在“基因突變”的教學(xué)中，教師先為學(xué)生呈現(xiàn)兩組圖片，第一組圖片是神舟十四號返回艙在2022年12月4日成功返回地面的畫面，第二組圖片展示的是經(jīng)過空間站120天培育生長的水稻種子，隨后拋出問題：“隨著返回艙返回地面的不僅有三位航天員，還有經(jīng)過空間站120天培育生長的水稻種子，那么為什么要將水稻種子帶到太空中去呢？帶著這個疑問我們開始今天的生物學(xué)習(xí)。”以此創(chuàng)設(shè)問題情境，導(dǎo)入新課“基因突變”的學(xué)習(xí)。

教師還可以利用多媒體呈現(xiàn)趣味故事，創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境。例如在“孟德爾的豌豆雜交實驗”的教學(xué)中，教師利用多媒體呈現(xiàn)孟德爾的生平故事，利用故事情節(jié)增強(qiáng)生物的趣味性，從而使學(xué)生產(chǎn)生學(xué)習(xí)生物的興趣，進(jìn)而深入探究生物現(xiàn)象和問題?；蛲蛔兊膶嵗牋罴?xì)胞貧血時，教師可以20世紀(jì)初患病黑人青年和醫(yī)生的故事來創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境，以此吸引學(xué)生的注意力，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，促使學(xué)生展開深入探究。

綜上所述，信息技術(shù)與探究式學(xué)習(xí)的融合有效解決了當(dāng)前探究式學(xué)習(xí)中存在的問題。信息技術(shù)作為探究式學(xué)習(xí)的助推劑，可以使高中生物課堂呈現(xiàn)出嶄新的面貌，讓學(xué)生更加積極主動地參與實驗探究。信息技術(shù)與探究式學(xué)習(xí)的融合是時代發(fā)展的需求，也是教學(xué)改革的必然。作為新時代的教師，應(yīng)積極投身實踐，以促進(jìn)信息技術(shù)與探究式學(xué)習(xí)深度融合。

［? ?參? ?考? ?文? ?獻(xiàn)? ?］

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