基于真實情境培養學生的生物學學科關鍵能力*

邰玉韋（江蘇省常州市北郊初級中學 江蘇常州 213002）

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

創設教學的真實情境，是目前課程改革的核心話題。在實際教學過程中，教師應重視創設恰當的真實情境，一方面，要理解真實情境在“激發興趣”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方式，有組織地開展具有學科特質的學習活動。本文論述在教學過程中，如何通過創設真實情境培養學生面對實際問題的科學解釋能力、模型構建能力、實驗探究能力和理性決策能力。

1 基于真實情境培養學生的科學解釋能力

哲學家基切爾和薩爾蒙曾提到：“科學研究的基本目的就是為自然現象提供解釋。”目前，科學解釋能力是聚焦學生發展核心素養下的重要科學素養。常規課堂教學中，教師常發現：面對真實情境下的生物學現象，學生的解釋與表達缺乏一定的因果關系、沒有合理的證據、缺乏合乎邏輯的推理等，這種表現不能簡單地歸結為審題不清。教師幫助學生構建或提升科學解釋能力的進階，引導學生掌握科學解釋需要一定的方法和過程。科學解釋能力培養過程的一般模型包括：①先列舉資料信息中的主要現象或證據；②回憶相關的生物學重要概念；③建立相關聯系、合理推理和精準表達［2］。

案例教學1：在“生物圈中的綠色植物”的教學中，可利用真實的生活情境圖片，進行如下教學設計：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液（水和無機鹽）；夏天還要用遮陽網為移栽的樹木遮陽，或從樹頂向下噴施抗蒸騰劑。請你嘗試用生物學知識進行科學解釋。

解決策略：第1 步，先列舉資料信息中的主要現象或證據。移栽前：1）根部帶土坨；2）剪去部分枝葉。移栽后：3）掛吊瓶營養液；4）用遮陽網遮蓋或從樹頂向下噴施抗蒸騰劑。第2 步，回憶相關生物學重要概念。1）植物的生長需要水和無機鹽，植物根尖分為4 個區，即根冠、分生區、伸長區和成熟區。成熟區分布大量的根毛，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，并通過導管向上運輸到葉片，植物吸收的水分99%通過蒸騰作用散失。3）植物莖中木質部的導管具有自下而上輸送水和無機鹽的作用，注射營養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。抗蒸騰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，進而防止過多蒸發損失水分。第3 步，建立相關聯系，合理推理和精準表達。科學解釋總結如下：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。

教學實踐證明，使用這種顯性結構化的科學解釋策略，利于促進學生思維，并掌握科學解釋的方法和過程。一段時間后，學生逐漸養成一定的思維習慣，潛移默化地提升其面對生活中的生物學現象進行科學解釋的能力。

2 基于真實情境培養學生的模型構建能力

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

案例教學2：“植物光合作用和呼吸作用原理的應用”的教學設計如下：先呈現真實的露天種植草莓的生產情境，布置驅動性任務：農民露天種植草莓，每到草莓收獲季節，發現草莓產量較低，甜度也不高。王大伯為了提高草莓的品質和產量，增加經濟效益，準備借助生物技術嘗試搭建現代溫室大棚。你能為王大伯出謀劃策嗎？請你結合光合作用與呼吸作用原理，設計、繪制或用超輕黏土等材料搭建一個現代溫室大棚增產的模型；預測草莓的產量并向王大伯進行科學解釋。

環節1：初步討論交流。學生4 人一組，結合教材和閱讀材料，討論提高草莓等農作物產量的原理和具體措施，將結果填寫在表格中，并在全班交流。發展學生模型構建能力的第1 個水平層次，即學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。

環節2：分析生活、生產情境資料。教師提供相關的情境材料：包括曲線圖，簡單的生活、生產情境，解釋問題等。學生通過自主學習，初步解決生活或農業生產中與呼吸作用有關的實際問題，從而發展學生正確解讀概念內涵、準確提取關鍵信息、初步解決簡單問題的能力。

環節3：繪圖或搭建一個能增產的現代溫室大棚模型并進行展示。教師可提供一張A4 紙，并呈現真實傳統的、露天的農田場景。學生通過小組合作，充分發揮想象，繪制農民科學種田的現代化場景圖，或用超輕黏土、透明大塑料盒等模擬搭建一個現代溫室大棚增產的模型，并在全班展示作品和表達交流。從而發展學生模型構建能力的第3 個水平層次，即在新的問題情境中，能選用恰當的方式構建模型，并闡明其內涵。

教學實踐證明：環節3 是本節課的亮點。此開放活動設計生動活潑，符合學生的學習特點和規律，極大地調動了學生參與設計圖紙和制作模型的熱情，教學效果較好。學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計具體措施，幫助王大伯提高草莓產量和品質。學生在充分表達和交流的過程中，深度發展了科學素養和學科關鍵能力。

3 基于真實情境培養學生的實驗探究能力

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

案例教學3：在“探究光是否影響小麥種子的萌發”實驗中，學生都親自設計和實施了實驗探究，教師可利用學生的實驗作品照片、視頻或實物在課堂上充分展示和評價。學生很興奮，積極參與交流：學生A 雖然設計了對照實驗，但沒有做到控制單一變量，2 個培養儀器大小差別太大或培養條件不同；學生B 的小麥種子只有2 粒，數量太少，實驗結果具有偶然性，不能得出科學結論；學生C的實驗設計巧妙，符合對照實驗的原則。教師還可設計系列深度問題，追問1：你認為光是否影響小麥種子的萌發？對此問題，學生發生了分歧，大多數學生認為光影響了小麥種子的萌發，因為無光培養的小麥幼苗是黃色的，又細又高；而有光培養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率？學生通過統計很快計算得出在有光和無光2 種環境下，種子的萌發率基本一致的，實驗結論是小麥種子的萌發不受光的影響，但部分學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，學生想到了葉綠素的顏色是綠色的，學生開始質疑葉綠素的形成需要光？學生設想將這盆在無光條件下培育的黃色幼苗進行照光會怎樣？于是學生去掉了遮光裝置，將植株放在教室的窗臺上。約4 h 后，學生驚喜地見證了幼苗從黃色逐漸轉變成了綠色的過程。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來自哪里？真實的實驗情境給學生帶來了直觀的視覺效果，激發了其學習的好奇心。教師有梯度的追問引導學生深入思考，其科學探究能力和科學思維能力都得到了不斷提升。

教學實踐證明：真實的實驗情境可作為課堂教學的導入，有效突破教學重、難點；也可作為課外拓展，激發學生的興趣，發展學生的個性特長。學生很喜歡在真實的實驗情境下進行學習，在這種情境中，學生的注意力非常集中，創造力和成就感無限放大。

4 基于真實情境培養學生的理性決策能力

社會責任是指基于生物學的認識，參與個人與社會事務的討論，初步解決生產生活問題的擔當和能力。社會責任主要包括保護環境和健康生活2 種能力。其中保護環境能力，根據在不同復雜程度的情境中運用重要概念和方法解決問題的程度，學生水平從低層次至高層次主要表現在3 個方面：①能認同環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境的影響；③提出環境保護的合理化建議，并解決有關實際問題［3］。

案例教學4：在教學中，可利用真實事例進行如下教學設計：蝴蝶一生發育有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組成的蝴蝶監測組織逐漸發展，他們經常在江蘇省境內的多個地方進行蝴蝶種類識別、統計和生態保護考察等。每年9月份正是江蘇省板栗收獲的季節，有一次，他們在一片板栗林下的雜草里發現了馬兜鈴，馬兜鈴是一種許多蝴蝶幼蟲都喜歡的植物；同時，他們還發現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？學生能從生物學的角度進行討論，即從保護蝴蝶、保護生物多樣性、保護動物棲息地、可持續發展經濟、保護環境、平衡發展等角度考慮，提出合理化建議。通過不同角色扮演，學生能深入考慮到此情境下相關利益的主體，只有這樣，學生未來才能在不傷害他人利益的情況下，優化自身的生活質量，成為一名理性的決策者和積極的問題解決者。

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