以多元化的生物情境教學培育學生的科學思維

（江蘇省姜堰中學 江蘇泰州 225500）

2016年10月11日教育部考試中心在《中國教育報》上發表文章：“探索構建高考評價體系 全方位推進高考內容改革”，提出“一體四層四翼”的高考評價體系。其中，四層中的第三圈層指的是“學科素養”，考查要求學生能夠在不同情境下綜合利用所學知識和技能處理復雜任務，具有扎實的學科觀念和寬闊的學科視野，并體現出自身的實踐能力、創新精神等內化的綜合學科素養。“科學思維”是指尊重事實和證據，崇尚嚴謹和務實的求知態度，運用科學的思維方法認知事物、解決實際問題的思維習慣和能力。下面從模型構建、研讀科學史、實體觀測、想象建構等方面構建情境，引導學生能夠基于生物學事實和證據歸納與概括、演繹與推理、模型與建模、批判性思維等方法，探討、闡釋生命現象及規律。

1 演繹模擬情境，感悟科學的現象解釋性

生物學科雖然屬于理科序列，但其理科特征不如數理化那樣明顯，計算推理較少，但對概念的理解占有很大的比例。學生在生活經歷中，形成了自己對某些現象的認知。教師在教學中可出示相似的生活情景，讓學生展示出自己的錯誤認知，再引導學生層層分析系列案例以及問題鏈，對錯誤理解展開解剖，最終形成正確的認知。

例如，在進行血糖調節的教學中，教師展示正常人血糖濃度變化曲線（圖1），提出問題：血糖的測定為何需要空腹進行？飯后血糖的濃度變化有何特點？正常的血糖濃度大約為多少？血糖長期偏高可能會誘發什么疾病？該疾病發生直接原因是什么？學生根據自己的生活經歷，可回答出上述問題的答案，但無法說明胰島素缺乏為何會導致糖尿病的發生。

圖1 正常人血糖含量變化曲線

該疑問是新知識研究的起點，教師可要求學生根據所學內容，回顧血糖的來源與去向。然后，教師再進行補充，在黑板上畫出血糖來源與去向的示意圖，并標上編號，如圖2所示，并提出問題：胰島素是通過對哪些途徑的調節，實現對血糖降低的功能？學生根據圖中各過程對血糖濃度的影響，指出胰島素促進④⑤⑥，抑制①②③。

圖2 血糖的來源和去向

在解決該問題的基礎上，教師可告知學生：為了制衡胰島素降低血糖的效果，維持血糖濃度的相對穩定，其實人體內還存在另一種提高血糖濃度的激素：胰高血糖素。教師追問：胰高血糖素是通過對哪些途徑的調節，實現升高血糖的功能？學生根據圖中各過程對血糖濃度的影響，指出胰高血糖素促進①②③，抑制④⑤⑥。

這些學生基于分析圖形所形成的判斷是有問題的。教師要注意如何讓學生意識到自己認知上的錯誤：這兩種激素不能對①過程發揮作用，胰高血糖素不能抑制④⑤⑥。教師先提出問題：激素一般是分布在人體的什么部位？食物中糖類的消化吸收在人體的什么部位？學生根據所學的內容可知：前者位于內環境中，后者是在消化道內。至此，學生即可得知①過程的發生與激素無關。教師追問：若胰高血糖素抑制④⑤⑥，對人體會產生什么影響？學生從去向④對人體能量的供應，可判定出胰高血糖素不能抑制④⑤⑥，否則會導致人體能量供應發生障礙。

教師聯系生活實踐，創設圖形情景，以問題為媒介，讓學生充分暴露出自己對新知識的錯誤理解；然后，引導學生聯系所學知識，進行錯誤認知的糾正，最終形成正確的概念。

2 沉浸歷史情境，品悟科學的開放修正性

盧梭說過：教育必須順著自然——也就是順其天性而為。教學過程中，往往是各段教學內容的銜接，在教學中實現自然過渡是課堂教學的靈魂。教材在編制時，一般會關注到各知識點之間的邏輯關系。自然科學的發現離不開眾多科學家層層深入探究的過程。教師要注意利用科學史，創設問題情境，引導學生自然追尋新知識的生成。

例如，在進行植物生長素發現的教學中，重在對四位科學家的實驗設計進行邏輯思維上的引導創設，結合學生的思維活動，可以按照如下步驟進行設計，見表1。

表1 生長素發現過程的教學設計

教師要關注到教學的起點與終極目標之間的關聯性。科學史的情景化教學是新知識生成的重要方式，身處不同研究時代的科學家研究的著力點大都是對前人研究的可疑點深入分析得出的。在教學中，教師可引導學生通過對其實驗設計及結論的分析，提出需要進一步探究的問題，以此作為新情境，激發學生繼續深入探究。

此外，教師還可根據生命活動發展的過程，實現教學內容的自然過渡。例如，在進行基因指導蛋白質合成的教學中，在引導學生分析出DNA、mRNA、蛋白質之間關聯之后，以遺傳信息傳遞過程為主線，開展教學設計。

3 介入實體情境，領悟科學的證據認知性

生物學就是研究人們周圍生命活動發生規律的自然科學。生物學教學的生活化、生命化，才是生物學科教學的本真屬性。教師在教學中要始終思考：在學生的生活中，哪些與教學內容相關聯？進而將教學內容融合到學生的生活經歷中，達到學以致用的教學效果。

例如，在對細胞生活的環境進行教學，該節內容與學生日常生活經歷密切相關，如學生往往都有著抽血或流血的經歷、手腳磨破起泡流出淡黃色液體的案例。此外，學生還可以通過在課堂上直接觀察自己皮膚中的血管，思考體液的分布情況，歸納出體內液體分布于管內（血管、淋巴管）、管外（組織液）。教師設計問題：是不是所有體液不是位于管內，就是位于管外呢？學生經過分析，找到細胞內液，進而得出：管內與管外液體屬于細胞外液，是細胞生活的液體環境。

對于體內細胞與外界進行物質交換的過程，教師利用學生都較為熟悉的草履蟲的生活習性進行引導：草履蟲作為單細胞生物，它生活的環境是什么？它在生活過程中與其環境之間發生了什么聯系？學生根據所學的知識，即可回答出：草履蟲的生活環境是周圍的水環境，與其不停地進行營養物質和氣體的交換。教師順勢提了體內細胞也是生活在特定的水環境中，并從血管中入手，引導學生在對血液成分分析的基礎上，逐步分析出血細胞（紅細胞、白細胞、血小板）生活的液體環境為血漿，進而分析出血細胞不停地與血漿進行著物質的交換。對于淋巴的分析，教師可引導學生觀察農貿市場中去毛的雞脖子，指出脖子皮下淺紅色的小球，即淋巴結，是淋巴循環的中轉站，其間連接著眾多的含有淋巴細胞和淋巴液淋巴管，從而使學生得出淋巴細胞生活的液體環境是淋巴。對于組織液的導出，教師可以引導學生觀察自己腕部的皮膚，因為該部位可以很容易觀察到血管及其周圍的結構，引導學生討論血管以外是否也有液體存在。并聯系學生手足曾經被磨破或起泡后破皮流出的淡黃色液體，引出組織液的話題。教師聯系學生呼吸、食物消化吸收等過程，引導學生構建出體內細胞與外界環境氣體與營養物質交換的示意圖，進而使學生理解了內環境是體內細胞與外界物質交換的媒介。

不同細胞所處內環境種類的分析，教師繪制出人體液及細胞分布模擬圖（圖3），提出問題：（1）圖中A、B、C液體的名稱分別為什么？（2）編號①②③分別代表什么細胞？（3）編號①②③細胞所處的細胞外液分別有哪些？值得關注的是編號③代表所有組織細胞，其范圍較廣，教師在教學中要給予關注。

圖3 人體體液分布

4 建構想象情境，體悟科學的秩序和諧性

生物科學具有微觀性和生命的靈動性。有些生命現象在中學實驗室內往往無法觀察到。為了體現生命活動的縝密性，教師可創設想象情境，讓學生在想象中領悟生命進行的本質。

例如，在進行免疫調節的教學中，學生對該知識是知道的，但卻不明確具體調節機制。教師可聯系學生打疫苗、患普通感冒可自行恢復的生活經歷，引導學生在想象中領悟免疫調節的過程。在進行第一道防線的教學中，教師提出問題：面對人體周圍如此多的病原體，其無時無刻不在想法設法侵入人體內，請聯系自己的身體結構，要達到使人生病的程度，病原體要突破人體的哪些結構？學生聯想到燒傷病人易感染的情形，即可明確第一道防線有皮膚。接著，教師可介紹皮膚的一些附屬結構以及其在免疫中的作用，提出問題：淺表性胃炎的患者存在脹氣、反酸、消化不良，甚至胃部疼痛等癥狀，其主要原因是什么？學生分析出是胃黏膜受損引起的。教師還可以引導學生分析口腔黏膜、小腸黏膜、呼吸道黏膜受損后對人體的影響，即可得出第一道防線的具體結構和功能。對體液免疫、細胞免疫過程的理解是教學的難點。在學生完成其過程分析后，教師可提出問題：病毒以及一些胞內寄生菌，如何進行清除呢？請結合所學內容，想象病毒進入人體后，分布于什么部位？如何被相關免疫細胞或物質所識別？學生聯系病毒的寄生特點，能理解：病毒先出現在細胞外液中，通過與相關抗體特異性結合，使其喪失侵染能力；隨著病毒侵入宿主細胞內，需要效應T細胞裂解該細胞，釋放病毒；最終由體液免疫徹底清除。對疫苗的作用機理，教師也可結合上述知識，要求學生想象抗原再次進入人體后發揮作用的過程。

教師創設想象情境，需要立足于學生的知識儲備和生活經歷，讓微觀、動態的生命現象在學生的頭腦中呈現出來，理解新知識的實質。

情境創設是新課程的重要理念，也是今后命題和教學設計的方向。情境可來自于問題、圖片、生活經歷、社會熱點、科技前沿。教師要做到教學過程情景化、命題思維化，方可提高學生的生物學學科核心素養。