基于情境認知理論培養(yǎng)生物學核心素養(yǎng)初探——以“基因指導蛋白質的合成”教學思路為例

張亞莉

（湖北省水果湖高級中學 湖北武漢 430071）

《普通高中生物課程標準（2017年版2020年修訂）》（以下簡稱《課程標準》）將核心素養(yǎng)確定為課程學習的主要目標，要求教師在生物學科教學過程中注重發(fā)展學生的關鍵能力和必備品格?？茖W思維是生物學科的核心素養(yǎng)之一，是指尊重事實和證據(jù)，崇尚嚴謹和務實的求知態(tài)度，及運用科學的思維方法認識事物、解決實際問題的思維習慣和能力。

學生應該在生物學習過程中逐步發(fā)展科學思維。在學習了“基因的本質”后，學生初步形成了有關DNA、基因、染色體和蛋白質的基本概念，對基因的概念以及基因能夠決定生物體性狀有了一定的科學認識。在科學探究能力方面，已具備了一定的操作能力和觀察分析能力。在科學思維形成上，他們已初步具備一定的探究習慣，對生物科學興趣濃厚，有探求欲、表現(xiàn)欲和成就欲。但學生往往又會陷入“學習時明白，學完就糊涂”的困惑中。

情境認知理論強調：學習的設計要以學習者為主體，內容與活動的安排要與人類社會的具體實踐相聯(lián)通，最好在真實的情境中，通過類似人類真實實踐的方式來組織教學，同時把知識和獲得與學習者的發(fā)展、身份建構等統(tǒng)合在一起。情境認知理論的觀點影響著教學系統(tǒng)設計與學習環(huán)境開發(fā)等多方面的教學理念，為信息技術與課程整合、計算機支持協(xié)作學習和虛擬學習共同體的建設等教育技術的新領域提供了理論依據(jù)。

為了達成《課程標準》中對本節(jié)概念（3.1.4概述DNA分子上的遺傳信息通過RNA指導蛋白質的合成，細胞分化的本質是基因選擇性表達的結果，生物的性狀主要通過蛋白質表現(xiàn)）的要求，預設本節(jié)課程的教學目標是：①通過自主閱讀教材，能夠厘清DNA、RNA、蛋白質等基本生物學概念；②根據(jù)問題串的層層推進，能夠準確說出轉錄和翻譯的基本過程；③基于實驗過程和圖片輔助，能夠準確說出相應的實驗結論；④根據(jù)小組合作探究的結果，能夠初步認識到生命是物質，能量，信息的統(tǒng)一整體。“幫助學生形成終身學習的意識和能力”是課程改革的基本理念，因此將構建“遺傳信息的轉錄和翻譯”概念和過程的同時，學會自主探究獲取知識、應用知識的方法確定為教學重難點。

1 教法、學法剖析

情境認知理論一直倡導學生開展自主、合作和探究的學習方式，將學生放在教學的主體地位。教師要給學生提供獨立思考的時間、獨立探究的空間，促進學生自主質疑、自主探究，促進創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。由于本節(jié)內容抽象而且復雜，涉及的物質、名詞較多，學生對轉錄和翻譯過程尤其是翻譯過程很難理解及掌握。基于這種情況，本節(jié)課程采取了如圖1所示的教學方法和學法指導，以期使學生厘清相關概念之間的聯(lián)系，做好知識和能力方面的充足準備，進而為解決實際情境中的問題服務。

圖1 本節(jié)課程教學方法和學習方法歸納示意圖

2 教學思路分析

2.1 閱讀教材，自制教具

使用情境認知的方法有：給學習者提供能夠模仿和觀察的模型；鼓勵學習者參與問題解決。學生通過閱讀教材，根據(jù)自己的理解自制教具。在此過程中，學生既學習了獲取信息、加工信息的基本方法，又獲得主動參與和動手的機會。

2.2 設置情境，引發(fā)思考

教師首先呈現(xiàn)一張由能表達出不同顏色的熒光蛋白的細菌所繪出的海浪的風景畫。這些細菌在特殊光的照耀下顯示不同的顏色。教師從而引入諾貝爾化學獎——神奇的熒光蛋白：綠色熒光蛋白是1962年從生活在美國西海岸近海的一種水母身上分離出來的。2006年，我國成功培育出首例綠色熒光蛋白轉基因克隆豬。

教師提出問題，引導學生思考：同學們，海洋生物綠色熒光水母和我國的綠色熒光轉基因克隆豬都能發(fā)出綠色熒光，這是怎么回事呢？學生議論紛紛，學習興趣被調動起來，課堂氣氛熱情而活躍。教師追問：綠色熒光蛋白是種發(fā)光蛋白。這種神奇的蛋白質結構很特殊，在受到激發(fā)時可以發(fā)射綠色或藍色熒光。那么，生物發(fā)出綠色熒光這一性狀又是由什么所控制呢？接著，教師層層推進：綠色熒光蛋白基因是如何控制綠色熒光蛋白的合成，從而控制生物的性狀的呢？

孔子說：“知之者不如好知者，好知者不如樂知者?！比绻麑W生對所學的內容感興趣，就會表現(xiàn)出高度的主動性、積極性和自覺性，學習效率會大大提高。最新的科學信息立即吸引了學生的眼球，同時也喚醒學生的耳朵，激發(fā)了學生的興趣，強化了學生的學習動機。教師成功地創(chuàng)設問題情境能促成學生認知失調，使學生產(chǎn)生一種知識的“缺陷感”和“饑餓感”，進而產(chǎn)生強烈的求知欲。

2.3 引導探究，構建概念

2.3.1 構建“轉錄”的概念

教師設置層層遞進的問題，調動學生的想象力，可使學生不斷地體驗到成功的喜悅。在教學中，教師要注意適時鼓勵學生樹立問題意識，發(fā)現(xiàn)和提出問題，使學生體驗到成就感、充實感。教師通過課件展示1955年Laster Gold的變形蟲放射性標記實驗過程圖解，引導學生思考分析實驗并得出實驗結論，使學生感受科學家嚴謹?shù)目茖W思維過程。教師利用問題串，創(chuàng)設學習沖突，激發(fā)學生探究的欲望：①細胞中可以“儲存”遺傳信息的生物大分子有哪些？②這些生物大分子在結構上有什么異同點？③Laster Gold的變形蟲放射性標記實驗說明了什么問題？④為什么只有RNA可以充當基因和蛋白質之間的信使呢？⑤DNA的遺傳信息是怎樣傳給mRNA的？提出問題是科學探究的基礎，解決問題常常需要作出假設。在此過程中，教師適時鼓勵學生自己觀察、思考、提問，并在提出假設的基礎上進行探究活動方案的設計和實施。學生識圖比較DNA和RNA的異同點，為構建“轉錄”概念作鋪墊，閱讀書本后回答RNA的有關知識，并比較DNA和RNA。

《課程標準》要求學生“獲得生物學基本事實、概念、原理、規(guī)律和模型等方面的基礎知識”。教師創(chuàng)設問題情境，引導學生觀察動畫、分析教材圖解、講述等過程來突破這一重點。

2.3.2 構建“翻譯”的概念

情境認知理論認為，知與行是交互的——知識是情境化的，通過活動不斷向前發(fā)展。參與實踐促進了學習和理解。教師必須拋棄概念是獨立實體這個想法，而把它看作工具，只有通過應用才能完全理解意義和身份都是在互動中建構的。

“遺傳信息的轉錄和翻譯”是微觀、動態(tài)、連續(xù)變化的過程，特別是翻譯過程，給學生準確認知帶來困難。為此，教師精心設計將微觀變?yōu)楹暧^的教學活動：學生利用教具模擬翻譯過程。

首先，教師引導學生運用數(shù)學方法，分析堿基與氨基酸的對應關系，培養(yǎng)學生的假設推理能力。學生根據(jù)教師提供的資料（克里克的實驗），思考并理解相關知識，識別tRNA結構示意圖，理解反密碼子的概念，為重點突破“翻譯”的概念及過程做鋪墊。教師播放動畫，讓學生有直觀感受，再讓學生代表根據(jù)動畫過程及教材圖解用教具邊模擬邊講解翻譯過程，教師適時指導和鼓勵。最后，每位學生用課前準備的自制教具模擬翻譯過程。

在核心規(guī)律的教學中，教師要盡可能地讓學生參與構建概念的整個過程，讓學生充分動手操作、動腦思考和動情感受，逐步形成嚴謹?shù)?、事實求實的科學態(tài)度，培養(yǎng)學生的科學思維。在此過程中，教師主要是提供更多的機會讓學生親自參與和實踐，有目的、有步驟地讓學生參與自主學習活動，并增加實踐環(huán)節(jié)。

2.4 對學生活動及時評價反饋

各組派出代表展示本組制作方案和制作的作品，并講解制作過程。以及制作過程中遇到的困難和解決困難的辦法，分享制作的體會和收獲。然后本小組的成員對小組成員進行互評，對自己表現(xiàn)進行評價。教師引導學生發(fā)現(xiàn)并交流自制教具的問題。最后，教師根據(jù)學生的具體表現(xiàn)進行客觀評價。

2.5 引導學生構建知識網(wǎng)絡，并應用于解決問題

教師引導學生根據(jù)已有知識及本節(jié)課所學內容構建知識網(wǎng)絡。并提出問題，促進學生運用所學解決問題：利用恐龍的DNA能使它復活嗎？教師可提供與本節(jié)知識相關網(wǎng)站的鏈接，供學生課后進行延伸性學習，促使其萌發(fā)新的學習動機。學生根據(jù)所學知識，積極思考、討論并不斷提出各自的觀點，學生的積極性再次被調動起來。

3 教學反思

本節(jié)課采用了多媒體輔助教學手段，達到拓展知識空間、形象化理解生物過程、培養(yǎng)學生的空間想象力、培養(yǎng)學生的學習興趣的目標。本節(jié)課的另外一個特色是采用學生自制學具進行教學，從而達到突破知識難點、提高學生空間想象能力、體驗生命活動的過程的目標。在教學方法，本節(jié)課采用探究式教學，采用“設置情境——提出問題——大膽假設——設計方案——實驗驗證——得出結論”的探究過程，讓學生體驗生物學史上的三個經(jīng)典實驗達到學習科學方法、培養(yǎng)科學思維能力、培養(yǎng)求真務實的科學態(tài)度的目標。

本節(jié)課以“自主學習，討論探究和小組協(xié)作”為學生學習的基本形式，以培養(yǎng)學生的科學思維和動手能力為指導，進而培養(yǎng)學生的生物學學科核心素養(yǎng)，使學生從感性認識上升到理性認識，最終達到預期的教學目標。這種創(chuàng)設情境、引導探究、任務驅動式教學符合學生的認知規(guī)律，很好突破了教學重難點。其中，自制教具的準備，動手耗費時間相對較多，課堂反饋較少，思考的空間尚存不足，需要不斷實踐和探討。