指向學科核心素養的生物學數字化教學

摘要：數字化教學的開展，重點在教學設計，而非花樣翻新的技術。教師應立足學科核心素養的培養，借助技術和數字化資源創設有助于學生構建知識的學習情境，并以問題驅動學生觀察、思考與探究，讓他們在活動中獲得沉浸式學習體驗。教師還要利用數字化手段開展即時性評價，讓學生親歷評價時的反思、質疑和解釋過程，促進學生更好地發展。

關鍵詞：生物學;核心素養;數字化教學;學習評價

數字化教學是教師和學生在數字化的教學環境中，遵循現代教育理論和規律，運用數字化的教學資源實施的教學活動。它既是教育信息化的基本特征，也是教育改革發展的方向。近年來，我國一直在推進教育信息化建設與應用。然而，受經濟水平、師資力量、教學設備等因素的限制，數字化教學發展極不均衡，甚至存在“新瓶裝舊酒”的現象^[1]。究其原因，筆者認為大多數學校還缺乏先進的教育理念，尚未充分挖掘數字化教學資源，尤為重要的是，沒有將數字化教學及其評價與學科育人結合起來。那么，如何實現數字化教學、評價與學科核心素養的深度融合，筆者將以“細菌和真菌的分布”為例進行探討。

一、問題的提出

“細菌和真菌的分布”是人教版《生物學》教材八年級上冊第五單元“生物圈中的其他生物”第四章“細菌和真菌”中第一節的內容。除了觀察、認識、辨別細菌和真菌菌落外，課標還要求通過實驗探究細菌和真菌的分布，歸納適宜其生存的環境條件，為后面學習生物技術打基礎?？梢哉f，這部分內容是聯結初高中生物學知識的橋梁，是打開“微觀”世界的一扇門，對培養學生科學探究能力起著重要的作用。八年級學生從“宏觀”世界初入“微觀”世界，僅僅靠課本知識的學習是不夠的，他們需要獲得直接經驗。這個階段，學生對于探索“微觀”世界非常感興趣，也愿意與人合作學習、分享成果。

然而，由于實驗需要滿足培養基滅菌、無菌操作、恒溫培養等一系列條件，有些教師嫌麻煩，認為反正有數字化資源可用，直接播放電教片讓學生觀看就行了。對此，筆者是極不贊成的。這樣做不利于學生學科核心素養發展，也暴露了當前數字化教學的一個誤區：只要用了數字化資源就是數字化教學，用數字化資源教學優于其他方式。實際上，數字化教學并不是要借其便利以他人的經驗來代替學生的活動，它只是幫助教師實現教育目標的一種手段;實施數字化教學也并不意味著要取消傳統教學，而應與傳統教學相結合。少數教師甚至根本就沒有上這一課，導致學生對“微觀”世界的認識不深，知識出現“斷篇”?；谝陨峡紤]，筆者認為在“細菌和真菌的分布”的教學中，開展數字化教學是必要的，但是應從培養學生學科核心素養的角度進行設計。

二、教學設計

（一）思路和流程

通過“細菌和真菌的分布”的教學，教師要培養學生的學科核心素養主要是科學探究，其次是科學思維和社會責任。首先，通過創設生活情境“兩百年前的手術室”，讓學生認識到細菌和真菌與人類健康息息相關，培養學生的批判性思維;提出問題“細菌和真菌大多形態微小，肉眼通?？床坏剑绾斡^察細菌和真菌”，啟發學生思考。接下來，通過科學史資料的研讀，引入培養細菌和真菌的一般方法，讓學生觀察不同菌落的形態、大小、顏色，區分細菌和真菌，培養他們歸納與概括的能力。然后，讓學生分組合作提出問題、設計方案來探究不同環境中的細菌和真菌分布，并動手操作，培養學生的問題意識、合作學習能力和科學探究能力。待菌落長成后，讓學生觀察結果，得出實驗結論，自主反思，并進行小組間交流，通過自評、互評和師評，培養學生的邏輯推理和思辨能力。最后，根據研究結論推測細菌和真菌生長所需要的條件，并就“生活中如何減少或殺死細菌和真菌”提出可行的建議，培養學生的知識遷移能力和解決問題的能力，引導學生養成健康的生活方式和良好的衛生習慣?；玖鞒倘缦拢ㄈ鐖D1）。

（二）學習評價的設計

基于以上設計思路和教學流程，筆者設計了學習評價表（見表1），從實驗探究的角度出發，引導學生從論題的提出、實驗過程、實驗結果分析和實驗結論的得出及反思這四個方面衡量各小組的學習表現情況。其中，實驗結果分析是否全面非常重要，它決定了能否從實驗中得出正確結論，因此所占的權重最大。

三、總結與反思

美國教育家戴爾提出“經驗之塔”理論，將經驗分成“做的經驗”“圖式經驗”和“符號經驗”三大類十個層次，底層的“直接的有目的的經驗”是最直接、最具體的經驗，頂層的“語言符號”是最抽象的經驗，從下到上，經驗越來越抽象。他認為教育應從具體的經驗出發，逐步上升為抽象的理論知識。他還指出，“教學中采用的媒體越是多樣化，其所形成的概念就越豐富越牢固”^[2]。課例中，筆者更多地借助“做的經驗”和“圖式經驗”促使學生構建知識，提升素養。

（一）創設情境，構建相關聯的學習環境

教師用真實的情境教學有利于吸引學生學習的注意力。課例中，教師以“200年前的手術室”為情境并提問“你敢在這樣的手術室里做手術嗎？為什么？與現在的手術室相比有什么問題？”引入正題“在我們的身邊有很多細菌和真菌”。學生了解到，很長時間以來人們都不知道細菌和真菌的存在，直到顯微鏡被發明。19世紀，德國科學家羅伯特·科赫首創分離培養細菌和真菌的方法，人們才開始研究細菌和真菌的特性。學生對親手培養細菌和真菌產生了興趣，并愿意去尋求答案。

第二次課，教師以科赫獲得諾貝爾生理學或醫學獎的事跡引入，告訴學生“在科赫等科學家的不懈努力下，人們對細菌和真菌的認識越來越深入，醫學水平的提高使手術感染率降到3%”，將兩節課關聯起來。教師接著提出“如果你是諾貝爾獎的評審委員，對每個小組的實驗作何評價”，將學生的熱情點燃，將教學推向高潮。

（二）問題驅動，提供多元化的學習方式

在教學過程中，教師通過設置一系列的問題來驅動學生參與學習活動。在活動2“我是生物技術員”這個環節，教師提出了核心問題“在培養細菌和真菌的過程中，基本的操作程序是什么？”教師讓學生觀看視頻進一步思考“瓊脂的作用是什么？”“為什么要高溫滅菌？”“為什么要在酒精燈旁操作？”“為什么要在37 ℃恒溫培養？”“是否一定要在37 ℃環境下培養？”等問題，掌握操作要點。在此過程中，教師充分利用數字化資源的優點，讓學生獲得一種“圖式經驗”。在學生觀看視頻的過程中，教師用一系列的問題指明了教學目的，使學生的學“有的放矢”。

在“我是微生物獵人”教學中，教師提出的核心問題是“細菌菌落與真菌菌落有哪些區別”。為了讓學生弄清這一問題，教師采用了多種教學方式。首先，提供大量的圖片，讓學生觀察上面所含菌落有什么不同，通過比較和歸納得出細菌和真菌菌落在大小、形態和顏色上的特點。然后，讓學生自主學習資料一，進一步了解細菌和真菌菌落的不同。接下來，提供培養好的菌落讓學生觀察，分組合作，判斷培養皿中各有幾個細菌菌落和真菌菌落。最后，讓學生分組展示判斷的結果并說明理由。通過這一系列的活動，學生對細菌和真菌菌落的認知從感性上升到理性，并形成了較深刻的印象。

（三）借助媒體，獲得沉浸式的學習體驗

生物學是一門建立在實驗基礎上的科學。學生只有動手做實驗，才能真正領悟科學探究的方法，體驗生物學獨特的魅力，獲得“做的經驗”。這種直接的有目的的經驗是最生動、最深刻的體驗，記憶也是最持久的。“紙上得來終覺淺，絕知此事要躬行?！奔毦驼婢呐囵B需要一段時間，幾天后學生還記得實驗過程嗎？數字化教學可以給學生帶來身臨其境的視覺感受，獲得沉浸式的體驗^[3]，幫助學生迅速理解知識，可以很好地解決這一問題。

課例教學中，教師充分尊重和信任學生，從提出問題開始，到做出假設、設計方案，再到最后開展實驗，整個實驗流程完全由學生自主完成。當然，必要的引導還是需要的。教師在學生做實驗之前，借助多媒體，將其中一個小組的設計方案投屏，帶領學生分析、討論方案的可行性。在此基礎上，學生進一步完善自己的方案，并做實驗。教師細心地將各組的實驗過程用鏡頭記錄下來，為學生結合實驗結果進行分析提供了有力的證據。第二次課上，教師再讓學生播放視頻并結合視頻介紹自己所探究的問題、實驗結果、結論分析和反思情況。由于學生只對本組的實驗有印象，這些視頻能夠很好地幫助他們迅速了解其他組的實驗情況，并發現不足，增強了既視感，使其獲得沉浸式的學習體驗，有極好的教學效果。

（四）圍繞“探究”，生成即時性的學習評價

本課例教學精彩之處就在借助數字化的手段對學生的學習進行了過程性評價，這種評價是即時生成的，給學生的觸動很深。在活動5中，學生對實驗過程進行反思，對他人實驗提出質疑，對質疑做出解釋，讓教師感受到他們正在向著“科學家”的方向成長。下面以其中幾個小組為例介紹。

洗手組做出的實驗假設是“洗手前手上細菌真菌較多，洗手后減少，按標準洗手后手上沒有細菌和真菌”。結果是“洗手前有5個菌落，5秒洗手后有2個菌落，標準洗手后有17個菌落”，得出一個非?？尚Φ慕Y論。他們反思道“實驗過程中未及時做好標記，有順序混亂的可能性。洗手后手上有水，水里可能有細菌和真菌。按標準洗手后為了加快手部干燥，來回走動甩水，與空氣接觸過多”。有的組給他們的建議是“三思而后行，做事前要先想清楚，做好計劃”。還有的組幫他們指出了一個最大的問題“第一次取樣時蓋子完全打開了，與空氣充分接觸”。教師及時肯定道“微生物實驗要盡可能在無菌條件下或酒精燈旁操作，實在達不到的情況下，要盡量控制開蓋的幅度和時間”，同時也點明了洗手組學生實驗的亮點“控制手掌和手指指腹取樣面積”。

冰箱組做出的實驗假設是“冰箱冷凍室溫度最低，細菌真菌的數量最少，冷藏室次之，冰箱的外表面細菌真菌最多”。結果是“培養得到的菌落數為冷凍室內超過200個，冷藏室內超過19個，冰箱外表面有3個”。結論是“冷凍室和冷藏室都有大量細菌和真菌存在，甚至比外表面更多”。他們做了反思：“結論與假設不一致，是因為原以為低溫環境可以殺死細菌，其實只能阻止細菌和真菌生長繁殖，還會保留細菌，有水分和有機物存在不致細菌死亡。冰箱的外表面干燥，營養物質少，還可能有紫外線殺菌，所以細菌和真菌較少。”啟示是“需要定時為冰箱的冷藏室和冷凍室清潔消毒，拿出食物時要注意清洗和殺菌”。這一組取樣非常嚴謹，剪出一個方形紙框，以控制取樣的范圍。無人質疑。

書本組做出的實驗假設是“語文課本上的細菌和真菌比生物學課本上的多”。結果是“語文課本內頁和生物學課本封面上有1個真菌菌落，語文課本封面和生物學課本內頁上沒有”。結論是“課本上有細菌真菌分布，但是數量都較少，使用時間與細菌真菌數量沒有相關性”。他們對結果做出的解釋是“語文課本封面有覆膜，取樣時棉簽擦拭的是書皮表面，生物學課本封面沒有覆膜，取樣時棉簽擦拭的是課本封面紙張，兩者材質不同，覆膜的更光滑，不利于細菌和真菌生長。再者，語文課本沒有固定的放置位置，生物學課本常年放在陰暗潮濕的角落里，陰暗潮濕的環境更利于細菌真菌生長”。當其他同伴提出質疑“數據太少不足以支撐結論”，教師進一步追問“應該怎么辦”，他們給出的建議是“應重復做實驗”。還有學生指出“取樣范圍沒有限定，沒有注意細節，翻書也會導致細菌進入內頁”。

學生的表現可圈可點，教學目標完成得非常好。教師并沒有過多地介入，而是鼓勵學生充分地思考和交流，充分體現了學生的主體地位。在這種以學生為中心的課堂上，教師和學生對學習成果的評價是多維度多層次的、逐漸深入的、逐步生成的，很好地培養了學生的批判性思維、邏輯推理、思辨能力和科學探究能力。通過自我反思、質疑、解釋、建議，最后評分，學生對于如何設計實驗方案、實驗過程中如何控制無關變量、如何正確分析實驗結果、如何改進實驗方案一定會有更加深刻的認識。

綜上所述，數字化教學重點不在于技術而在于設計。教師應立足學科核心素養的培養，借助數字化資源和其他媒體創設情境，以問題驅動思考，讓學生在活動中獲得沉浸式體驗，并通過即時評價促進學生發展。

參考文獻

[1] 邱麗原，孫偉超.仿真技術用于實驗教學改革的思考與實踐[J].實驗技術與管理，2019（12）：157-160.

[2] 耿新鎖.戴爾的“經驗之塔”理論及其現實意義[J].教育史研究，2003（2）：68-71.

[3] 王洪梅，王運武，吳健.3D數字化教學資源、未來課堂與智慧學習三元關系的新探討[J].遠程教育雜志，2017（2）：29-35.

（作者韓金系華中師范大學博士，武漢市實驗學校教師;崔鴻系華中師范大學教授，明德教師獎獲得者，中國教育學會生物學教學專業委員會副理事長，義務教育科學課程標準修訂組成員）

責任編輯：祝元志