融合信息技術創設生物學教學五類情境

情境教學是教師通過一定的形象生動的具體場景，激發學生的心理體驗，引導學生在情境中達成教學目標的過程^[1]。教師在高中生物學教學中創設情境可以促進學生理解知識，讓學生從情境中主動提煉生物知識，培養思維能力，落實學科核心素養。隨著信息技術快速發展，教師在生物學課堂上可以借助圖片、視頻、模擬實驗平臺、制作模型軟件創設數字化情境，激發學生的學習積極性，達到良好的教學效果。教師如何利用信息技術和手段創設有效的數字化情境呢？結合生物學教學中常見的科學史情境、生活情境、社會情境、科研情境、模擬情境五大生物情境的特點和教學實踐，筆者認為可以從以下幾方面著手。

一、利用信息技術創設科學史情境

在中學生物學教學中，生物科學史是很重要的內容。教師開展科學史教學，可以循序漸進地展示科學發展的過程、相關概念的產生，創設有效的科學史情境能夠使學生領悟科學探究過程中科學家的科學思維、科學探究方法，有利于學生提高科學思維能力、科學探究能力。在教材中，科學史絕大多數是以文字的形式呈現。學生閱讀枯燥冗長的內容難以高效把握科學探究過程的脈絡，真實代入科學探究的過程中。教師利用數字化資源開展科學史情境教學，可以促進學生的感性認識和理性思考。教師可在課前讓學生上網查資料，了解相關的歷史背景以及對應階段科學發展狀況，課中通過展示圖片或視頻的方式創設情境，有條件的可以利用軟件對科學史實驗進行數字化處理，還原科學史實驗，揭示科學本質^[2]。

例如，人教版高中生物必修1《分子與細胞》第3章第1節“細胞膜的結構和功能”的教學中，教師開展細胞膜結構的探索這一部分科學史的教學時，可以通過如下方式創設情境：首先，展示用電子顯微鏡觀察到的細胞膜的結構照片（如圖1），引導學生猜測細胞膜結構。然后，利用PPT軟件制作細胞膜融合的動畫，創設細胞膜具有流動性的情境，與教材中的靜態圖片相比，數字化情境教學更能讓學生感受細胞膜流動性。最后，演示電子顯微鏡測量過程：單獨測量磷脂雙分子層厚度約3.5 nm，單獨測得蛋白質的厚度5～10 nm，而用電子顯微鏡測得細胞膜厚度為7～7.5 nm，進而深入探索細胞膜結構。教師借助動畫和軟件對科學史教學中涉及的實驗進行數字化處理，創建完整的科學史情境，利用直觀的影像以及數據呈現抽象難理解的知識，能讓學生真正理解科學探究的過程，提高他們的科學思維能力。

二、利用信息技術創設生活情境

生物學是一門與生活聯系頗為緊密的學科。要想學生能更近距離地了解生物學，更高效地理解生物學知識，教師需要創設有效的生活情境，結合學生的生活實際，利用數字化資源創設豐富的生活情境，加深學生對生活情境的理解和感觸，使其更好地理解新知識，并將學到的生物學知識運用到生活中。

例如，人教版高中生物必修1第2章第2節“細胞中的無機物”的教學中，為了讓學生對水能成為細胞內良好的溶劑的原因有直觀的認識，筆者從生活在水面的池黽說開去，播放《生物世界》節目中探究水分子特性和池黽活動的視頻，展示水分子的極性和氫鍵的形成過程，進而揭示池黽能生活在水面上的奧秘。水分子的極性和氫鍵的形成這部分屬于生物學與化學交叉的知識點，學生在學習這一節內容時還沒有接觸相關的化學知識。教師通過視頻展示并結合生活情境教學，將抽象的生物學知識寓于直觀的情境中，加深了學生對知識的理解。這樣的情境教學也能讓學生意識到生活中處處有生物學知識，學好生物學能更好地理解生命現象，更好地理解世界萬物，同時增強學生學習的熱情，使他們端正學習態度，以積極的心態和濃厚的興趣投入生物學的學習中。

三、利用信息技術創設社會情境

隨著時代的進步和生命科學飛速發展，很多社會熱點問題與生物學息息相關，如醫療、能源、農業、環境問題等^[3]。基于社會熱點問題開展生物學情境教學，不僅能讓學生學習生物學，而且能增強社會責任這一核心素養的提升。豐富的網絡資源為教師創設情境提供了條件。教師可通過熱點視頻、科普視頻、熱門廣告語以及圖片等形式，創設社會情境。

例如，教學人教版高中生物必修“核酸是遺傳信息的攜帶者”一課時，筆者結合新冠肺炎疫情，播放“核酸檢測的原理”的科普視頻（如圖2），創設情境并導入核酸的概念，讓學生結合社會熱點理解生物學知識，利用所學知識思考社會現象，解決社會問題。

四、利用信息技術創設實驗情境

生物學是一門實驗學科，很多規律、性質都是通過實驗得到的。教師要重視實驗教學，通過創設有效的實驗情境，幫助學生更好地發現生物學的本質，培養學生理性思維能力，提高學生的實踐能力。傳統課堂上，這部分內容需要在固定的場地利用較多的實驗器材和材料去完成，但借助數字化手段模擬實驗過程^[4]，比如錄制微課、播放實驗視頻、利用虛擬實驗軟件模擬實驗過程，可以突破場地和材料的限制。當然，教師也可以在傳統實驗課堂上利用數字化手段如傳感器、數據采集軟件、計算機等實現由定性實驗到定量實驗的轉換，更好地實現實驗教學的情境化，使學生對實驗結果有更直觀的理解，激發學生學習和探究的熱情。

例如，筆者執教人教版高中生物必修1第2章第1節“細胞中的元素和化合物”中的“探究實驗檢測生物組織中的糖類、脂肪和蛋白質”時，利用線上虛擬實驗軟件平臺NB生物學虛擬實驗室等功能，從實際出發，提前布置作業，讓學生先熟悉軟件的操作，課上根據實際情況組織學生參與實驗活動。學生可以靈活運用軟件進行實驗探究，按照自己選擇的實驗分組記錄實驗結果，用截圖和錄屏的形式記錄實驗現象。筆者收集這些數據后對學生的實驗成果進行展示及評價。對于現象不明顯的實驗，筆者通過視頻或者動畫的方式展示，讓學生加深印象，并組織學生研討，以強化學習效果。學生利用軟件做實驗，不僅掌握了生物性質，而且培養了觀察、歸納等能力，為今后生物學的學習奠定了堅實的基礎（如圖3）。

五、利用信息技術創設模擬情境

生物學科中有些現象微觀且抽象，學習這些知識對學生的空間想象能力有很高的要求，僅靠教師的語言描述和教材中的平面圖形的展示難以解決問題。教師可以利用多媒體演示等手段進行模擬情境教學，也可以利用構建模型軟件（如3ds max/C4D等），創建分子模型晶格等工具，再使用Vray渲染器渲染模型并修改材質使圖像更加立體、生動，搭建從宏觀世界通向微觀世界的橋梁，有利于學生理解科學概念。隨著VR、AI技術的廣泛應用，中學生物學課堂上教師也可應用這些成熟的技術，創建仿真性更高的模擬情境。

例如，教學人教版高中生物必修1第2章第4節“蛋白質是生命活動的主要承擔者”時，教材上對于蛋白質的基本組成單位（氨基酸）的結構是以平面圖片展示的，學生難以理解氨基酸分子的空間結構。為了解決這個問題，筆者利用數字化手段創設模擬情境，應用3ds max軟件，以甲烷分子為模型基礎，創建氨基酸分子的分子模型晶格，使用Vray渲染器對氨基酸分子中心碳原子周圍的4個基團進行渲染使圖像立體化，導出后利用Photoshop軟件對導出的分子進行調色和修復;并利用軟件一次性創建大量相同模型，展示氨基酸脫水縮合形成肽鏈的過程。學生通過觀看教師創建的模型（如圖4），能夠更直觀地了解氨基酸分子的空間結構，為學習蛋白質的空間結構打下基礎。

21世紀，信息技術飛速發展為生物學課堂教學提供了諸如數據、標本、模型、圖片、影像資料和模擬實驗平臺等豐富的數字化資源。生物學教師要努力提升信息技術素養，多利用人工智能、大數據等信息技術手段，創設多樣化的數字化教學情境，降低學生理解生物學知識的難度，提高課堂教學趣味性，激發學生學習的熱情和主觀能動性，讓學生在適宜的情境中享受學習過程，提高學科核心素養。

參考文獻

[1] 劉文婷.高中生物課堂中情境教學模式的運用[J].試題與研究，2020（1）：184.

[2] 張鋒.生物科學史的數字化教學探索[J].中小學數字化教學，2018（2）：14-16.

[3] 萬芳，龔西旭，蔣巧娟，晏妮.高中生物教材中情境素材的梳理[J].課程教育研究，2019（51）：187-188.

[4] 夏獻平.從新課標要求看生物教學數字化[J].中小學數字化教學，2018（5）：44-45.

（作者王瑜系廣東省深圳市藝術高中生物教師;楊忠順系廣東省深圳市藝術高中生物教師，高級教師）

責任編輯：祝元志