高中生物學教學中 利用情境教學培養學生科學思維的探索

【摘要】本文論述在高中生物教學中利用情境教學法培養學生科學思維的途徑，分享通過創設情境培養學生發散思維能力、模型與建模能力以及演繹推理能力的教學案例，提出創設具有生物學學科特點、符合學生發展規律和多元情境的建議。

【關鍵詞】情境教學 科學思維 高中生物

【中圖分類號】G63 【文獻標識碼】A

【文章編號】0450-9889（2022）11-0125-04

《普通高中生物學課程標準（2017年版2020年修訂）》明確提出高中生物學教學要以培養和發展學生生物學學科核心素養為主要目標，再次明晰了生物學科的育人價值，即通過學習逐步形成正確的價值觀念、必備品格和關鍵能力。如何在常規教學中培養學生具備生命觀念、科學思維、科學探究和社會責任等方面的生物學學科核心素養，成為目前生物學科的熱點話題。培養科學思維，具體來說就是培養學生的發散性思維，演繹與推理、模型與建模等能力，進而發展學生的批判性思維和創造性思維等思維品質。

一、當前高中生物學教學中學生思維培養現狀與情境教學

在現階段高中生物課堂中，由于受傳統教育觀念的影響，有些教師在課堂上依然以知識傳授為主，讓學生當“合格的聽眾”，要求學生機械記筆記，卻沒有充分關注學生的主體地位，“自主—合作—探究”的學習模式形同虛設;教師提問大多面向全體學生，而學生個體思維水平參差不齊，他們曾經接受教育的方式、學習的環境等都存在差異，這些缺乏針對性的提問并不能提高課堂效率;“題海戰術”仍屢見不鮮，大量低層次的重復的練習題不僅浪費了學生的時間，還大大降低了學生學習生物學的興趣，也不利于學生思維的發展。

為了解決上述問題，筆者經過多年的探索，采用情境教學法進行授課，以期培養和發展學生的科學思維。情境教學法是指在教學過程中，教師有目的地引入或創設具有一定情緒色彩的、以形象為主體的生動具體的場景或環境，讓學生借助各種探究手段和活動，以及與主題相關的各類資源，產生一定的情感反應，并鼓勵學生主動參與、主動探索、主動思考、主動實踐，促進學生生物學學科核心素養提高。

在高中生物學教學中采用情境教學法主要有兩方面的優勢：一是可以有效提高課堂教學效率。教師將具有趣味性、代入感強的情境引入課堂，能有效激發學生的學習興趣。在情境的引導下，學生積極探究和思考，運用所學知識和方法分析問題、解決問題，學習效率高。二是能讓不同層次的學生都得到充分的鍛煉。情境教學法強調以學生為主體，重視學生的學習體驗。在情境中，不同學生有不同的學習感悟，他們圍繞教師創設的情境觀察現象、提出問題，合作探究，解決問題，獲得知識和技能，發展合作精神，深化科學思維。

二、在高中生物學教學中利用情境教學法培養學生科學思維的實踐

對培養和發展學生科學思維的教學模式的研究，已引起高中生物學教師的廣泛關注。教師需要轉變傳統的教育理念，把“教師的教”轉變成“學生的學”，真正做到以學生為主體，給學生更多的時間和空間。教師在教學中創設有意義的教學情境是培養學生的科學思維的一條重要的途徑，下面筆者結合多年的教學實踐進行舉例說明。

（一）培養發散思維能力

面對不同情境問題，學生是否能夠從不同方向和角度進行全方位的思考、探索答案，與其是否具備發散思維能力息息相關。發散性思維是一種求異性、分散性、擴散性思維。教師在教學過程中應充分利用情境教學法，在傳授學生知識的同時教給他們發散思維的方法，這樣既可以活躍教學氛圍，促進學生養成正確的思維打開方式，又可以幫助學生提高演繹歸納、綜合分析能力以及綜合素質。

以教授“滲透作用”的概念為例。教師首先創設一個真實實驗情境：教師展示如圖1所示的滲透裝置，然后從半透膜概念（水分子可以自由透過而蔗糖分子不能自由透過的薄膜）及滲透的條件（有半透膜和膜兩側有物質的量濃度差）兩個不同角度，設置一系列問題從而創設問題情境：如果將半透膜換為紗布（全透），會出現什么現象？如果將半透膜換成塑料薄膜（完全不透），又會出現什么現象？如果將漏斗內溶液也換成清水或將燒杯內溶液換成等濃度的蔗糖溶液，會出現什么現象？如果將半透膜兩側的溶液交換位置，又會出現什么現象？學生在教師設問的引導下，以自主、合作、探究的學習方式，從不同角度全面而準確地思考、解決問題，發展發散思維能力。

（二）培養模型與建模能力

模型是人們為了某種特定目的而對認識對象所進行的一種概括性的描述，有的借助具體的實物或其他形象化的手段，有的則通過抽象的形式來表達。教師可以在高中生物學教學中利用情境教學法，滲透模型思想，幫助學生系統、完整地學習和理解新知識，培養學生的建模能力，從而提高學生的科學素養和科學探究能力。

物理模型是以實物或圖片形式直觀地表達認識對象特征的模型。以教授“細胞的結構和功能”為例。教師設置“模型展示”情境：教師事先要求學生根據自學獲得的知識自制生物膜模型，并在課堂上展示出來。

師：同學們，我們先請幾位同學上來展示一下他們制作的生物膜模型。

（生1展示模型如圖2所示）

生1：我的模型是用彩泥做的，小球代表磷脂分子的頭部，鋼絲代表磷脂分子的尾部，藍色小球代表的是多糖，多糖與蛋白質結合在一起形成糖被。

師：生1的模型做得很好。通過這一模型我們可以看到，磷脂分子之間是有一點點空隙的還是密不透風的？

生：是有一點點空隙的。

師：（小結并拓展）是的，磷脂分子之間是有一點點空隙的。所以，有些物質實際上是可以直接從磷脂雙分子層當中透過的，這就是我們這節課要學習的內容——物質跨膜運輸的實例。

學生充分展示，大膽表達，在講解自己作品的過程中進一步完善對生物膜結構的認識，理解“生物膜的功能之一是控制物質進出”。學生在這一過程中構建物理模型進行生物學研究，發展結構與功能的生命觀念以及科學探究的核心素養。

數學模型指用來描述一個系統或它的性質的數學形式。在高中生物課堂上，教師運用數字和推理，將撲朔迷離的生物問題轉換為簡潔明了的數學語言，創設科學的數學模型，能夠更直觀地揭示生命活動的本質規律，從而提高生物學教學的效率。

以教學減數分裂中染色體、DNA分子的數量變化為例。減數分裂是高中生物學課程的重難點，比如染色體、染色單體、DNA分子的數量變化等知識點，學生經常混淆導致出錯。教師教授減數分裂的基本概念、各時期的基本特征以及染色體的變化形式等內容后，讓學生自主繪制染色體、染色單體和DNA分子數量在各時期變化的柱狀圖，學生之間相互討論，分享各自的理解，最后教師在黑板上呈現圖3，并結合圖像給學生講解相關知識，同時利用數學模型更進一步解讀細胞分裂各時期的染色體，染色單體和DNA分子數量變化及特征，這可以使學生更加直觀地理解這三者的變化關系，記憶更為深刻。

（三）培養演繹推理能力

演繹推理是從一般性前提，通過演繹得出具體結論，從而解決問題的推理方法。演繹與推理能力是科學思維素養中重要的思維品質之一。教師在生物學教學中利用情境教學法滲透科學思維中的演繹與推理等方法，可以幫助學生深化對核心概念的理解，使其感悟生物學思想。

以教授《基因指導蛋白質合成》為例，教師情境設計思路為：教師用擬人化的手法給學生講述基因的故事，創設故事情境，讓學生理解基因所在位置與蛋白質合成場所之間的關系，以及信使RNA的必要性。

師：（講述故事）有一個基因，他想要合成膠原蛋白，讓自己的主人臉蛋水嫩嫩，更加漂亮一點。可是他在細胞核當中出不去，而蛋白質只有在細胞質的核糖體當中才能合成。于是他想了一個辦法。他以自己為模板，轉錄出了一段信使RNA（mRNA），并對信使RNA說，你出去告訴核糖體，合成漂漂亮亮的膠原蛋白。于是信使RNA出發了。信使RNA穿過核孔，從細胞核中逃了出來，來到了核糖體。他以自己為模板，讓一個個氨基酸按順序排列合成多肽。氨基酸一想到膠原蛋白基因的良苦用心，每次一牽手（脫水縮合），都感動得掉下淚來（脫水）。

師：請同學上臺來簡單地畫出這個過程。

（學生完成繪圖后，教師展示一道氨基酸脫水縮合的習題，學生思考完成）

教師把“基因”“信使RNA”“氨基酸”擬人化，讓學生置身有趣的故事情境之中。這個故事中的每一個情節都蘊含生物學知識，既增強了學習的趣味性，大大激發學生的學習興趣，又幫助學生加深對知識點的記憶。學生通過上臺繪圖鍛煉了演繹能力，在解題中鍛煉了推理能力。

又如教學“伴性遺傳”。在學生已經充分掌握了基因的分離定律和假說演繹法后，教師引導學生探究果蠅的伴性遺傳的機制。教師展示真實的不同眼睛顏色的果蠅雜交圖片：紅眼雌果蠅與白眼雄果蠅進行交配，得到F1，F1的果蠅均為紅眼，再讓F1中的雌雄果蠅進行雜交，得到F2，F2中的果蠅紅眼∶白眼=3∶1，雌性果蠅均為紅眼，雄性果蠅紅眼∶白眼=1∶1。接著，教師引導學生通過反交實驗的演繹推理判斷果蠅控制眼睛顏色基因的位置。最后，教師在黑板上展示正確的推理過程，得出最后的結論：控制果蠅紅白眼的基因位于X染色體上。這不僅能讓學生更加熟悉課本內容，而且發展了學生的演繹推理能力。

三、通過創設有效教學情境實現發展學生科學思維的建議

創設有效的教學情境是當今高中生物教師應具備的重要的教學技能之一。有效的課堂應該是：創設教學情境—引導學生根據已有的知識、經驗或自身的想象主動地對情境及問題進行思考、討論、探究、分析、推理—解決問題—提升分析、解決問題等科學思維能力。在不斷地解決問題的過程中，學生不僅加深對新知識的理解和應用，而且培養和發展了科學思維這一生物學學科核心素養。現筆者就情境教學在高中生科學思維培養與發展方面的應用提出兩點建議。

（一）生物學科情境創設要有學科特點，符合學生的認知規律和需要

高中生已經具備了基本的認知結構體系，其記憶能力、想象能力發展迅速，對教師給予的與生物學相關的圖片、視頻、問題等內容，其思維的目的性、方向性更加明確，這都有利于情境教學的開展。然而受限于實驗設備及技術手段，高中生對微觀物質的認知不足?；诖?，教師在生物學教學中創設情境是可行的，且創設情境時應多采用如圖片、實物等具體的素材，與學生的生活實際聯系起來，使情境具有邏輯性、目的性和啟發性，符合學生認知水平。在教學與微觀物質等相關的內容時，教師要尤為注意采用情境教學法，將抽象的知識具體化、可視化，激發學生的學習欲望，調動學生學習的積極性，提高學生學習的效率。

例如上文提到的教授《基因指導蛋白質合成》時，教師運用口語化、趣味化的語言創設故事情境，既極大地增強了學生的學習興趣，又巧妙地切入了本節課需要學習的內容。學生將所學的生物學知識運用于現實生活解決實際問題。又如教授“細胞的結構和功能”，學生自主構建細胞三維結構模型，從選材到制作模型再到展示模型，在真實且具體的情境中將所學知識與生活實際結合，進一步發展科學思維。

（二）創設多元情境，注重科學思維能力的培養

多元情境指情境的類型多種多樣。在傳統的生物學教學中，教師最常創設的是生活實例類情境。事實上，教師還可以創設故事、問題、新聞、科學史等類型的情境，讓學生在多元情境中思考、解決問題。

例如教授《細胞的衰老和凋亡》一課，教師可以有意識地創設個體衰老的故事情境：教師展示由自己1歲、5歲、15歲、25歲、35歲、45歲、55歲的照片制作成的《時間都去哪兒了》微視頻，配以《時間都去哪兒了》背景音樂，再結合問題創設問題情境：請用一個生物學專業名詞準確描述老師年齡變化趨勢;個體衰老意味著所有細胞都衰老嗎？細胞衰老應該有哪些典型特征？怎樣延緩衰老？引導學生對細胞衰老進行思考，引發學生敬畏生命、尊重生命，進而深度思考健康問題。

利用與社會熱點或最新科技發展緊密相關的新聞創設情境導入課堂，能快速吸引學生的注意力，實現高效導入。如在教授《從生物圈到細胞》時，教師可以播放與新型冠狀病毒相關的視頻，如病毒特點及傳播方式、患者癥狀以及各國的應對措施等，讓學生在課堂之初就明確病毒的基本特點，通過與社會公共衛生問題相關的情境，引導學生不斷思考、分析、討論、探究，進而形成對新型冠狀病毒的正確認識，有效地培養和發展學生的科學思維能力。

課堂中多種類型的情境交織，可以促使學生思維發生碰撞，學生在教師創設的特定情境中積極主動地探索知識，在理解、辨析中解決問題，遷移與運用知識，提高發散性思維、模型與建模、演繹與推理、歸納與概括等科學思維能力，最終促進學生科學思維的發展。

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注：本文系廣西教育科學規劃2021年度課題“基于核心素養培養的高中生物情境教學實踐研究”（2021C563）的研究成果之一。

作者簡介：徐玉送（1967— ），廣西陽朔人，高級教師，研究方向為生物教學。

（責編 劉小瑗）