基于情境創設發展高中生科學思維的研究

林書嫻

【摘要】高中生物課堂中，教師通過創設具有真實性、整體性和沉浸式的情境，能啟迪、承載和聯結學生的思維。學生運用歸納與概括、演繹與推理、模型與建模、批判性思維等方法闡釋生命現象及規律，解決生物學問題，從而在情景互動中發展自身的科學思維。

【關鍵詞】情境;高中生物學;科學思維

《普通高中生物學課程標準（2017年版）》指出，較強的科學思維素養體現在：能夠在不同生命現象中，采用適當的科學思維方法揭示生物學規律，闡明其內涵;能夠運用生物大概念或原理在面對生活中的生物學問題時闡明個人立場，做出決策。這些生命現象和生物學問題，可以通過創設情境呈現于課堂之中。筆者結合教學實踐淺談如何創設情境來發展高中生的科學思維。

一、創設真實性情境，啟迪學生的思維

真實的情境往往來源于學習和生活，教師創設情境時，可以將生物教材中的章節引言、問題探討、插圖和習題中的情境轉變為更能調動學生多感官參與的實物呈現，如，實驗《植物細胞的吸水和失水》中的文字情境：“把白菜剁碎做餡時常常要放一些鹽，會看到有水析出。把蘿卜切片后放入鹽水中，一段時間后蘿卜會變軟。”有的學生缺乏類似的生活體驗只能依靠想象，且情境與后續操作過程關聯度不強。現將其改進為實物情境：提前將生理狀態相同的洋蔥鱗片分別浸泡于等量的清水、高濃度糖水和低濃度糖水中，請學生觸摸。學生通過對照直觀體驗到：糖水中的洋蔥變軟了，且兩組糖水中洋蔥變軟程度不同。教師接著引導學生從洋蔥個體水平的變化深入到細胞水平思考其原理。學生能非常自然地提出這些問題：“植物細胞在什么情況下失水？失水后細胞結構會發生什么變化？哪些因素會影響植物細胞失水的速率？”由于情境材料和實驗材料一致，探究活動順勢拓展開來。隨后將兩組糖水換成清水，放進已失水的洋蔥鱗片葉，一段時間后再次請學生觸摸，可繼續探究的問題便水到渠成：“植物細胞在什么情況下吸水？吸水后細胞結構發生什么變化？是否所有的質壁分離都能夠復原？”

實物情境的動態融入，很好地啟迪了學生的思維，學生的疑問一個個迸發了出來，并在分析交流中得到了解決，提升了學生的批判性思維和分析與綜合能力。

二、設計整體性情境，承載學生的思維

生物教學過程中，不少教師將一個情景引入學生視野后便戛然而止，僅僅起到引入功能。其實，我們在教學中不僅可以通過創設情境來激發學生學習興趣，還可以建立一個整體性情境作為脈絡貫穿一節課，通過以情境為載體的具象化學習后，生成抽象的概念或規律。下表是《現代生物進化理論》的兩種情境創設方式。

以上兩種方案都采用了問題導學法。教學設計1在局部問題中使用了樺尺蠖種群進化實例，用數據表明基因頻率的改變是進化的實質。教學設計2將這一情境進行分解，與每一個現代進化論觀點進行匹配，在五個問題中分別呈現了與之相關的情境信息。對學生而言，自然選擇、基因頻率、隔離、物種形成都是抽象的概念，在教學設計2中它們被一一具象化。學生在設問的引導下，基于情境進行歸納和概括，得出相應的進化論觀點。由于本節課處于同一整體情境，學生能夠領悟進化觀點之間的邏輯關系，生成對進化過程的整體認知。可見，結合某些章節的知識結構特點，構建一個整體性情境貫穿整節課堂，可以為學生提供一個穩定的研究對象作為思維的承載體，有利于培養學生比較與分類、歸納與概括的能力。

三、營造沉浸式情境，聯結學生的思維

生命科學史含有豐富的生物學知識、研究方法、科研精神，是發展學生科學思維的理想情境。由于敘事性強，科學史有時被單薄地處理為閱讀資料，實為可惜。比如，有些科學史呈現了實驗方案和明確的實驗結論，如果只進行記憶、理解等淺層次的學習，實驗設計思路和原理的分析就容易被忽視，而后者正是引導學生沉浸其中，與科學家的思維建立聯結，像科學家一樣進行深度思考的很好機會。例如，在《植物生長素的發現》中，教師就拜爾的實驗提問：“實驗目的是探究向光性的原因，為什么拜爾的實驗卻設計在黑暗中進行？”學生不假思索地回答：“為了排除光照的影響。”教師追問：“排除光照影響的目的是什么？本實驗胚芽鞘彎曲生長了，單側光下胚芽鞘也彎曲生長，兩者存在什么共同點？”學生頓時都安靜了。經過類比，有部分學生推理：“拜爾實驗通過改變尖端位置導致生長素分布不均勻，說明單側光下可能也存在相同原理，由于生長素的分布不均勻導致了生長的不均勻。”利用顯性的實驗操作去模擬看不到的生命內在過程，通過類比推理去探索原理，學生們因領悟到設計思路的巧妙而欣喜。

除了經典科學史，教師也可以進行情境的拓展或改編，鼓勵學生像科學家一樣思考。如《生命活動的主要承擔者——蛋白質》課后的科學史話，介紹了我國科學家的偉大成就——人工合成結晶牛胰島素。在授課中不妨調換順序，先閱讀科學史話，然后提出話題：“讓我們沿著科學家的研究路徑，來模擬胰島素的人工合成過程。”學生轉換身份置身情境之中，在問題串的引導下像科學家一樣規劃研究流程：人工合成蛋白質，需要的原料是什么？氨基酸的結構是怎樣的，氨基酸如何互相連接？需要先弄清關于氨基酸的哪些信息，才能準確合成胰島素？人工合成的肽鏈是否就是胰島素分子？合成了結構正確的結晶牛胰島素是否代表實驗成功，還需進行什么方面的檢測？討論的層次從基本單位、平面結構、空間結構到具體功能，讓他們浸潤于情境之中，作為參與者去觀察、提問、推理、概括，領悟科學研究的美感與理性思維的魅力。

在教學實踐中，恰當創設一些具有真實性、整體性、沉浸式的情景，并圍繞情境做好問題設計，師生的認知、觀點和情感就會在情境中碰撞、交匯、提升，學生的科學思維就會在日常的生物課堂上收到啟迪、發展和提升。

參考文獻：

[1]教育部.普通高中生物學課程標準（2017年版）[S].人民教育出版社，2018：75.

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責任編輯? 陳紅兵