基于學科核心素養的情境教學延伸探究

安徽 趙 燕

(作者單位：安徽省合肥市包河區中國科學技術大學附屬中學)

《普通高中生物學課程標準(2017年版2020年修訂)》明確指出，學科核心素養是學科育人價值的集中體現，是學生通過學科學習而逐步形成的正確價值觀、必備品格和關鍵能力。生物學學科核心素養中的生命觀念針對于“觀察到的生命現象”，科學思維落腳于“解決實際問題的思維習慣和能力”，科學探究強調“發現現實世界中的生物學問題”，社會責任注重培養“解決生產生活問題的擔當和能力”。通過以上分析不難看出真實情境對于培養學生學科核心素養的重要性，而學科核心素養也可以概括為學生在解決真實情境中的實際問題時所表現出來的正確價值觀、必備品格和關鍵能力。

一、情境化教學的作用

新人教版高中生物學教材增加了豐富的真實情境素材，如“細胞中的糖類和脂質”一節中的真實情境——北京鴨的自述“我每天吃的都是一些玉米、谷類和菜葉，為何長了這一身的肥肉？”再如“蛋白質是生命活動的主要承擔者”一節，教材引入真實情境“用從某些動物組織中提取的膠原蛋白制作的手術縫合線可以被人體組織吸收，從而避免拆線的痛苦”，學生學習的知識如何與生活實際相聯系，需要真實情境作“橋梁”，這樣的真實情境教學無疑調動了學生學習的積極性，提高了課堂效率。

情境化教學以學生為主體，直指學生真實生活的環境或與學生所學知識相關的真實現象，呈現真實情境，讓學生以此來進行觀察、思考、推理和交流。教師需要關注學生成長的真實歷程與切身感受，以真實、復雜的社會和生活情境為支撐，創設以學生為中心的學習環境，才能更好地促進學生的學習和成長。由此看來，情境化教學就是把知識情境化、生活化，以利于學生的理解和遷移。

教師在具體的教學情境中融入學科核心素養，才能在教學過程中有效培養學生的學科核心素養，由此看出情境化教學的作用日益凸顯。

二、真實情境創設模式

真實情境通常取材于學生的實際生活或社會的生產實踐。創設真實情境可以有效拉近知識與學生自身思維的距離，激發學習動機，引導學生學以致用，從生物學的視角關注現象、解決問題。

筆者以新人教版高中生物學教材為藍本，將真實情境的創設模式分為以下5個類型。

1.以問題為導向的情境創設

“基因的表達”一章引言展示了“將蘇云金桿菌抗蟲蛋白基因轉入普通棉花，培育出的棉花植株會產生Bt抗蟲蛋白。轉入的是基因，得到的卻是蛋白質……為什么一種生物的基因能在另一種生物中表達呢？”此類型是以問題為導向，引發學生思考的情境創設模式。

2.以大概念為主線的情境創設

“細胞的基本結構”一章以合成和分泌胰島素為真實情境引出全章，講解了細胞的基本結構和各種結構之間的協調配合，在教學過程中體現了“細胞是生物體結構與生命活動的基本單位”大概念。通過學習胰島素的合成過程、各種細胞器的分工配合，學生明確了結構與功能觀；通過體驗我國科學家研制胰島素的過程，學生可以提升科學思維；通過胰島素治療糖尿病的真實情境，學生可以形成關愛生命、遠離疾病的社會責任感。這就是聚焦學科大概念，有效整合零散知識，建構體系化知識脈絡的情境創設模式。

3.以任務為驅動的情境創設

“神經調節的基本方式”一節課后“練習與應用”中設置了真實題目情境：“如果你家里養了貓或狗，要讓它在固定的地點大小便，你該怎樣訓練它呢？”“神經調節的結構基礎”一節課后“練習與應用”中的“如果老師現在通知你，馬上要進行一個非常重要的考試，你的自主神經系統可能發生哪些變化？”這就是在真實情境中以任務為驅動，引導學生學以致用、自主探索、協作交流，實現從知識到素養的提升的情境創設模式。

4.以社會熱點為話題的情境創設

在實際教學過程中教師可以用影視文藝作品或者生活中的熱點話題將學生引入到真實情境中，如通過“新冠病毒”侵入機體的案例引入免疫系統；通過《長津湖》中部隊的統籌作戰類比講解人體免疫系統的作戰過程；通過《我不是藥神》為細胞分化與癌變創設熱點情境。這就是情境創設取材于現實生活，用熱點內容提高學生的關注度，以學科知識解釋熱點現象，形成科學的世界觀的情境創設模式。

5.以科研進展為素材的情境創設

必修1教材第12頁“生物科技進展”中人工合成生命的探索“2014年，科學家對釀酒酵母的一條染色體進行了重新設計和人工合成。2017年3月，科學家宣布人工合成了5條釀酒酵母染色體，其中4條是由我國科學家完成的。2018年8月，我國科學家宣布，他們對釀酒酵母的16條染色體進行了研究，重新設計并人工合成為1條染色體，這1條染色體就可以執行16條染色體的功能。將這條染色體移植到去核的釀酒酵母細胞后，細胞依然能夠存活，并表現出相應的生命特性。”這就是通過科研進展讓學生在觸碰科技的同時形成生命觀念，感悟科學探究的情境創設模式。

三、情境化練習設計

教師在教學過程中引入真實情境可以提升學生的體驗感，促使學生主動建構知識體系。而將情境化教學由課堂延伸到學生課堂練習和課后練習才能幫助學生將知識轉變為素養，從而保證情境教學的連續性。中學生都會接觸到大量的生活實踐、科學研究和時事熱點類生物學教學素材，教師在設計練習題時應該善于挖掘并利用這些真實情境資源來訓練學生。

1.情境題訓練

情境題要以真實情境為載體，合理設問而不脫離情境。題目素材要貼近生活實際。教師要用好教材案例情境，同時注意收集各種科學、生活、社會中的生物學情境。以真實情境為載體命制的試題通常注重考查學生實際運用知識、技能解決問題的能力。

情境可以取材于高中教材，例如根據上文中提到的人工合成生命的探索相關內容可設置情境題:釀酒酵母細胞是否可能會出現32個以上數量的DNA分子？人工合成該染色體需要哪些原料？根據必修1教材第4章引言中治療某高血壓藥物說明書：“本品為二氫吡啶類鈣通道阻滯劑，抑制血管平滑肌和心肌細胞的跨膜鈣離子內流，但以血管作用為主。本品引起冠狀動脈、腎小動脈等全身血管的擴張，產生降壓作用。”可設置情境題:根據以上信息可以得出鈣離子的跨膜運輸方式和細胞膜的功能分別是什么？

情境也可以取材于大學教材，如圖1和圖2所示。

圖1 含氮激素作用機制示意圖

圖2 類固醇激素作用機制示意圖

可設置情境題:圖1中肽類激素和cAMP發揮作用的方式分別是什么？圖2中的激素可能是何種激素，其發揮作用的機理是什么？

2.情境化命題

為學生提供情境素材，讓學生據此進行命題，這是情境化教學提升的有效手段。例如在進行單選題的命制時教師給出具體要求，如選項涵蓋知識面廣、每個選項需要涵蓋不同考點、選項需要有適當的思考和拓展、從知識和能力等多維度挖掘進行命題等。

情境素材：研究發現，雌激素與雌激素受體α(ER)信號通路在正常乳腺上皮細胞分化的過程中發揮著重要作用，同時也是乳腺癌細胞增殖所需。雌激素能增加乳腺癌細胞中周期蛋白(cyclinD)的表達量，而cyclinD能與周期蛋白依賴性激酶(CDK4/6)結合形成復合物，被激活的cyclinD-CDK4/6復合物磷酸化相關蛋白(Rb)，進而使轉錄抑制復合物Rb-E2F解聚，釋放E2F轉錄因子而激活細胞進入S期和DNA復制所需的相關基因，促進乳腺癌細胞的增殖。CDK4/6的活性受到INK4家族蛋白(p16、p21)等的調節，作用機理如圖3所示：

圖3 雌激素作用機制示意圖

筆者及部分學生根據上述素材命制完成的試題展示如下。

學生命題1：(參考答案D)

A.抑制CDK活性有利于所有癌癥的治療

B.Rb功能僅與其空間結構有關

C.效應T細胞通過接觸使癌細胞死亡，不受有關基因調控

D.人體中其他細胞含有與INK家族蛋白有關的基因

學生命題2：(參考答案C)

A.癌細胞細胞周期短，在其分裂過程中易發生基因重組和染色體變異

B.細胞分化與外界的信息交流無關

C.性激素的化學本質是脂質

D.cyclinD表達與否根本原因在于是否有雌激素刺激

學生命題3：(參考答案C)

A.雌激素進入細胞需要的能量主要來源于線粒體中葡萄糖的氧化分解

B.Rb-E2F的解聚在細胞分裂的前期進行

C.cyclinD在雌激素分泌不足的情況下仍能表達

D.癌細胞在營養充足時可無限增殖，故癌細胞擴散快且細胞間黏著性提高，使其不易損傷死亡

學生命題4：(參考答案A)

A.乳腺癌細胞能夠無限增殖可能與染色體兩端的端粒有關

B.癌細胞被身體免疫系統清除屬于細胞壞死

C.加入INK4家族蛋白抑制劑，cyclinD-CDK4/6復合物合成受阻

D.cyclinD相關基因的表達過程需要解旋酶參與

學生命題5：(參考答案D)

A.雌激素由卵巢細胞內質網合成，經血液運輸至靶細胞，并與細胞膜上的受體結合，體現了細胞的信息交流功能

B.細胞癌變不受機體控制，其核酸不會發生改變

C.完全阻斷雌激素與受體α(ER)信號通路可抑制癌細胞增殖，有利于人體健康

D.癌細胞存在細胞周期

學生命題6：(參考答案B)

A.原癌基因變為抑癌基因，引發癌癥

B.CDK4/6與無機催化劑都能降低化學反應活化能

C.雌激素進入細胞內需消耗ATP

D.某染色體上的cyclinD基因受損，且只有被激活的cyclinD-CDK4/6復合物可使Rb解聚，那么乳腺細胞無法正常增殖

教師命題1：(參考答案C)

A.減少E2F轉錄因子對乳腺癌的治療不起作用

B.cyclinD和周期蛋白依賴性激酶的基本單位不相同

C.某種藥物可以抑制cyclinD-CDK4/6復合物磷酸化相關蛋白Rb，該藥物對治療乳腺癌有一定作用

D.p16、p21可作為治療腫瘤的一個潛在靶點，其可增強CDK4/6活性

教師命題2：(參考答案B)

A.p16、p21對CDK4/6和雌激素對cyclinD的效果相同

B.若抑制合成Rb相關酶的活性則細胞將會被阻斷在G1期

C.INK4物質具有催化、運輸、免疫的功能

D.INK4家族蛋白失活有利于抑制乳腺癌細胞增殖

在情境命題過程中，學生通過選項的設置可以打破章節之間的界限，將課本知識進行重組，從宏觀上把握課本知識。這一過程也引導學生對基礎知識加以整理和歸類，使之成為知識鏈或知識網，對于學生綜合能力的提升非常有利。學生命題完成后教師進行評價并給出教師命題，作為學生命題的參考。情境命題訓練可以實現教學內容的整合、重構，培養學生綜合運用知識和建構知識網絡的能力。同時教師要重視課本例題和課后習題的變式題及改編題，利用課后情境練習題最大限度調動學生的積極性和主動性，通過情境題訓練幫助學生對教材內容從感性認識升華到理性認識，利用已有知識結構主動地學習，旨在全面提高學生學科核心素養。

基于學科核心素養的高中生物學情境教學強調在具體的情境教學中融入學科核心素養，以突出生物學特色。成功的教學需要的不是強制，而是激發學生的學習興趣。教師努力創設基于學生生活的趣味性情境，可以充分激發學生的學習興趣，學生在教師精心創設的情境中思考和探尋。在課堂有限的時間內學生無法進行充分的情境訓練，情境命題讓情境教學從課堂延伸到課后。學生通過情境命題自主探究、科學思辨，有效落實了學科核心素養，同時在學用結合的過程中，也進一步激發了學生的學習興趣與熱情，潛移默化地增強了學生學習的內驅力。