基于科學思維提升的高中生物學SSI情境教學

黃子萍

（廣西南寧市第三中學 廣西南寧 530021）

1 應用社會性科學議題開展生物學教學

社會性科學議題（Socio-scientific Issues，SSI）是指現代科學技術應用給人類帶來的爭議性問題，涉及多個領域的主題，如環境生態議題（全球氣候變暖、熱帶雨林消失、生物多樣性的保護等）、倫理道德議題（干細胞議題、克隆技術、基因治療、器官與胚胎移植、墮胎合法性性、動物實驗等）、健康相關議題（轉基因食品、農藥殘留、糧食問題、抗生素的濫用等）。這些主題與生物學課程聯系緊密?！镀胀ǜ咧猩飳W課程標準（2017年版2020年修訂）》在“實施建議”部分明確指出，“教師要引導學生特別關注我國和學校所在地區與學生現實生活相關的問題，使學生積極思考與生物學有關的社會問題……培養學生的社會責任感”。教師將這些社會性科學議題融入情境教學，可促進學生利用科學知識、形成正確的科學思維、理解科學本質，同時在探討社會性科學議題的過程中，進一步增強參與科學決策能力，提升倫理道德水平。因此，在SSI情境下開展教學是提高學生生物科學核心素養的有效途徑。

確定具體的社會性科學議題后，在運用SSI情境開展教學時，教師可以參考美國《國家科學課程標準》提出的SIMBL模型（Socio-scientific Issues and Model Based Learning，SIMBL）展開教學設計。在教學過程中，參考SIMBL教學模型，對應科學思維的不同體現維度，教師可從“創設議題情境，提出關鍵問題”“構建知識模型，應用核心概念”“解決實際問題，升華情境”3個環節來提高學生的科學思維和社會責任核心素養，各環節與教學關聯見表1。

表1 SIMBL教學模型與情境教學環節的對應關系

SSI教學具備項目式教學、情境教學和案例教學的特征，能激發學生的學習熱情，開展科學探究，培育批判性思維素養。與傳統的分散概念復習相比，教師以社會性科學議題為情境的概念復習進行了單元教學內容的重新整合，更加符合高三學生的認知規律，能促進學生構建概念體系。因此，下面以高中微專題復習課為例，探討開展SSI情境教學應用的具體過程。

2 應用社會性科學議題進行高中生物學教學實例

2.1 基因編輯技術的應用

教師應用社會性科學議題，帶領學生復習基因編輯技術應用的流程如圖1所示。

圖1 教學流程示意圖

（1）創設議題情境，提出關鍵問題。

課前，教師分發預學案，學生以小組為單位查閱相關信息。

課上，教師播放“基因編輯嬰兒”新聞視頻，提出關鍵問題：基因突變的原理除了在育種和癌癥診斷中有應用之外，隨著科技進步，已經逐漸增加人為改造的因素。目前對基因進行“定點”改造的基因組編輯技術也用于基因治療和育種等，但也有人希望借此獲得“超級嬰兒”。你如何看待基因編輯技術的應用？

設計意圖：教師利用新聞視頻，創設真實情境，將教材中的基因編輯技術理論知識與實際問題聯系起來，引發學生就“超級嬰兒”的倫理問題為主要爭議，激發學生的關注和學習興趣。

（2）構建知識模型，應用核心概念。

教師聯系基因重組、基因突變的，引導學生學習教材中“生物科技進展”——基因組編輯。各學習小組交流，填寫流程圖，了解并總結基因編輯常用技術。

教師提供基因編輯嬰兒以及基因治療科學史的相關研究文獻，組織學生總結基因編輯技術發展的時間發展線。同時，播放關于基因編輯技術的科普視頻和科學家訪談內容，引導學生多角度分析基因編輯技術可能存在的風險以及可能造成的影響，并由各小組研討技術應用的風險能否規避或降低。

教師提供我國對轉基因技術應用的相關政策法規，引導學生分組從科學、社會、文化等方面討論基因編輯技術的利與弊，并繪制基因編輯技術科學應用的宣傳海報，組織分享交流和互評。

設計意圖：在本環節，教師引導學生自主學習基因編輯技術的發展史，使學生了解技術的成果、過程與風險、技術與原理，以及各國對轉基因產品的政策法規。學生結合基因重組、基因工程的知識，進一步了解本議題，在學習理論知識的基礎上，科學地評價基因編輯技術，增強批判性思維。

（3）解決實際問題，升華情境。

教師展示基因組編輯應用于誘導癌細胞凋亡的科學文獻，引導學生分析：基因編輯技術可為癌癥預防或治療帶來什么啟發？嘗試提出具體的操作思路。在學生提出思路后，教師靈活穿插社會上的“反對聲音”，為學生全面思考、科學決策提供真實模擬體驗。

設計意圖：教師引導學生解決真實的科學研究問題，進一步推動學生討論、推理、決策，從持續發展的角度分析基因編輯技術的應用，并就學生初步提出的思路進行評價，引導學生關注科學技術也是在不斷修正中前進的，訓練學生的辯證思維，進而使學生認同科學技術發展的重要性。

2.2 “碳中和”生態工程建設問題

教師應用社會性科學議題，帶領學生復習“碳中和”生態工程的流程如圖2所示。

圖2 教學流程示意圖

（1）創設議題情境，提出關鍵問題。

課前，學習小組研討生態工程實例的任務：考察城市濕地公園和社區分類處理等。

課上，教師展示“碳中和”相關生態報告數據，并播放城市濕地公園宣傳視頻，引導學生探討碳排放數據，提出關鍵問題：如何運用生態知識開展城市“碳中和”建設？

設計意圖：教師利用當地生態建設的實例，使學生關注身邊的生物學現象，借此引入生態系統相關知識及生態工程基本原理的復習，并呈現城市生態建設與發展中存在的現實問題。

（2）構建知識模型，應用核心概念。

①組織各小組展示城市濕地公園研究結果。

針對城市濕地公園的現狀，各組派代表簡要介紹該濕地公園的生態系統結構、生態工程模式圖，闡述其中包含的組分和設計原理。由其他小組成員進行提問，組間交流和相互評價。

教師提出問題，引導學生思考城市濕地公園中“碳中和”建設措施及原理：①該生態工程設計體現了生態系統的什么功能？②該生態工程中考慮了哪些生態學原理？請用所學知識解釋如何做到“碳中和”？

教師設置關于濕地公園的綠化物種設計、外來植物入侵導致的水污染等問題，引導學生分析：①濕地公園綠化設計存在哪些不足？該濕地公園的生態建設考慮了哪些經濟和社會的實際情況？你們能提出哪些改進建議？②本次調研過程中，你們應用了什么生物學知識來解決外來之物入侵導致的水污染問題？③了解不同的生態工程后，你認為自己可以為維護這些生態工作做些什么？你計劃如何向家人、同學宣傳生態工程？

設計意圖：教師聯系前后知識，為復習生態系統的結構和物質循環、能量流動、信息傳遞等功能知識，以及生態工程的生態學知識打下基礎，同時提高學生歸納和總結的科學思維。小組展示分析具體實例，小結生態工程應用的利與弊，提高了解決實際問題的能力。教師設計問題串，從理解到應用，從觀察到宣傳，引導學生深入總結調研結果，積極參與生態工程建設和環境保護實踐。

②組織各小組展示社區垃圾分類處理的研究結果。

教師提供不同類型常見垃圾，組織學生進行垃圾分類；研究性學習小組畫出社區中物質循環模式圖，展示家庭社區中垃圾分類的宣傳手冊或視頻，并進行講解。教師引導學生從不同角度思考垃圾分類的意義。

設計意圖：嘗試說明垃圾分類處理工程體現了物質循環原理、人與自然之間的平衡關系。教師促進學生形成環境保護意識，增強學生的社會責任素養。

（3）解決實際問題，升華情境。

教師組織學生運用模擬景觀設計軟件，根據提出的校園建設建議，構建校園生態景觀模型。教師提醒學生主要關注的問題，包括：①從“碳中和”角度出發，校園中可采取哪些措施減少碳排放？（利用太陽能、電能等綠色能源、節約用紙電子化辦公教學、做好垃圾分類等）②如何設計校園的整體景觀？請你擔任景觀設計師提出具體的建議（植物種群的選擇，群落演替等），并設計宣傳手冊。

設計意圖：教師以身邊的校園建設問題作為具體情境任務，評估學生對生態系統相關概念及知識的掌握情況；讓學生在分析生態系統結構與功能相適應，協調環境建設和校園城市發展的平衡過程中進行決策，運用模型與建模的教學環節來促進學生創造性思維的提升。

2.3 抗生素濫用問題

教師應用社會性科學議題，帶領學生解決抗生素濫用問題的流程如圖2所示。

（1）創設議題情境，提出關鍵問題。

教師分發預學案，學生以小組為單位進行研討。

教師播放“耐甲氧西林金黃色葡萄球菌”（MRSA）這一超級細菌的相關視頻，引導學生思考：人類如何感染超級細菌？感染超級細菌后，人體有哪些癥狀？如何治療與預防超級細菌感染？為什么這種細菌會被稱為“超級細菌”？

圖3 教學流程示意圖

設計意圖：教師利用視頻素材，直觀展示超級細菌對人體健康的影響，激發學生的好奇心；延伸新的問題情境。

（2）構建知識模型，應用核心概念。

①觀察并分析抗生素耐藥性實驗。

各小組參考文獻資料，設計并分析抗生物耐藥性實驗。學生將實驗分為對照組組（無抗生素）和實驗組（有抗生素）的對照，近距離觀察抗生素對細菌生長的影響；同時，教師展示將實驗組細菌進行連續多代培養的結果，再重復上述對照實驗步驟，學生會觀察并發現在有抗生素的環境中也有少量的細菌生長。教師提出問題：本實驗的自變量是什么？預期結果是什么？實驗組環境中也有少量細菌生長，你如何解釋這一現象？

設計意圖：學生在真實研究情境下，基于模擬實驗操作和對實驗現象觀察，討論并提出解釋，能夠從宏觀的角度觀察到耐藥菌產生的過程，對“進化”以及“自然選擇”的概念有了更直觀的認識和理解。

②結合實驗結果構建概念模型。

學生從宏觀視角切入，由根據生物進化知識，以小組為單位構建簡單的細菌變異進化模型圖，直觀地呈現自己對實驗現象的解釋。然后，教師根據小組匯報及學生制作的模型圖提出修訂建議。結合現實生產情境，教師補充細菌所處環境條件特點，引導學生思考如果改變部分因素會導致的變化；引導學生應用虛擬實驗相關軟件模型控制環境變量，模擬自然條件的改變，進一步理解細菌數量與環境因素的聯系，使學生體會“自然選擇”的真實意義，深入思考耐藥菌產生機制。

設計意圖：學生通過構建概念模型，分析抗生素濫用帶來的影響，并深入復習基因頻率、種群進化等相關知識。小組制作模型圖可以提高學生的演繹-推理思維和批判思維。

（3）解決實際問題，升華情境。

教師引出當前抗生物濫用相關調查數據。各小組合作、分享有關耐藥性細菌傳播現狀和見解，嘗試從各界不同角度對現狀及數據進行評估，并在小組間進行交流和分享。

設計意圖：真實的數據可以讓學生切實體會到抗生素應用問題的復雜性，同時給予學生進行科學決策的情境條件。

3 應用社會性科學議題進行高中生物學教學的反思

傳統的生物學高三復習課教學通常以專題知識梳理復習和習題訓練為主要策略，無論是是學習內容還是方式多與新課有所重合，難以激發學生的學習興趣和動力，且概念復習與習題訓練更是在復習課和講評課中相互獨立的，這會導致知識的學習與能力的訓練互相割裂，不利于培養學生的科學思維和“學以致用”的能力。教師利用SSI情境教學，從新的角度開展復習，讓學生在連貫且復雜的情境中應用知識，在復習核心知識的同時，關聯知識，提升歸納總結的科學思維，也可讓教師更全面地評估學生復習效果。

由于高三復習時，學生已經具備的一定的知識水平和相關生活經驗，因此選擇社會性科學議題并設計學習任務時，教師需要深入分析學情，通過合理地設計問題串、準備科研參考資料、動態地關注學生表現等增強復習課教學設計的合理性。同時，在評價方面，教師也可以在高三復習紙筆測評中融入SSI情境，設置相關試題情境和開放性設問，以此評估學生能否綜合運用知識模型，或能否提出合理的問題解決方案，進而分析學生的學業水平和科學思維層次。

總體來說，實踐是檢驗真理的標準，SSI情境教學在生物學課堂上可以使生物學知識與社會實際緊密聯結，聚焦學生最關注的事件動態，提供讓學生獲得“學以致用”體驗的真實情境，在幫助學生串聯知識的同時，也綜合提升了學生的科學思維、社會責任等生物學學科核心素養。