例談運用情境提升科學探究素養的策略

周麗萍

生物學是研究生物的結構、功能、發生和發展規律的科學，是自然科學的一部分，理科課程不僅要落實基礎知識，還要注重培養解決問題能力和提升學科核心素養。《普通高中生物學課程標準（2017年版2020年修訂）》明確將科學探究作為生物學學科四個核心素養之一。科學探究的目標追求，包括掌握探究思路方法，包括培養實踐能力、合作能力、創新能力等關鍵能力，也包括養成探究精神、科學態度、團隊精神、創新精神等品格。培養學生的科學探究素養往往需要通過情境教學實現。教學情境就是指作用于學習主體，產生一定的情感反應的客觀環境。教學情境可以貫穿于全課一境到底，也可以是課的開始、課的中間或課的結束。

1 情境在生物學科學探究中的作用

1.1依托情境幫助學生探究基本概念

科學本質的知識屬性是科學哲學的范疇，教師如果僅以簡單的講授方式授課，學生會感到難以理解和接受。如果采用科學探究的方式，學生就能體驗親歷發現的快樂，參與知識的生成過程。對于一些復雜、抽象的生物學概念，學生很難深入理解，合理設置教學情境、創造學習氛圍就顯得尤為重要。種群是高中生物學中的一個重要概念，2019年人教版高中生物學《選修2·生物與環境》第一章第一節“種群的數量特征”的問題探討欄目以我國東北長白山脈北部地區的東北豹為情境展開教學，這個情境可以貫穿整節，比如研究調查東北豹種群密度方法，探究影響其種群密度的其他數量特征。

1.2以真實情境為素材組織科學探究

問題是思維的起點，科學探究以問題解決為目的。為了讓科學探究落到實處，為達到教學目標服務，創設好的情境就顯得尤為重要。教師通過創設學生樂于接受的與生活相關的真實學習情境，靈活多樣地組織教學，為學生的自主學習和積極主動的發展提供充分的空間。源于實際的真實情境更能引起學生興趣，激發學生在探究中發現和解決問題。表觀遺傳對于高中學生來說很抽象，教材設計了兩個真實的情境：柳穿魚花的兩種形態結構和小鼠毛色的遺傳。在分析理解了柳穿魚的輻射對稱花的產生是由于Lcyc 基因高度甲基化導致不表達后，教師繼續追問：Lcyc 基因的甲基化可以遺傳嗎？要回答這個問題就需要具體情境的支撐：Pilar等人把兩側對稱花和輻射對稱花雜交，子一代都是兩側對稱花，把兩側對稱花自交，子二代有兩側對稱花，也有輻射對稱花。根據這個真實情境，學生可以探究得出甲基化是可以遺傳的結論。接著根據子二代的比例并不是3∶1還可以進行進一步的深入探究。

2 在生物學科學探究中的情境創設途徑

德國一位學者曾有過一個精辟的比喻：“將15克鹽放在你的面前，無論如何你都難以下咽。但將15克鹽放入一碗美味可口的湯中，你就在享用佳肴時，不知不覺間將15克鹽全部吸收了。”鹽溶解在湯里，很容易被吸收；知識融入情境，才能進行遷移與應用。借助具體有效的教學情境開展教學活動是培養學生學科科學探究能力的最好形式。教師通過處理教材，以問題為導向，合理設置教學情境，激發學生思考和探究的欲望。教學情境有多種形式：生活情境、想象情境、模擬情境、沖突情境、科技情境、試題情境、實驗情境等。教師深入思考，挖掘與教材知識相關的素材，創設具有現實意義的教學情境，能鍛煉學生在閱讀、觀察、分析、推理、整合、語言表達、實驗操作等能力。優化課堂情境的創設途徑，實現有效探究，就顯得尤為重要。

2.1串聯問題，設計問題情境引發科學探究

美國著名哲學家、教育家、心理學家杜威認為教育的目的就在教育的過程之中。杜威提出五步教學法：一是教師創設疑難的情境；二是學生確定疑難的所在；三是提出解決疑難的各種假設；四是對這些假設進行推斷；五是驗證或修改假設。這種教學方法與遺傳學之父孟德爾的假說演繹法有異曲同工之妙，與高中生物學的思維方式很契合。在學生的“最近發展區”內，教師可以安排一個從易到難的任務序列，比如可以逐步增加任務的難度設置問題情境。

例如，在人教版《必修2遺傳與進化》的“伴性遺傳”的教學中，首先課前把學生分為親友團與咨詢團各若干個，讓親友團提前準備咨詢的問題，咨詢團結合遺傳學知識分析病情并給出建議。經過學生們的精心準備和教師的組織，創設了很多有探究意義的問題情境。親友團1提出以下情況：小王，女，患紅綠色盲，其父親也患此病，其母親正常，其丈夫正常，最近和丈夫計劃生育第3胎。如果你是他的遺傳咨詢師，你會給他們的優生優育提供什么建議？親友團2提出以下情況：妻子患抗維生素佝僂病但癥狀較輕，丈夫正常。你會給他們的優生優育提供什么建議？咨詢團按照遺傳咨詢的一般內容和步驟：身體檢查，了解家庭病史，診斷是否患病——分析遺傳方式——推算后代再發風險率——提出生育對策和建議。親友團3通過查找資料提出以下情況：家蠶的性別決定方式為 ZW 型。雄蠶桑葉利用率高，蠶絲質量高。家蠶體色的黑色對赤色為顯性，位于Z 染色體上，如何通過設計雜交方式，根據體色即可選擇雄蠶進行飼養。咨詢團同學就親友團同學提出的案例充分探究討論畫出遺傳圖解并進行演繹推理，對咨詢者提出的實踐問題提出合理建議。經過實例討論和探究，不斷修正方案，學生對于伴性遺傳的過程和本質有了深入理解，并能把抽象的遺傳學真實運用于生活實踐。生物學課程要求學生主動參與學習，親歷科學探究過程。科學探究是指能夠發現現實世界中的生物學問題，針對特定的生物學現象，進行觀察、提問、實驗設計、方案實施以及對結果的交流與討論的能力。學生通過這幾個問題情境中問題串的深入探究，教師在結果交流時進行正確引導和適度深化，促進了生物學核心素養的提升。

2.2融合實驗，設置實踐情境激發科學探究

生物學是一門實驗科學，教學過程重實踐的基本課程理念和“五育并舉”的要求均決定了生物學學科“做中學”的發展方向。查資料、做實驗是學生獲得生物學知識的直接途徑，教師通過合理設置情境，引導學生在探究性活動中解決實際問題，可以幫助學生建立學科自信、提高解決實際問題的能力。例如，在高中生物學《分子與細胞》檢測生物組織中的糖類、脂肪和蛋白質的實驗中，關于斐林試劑的使用方法是否一定要甲乙液等量混合均勻，是否一定要溫水浴加熱才能取得實驗結果。面對這些問題，鼓勵學生分組進行科學探究，分別改變使用試劑順序和用量以及是否水浴加熱，分組進行實驗，記錄實驗結果，根據結果反思實驗步驟的合理性。通過動腦設計和動手操作，學生明白了斐林試劑中和還原糖起作用的是新制的氫氧化銅的絡合物，不能長期保存，要現配現用，不經過水浴加熱也能產生磚紅色沉淀，但加熱反應更快，效果更好。綠葉中色素的提取和分離實驗在學生掌握實驗原理和方法步驟的基礎上，可以通過改變幾種植物材料，改長條濾紙為圓形濾紙等來開展探究實驗，通過讓學生動手操作來反思和優化實驗。有的小組對“不同植物葉片所含色素種類和含量有區別嗎？”的探究課題有興趣，于是選擇了菠菜葉、烏蘞莓和紅莧菜葉等作為實驗材料展開探究。有的小組通過討論，確定了“菠菜葉為什么會變黃？”的課題，就選擇新鮮的菠菜葉和變黃的菠菜葉作為對照進行實驗。有的小組在圓形濾紙圓心戳一小孔，將紙捻帶有色素的一端插入小孔，下端浸入層析液，不久就看到圓形濾紙上分離的各種色素的幾個同心圓。在實驗過程中，學生學會了主動思考質疑和設計探究，找到了科學探究的方法。

學生實驗是培養科學探究素養的基本途徑，體現了生物學實驗科學的特性，也是生物學考試的基本要求。通過設置實驗情境，嚴謹的科學探究與趣味性的實驗相融合，學生積極參與到實踐活動中，有助于提升學科能力。

2.3回顧經典，利用實驗情境深化自主探究

科學探究素養包括科學探究能力、對科學探究的認知和相關的情感意識三個方面，所以要從認知、能力和情意三個方面去提高學生的科學探究素養。人教版教材中有許多生物學發展史的內容，以科學史為情境，除了能滲透生命觀念和體驗社會責任，還能引發學生自主探究，在和科學家一起同思考共探究的過程中，發展學生的核心素養。例如，關于光合作用原理的探究歷程的經典實驗比較多，主要選擇如下表的實驗材料進行探究。教師展示實驗過程及現象，由學生小組分析討論并提出實驗結論。

通過自主探究，學生根據科學家們的經典實驗過程推斷出實驗結論，理解了光合作用的過程，在科學探究中提升了分析問題、交流討論、解決問題的能力，也領悟到科學理論的建立需要嚴謹求實的科學探索精神和鍥而不舍的科學探究態度。

運用材料和問題串等真實情境開展科學探究活動，不僅能提升能力，發展思維，還能幫助學生養成思考質疑、探究實踐的好習慣，深度培養學生的生物學科核心素養。

參考文獻：

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