信息技術與探究式學習融合策略在高中生物概念教學中的應用

寇珊珊　譚衛梅　吳立清　徐忠東

［摘 要］在新課標的指引下，探究式學習策略得到普遍應用。文章針對當前生物探究活動中存在的問題，就如何在高中生物概念教學中將信息技術與探究式學習相融合進行探討和研究，旨在利用信息技術手段助力學生有效開展探究式學習，為高中生物概念教學賦能。

［關鍵詞］信息技術；探究式學習；高中生物；概念教學

［中圖分類號］? ? G633.91? ? ? ? ［文獻標識碼］? ? A? ? ? ? ［文章編號］? ? 1674-6058（2023）17-0090-03

自《普通高中生物學課程標準（2017年版2020年修訂）》頒布以來，生物概念教學一直是研究熱點。高中生物的一些知識比較抽象微觀，學生難以理解，而部分教師仍采用“滿堂灌”“填鴨式”的教學方式，使得學生被動地接受知識，缺乏創新精神。探究式學習強調學生通過主動探究獲取知識，是對傳統學習方式的重大變革，有利于學生探究能力的培養。但是當前探究式學習中普遍存在探究資源有限、實驗探究缺乏和探究情境缺失等問題。信息技術能夠以圖文并茂、形象直觀、視聽結合的方式展現知識，使抽象的知識形象化、具體化，有利于激發學生的探究興趣，提高學生的學習效率。信息技術在生物探究式學習中具有資源性、工具性和情境性等特點。應用信息技術可以有效地解決探究式學習中的問題，助力學生有效開展探究式學習。教師可以利用信息技術構建資源庫，為學生提供豐富的探究資源，使學生可以依托豐富的資源進行探究。信息技術能夠為探究式學習提供技術工具，教師可以利用信息技術搭建虛擬仿真實驗室，助力學生進行實驗探究。教師可以利用信息技術創設教學情境，提高學生探究式學習的質量。

一、當前生物探究式學習中的問題

（一）探究資源有限

在傳統的生物探究式學習中，可供學生選擇的探究資源僅限于書本、教材和課外資料。在生物探究式學習中，教師常通過圖片展示靜態的知識內容，這樣可激發學生的學習興趣，但是對于動態的知識內容僅僅靠圖片呈現或依靠教師陳述，學生會缺乏深入理解，不能形成完整的知識體系，不利于培養學生的自主學習能力與探究能力。

（二）實驗探究缺乏

生物學是一門以實驗為基礎的學科，許多生命現象只有通過實驗才能得到解釋，所以實驗在生物教學中具有十分重要的地位和作用。實驗探究又是探究式學習中的重要組成部分。在實際生物實驗教學中，有些學校缺乏完備的實驗設備和器材，不足以支撐學生完成實驗，導致實驗探究難以開展。而部分教師僅靠圖片展示實驗探究過程，使得學生對實驗原理、實驗步驟等理解不透徹。在常規實驗教學中，存在著教師的演示實驗不易觀察、學生缺乏實驗操作機會、學生實驗操作不熟練或不規范而造成危險、學生缺乏實驗體驗而對相關知識不易記憶、實驗原理不易理解等瓶頸問題。在生物實驗教學中，有些實驗微觀抽象，如“用高倍顯微鏡觀察細胞質的流動”；有些實驗復雜耗時，如 “低溫誘導植物染色體數目的變化”“探究生長素類調節劑促進插條生根的最適濃度”“探究培養液中酵母菌種群數量的動態變化”等，這些需要花費大量的時間，僅靠一節課難以完成，因此教師常常通過圖片呈現形式來講解實驗內容，致使學生缺乏實驗探究機會，難以理解掌握相關實驗知識。

（三）探究情境缺失

探究式學習作為一種學習方式，必須依賴于一定的教學活動，而教學活動的設計要符合探究式學習的特點，只有兩者相互配合，才能實現學生探究能力的提升。在教學活動設計中，教學情境的設計尤為重要。教學情境是指教師在教學過程中創設的情感氛圍，探究式學習活動必須圍繞一定的教學情境而展開。學生只有處于真實情境中才能激發探究的欲望，很快進入學習狀態。當前的探究式學習活動存在“無情境、虛情境、假情境”的現象，部分教師直接開始新課教學，沒有創設情境，或者創設與教學內容無關的情境，又或者是創設了情境但所創設的情境脫離學生的實際生活，導致學生無法有效進行探究式學習。

二、信息技術與探究式學習的融合策略

（一）利用信息技術構建資源庫，豐富探究資源

信息技術能夠幫助教師豐富、拓展教學資源，特別是能突破教材的限制，為探究式學習活動的開展奠定基礎。教師可以利用信息技術構建資源庫，將搜集到的網絡信息資源導入資源庫中。在實際教學中，教師可以根據教學需要從資源庫中提取相關教學資源，助力學生探究式學習活動的開展。學生可以依托豐富的資源積極參與探究，提高探究效率。

科學探究包括文本探究和實驗探究兩種，其中科學史探究是文本探究的主要內容，高中生物教材僅呈現了部分科學史素材，且呈現形式也僅限文字、圖片，這樣學生一方面會因單調的圖片呈現提不起探究興趣，另一方面會因部分科學史的呈現方式而難以形成全面的認識，資源庫的構建可以很好地解決這一問題。例如，對于“細胞膜結構的探索”，教材只呈現了部分科學史素材，學生難以對知識形成全面的認識，所以教師在引導學生進行細胞膜結構探索時可從資源庫中選擇完備的科學史素材，并以時間軸的形式向學生呈現細胞膜結構探索的科學史，讓學生依據時間軸以小組合作的方式展開對細胞膜結構的探索。對于學生不了解的一些技術，教師可以圖片、視頻的形式進行講解說明。完備的科學史素材，多樣化的呈現方式，可以極大地激發學生的學習興趣和探究欲望。又如有關“酶本質的探索”的知識比較抽象微觀，學生難以理解，對此教師可以依據知識屬性和學生特點，從資源庫中選擇相應的科學史素材，并通過故事漫畫等形式呈現科學家有關酶本質的探索歷程。通過豐富的資源呈現促進學生有效開展探究式學習。再如教師在引導學生探究光合作用的過程時可以從資源庫中精心挑選相關資源，以動畫視頻的形式呈現光合作用的發現過程，調動學生視覺、聽覺等多種感官，讓知識點在學生頭腦中留下清晰深刻的印象，從而激勵學生深入探究。

（二）利用信息技術搭建虛擬仿真實驗室，助力實驗探究

虛擬仿真實驗室是一種利用計算機技術和虛擬現實技術搭建的教學平臺，具有直觀形象、安全環保等特點。虛擬仿真實驗室能夠高度還原真實世界的實驗環境、清晰演示實驗現象、透徹分析實驗原理、支持個性化探究等功能，能提供實驗方案、真實實驗視頻、三維仿真工具等豐富的資源，是教師開展實驗教學的好幫手，虛擬仿真實驗室能有效解決實驗探究中存在的諸多問題。能夠突破時間、空間和實驗條件的限制，為學生在探究方案的設計、探究環境的設置、探究步驟的實施、探究結果的評價等方面提供支持。虛擬仿真實驗室能夠有效改善當前生物探究式學習中實驗探究缺乏的狀況，助力學生有效開展探究式學習。

《普通高中生物學課程標準（2017年版2020年修訂）》中的“教學提示”部分明確了“觀察葉綠體和細胞質流動”“探究植物生長調節劑對扦插枝條生根的作用”等教學活動開展的必要性，但諸如此類探究實驗的開展存在諸多問題，如“觀察葉綠體和細胞質流動”實驗，實驗現象比較抽象微觀，再加上實驗過程中普遍存在學生實驗操作不規范、實驗儀器使用不熟練、實驗儀器設備老舊等問題，使得學生不能順利地完成實驗，導致不能觀察到或者不能清晰地觀察到實驗現象，最終學生因缺乏實驗體驗而導致對相關知識的不理解。為了解決上述問題，教師可引導學生利用虛擬仿真實驗室完成模擬實驗。借助虛擬仿真實驗室，學生不僅可以規范地完成臨時裝片的制作，還可以在觀察實驗現象的過程中利用虛擬顯微鏡輔助控制面板界面，精確地調節粗、細準焦螺旋，將視野調整至最佳，進而可以清晰地觀察到葉片細胞內葉綠體的形態分布和細胞質流動，從而實現對知識的清晰感知和深入理解。有些復雜的實驗，如“探究生長素類調節劑促進插條生根的最適濃度”，非常耗時，同樣可以利用虛擬仿真實驗室來完成模擬實驗。在實驗處理環節，學生可以利用虛擬仿真實驗室依次執行“等待8～12 h”的時間操作，得出不同濃度處理后植物插條的生根數目，并根據所獲實驗數據，呈現以生長素類調節劑的濃度為橫坐標、根的數目為縱坐標的曲線圖。通過曲線圖，學生可以快速找到生長素類調節劑促進插條生根的最適濃度。又如在開展“低溫誘導植物細胞染色體數目的變化”實驗時，教師可利用虛擬仿真實驗室給學生完整地呈現實驗目的、實驗原理、實驗器材、實驗步驟和實驗結論等。利用虛擬仿真實驗室可以完美地解決實驗耗時的問題，如在實驗步驟操作二中，待洋蔥長出1 cm左右的不定根時，拖動廣口瓶，將整個裝置放入冰箱的低溫室內（4 ℃），執行低溫誘導培養“48～72 h”的時間操作；在實驗步驟操作三中“剪取低溫誘導處理的根尖約0.5～1 cm”后，放入卡諾氏液中執行浸泡“0.5～1 h”的時間操作。在比較不同細胞染色體數目時，點擊“重新實驗”按鈕，進行重新實驗。如此利用虛擬仿真實驗室開展模擬實驗大大縮短了實驗操作時間。諸如此類虛擬實驗操作解決了時間、空間和實驗條件限制的問題，便于學生觀察實驗現象，豐富學生的探究體驗，助力學生有效開展實驗探究。

（三）利用信息技術創設教學情境，提高探究質量

探究式學習的本質是圍繞情境問題開展探究式學習活動，探究式學習注重問題的解決，強調學生的“主動參與”“深入探究”。利用信息技術可以創設問題情境供學生分析和思考，豐富探究的內涵和提升探究的質量。從心理學的角度來看，創設適當的問題情境可以激發學生的學習興趣，喚起學生的求知欲，激勵學生去探索新知。

教師可以聯系學生的生活實際創設問題情境，并通過多媒體將問題情境呈現給學生。例如在“體液免疫”的教學中，教師可以利用微視頻創設有關甲型流感病毒的問題情境，導入新課學習。以社會熱點甲型流感病毒導入，聯系學生生活實際，能夠很好地激發學生的學習興趣。教師可引導學生觀看人體應對流感病毒的動畫微課，利用微課的直觀生動性增強學生對概念的感知，激發學生的探究欲望。又如在“細胞的能量‘貨幣’ATP”一課的導入環節中，教師先為學生播放“螢火蟲發光奧秘”的微課，再結合微課給學生講解螢火蟲的發光原理和螢火蟲發光所需能量的實驗揭秘，然后創設“為螢火蟲提供能量的ATP到底是什么物質呢？它為什么能為生命活動提供能量呢？”等問題情境，激發學生的探究興趣，引導學生開展ATP結構與功能的內容探究。教師也可以結合社會熱點創設問題情境，如在“基因突變”的教學中，教師先為學生呈現兩組圖片，第一組圖片是神舟十四號返回艙在2022年12月4日成功返回地面的畫面，第二組圖片展示的是經過空間站120天培育生長的水稻種子，隨后拋出問題：“隨著返回艙返回地面的不僅有三位航天員，還有經過空間站120天培育生長的水稻種子，那么為什么要將水稻種子帶到太空中去呢？帶著這個疑問我們開始今天的生物學習?！币源藙撛O問題情境，導入新課“基因突變”的學習。

教師還可以利用多媒體呈現趣味故事，創設教學情境。例如在“孟德爾的豌豆雜交實驗”的教學中，教師利用多媒體呈現孟德爾的生平故事，利用故事情節增強生物的趣味性，從而使學生產生學習生物的興趣，進而深入探究生物現象和問題?；蛲蛔兊膶嵗牋罴毎氀獣r，教師可以20世紀初患病黑人青年和醫生的故事來創設教學情境，以此吸引學生的注意力，激發學生的學習興趣，促使學生展開深入探究。

綜上所述，信息技術與探究式學習的融合有效解決了當前探究式學習中存在的問題。信息技術作為探究式學習的助推劑，可以使高中生物課堂呈現出嶄新的面貌，讓學生更加積極主動地參與實驗探究。信息技術與探究式學習的融合是時代發展的需求，也是教學改革的必然。作為新時代的教師，應積極投身實踐，以促進信息技術與探究式學習深度融合。

［? ?參? ?考? ?文? ?獻? ?］

［1］? 左佩川. 微視頻在高中生物學概念教學中的應用研究［D］.成都：四川師范大學，2021.

［2］? 左軍.利用信息技術開展高中生物學探究式教學的策略［J］.中小學電教（教學），2022（1）：25-27.

［3］? 劉玉冰.信息技術與高中生物教學有效整合的策略研究［J］.智力，2022（22）：52-55.

［4］? 關海霞.信息技術與初中生物實驗教學融合的實踐探討［J］.中國新通信，2022（10）：221-223.

［5］? 秦曉靜.基于信息技術的高中生物概念教學探究［J］.高考，2020（7）：88.