高中生物主題情境教學(xué)創(chuàng)設(shè)策略探究

隨著《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》（2017年版2020年修訂）的深化實(shí)施，培養(yǎng)學(xué)生生命觀念、科學(xué)思維等核心素養(yǎng)成為教學(xué)改革的核心目標(biāo)。然而，生物學(xué)科情境教學(xué)實(shí)踐中情境創(chuàng)設(shè)依然存在碎片化、與學(xué)科核心內(nèi)容銜接不足、流于形式化等問題。情境教學(xué)作為連接科學(xué)理論與現(xiàn)實(shí)世界的橋梁，通過創(chuàng)設(shè)具身性、關(guān)聯(lián)性、挑戰(zhàn)性的主題情境，可有效激發(fā)學(xué)生的探究興趣，促進(jìn)深度學(xué)習(xí)。

一、微觀世界探索情境

微觀世界探索情境，是指在教學(xué)實(shí)踐中，教師借助先進(jìn)的技術(shù)手段，如顯微鏡成像、分子結(jié)構(gòu)模擬動畫等，引領(lǐng)學(xué)生深入探究細(xì)胞、分子等微觀層面的奧秘?！扒榫辰虒W(xué)法不僅提高了生物課堂的教學(xué)效果，還促進(jìn)了學(xué)生核心素養(yǎng)的培育。[”其在高中生物課堂中具有不可忽視的作用。一方面，能夠激發(fā)學(xué)生對未知微觀世界的好奇心，促使學(xué)生主動探索知識。另一方面，有助于培養(yǎng)學(xué)生敏銳的觀察力和積極的探究精神，提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。

例如，在《細(xì)胞的多樣性和統(tǒng)一性》教學(xué)時(shí)，教師可利用顯微鏡，讓學(xué)生親自觀察植物根尖細(xì)胞、人的口腔上皮細(xì)胞、酵母菌細(xì)胞等多種細(xì)胞。在觀察過程中，學(xué)生能夠直觀地看到不同細(xì)胞在形態(tài)、大小等方面存在顯著差異，深刻理解細(xì)胞的多樣性。同時(shí)，在觀察細(xì)胞內(nèi)部結(jié)構(gòu)時(shí)，學(xué)生又會發(fā)現(xiàn)這些細(xì)胞都具有細(xì)胞膜、細(xì)胞質(zhì)等基本結(jié)構(gòu)，領(lǐng)會細(xì)胞的統(tǒng)一性。通過這樣的微觀觀察，學(xué)生不再局限于書本上的文字描述，而是親身感受細(xì)胞微觀世界的奇妙，加深對細(xì)胞相關(guān)知識的理解。

在本次教學(xué)中，教師提供顯微鏡及植物根尖細(xì)胞、口腔上皮細(xì)胞、酵母菌細(xì)胞玻片標(biāo)本，創(chuàng)設(shè)“微觀細(xì)胞觀察站”情境，學(xué)生分組操作顯微鏡，記錄不同細(xì)胞的形態(tài)、大小差異（如根尖細(xì)胞呈長方體、酵母菌細(xì)胞呈卵圓形），歸納多樣性特征。通過繪圖對比不同細(xì)胞的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)細(xì)胞膜、細(xì)胞質(zhì)等共有結(jié)構(gòu)，推導(dǎo)統(tǒng)一性結(jié)論。結(jié)合觀察結(jié)果，繪制細(xì)胞結(jié)構(gòu)模式圖，抽象概括細(xì)胞的共性與個性。通過情境教學(xué)，幫助學(xué)生掌握顯微鏡操作技能，在探究活動中學(xué)習(xí)觀察記錄與數(shù)據(jù)分析方法。

又如，在《蛋白質(zhì)是生命活動的主要承擔(dān)者》教學(xué)中，運(yùn)用微觀世界探索情境能讓學(xué)生深入理解蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能。教師借助分子結(jié)構(gòu)模擬軟件，展示蛋白質(zhì)復(fù)雜的空間結(jié)構(gòu)，從一級結(jié)構(gòu)的氨基酸排列順序，到二級結(jié)構(gòu)的α-螺旋和β-折疊，再到三級結(jié)構(gòu)和四級結(jié)構(gòu)的形成。通過動畫演示不同結(jié)構(gòu)層次如何決定蛋白質(zhì)的功能，如血紅蛋白獨(dú)特的空間結(jié)構(gòu)使其能夠高效地運(yùn)輸氧氣。讓學(xué)生從微觀分子層面認(rèn)識到蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的特點(diǎn)，體會微觀世界中分子結(jié)構(gòu)對生命活動的關(guān)鍵影響。

在教學(xué)中，教師利用PyMOL分子模擬軟件，構(gòu)建動態(tài)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫，創(chuàng)設(shè)“分子工程師”情境，通過軟件旋轉(zhuǎn)、拆解血紅蛋白分子，依次觀察一級（氨基酸序列）、二級（α-螺旋）、三級（空間折疊）結(jié)構(gòu)，動畫演示氧氣與血紅蛋白結(jié)合時(shí)的構(gòu)象變化，引導(dǎo)學(xué)生分析“結(jié)構(gòu)改變?nèi)绾斡绊戇\(yùn)輸功能”，設(shè)計(jì)基因突變情境（如鐮刀型細(xì)胞貧血癥），讓學(xué)生推測結(jié)構(gòu)變化對功能的影響，讓學(xué)生從被動觀察到主動分析，再到遷移應(yīng)用，形成“感知一理解一創(chuàng)造”的深度學(xué)習(xí)鏈條，在微觀探索中，學(xué)生不僅掌握了生物學(xué)知識，更在操作實(shí)踐中發(fā)展科學(xué)探究能力，同時(shí)通過結(jié)構(gòu)功能關(guān)系理解深化生命觀念。

二、生命歷程情境

生命歷程情境，是圍繞細(xì)胞從產(chǎn)生、生長、分化、成熟，直至衰老和凋亡的整個動態(tài)過程，創(chuàng)設(shè)一系列與細(xì)胞生命歷程各階段相關(guān)的教學(xué)情境。“綜合運(yùn)用情境化教學(xué)，引領(lǐng)學(xué)生借助情境學(xué)習(xí)，理解、消化抽象的生物知識，以更加具象化的方式幫助學(xué)生形成感性認(rèn)識，培養(yǎng)學(xué)生的高階思維，發(fā)展學(xué)生的核心素養(yǎng)。[2]”在高中生物課堂中運(yùn)用生命歷程情境，能幫助學(xué)生構(gòu)建起系統(tǒng)的生命觀念，理解生命是一個連續(xù)且有序變化的過程，例如，在《細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)和功能》教學(xué)中，可結(jié)合細(xì)胞的生命歷程來講解細(xì)胞膜的動態(tài)變化。在細(xì)胞分裂過程中，細(xì)胞膜會進(jìn)行一系列的變形和融合，以完成細(xì)胞的分裂過程。通過展示細(xì)胞分裂過程中細(xì)胞膜變化的視頻或動畫，讓學(xué)生理解細(xì)胞膜不僅具有保護(hù)細(xì)胞、物質(zhì)運(yùn)輸?shù)瘸Ｒ?guī)功能，還在細(xì)胞生命歷程的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)發(fā)揮著不可或缺的作用，如確保細(xì)胞分裂過程中遺傳物質(zhì)的平均分配和新細(xì)胞的正常形成。

在本次主題情境教學(xué)中，首先引導(dǎo)學(xué)生觀察現(xiàn)象，即學(xué)生觀看視頻或動畫，直觀地看到在細(xì)胞分裂過程中，細(xì)胞膜發(fā)生的一系列變形和融合現(xiàn)象。這一過程引起學(xué)生的好奇心，激發(fā)他們進(jìn)一步探究的欲望。接著提出問題，教師引導(dǎo)學(xué)生思考細(xì)胞膜在細(xì)胞分裂中的作用，如“細(xì)胞膜的變形和融合是如何確保細(xì)胞分裂順利進(jìn)行的？”“這種變化與細(xì)胞膜的常規(guī)功能有什么聯(lián)系？”等問題，促使學(xué)生深入思考。接著引導(dǎo)學(xué)生分析推理，學(xué)生結(jié)合已學(xué)的細(xì)胞膜保護(hù)細(xì)胞、物質(zhì)運(yùn)輸?shù)瘸Ｒ?guī)功能知識，分析細(xì)胞膜在細(xì)胞分裂這一特殊過程中的作用。他們逐漸認(rèn)識到細(xì)胞膜在確保細(xì)胞分裂過程中遺傳物質(zhì)的平均分配和新細(xì)胞的正常形成方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用，理解細(xì)胞膜功能的多樣性和重要性。最后總結(jié)歸納，通過對上述探究過程的總結(jié)，學(xué)生不僅加深了對細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)和功能的理解，還認(rèn)識到細(xì)胞生命歷程對細(xì)胞結(jié)構(gòu)和功能的影響，進(jìn)一步構(gòu)建起系統(tǒng)的生命觀念。

例如，在《細(xì)胞的增殖》教學(xué)時(shí)，以植物根尖分生區(qū)細(xì)胞的增殖為例，創(chuàng)設(shè)完整的生命歷程情境。展示根尖分生區(qū)細(xì)胞從間期進(jìn)行物質(zhì)準(zhǔn)備，DNA復(fù)制和相關(guān)蛋白質(zhì)合成，到分裂期依次經(jīng)歷前期、中期、后期和末期，染色體規(guī)律性地分離和分配，最終形成兩個子細(xì)胞的連續(xù)過程。通過圖片、動畫等形式呈現(xiàn)這一過程，讓學(xué)生清晰地看到細(xì)胞增殖是如何有條不紊地進(jìn)行的，理解細(xì)胞增殖在生物體生長、發(fā)育和繁殖中的基礎(chǔ)作用，體會生命在細(xì)胞層面不斷延續(xù)和發(fā)展的奧秘。

本次主題情境教學(xué)中，先引導(dǎo)學(xué)生通過觀看圖片和動畫，清晰地看到細(xì)胞增殖過程中各個階段的形態(tài)變化，如間期的物質(zhì)準(zhǔn)備、分裂期染色體的規(guī)律性分離等，對細(xì)胞增殖有了直觀的認(rèn)識。教師引導(dǎo)學(xué)生按照細(xì)胞增殖的時(shí)間順序，梳理各個階段的主要特征和變化，幫助學(xué)生理解細(xì)胞增殖是一個有條不紊、高度有序的過程。學(xué)生在梳理過程的基礎(chǔ)上，思考細(xì)胞增殖在生物體生長、發(fā)育和繁殖中的作用，深刻理解細(xì)胞增殖的基礎(chǔ)作用和重要意義。通過探究，學(xué)生體會到生命在細(xì)胞層面的不斷延續(xù)和發(fā)展，進(jìn)一步強(qiáng)化了他們的生命觀念，認(rèn)識到細(xì)胞生命歷程是生命活動的基礎(chǔ)。

三、生態(tài)環(huán)境情境

生態(tài)環(huán)境情境，是將細(xì)胞與細(xì)胞所處的外部生態(tài)環(huán)境緊密關(guān)聯(lián)起來，從細(xì)胞在不同生態(tài)環(huán)境中的生存策略、物質(zhì)與能量交換方式等角度出發(fā)，構(gòu)建教學(xué)情境。“在情境教學(xué)中，學(xué)生通過探究問題的過程，逐步掌握了科學(xué)思維方法，形成了科學(xué)思維習(xí)慣。[3]”在高中生物課堂運(yùn)用生態(tài)環(huán)境情境，有利于幫助學(xué)生建立整體的生物學(xué)觀念，使學(xué)生認(rèn)識到細(xì)胞不是孤立存在的，而是與周圍環(huán)境相互作用、相互影響。同時(shí)，能夠培養(yǎng)學(xué)生從生態(tài)系統(tǒng)的宏觀角度理解細(xì)胞微觀生命活動的能力。

例如，在《主動運(yùn)輸與胞吞、胞吐》教學(xué)中，以生活在高鹽環(huán)境中的鹽生植物細(xì)胞為例。鹽生植物細(xì)胞為了適應(yīng)高鹽的土壤環(huán)境，需要通過主動運(yùn)輸?shù)姆绞轿沾罅康臒o機(jī)鹽離子，以維持細(xì)胞內(nèi)的滲透壓平衡，保證細(xì)胞能夠從外界吸收水分。通過講解鹽生植物細(xì)胞的這種主動運(yùn)輸機(jī)制，讓學(xué)生理解細(xì)胞的物質(zhì)運(yùn)輸方式與所處生態(tài)環(huán)境的適應(yīng)性關(guān)系。

在本次主題情境教學(xué)中，以“沙漠綠洲中的生存智慧”為主題，展示鹽生植物（如堿蓬）在高鹽土壤中生長的圖片，創(chuàng)設(shè)“植物逆境求生”情境。接著構(gòu)建問題鏈，即為什么鹽生植物能在鹽堿地存活？（引導(dǎo)學(xué)生思考滲透平衡）細(xì)胞如何主動積累無機(jī)鹽？（關(guān)聯(lián)主動運(yùn)輸機(jī)制）通過對比實(shí)驗(yàn)，設(shè)計(jì)淡水植物與鹽生植物細(xì)胞在不同濃度鹽溶液中的滲透實(shí)驗(yàn)（虛擬仿真），觀察細(xì)胞形態(tài)變化。繪制“鹽生植物細(xì)胞滲透調(diào)節(jié)模型”，標(biāo)注主動運(yùn)輸通道蛋白的作用，解釋其與環(huán)境的適應(yīng)性關(guān)系。

例如，在《細(xì)胞呼吸的原理和應(yīng)用》教學(xué)時(shí)，可結(jié)合不同生態(tài)環(huán)境中生物的細(xì)胞呼吸特點(diǎn)。在寒冷的北極環(huán)境中，北極熊等動物的細(xì)胞呼吸強(qiáng)度相對較高，以產(chǎn)生足夠的熱量維持體溫。而在炎熱干旱的沙漠環(huán)境中，仙人掌等植物的細(xì)胞呼吸方式在白天會有所調(diào)整，減少水分散失的同時(shí)，保證能量供應(yīng)。通過這些例子，讓學(xué)生明白生態(tài)環(huán)境因素，如溫度、水分等，會影響細(xì)胞呼吸的速率和方式，使學(xué)生從生態(tài)環(huán)境的角度深入理解細(xì)胞呼吸的原理和意義。

在本次主題情境教學(xué)中，以“極端環(huán)境中的生命密碼”為主題，對比北極熊（寒冷）與仙人掌（干旱）的生存策略，創(chuàng)設(shè)“生命適應(yīng)挑戰(zhàn)”情境。教師提供北極熊與仙人掌的代謝速率數(shù)據(jù)，分析溫度、水分對細(xì)胞呼吸強(qiáng)度的影響。引導(dǎo)學(xué)生分組討論“北極熊如何通過細(xì)胞呼吸維持體溫？（有氧呼吸產(chǎn)熱）”“仙人掌白天關(guān)閉氣孔時(shí)如何調(diào)整呼吸方式？（夜間固定 C0₂ 的景天酸代謝途徑）”，運(yùn)用控制變量法分析環(huán)境因素對細(xì)胞呼吸的影響。

四、科學(xué)史情境

科學(xué)史情境，是在教學(xué)過程中，系統(tǒng)地介紹生物學(xué)發(fā)展歷程中具有里程碑意義的科學(xué)發(fā)現(xiàn)、經(jīng)典實(shí)驗(yàn)以及科學(xué)家們的探索故事，創(chuàng)設(shè)起一個充滿科學(xué)探索精神的教學(xué)情境?！翱茖W(xué)史在生物學(xué)教學(xué)中具有舉足輕重的作用，能幫助學(xué)生厘清知識的來龍去脈，發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維和科學(xué)探究能力。[4]”在高中生物課堂運(yùn)用科學(xué)史情境，能夠讓學(xué)生了解科學(xué)研究的方法和歷程，體會科學(xué)發(fā)展的曲折性和進(jìn)步性。同時(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維和科學(xué)態(tài)度，激發(fā)學(xué)生對科學(xué)研究的興趣和追求真理的精神。

例如，在《核酸是遺傳信息的攜帶者》教學(xué)中，介紹格里菲思的肺炎雙球菌體內(nèi)轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)和艾弗里的體外轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)。講解格里菲思如何通過將無毒的R型細(xì)菌和加熱殺死的S型細(xì)菌混合后注射到小鼠體內(nèi)，發(fā)現(xiàn)小鼠死亡并從體內(nèi)分離出有毒的S型細(xì)菌，提出“轉(zhuǎn)化因子”的概念。接著講述艾弗里如何通過一系列嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)驗(yàn)，逐步證明DNA是遺傳物質(zhì)。通過這一科學(xué)史情境，讓學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)家們?nèi)绾芜\(yùn)用假設(shè)、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證等科學(xué)方法，探索遺傳物質(zhì)的本質(zhì)，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究思維。

在本次主題情境教學(xué)中，以“破解生命密碼的競賽”為主題，講述20世紀(jì)40年代科學(xué)家對遺傳物質(zhì)的激烈爭論，創(chuàng)設(shè)“科學(xué)探索者”情境。學(xué)生分組扮演格里菲思、艾弗里團(tuán)隊(duì)，模擬實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。格里菲思組：設(shè)計(jì)“加熱殺死S型菌 +R 型菌”混合實(shí)驗(yàn)，分析小鼠死亡原因（提出轉(zhuǎn)化因子假設(shè)）。艾弗里組：設(shè)計(jì)酶解實(shí)驗(yàn)（蛋白酶、RNA酶、DNA酶處理S型菌提取物），驗(yàn)證轉(zhuǎn)化因子本質(zhì)。引導(dǎo)學(xué)生通過排除法推導(dǎo)DNA是遺傳物質(zhì)。通過主題情境引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)“假設(shè)一驗(yàn)證一修正”的研究方法，掌握自變量控制與因變量分析技能。

例如，在《細(xì)胞核的結(jié)構(gòu)和功能》教學(xué)時(shí)，介紹美西螈核移植實(shí)驗(yàn)。講述科學(xué)家將黑色美西螈胚胎細(xì)胞的細(xì)胞核移植到白色美西螈去核卵細(xì)胞中，結(jié)果發(fā)育成的美西螈都是黑色的。通過這一實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生了解細(xì)胞核在控制生物性狀遺傳方面的重要功能。同時(shí)，引導(dǎo)學(xué)生思考實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的巧妙之處以及可能存在的不足，體會科學(xué)研究是在不斷探索和完善中前進(jìn)的，培養(yǎng)學(xué)生批判性思維和科學(xué)態(tài)度。

本次情境主題教學(xué)中，以“細(xì)胞的控制中心之謎”為主題，展示20世紀(jì)50年代科學(xué)家對細(xì)胞核功能的探索，創(chuàng)設(shè)“細(xì)胞工程師”情境。教師提供核移植實(shí)驗(yàn)步驟圖，學(xué)生分組討論，“為什么選擇胚胎細(xì)胞的細(xì)胞核？（全能性高）”“如何確保實(shí)驗(yàn)結(jié)果是由細(xì)胞核而非細(xì)胞質(zhì)決定的？（設(shè)置對照組：未去核卵細(xì)胞）”討論基礎(chǔ)上繪制“細(xì)胞核控制生物性狀的路徑圖”，標(biāo)注細(xì)胞核通過DNA控制蛋白質(zhì)合成的過程。通過主題情境教學(xué)引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用類比推理理解抽象概念。

結(jié)束語

高中生物主題情境教學(xué)通過構(gòu)建“微觀世界探索一生命歷程演進(jìn)一生態(tài)環(huán)境一關(guān)聯(lián)科學(xué)史探究”四維情境體系，實(shí)現(xiàn)了核心素養(yǎng)培育與生物學(xué)知識的深度融合。微觀情境以技術(shù)手段突破認(rèn)知局限，生命歷程情境凸顯動態(tài)發(fā)展觀念，生態(tài)情境強(qiáng)化系統(tǒng)思維，科學(xué)史情境滲透探究精神。這些策略不僅破解了傳統(tǒng)教學(xué)中概念抽象化、知識碎片化的難題，更通過真實(shí)問題驅(qū)動與跨維度情境聯(lián)動，促進(jìn)學(xué)生形成生命觀念的整體性認(rèn)知、科學(xué)思維的批判性發(fā)展、科學(xué)探究的實(shí)踐能力以及社會責(zé)任的主動擔(dān)當(dāng)。

參考文獻(xiàn)

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