高中生物学教学中,利用情境教学培养学生科学思维的探索

【摘要】本文论述在高中生物教学中利用情境教学法培养学生科学思维的途径，分享通过创设情境培养学生发散思维能力、模型与建模能力以及演绎推理能力的教学案例，提出创设具有生物学学科特点、符合学生发展规律和多元情境的建议。

【关键词】情境教学 科学思维 高中生物

【中图分类号】G63 【文献标识码】A

【文章编号】0450-9889（2022）11-0125-04

《普通高中生物学课程标准（2017年版2020年修订）》明确提出高中生物学教学要以培养和发展学生生物学学科核心素养为主要目标，再次明晰了生物学科的育人价值，即通过学习逐步形成正确的价值观念、必备品格和关键能力。如何在常规教学中培养学生具备生命观念、科学思维、科学探究和社会责任等方面的生物学学科核心素养，成为目前生物学科的热点话题。培养科学思维，具体来说就是培养学生的发散性思维，演绎与推理、模型与建模等能力，进而发展学生的批判性思维和创造性思维等思维品质。

一、当前高中生物学教学中学生思维培养现状与情境教学

在现阶段高中生物课堂中，由于受传统教育观念的影响，有些教师在课堂上依然以知识传授为主，让学生当“合格的听众”，要求学生机械记笔记，却没有充分关注学生的主体地位，“自主—合作—探究”的学习模式形同虚设;教师提问大多面向全体学生，而学生个体思维水平参差不齐，他们曾经接受教育的方式、学习的环境等都存在差异，这些缺乏针对性的提问并不能提高课堂效率;“题海战术”仍屡见不鲜，大量低层次的重复的练习题不仅浪费了学生的时间，还大大降低了学生学习生物学的兴趣，也不利于学生思维的发展。

为了解决上述问题，笔者经过多年的探索，采用情境教学法进行授课，以期培养和发展学生的科学思维。情境教学法是指在教学过程中，教师有目的地引入或创设具有一定情绪色彩的、以形象为主体的生动具体的场景或环境，让学生借助各种探究手段和活动，以及与主题相关的各类资源，产生一定的情感反应，并鼓励学生主动参与、主动探索、主动思考、主动实践，促进学生生物学学科核心素养提高。

在高中生物学教学中采用情境教学法主要有两方面的优势：一是可以有效提高课堂教学效率。教师将具有趣味性、代入感强的情境引入课堂，能有效激发学生的学习兴趣。在情境的引导下，学生积极探究和思考，运用所学知识和方法分析问题、解决问题，学习效率高。二是能让不同层次的学生都得到充分的锻炼。情境教学法强调以学生为主体，重视学生的学习体验。在情境中，不同学生有不同的学习感悟，他们围绕教师创设的情境观察现象、提出问题，合作探究，解决问题，获得知识和技能，发展合作精神，深化科学思维。

二、在高中生物学教学中利用情境教学法培养学生科学思维的实践

对培养和发展学生科学思维的教学模式的研究，已引起高中生物学教师的广泛关注。教师需要转变传统的教育理念，把“教师的教”转变成“学生的学”，真正做到以学生为主体，给学生更多的时间和空间。教师在教学中创设有意义的教学情境是培养学生的科学思维的一条重要的途径，下面笔者结合多年的教学实践进行举例说明。

（一）培养发散思维能力

面对不同情境问题，学生是否能够从不同方向和角度进行全方位的思考、探索答案，与其是否具备发散思维能力息息相关。发散性思维是一种求异性、分散性、扩散性思维。教师在教学过程中应充分利用情境教学法，在传授学生知识的同时教给他们发散思维的方法，这样既可以活跃教学氛围，促进学生养成正确的思维打开方式，又可以帮助学生提高演绎归纳、综合分析能力以及综合素质。

以教授“渗透作用”的概念为例。教师首先创设一个真实实验情境：教师展示如图1所示的渗透装置，然后从半透膜概念（水分子可以自由透过而蔗糖分子不能自由透过的薄膜）及渗透的条件（有半透膜和膜两侧有物质的量浓度差）两个不同角度，设置一系列问题从而创设问题情境：如果将半透膜换为纱布（全透），会出现什么现象？如果将半透膜换成塑料薄膜（完全不透），又会出现什么现象？如果将漏斗内溶液也换成清水或将烧杯内溶液换成等浓度的蔗糖溶液，会出现什么现象？如果将半透膜两侧的溶液交换位置，又会出现什么现象？学生在教师设问的引导下，以自主、合作、探究的学习方式，从不同角度全面而准确地思考、解决问题，发展发散思维能力。

（二）培养模型与建模能力

模型是人们为了某种特定目的而对认识对象所进行的一种概括性的描述，有的借助具体的实物或其他形象化的手段，有的则通过抽象的形式来表达。教师可以在高中生物学教学中利用情境教学法，渗透模型思想，帮助学生系统、完整地学习和理解新知识，培养学生的建模能力，从而提高学生的科学素养和科学探究能力。

物理模型是以实物或图片形式直观地表达认识对象特征的模型。以教授“细胞的结构和功能”为例。教师设置“模型展示”情境：教师事先要求学生根据自学获得的知识自制生物膜模型，并在课堂上展示出来。

师：同学们，我们先请几位同学上来展示一下他们制作的生物膜模型。

（生1展示模型如图2所示）

生1：我的模型是用彩泥做的，小球代表磷脂分子的头部，钢丝代表磷脂分子的尾部，蓝色小球代表的是多糖，多糖与蛋白质结合在一起形成糖被。

师：生1的模型做得很好。通过这一模型我们可以看到，磷脂分子之间是有一点点空隙的还是密不透风的？

生：是有一点点空隙的。

师：（小结并拓展）是的，磷脂分子之间是有一点点空隙的。所以，有些物质实际上是可以直接从磷脂双分子层当中透过的，这就是我们这节课要学习的内容——物质跨膜运输的实例。

学生充分展示，大胆表达，在讲解自己作品的过程中进一步完善对生物膜结构的认识，理解“生物膜的功能之一是控制物質进出”。学生在这一过程中构建物理模型进行生物学研究，发展结构与功能的生命观念以及科学探究的核心素养。

数学模型指用来描述一个系统或它的性质的数学形式。在高中生物课堂上，教师运用数字和推理，将扑朔迷离的生物问题转换为简洁明了的数学语言，创设科学的数学模型，能够更直观地揭示生命活动的本质规律，从而提高生物学教学的效率。

以教学减数分裂中染色体、DNA分子的数量变化为例。减数分裂是高中生物学课程的重难点，比如染色体、染色单体、DNA分子的数量变化等知识点，学生经常混淆导致出错。教师教授减数分裂的基本概念、各时期的基本特征以及染色体的变化形式等内容后，让学生自主绘制染色体、染色单体和DNA分子数量在各时期变化的柱状图，学生之间相互讨论，分享各自的理解，最后教师在黑板上呈现图3，并结合图像给学生讲解相关知识，同时利用数学模型更进一步解读细胞分裂各时期的染色体，染色单体和DNA分子数量变化及特征，这可以使学生更加直观地理解这三者的变化关系，记忆更为深刻。

（三）培养演绎推理能力

演绎推理是从一般性前提，通过演绎得出具体结论，从而解决问题的推理方法。演绎与推理能力是科学思维素养中重要的思维品质之一。教师在生物学教学中利用情境教学法渗透科学思维中的演绎与推理等方法，可以帮助学生深化对核心概念的理解，使其感悟生物学思想。

以教授《基因指导蛋白质合成》为例，教师情境设计思路为：教师用拟人化的手法给学生讲述基因的故事，创设故事情境，让学生理解基因所在位置与蛋白质合成场所之间的关系，以及信使RNA的必要性。

师：（讲述故事）有一个基因，他想要合成胶原蛋白，让自己的主人脸蛋水嫩嫩，更加漂亮一点。可是他在细胞核当中出不去，而蛋白质只有在细胞质的核糖体当中才能合成。于是他想了一个办法。他以自己为模板，转录出了一段信使RNA（mRNA），并对信使RNA说，你出去告诉核糖体，合成漂漂亮亮的胶原蛋白。于是信使RNA出发了。信使RNA穿过核孔，从细胞核中逃了出来，来到了核糖体。他以自己为模板，让一个个氨基酸按顺序排列合成多肽。氨基酸一想到胶原蛋白基因的良苦用心，每次一牵手（脱水缩合），都感动得掉下泪来（脱水）。

师：请同学上台来简单地画出这个过程。

（学生完成绘图后，教师展示一道氨基酸脱水缩合的习题，学生思考完成）

教师把“基因”“信使RNA”“氨基酸”拟人化，让学生置身有趣的故事情境之中。这个故事中的每一个情节都蕴含生物学知识，既增强了学习的趣味性，大大激发学生的学习兴趣，又帮助学生加深对知识点的记忆。学生通过上台绘图锻炼了演绎能力，在解题中锻炼了推理能力。

又如教學“伴性遗传”。在学生已经充分掌握了基因的分离定律和假说演绎法后，教师引导学生探究果蝇的伴性遗传的机制。教师展示真实的不同眼睛颜色的果蝇杂交图片：红眼雌果蝇与白眼雄果蝇进行交配，得到F1，F1的果蝇均为红眼，再让F1中的雌雄果蝇进行杂交，得到F2，F2中的果蝇红眼∶白眼=3∶1，雌性果蝇均为红眼，雄性果蝇红眼∶白眼=1∶1。接着，教师引导学生通过反交实验的演绎推理判断果蝇控制眼睛颜色基因的位置。最后，教师在黑板上展示正确的推理过程，得出最后的结论：控制果蝇红白眼的基因位于X染色体上。这不仅能让学生更加熟悉课本内容，而且发展了学生的演绎推理能力。

三、通过创设有效教学情境实现发展学生科学思维的建议

创设有效的教学情境是当今高中生物教师应具备的重要的教学技能之一。有效的课堂应该是：创设教学情境—引导学生根据已有的知识、经验或自身的想象主动地对情境及问题进行思考、讨论、探究、分析、推理—解决问题—提升分析、解决问题等科学思维能力。在不断地解决问题的过程中，学生不仅加深对新知识的理解和应用，而且培养和发展了科学思维这一生物学学科核心素养。现笔者就情境教学在高中生科学思维培养与发展方面的应用提出两点建议。

（一）生物学科情境创设要有学科特点，符合学生的认知规律和需要

高中生已经具备了基本的认知结构体系，其记忆能力、想象能力发展迅速，对教师给予的与生物学相关的图片、视频、问题等内容，其思维的目的性、方向性更加明确，这都有利于情境教学的开展。然而受限于实验设备及技术手段，高中生对微观物质的认知不足。基于此，教师在生物学教学中创设情境是可行的，且创设情境时应多采用如图片、实物等具体的素材，与学生的生活实际联系起来，使情境具有逻辑性、目的性和启发性，符合学生认知水平。在教学与微观物质等相关的内容时，教师要尤为注意采用情境教学法，将抽象的知识具体化、可视化，激发学生的学习欲望，调动学生学习的积极性，提高学生学习的效率。

例如上文提到的教授《基因指导蛋白质合成》时，教师运用口语化、趣味化的语言创设故事情境，既极大地增强了学生的学习兴趣，又巧妙地切入了本节课需要学习的内容。学生将所学的生物学知识运用于现实生活解决实际问题。又如教授“细胞的结构和功能”，学生自主构建细胞三维结构模型，从选材到制作模型再到展示模型，在真实且具体的情境中将所学知识与生活实际结合，进一步发展科学思维。

（二）创设多元情境，注重科学思维能力的培养

多元情境指情境的类型多种多样。在传统的生物学教学中，教师最常创设的是生活实例类情境。事实上，教师还可以创设故事、问题、新闻、科学史等类型的情境，让学生在多元情境中思考、解决问题。

例如教授《细胞的衰老和凋亡》一课，教师可以有意识地创设个体衰老的故事情境：教师展示由自己1岁、5岁、15岁、25岁、35岁、45岁、55岁的照片制作成的《时间都去哪儿了》微视频，配以《时间都去哪儿了》背景音乐，再结合问题创设问题情境：请用一个生物学专业名词准确描述老师年龄变化趋势;个体衰老意味着所有细胞都衰老吗？细胞衰老应该有哪些典型特征？怎样延缓衰老？引导学生对细胞衰老进行思考，引发学生敬畏生命、尊重生命，进而深度思考健康问题。

利用与社会热点或最新科技发展紧密相关的新闻创设情境导入课堂，能快速吸引学生的注意力，实现高效导入。如在教授《从生物圈到细胞》时，教师可以播放与新型冠状病毒相关的视频，如病毒特点及传播方式、患者症状以及各国的应对措施等，让学生在课堂之初就明确病毒的基本特点，通过与社会公共卫生问题相关的情境，引导学生不断思考、分析、讨论、探究，进而形成对新型冠状病毒的正确认识，有效地培养和发展学生的科学思维能力。

课堂中多种类型的情境交织，可以促使学生思维发生碰撞，学生在教师创设的特定情境中积极主动地探索知识，在理解、辨析中解决问题，迁移与运用知识，提高发散性思维、模型与建模、演绎与推理、归纳与概括等科学思维能力，最终促进学生科学思维的发展。

参考文献

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注：本文系广西教育科学规划2021年度课题“基于核心素养培养的高中生物情境教学实践研究”（2021C563）的研究成果之一。

作者简介：徐玉送（1967— ），广西阳朔人，高级教师，研究方向为生物教学。

（责编 刘小瑗）

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