以多元化的生物情境教学培育学生的科学思维

（江苏省姜堰中学 江苏泰州 225500）

2016年10月11日教育部考试中心在《中国教育报》上发表文章：“探索构建高考评价体系 全方位推进高考内容改革”，提出“一体四层四翼”的高考评价体系。其中，四层中的第三圈层指的是“学科素养”，考查要求学生能够在不同情境下综合利用所学知识和技能处理复杂任务，具有扎实的学科观念和宽阔的学科视野，并体现出自身的实践能力、创新精神等内化的综合学科素养。“科学思维”是指尊重事实和证据，崇尚严谨和务实的求知态度，运用科学的思维方法认知事物、解决实际问题的思维习惯和能力。下面从模型构建、研读科学史、实体观测、想象建构等方面构建情境，引导学生能够基于生物学事实和证据归纳与概括、演绎与推理、模型与建模、批判性思维等方法，探讨、阐释生命现象及规律。

1 演绎模拟情境，感悟科学的现象解释性

生物学科虽然属于理科序列，但其理科特征不如数理化那样明显，计算推理较少，但对概念的理解占有很大的比例。学生在生活经历中，形成了自己对某些现象的认知。教师在教学中可出示相似的生活情景，让学生展示出自己的错误认知，再引导学生层层分析系列案例以及问题链，对错误理解展开解剖，最终形成正确的认知。

例如，在进行血糖调节的教学中，教师展示正常人血糖浓度变化曲线（图1），提出问题：血糖的测定为何需要空腹进行？饭后血糖的浓度变化有何特点？正常的血糖浓度大约为多少？血糖长期偏高可能会诱发什么疾病？该疾病发生直接原因是什么？学生根据自己的生活经历，可回答出上述问题的答案，但无法说明胰岛素缺乏为何会导致糖尿病的发生。

图1 正常人血糖含量变化曲线

该疑问是新知识研究的起点，教师可要求学生根据所学内容，回顾血糖的来源与去向。然后，教师再进行补充，在黑板上画出血糖来源与去向的示意图，并标上编号，如图2所示，并提出问题：胰岛素是通过对哪些途径的调节，实现对血糖降低的功能？学生根据图中各过程对血糖浓度的影响，指出胰岛素促进④⑤⑥，抑制①②③。

图2 血糖的来源和去向

在解决该问题的基础上，教师可告知学生：为了制衡胰岛素降低血糖的效果，维持血糖浓度的相对稳定，其实人体内还存在另一种提高血糖浓度的激素：胰高血糖素。教师追问：胰高血糖素是通过对哪些途径的调节，实现升高血糖的功能？学生根据图中各过程对血糖浓度的影响，指出胰高血糖素促进①②③，抑制④⑤⑥。

这些学生基于分析图形所形成的判断是有问题的。教师要注意如何让学生意识到自己认知上的错误：这两种激素不能对①过程发挥作用，胰高血糖素不能抑制④⑤⑥。教师先提出问题：激素一般是分布在人体的什么部位？食物中糖类的消化吸收在人体的什么部位？学生根据所学的内容可知：前者位于内环境中，后者是在消化道内。至此，学生即可得知①过程的发生与激素无关。教师追问：若胰高血糖素抑制④⑤⑥，对人体会产生什么影响？学生从去向④对人体能量的供应，可判定出胰高血糖素不能抑制④⑤⑥，否则会导致人体能量供应发生障碍。

教师联系生活实践，创设图形情景，以问题为媒介，让学生充分暴露出自己对新知识的错误理解；然后，引导学生联系所学知识，进行错误认知的纠正，最终形成正确的概念。

2 沉浸历史情境，品悟科学的开放修正性

卢梭说过：教育必须顺着自然——也就是顺其天性而为。教学过程中，往往是各段教学内容的衔接，在教学中实现自然过渡是课堂教学的灵魂。教材在编制时，一般会关注到各知识点之间的逻辑关系。自然科学的发现离不开众多科学家层层深入探究的过程。教师要注意利用科学史，创设问题情境，引导学生自然追寻新知识的生成。

例如，在进行植物生长素发现的教学中，重在对四位科学家的实验设计进行逻辑思维上的引导创设，结合学生的思维活动，可以按照如下步骤进行设计，见表1。

表1 生长素发现过程的教学设计

教师要关注到教学的起点与终极目标之间的关联性。科学史的情景化教学是新知识生成的重要方式，身处不同研究时代的科学家研究的着力点大都是对前人研究的可疑点深入分析得出的。在教学中，教师可引导学生通过对其实验设计及结论的分析，提出需要进一步探究的问题，以此作为新情境，激发学生继续深入探究。

此外，教师还可根据生命活动发展的过程，实现教学内容的自然过渡。例如，在进行基因指导蛋白质合成的教学中，在引导学生分析出DNA、mRNA、蛋白质之间关联之后，以遗传信息传递过程为主线，开展教学设计。

3 介入实体情境，领悟科学的证据认知性

生物学就是研究人们周围生命活动发生规律的自然科学。生物学教学的生活化、生命化，才是生物学科教学的本真属性。教师在教学中要始终思考：在学生的生活中，哪些与教学内容相关联？进而将教学内容融合到学生的生活经历中，达到学以致用的教学效果。

例如，在对细胞生活的环境进行教学，该节内容与学生日常生活经历密切相关，如学生往往都有着抽血或流血的经历、手脚磨破起泡流出淡黄色液体的案例。此外，学生还可以通过在课堂上直接观察自己皮肤中的血管，思考体液的分布情况，归纳出体内液体分布于管内（血管、淋巴管）、管外（组织液）。教师设计问题：是不是所有体液不是位于管内，就是位于管外呢？学生经过分析，找到细胞内液，进而得出：管内与管外液体属于细胞外液，是细胞生活的液体环境。

对于体内细胞与外界进行物质交换的过程，教师利用学生都较为熟悉的草履虫的生活习性进行引导：草履虫作为单细胞生物，它生活的环境是什么？它在生活过程中与其环境之间发生了什么联系？学生根据所学的知识，即可回答出：草履虫的生活环境是周围的水环境，与其不停地进行营养物质和气体的交换。教师顺势提了体内细胞也是生活在特定的水环境中，并从血管中入手，引导学生在对血液成分分析的基础上，逐步分析出血细胞（红细胞、白细胞、血小板）生活的液体环境为血浆，进而分析出血细胞不停地与血浆进行着物质的交换。对于淋巴的分析，教师可引导学生观察农贸市场中去毛的鸡脖子，指出脖子皮下浅红色的小球，即淋巴结，是淋巴循环的中转站，其间连接着众多的含有淋巴细胞和淋巴液淋巴管，从而使学生得出淋巴细胞生活的液体环境是淋巴。对于组织液的导出，教师可以引导学生观察自己腕部的皮肤，因为该部位可以很容易观察到血管及其周围的结构，引导学生讨论血管以外是否也有液体存在。并联系学生手足曾经被磨破或起泡后破皮流出的淡黄色液体，引出组织液的话题。教师联系学生呼吸、食物消化吸收等过程，引导学生构建出体内细胞与外界环境气体与营养物质交换的示意图，进而使学生理解了内环境是体内细胞与外界物质交换的媒介。

不同细胞所处内环境种类的分析，教师绘制出人体液及细胞分布模拟图（图3），提出问题：（1）图中A、B、C液体的名称分别为什么？（2）编号①②③分别代表什么细胞？（3）编号①②③细胞所处的细胞外液分别有哪些？值得关注的是编号③代表所有组织细胞，其范围较广，教师在教学中要给予关注。

图3 人体体液分布

4 建构想象情境，体悟科学的秩序和谐性

生物科学具有微观性和生命的灵动性。有些生命现象在中学实验室内往往无法观察到。为了体现生命活动的缜密性，教师可创设想象情境，让学生在想象中领悟生命进行的本质。

例如，在进行免疫调节的教学中，学生对该知识是知道的，但却不明确具体调节机制。教师可联系学生打疫苗、患普通感冒可自行恢复的生活经历，引导学生在想象中领悟免疫调节的过程。在进行第一道防线的教学中，教师提出问题：面对人体周围如此多的病原体，其无时无刻不在想法设法侵入人体内，请联系自己的身体结构，要达到使人生病的程度，病原体要突破人体的哪些结构？学生联想到烧伤病人易感染的情形，即可明确第一道防线有皮肤。接着，教师可介绍皮肤的一些附属结构以及其在免疫中的作用，提出问题：浅表性胃炎的患者存在胀气、反酸、消化不良，甚至胃部疼痛等症状，其主要原因是什么？学生分析出是胃黏膜受损引起的。教师还可以引导学生分析口腔黏膜、小肠黏膜、呼吸道黏膜受损后对人体的影响，即可得出第一道防线的具体结构和功能。对体液免疫、细胞免疫过程的理解是教学的难点。在学生完成其过程分析后，教师可提出问题：病毒以及一些胞内寄生菌，如何进行清除呢？请结合所学内容，想象病毒进入人体后，分布于什么部位？如何被相关免疫细胞或物质所识别？学生联系病毒的寄生特点，能理解：病毒先出现在细胞外液中，通过与相关抗体特异性结合，使其丧失侵染能力；随着病毒侵入宿主细胞内，需要效应T细胞裂解该细胞，释放病毒；最终由体液免疫彻底清除。对疫苗的作用机理，教师也可结合上述知识，要求学生想象抗原再次进入人体后发挥作用的过程。

教师创设想象情境，需要立足于学生的知识储备和生活经历，让微观、动态的生命现象在学生的头脑中呈现出来，理解新知识的实质。

情境创设是新课程的重要理念，也是今后命题和教学设计的方向。情境可来自于问题、图片、生活经历、社会热点、科技前沿。教师要做到教学过程情景化、命题思维化，方可提高学生的生物学学科核心素养。