信息技术与探究式学习融合策略在高中生物概念教学中的应用

寇珊珊　谭卫梅　吴立清　徐忠东

［摘 要］在新课标的指引下，探究式学习策略得到普遍应用。文章针对当前生物探究活动中存在的问题，就如何在高中生物概念教学中将信息技术与探究式学习相融合进行探讨和研究，旨在利用信息技术手段助力学生有效开展探究式学习，为高中生物概念教学赋能。

［关键词］信息技术；探究式学习；高中生物；概念教学

［中图分类号］    G633.91        ［文献标识码］    A        ［文章编号］    1674-6058（2023）17-0090-03

自《普通高中生物学课程标准（2017年版2020年修订）》颁布以来，生物概念教学一直是研究热点。高中生物的一些知识比较抽象微观，学生难以理解，而部分教师仍采用“满堂灌”“填鸭式”的教学方式，使得学生被动地接受知识，缺乏创新精神。探究式学习强调学生通过主动探究获取知识，是对传统学习方式的重大变革，有利于学生探究能力的培养。但是当前探究式学习中普遍存在探究资源有限、实验探究缺乏和探究情境缺失等问题。信息技术能够以图文并茂、形象直观、视听结合的方式展现知识，使抽象的知识形象化、具体化，有利于激发学生的探究兴趣，提高学生的学习效率。信息技术在生物探究式学习中具有资源性、工具性和情境性等特点。应用信息技术可以有效地解决探究式学习中的问题，助力学生有效开展探究式学习。教师可以利用信息技术构建资源库，为学生提供丰富的探究资源，使学生可以依托丰富的资源进行探究。信息技术能够为探究式学习提供技术工具，教师可以利用信息技术搭建虚拟仿真实验室，助力学生进行实验探究。教师可以利用信息技术创设教学情境，提高学生探究式学习的质量。

一、当前生物探究式学习中的问题

（一）探究资源有限

在传统的生物探究式学习中，可供学生选择的探究资源仅限于书本、教材和课外资料。在生物探究式学习中，教师常通过图片展示静态的知识内容，这样可激发学生的学习兴趣，但是对于动态的知识内容仅仅靠图片呈现或依靠教师陈述，学生会缺乏深入理解，不能形成完整的知识体系，不利于培养学生的自主学习能力与探究能力。

（二）实验探究缺乏

生物学是一门以实验为基础的学科，许多生命现象只有通过实验才能得到解释，所以实验在生物教学中具有十分重要的地位和作用。实验探究又是探究式学习中的重要组成部分。在实际生物实验教学中，有些学校缺乏完备的实验设备和器材，不足以支撑学生完成实验，导致实验探究难以开展。而部分教师仅靠图片展示实验探究过程，使得学生对实验原理、实验步骤等理解不透彻。在常规实验教学中，存在着教师的演示实验不易观察、学生缺乏实验操作机会、学生实验操作不熟练或不规范而造成危险、学生缺乏实验体验而对相关知识不易记忆、实验原理不易理解等瓶颈问题。在生物实验教学中，有些实验微观抽象，如“用高倍显微镜观察细胞质的流动”；有些实验复杂耗时，如 “低温诱导植物染色体数目的变化”“探究生长素类调节剂促进插条生根的最适浓度”“探究培养液中酵母菌种群数量的动态变化”等，这些需要花费大量的时间，仅靠一节课难以完成，因此教师常常通过图片呈现形式来讲解实验内容，致使学生缺乏实验探究机会，难以理解掌握相关实验知识。

（三）探究情境缺失

探究式学习作为一种学习方式，必须依赖于一定的教学活动，而教学活动的设计要符合探究式学习的特点，只有两者相互配合，才能实现学生探究能力的提升。在教学活动设计中，教学情境的设计尤为重要。教学情境是指教师在教学过程中创设的情感氛围，探究式学习活动必须围绕一定的教学情境而展开。学生只有处于真实情境中才能激发探究的欲望，很快进入学习状态。当前的探究式学习活动存在“无情境、虚情境、假情境”的现象，部分教师直接开始新课教学，没有创设情境，或者创设与教学内容无关的情境，又或者是创设了情境但所创设的情境脱离学生的实际生活，导致学生无法有效进行探究式学习。

二、信息技术与探究式学习的融合策略

（一）利用信息技术构建资源库，丰富探究资源

信息技术能够帮助教师丰富、拓展教学资源，特别是能突破教材的限制，为探究式学习活动的开展奠定基础。教师可以利用信息技术构建资源库，将搜集到的网络信息资源导入资源库中。在实际教学中，教师可以根据教学需要从资源库中提取相关教学资源，助力学生探究式学习活动的开展。学生可以依托丰富的资源积极参与探究，提高探究效率。

科学探究包括文本探究和实验探究两种，其中科学史探究是文本探究的主要内容，高中生物教材仅呈现了部分科学史素材，且呈现形式也仅限文字、图片，这样学生一方面会因单调的图片呈现提不起探究兴趣，另一方面会因部分科学史的呈现方式而难以形成全面的认识，资源库的构建可以很好地解决这一问题。例如，对于“细胞膜结构的探索”，教材只呈现了部分科学史素材，学生难以对知识形成全面的认识，所以教师在引导学生进行细胞膜结构探索时可从資源库中选择完备的科学史素材，并以时间轴的形式向学生呈现细胞膜结构探索的科学史，让学生依据时间轴以小组合作的方式展开对细胞膜结构的探索。对于学生不了解的一些技术，教师可以图片、视频的形式进行讲解说明。完备的科学史素材，多样化的呈现方式，可以极大地激发学生的学习兴趣和探究欲望。又如有关“酶本质的探索”的知识比较抽象微观，学生难以理解，对此教师可以依据知识属性和学生特点，从资源库中选择相应的科学史素材，并通过故事漫画等形式呈现科学家有关酶本质的探索历程。通过丰富的资源呈现促进学生有效开展探究式学习。再如教师在引导学生探究光合作用的过程时可以从资源库中精心挑选相关资源，以动画视频的形式呈现光合作用的发现过程，调动学生视觉、听觉等多种感官，让知识点在学生头脑中留下清晰深刻的印象，从而激励学生深入探究。

（二）利用信息技术搭建虚拟仿真实验室，助力实验探究

虚拟仿真实验室是一种利用计算机技术和虚拟现实技术搭建的教学平台，具有直观形象、安全环保等特点。虚拟仿真实验室能够高度还原真实世界的实验环境、清晰演示实验现象、透彻分析实验原理、支持个性化探究等功能，能提供实验方案、真实实验视频、三维仿真工具等丰富的资源，是教师开展实验教学的好帮手，虚拟仿真实验室能有效解决实验探究中存在的诸多问题。能够突破时间、空间和实验条件的限制，为学生在探究方案的设计、探究环境的设置、探究步骤的实施、探究结果的评价等方面提供支持。虚拟仿真实验室能够有效改善当前生物探究式学习中实验探究缺乏的状况，助力学生有效开展探究式学习。

《普通高中生物学课程标准（2017年版2020年修订）》中的“教学提示”部分明确了“观察叶绿体和细胞质流动”“探究植物生长调节剂对扦插枝条生根的作用”等教学活动开展的必要性，但诸如此类探究实验的开展存在诸多问题，如“观察叶绿体和细胞质流动”实验，实验现象比较抽象微观，再加上实验过程中普遍存在学生实验操作不规范、实验仪器使用不熟练、实验仪器设备老旧等问题，使得学生不能顺利地完成实验，导致不能观察到或者不能清晰地观察到实验现象，最终学生因缺乏实验体验而导致对相关知识的不理解。为了解决上述问题，教师可引导学生利用虚拟仿真实验室完成模拟实验。借助虚拟仿真实验室，学生不仅可以規范地完成临时装片的制作，还可以在观察实验现象的过程中利用虚拟显微镜辅助控制面板界面，精确地调节粗、细准焦螺旋，将视野调整至最佳，进而可以清晰地观察到叶片细胞内叶绿体的形态分布和细胞质流动，从而实现对知识的清晰感知和深入理解。有些复杂的实验，如“探究生长素类调节剂促进插条生根的最适浓度”，非常耗时，同样可以利用虚拟仿真实验室来完成模拟实验。在实验处理环节，学生可以利用虚拟仿真实验室依次执行“等待8～12 h”的时间操作，得出不同浓度处理后植物插条的生根数目，并根据所获实验数据，呈现以生长素类调节剂的浓度为横坐标、根的数目为纵坐标的曲线图。通过曲线图，学生可以快速找到生长素类调节剂促进插条生根的最适浓度。又如在开展“低温诱导植物细胞染色体数目的变化”实验时，教师可利用虚拟仿真实验室给学生完整地呈现实验目的、实验原理、实验器材、实验步骤和实验结论等。利用虚拟仿真实验室可以完美地解决实验耗时的问题，如在实验步骤操作二中，待洋葱长出1 cm左右的不定根时，拖动广口瓶，将整个装置放入冰箱的低温室内（4 ℃），执行低温诱导培养“48～72 h”的时间操作；在实验步骤操作三中“剪取低温诱导处理的根尖约0.5～1 cm”后，放入卡诺氏液中执行浸泡“0.5～1 h”的时间操作。在比较不同细胞染色体数目时，点击“重新实验”按钮，进行重新实验。如此利用虚拟仿真实验室开展模拟实验大大缩短了实验操作时间。诸如此类虚拟实验操作解决了时间、空间和实验条件限制的问题，便于学生观察实验现象，丰富学生的探究体验，助力学生有效开展实验探究。

（三）利用信息技术创设教学情境，提高探究质量

探究式学习的本质是围绕情境问题开展探究式学习活动，探究式学习注重问题的解决，强调学生的“主动参与”“深入探究”。利用信息技术可以创设问题情境供学生分析和思考，丰富探究的内涵和提升探究的质量。从心理学的角度来看，创设适当的问题情境可以激发学生的学习兴趣，唤起学生的求知欲，激励学生去探索新知。

教师可以联系学生的生活实际创设问题情境，并通过多媒体将问题情境呈现给学生。例如在“体液免疫”的教学中，教师可以利用微视频创设有关甲型流感病毒的问题情境，导入新课学习。以社会热点甲型流感病毒导入，联系学生生活实际，能够很好地激发学生的学习兴趣。教师可引导学生观看人体应对流感病毒的动画微课，利用微课的直观生动性增强学生对概念的感知，激发学生的探究欲望。又如在“细胞的能量‘货币’ATP”一课的导入环节中，教师先为学生播放“萤火虫发光奥秘”的微课，再结合微课给学生讲解萤火虫的发光原理和萤火虫发光所需能量的实验揭秘，然后创设“为萤火虫提供能量的ATP到底是什么物质呢？它为什么能为生命活动提供能量呢？”等问题情境，激发学生的探究兴趣，引导学生开展ATP结构与功能的内容探究。教师也可以结合社会热点创设问题情境，如在“基因突变”的教学中，教师先为学生呈现两组图片，第一组图片是神舟十四号返回舱在2022年12月4日成功返回地面的画面，第二组图片展示的是经过空间站120天培育生长的水稻种子，随后抛出问题：“随着返回舱返回地面的不仅有三位航天员，还有经过空间站120天培育生长的水稻种子，那么为什么要将水稻种子带到太空中去呢？带着这个疑问我们开始今天的生物学习。”以此创设问题情境，导入新课“基因突变”的学习。

教师还可以利用多媒体呈现趣味故事，创设教学情境。例如在“孟德尔的豌豆杂交实验”的教学中，教师利用多媒体呈现孟德尔的生平故事，利用故事情节增强生物的趣味性，从而使学生产生学习生物的兴趣，进而深入探究生物现象和问题。基因突变的实例——镰状细胞贫血时，教师可以20世纪初患病黑人青年和医生的故事来创设教学情境，以此吸引学生的注意力，激发学生的学习兴趣，促使学生展开深入探究。

综上所述，信息技术与探究式学习的融合有效解决了当前探究式学习中存在的问题。信息技术作为探究式学习的助推剂，可以使高中生物课堂呈现出崭新的面貌，让学生更加积极主动地参与实验探究。信息技术与探究式学习的融合是时代发展的需求，也是教学改革的必然。作为新时代的教师，应积极投身实践，以促进信息技术与探究式学习深度融合。

［   参   考   文   献   ］

［1］  左佩川. 微视频在高中生物学概念教学中的应用研究［D］.成都：四川师范大学，2021.

［2］  左军.利用信息技术开展高中生物学探究式教学的策略［J］.中小学电教（教学），2022（1）：25-27.

［3］  刘玉冰.信息技术与高中生物教学有效整合的策略研究［J］.智力，2022（22）：52-55.

［4］  关海霞.信息技术与初中生物实验教学融合的实践探讨［J］.中国新通信，2022（10）：221-223.

［5］  秦晓静.基于信息技术的高中生物概念教学探究［J］.高考，2020（7）：88.