问题支架式教学在高中生物课堂教学中的运用研究

摘 要：本文以“降低化学反应活化能的酶”为例，阐述了问题支架式教学在高中生物课堂教学中的运用，围绕搭建问题支架、引入情境、独立探索、协作学习和效果评价等环节，以促进学生主动参与学习、提高问题解决能力、发展科学思维的问题支架式教学进行有效尝试。

关键词：问题支架式教学；高中生物；运用研究

高中生物课程是科学领域的重要学科课程之一，是义务教育阶段相关课程的延续和拓展。生物学课程要求学生主动地参与学习，在亲历提出问题、获取信息、寻找证据、检验假设、发现规律等过程中习得生物学知识，养成科学思维的习惯，形成积极的科学态度，发展终身学习及创新实践能力[1]。此外，生物学内容与学生的日常生活密切相关，因此生物学课堂需要联系学生的实际生活，使学生能够运用科学的观点、知识、思路和方法解决现实生活中实际问题。这些特点使得高中生物课堂的教学方法和策略需要引导学生主动参与，深入探索合作学习，以促进学生的全面发展和科学素养的提升。

为了帮助学生主动参与完成学习任务、解决问题，可以辅助安排一些形式丰富的学习问题支架[2]。问题支架式教学源自建构主义框架下“最近发展区”理论，是以学生为主体，以问题为导向，教师在分析课程标准、教材内容和学生认知水平的基础上搭建层层递进、逐步深入的问题支架，引导学生沿着问题支架去独立探索、协作学习，最终达成教学任务的一种教学方式。该模式一般由以下5个部分组成：搭建问题支架—引入情境—独立探索—协作学习—效果评价。其中，问题支架的搭建是问题支架式教学的核心，问题支架既要着眼于学生最近发展区，又要能帮助学生自主构建知识能力体系，从而达到潜在发展水平。本文以人教版高中生物学必修一第5章第一节“降低化学反应活化能的酶”第一课时为实例，浅谈问题支架式教学在高中生物课堂中的具体运用。

一、搭建问题支架

搭建问题支架是问题支架式教学最为重要的一个环节，该环节需要在整体思维统领下，在认真研读课程标准和本节教材、分析学情的基础上搭建问题支架。该环节实施分三个步骤：核心问题与目标任务的确定、学生学习进阶分析、学习任务和问题支架的设计。

（一）核心问题与目标任务的确定

在搭建问题支架的过程中，首先需要厘清本节课的教学目标和核心问题。根据《普通高中生物学课程标准（2017年版2020修订）》（以下简称“课标”）设定的本节的具体概念为“说明绝大多数酶是一类能催化生化反应的蛋白质，酶的活性受到环境因素（如PH和温度等）的影响”，其本质是构建酶的概念。酶的概念涵盖酶的来源、功能、催化机理、化学本质和影响酶活性的因素及酶的应用。为构建酶的概念，需要从结构与功能、作用及催化机理入手，进而了解酶的本质，并通过探究实验逐步完善对酶概念的理解。因此将本节核心问题确定为“酶的作用和本质”。

围绕“探索酶的作用和本质”这一核心问题，结合学生的知识储备和认知思维，确定本节3个目标任务：探究实践“比较过氧化氢在不同条件下的分解”；控制变量和设计对照实验；酶的催化作用机理。

（二）学生学习进阶分析

学生在设计问题支架之前，学生的学习进阶分析尤为关键。依据学习进阶理论、建构主义理论和最近发展区等理论，应着眼于学生的最近发展区，遵循思维发展的规律，分析学生学情、学业要求和素养发展水平，设计学习进阶层级，为进一步设计问题支架奠定基础，进而为推动学生的深度学习提供科学、有效的学习路径[3]。

1.对学生的现有水平分析

学生已知蛋白质具有催化等各种功能及蛋白质的鉴定方法，明确蛋白质在高温等条件下会变性失活，初步了解对照实验和变量，但对自变量、因变量及无关变量的概念和如何控制变量及设置对照实验缺乏系统的认识。同时具备一定归纳概括、类比推理、合作学习能力，但解决实际问题的思维习惯上还依赖具体的材料和问题支持，还需不断地学习训练以形成良好的科学思维能力。

2.学习进阶水平设计

根据课标中学业质量水平和学科核心素养４个维度的水平划分，结合学业内容和学生学情及达成表现，将“降低化学反应活化能的酶”第一课时教学内容设定为3个水平进阶层级，具体如下：

水平1：能根据真实情境提出可探究的生物学问题，利用提供材料设计解决简单问题的方案并实施实验，表述实验结果；知道生物体内化学反应需要酶的催化才能进行。

水平2：能基于实验过程，分析自变量、因变量和无关变量，掌握控制变量的方法和设置对照实验。

水平3：能主动合作交流分析实验结果，通过模拟活动，基于推理的科学思维分析理解酶的作用机理，说明酶降低化学反应活化能的原因。

（三）学习任务和问题支架的设计

教学活动在实施过程中，应着眼于学生的最近发展区，设计一系列问题支架驱动学生积极思考、主动学习、深入探究、交流表达，从而实现知识的迁移和素养的提升。在确定核心问题和目标任务以及分析学生进阶水平的基础上，根据由浅入深、由易到难的顺序设置拆分为若干个记忆型、理解型、应用型、分析型问题，以此为支架引导学生逐步深入学习。本节第一课时3个教学任务设计问题支架如下：

（任务1）探究实践“比较过氧化氢在不同条件下的分解”

问题1：你观察到了什么现象？你能尝试解释出现该现象的原因吗？

问题2：通过以上资料分析，你提出的问题是什么？哪些因素可以影响H2O2的分解？

问题3：对于“哪种条件下H2O2的分解速率最快”这一问题你能做出怎样的假设？

问题4：如果你的假设是正确的，会有什么样的实验结果呢？

问题5：H2O2分解后可能出现哪些可观察检测的变化？具体如何检测？

问题6：本实验设置为几组较为合适？请说明你们小组的理由。

问题7：根据以上分析和所提供的材料用具，你们小组能否列表设计出本实验方案？

（任务2）科学方法——控制变量和设计对照实验

问题1：每组实验人为控制进行处理因素分别是什么？

问题2：不同的实验处理，过氧化氢分解得快慢是否随之发生变化？如何判断过氧化氢分解得快慢？如何检测？

问题3：为何各组的底物量要一致，底物量不同会不会影响实验结果？还有哪些因素会影响实验结果？

问题4：自变量、因变量和无关变量之间存在什么关系？

问题5：请结合表1小组讨论控制变量的一般思维路径（步骤）如何进行。

问题6：试管1设置的目的是什么？可否去除这一组？

问题7：试管1、2、3、4 能否构成对照实验？若能，请分析其中的实验组、对照组。

问题8：试管1、2，试管1、3，试管1、4，试管3、4能分别构成对照实验吗？请完善“比较过氧化氢在不同条件下的分解”实验分析与结论表。

（任务3）酶的催化作用机理

问题1：类比搬运石头过山坡过程，为什么加热后能加快过氧化氢分解？

问题2：类比搬运石头过山坡过程，说一说活化能的概念是什么。

问题3：FeCl3溶液和H2O2酶都能加快过氧化氢分解，它们的作用机理是什么？

问题4：根据你对活化能的理解，请用线段在活化能曲线图中标出酶所降低的活化能。

二、引入情境

新课程改革要求以培养学生的核心素养作为课程学习的目的，强调在真实情境下创设任务，让学生在解决真实情境的实际问题的过程中，获得对事物的认识，形成和发展概念，培养核心素养。在高中生物课堂中，问题支架式教学的有效运用需要精心设计引人入胜的情境，以情境为载体，让学生在问题支架驱动下主动深度学习。

例如，在本节导入阶段借助生活中的现象创设情境，教师首先引导学生说出酶在生活中的运用实例，如洗衣粉中的生物酶、牙膏中的多酶、消化不良时服用的多酶片等，然后提出问题：多酶片服用时为何切勿嚼碎？再如，在“比较过氧化氢在不同条件下的分解”教学环节，播放皮肤出现小伤口用医用双氧水（H2O2）消毒的视频，引导学生观察现象并尝试解释出现该现象的原因。然后提供3个真实情境资料，提供问题支架引导学生分析影响过氧化氢分解的因素。

资料1：细胞代谢是细胞生命活动的基础，但代谢也会产生对细胞有害的物质，如过氧化氢，体内过氧化氢过多会导致皮肤发黄、毛发（包括头发）变白，加速人体衰老。细胞中含有过氧化氢酶能够将过氧化氢及时分解，起到解毒的作用。

资料2：过氧化氢在储运过程中有特殊的要求，严禁与FeCl3等金属化合物混存混运[4]。

资料3：药用过氧化氢溶液的说明书上关于过氧化氢的贮藏说明为“密闭，在阴凉处（温度不超过20℃）保存”。

三、独立探索

独立探索阶段是学生将所学知识运用于实践、自主探究的关键环节。在这一环节中，学生主要针对教师设置的问题支架，通过自己探索，依据已有经验与新知识建立联系，实现知识的建构。为了使学生能够更深入地理解酶在降低活化能过程中的作用机制，教师首先引导学生明确任务：“酶具有催化作用，其作用机理是什么？什么是活化能？”接着教师提供相应的支持，如相关图片、动画素材、问题支架。例如，教师首先展示搬运石头过山坡图片，然后给出系列问题：“类比搬运石头过山坡过程，为什么加热后能加快过氧化氢分解？”“搬运石头过山坡过程，活化能的概念是什么？”“FeCl3溶液和H2O2酶都能加快过氧化氢分解，它们的作用机理是什么？”“根据对活化能的理解，请用线段在图中标出酶所降低的活化能。”学生在系列问题和相关资源辅助下，通过自主思考和实践，将更深入地理解酶在降低化学反应活化能中的作用机制。

尽管是独立探索阶段，但教师会定期与学生进行交流，及时指出他们存在的问题和不足，并给予建设性的指导和建议，帮助他们更好地完成探索任务。在整个独立探索阶段，学生在深度学习中不仅能获得新的知识和经验，自主学习能力和科学思维也将得到不断发展。

四、协作学习

问题支架式教学中，对于应用型、分析型、综合型等高阶思维问题的解决，协作学习是一个重要途径。通过协作学习，学生可以在小组内相互合作、共同探讨问题，从而促进他们的学习效果和学习动力。例如，在“比较过氧化氢在不同条件下的分解”实验设计教学环节，要求学生能根据真实情境提出可探究的生物学问题，利用提供材料设计解决问题的方案并实施实验，这就需要学生通过协作学习共同完成。教师按照“组间同质、组内异质”原则，依据不同学生不同的学习能力将学生分成若干小组，并为每个小组分配特定的任务或问题：“本实验设置为几组较为合适？请说明你们小组的理由。”“根据以上分析和所提供的材料用具，你们小组能否列表设计出本实验方案？”学生在小组内展开讨论、分享想法，并共同寻找解决问题的方法。通过这样的协作学习，可以增强学生的合作意识，培养团队精神。

在协作学习过程中，教师应充分发挥小组成员之间的互补性和合作性，鼓励学生相互协助、共同解决问题，遇到困难时可以相互启发、共同探讨，以便更好地完成学习任务。同时，应对小组的学习进度进行及时跟踪和评估，确保每个小组都能够按时完成任务，并保证学生的学习效果。发现组间共性问题或瓶颈问题，应鼓励学生在此环节提出质疑，并提供必要的理论指导和技术支持。同时对个别不热衷讨论、学习相对困难的学生进行引导，多给他们机会让他们表达自己的想法。在分析问题、解决问题的过程中，引导学生学会如何有效地沟通和合作，培养团队合作精神和解决问题的能力。

五、效果评价

在高中生物课堂中，问题支架式教学的应用需要进行有效的效果评价，以确保教学目标的达成和学生学习效果的提高。为全面了解学生的学习情况，应采用多种形式的评价方法，包括日常观察、作业评定、小组展示、实验报告和阶段考试等。通过这些多样化的评价手段，能更准确地评价教学效果。还是以上述“比较过氧化氢在不同条件下的分解”教学环节为例，教师在学生小组协作学习后，先请一个小组展示实验设计方案，然后进行小组自我评价、其他小组评价、教师点评。在评价过程中，要关注学生在实验设计和数据分析方面的能力，以及他们是否能够准确地运用所学知识解决实际问题。在此过程中，教师需要评价学生是否能够积极主动地参与讨论、合作完成任务，以及是否能够充分发挥各自的优势，共同解决问题。通过效果评价，助力培养学生的自主学习意识和团队合作能力，提高他们的学习效果和综合素质。

结束语

本文以“降低化学反应活化能的酶”第一课时为例，深入探讨了问题支架式教学在高中生物学教学中的运用。问题支架式教学注重学生的主动参与和自主学习，通过问题搭建、情境引入、独立探索、协作学习和效果评价等环节，激发学生的深度学习，发展科学思维、科学探究等生物学核心素养，培养他们的自主学习和团队合作精神。然而，在问题支架式教学实践中也面临一些挑战和问题，教师需要投入更多时间和精力来设计情境和问题，同时注意问题的层次性、驱动性和开放性，以确保学生学习过程的有效进行。在未来的教育实践中，笔者将继续探究问题支架式教学的实践路径，不断完善教学模式，为学生提供更加优质的教育资源和学习环境。

参考文献

[1]刘朝进.指向问题解决的中学生物学“研学课堂”样态[J].中学生物教学，2022（34）：11-15.

[2]游盛华.学习支架在初中生物学科学思维养成中的应用：以“细菌”的教学为例[J].中学生物教学，2021（5）：23-24.

[3]吴倩，程建欣.用支架式教学模型培养学生高阶思维探究[J].高考，2023（12）：155-157.

[4]谢庆余，张欣悦，刘杨.基于5D教学模型的迷思概念转变教学：以“酶的作用机理”一节为例[J].中学生物学，2023，39（1）：35-37.

本文系宁德市普通基础教育课程与课堂教学改革2023年立项课题“高中生物问题支架式教学研究”（立项批准号：2023XD008）的阶段成果。