基于真实情境培养学生的生物学学科关键能力*

邰玉韦（江苏省常州市北郊初级中学 江苏常州 213002）

《普通高中生物学课程标准（2017年版）》明确指出：“生物学学科核心素养是学生在生物学课程学习过程中逐渐发展起来的，在解决真实情境中的实际问题时所表现出来的价值观念、必备品格与关键能力，是学生知识、能力、情感态度与价值观的综合体现”；同时，也强调“有效的教学情境，能够激发学生的好奇心和求知欲，点燃学生的学习热情，使学生形成良好的求知心理，主动参与对所学知识的探索发现和认知过程，体验学习的乐趣”［1］。

创设教学的真实情境，是目前课程改革的核心话题。在实际教学过程中，教师应重视创设恰当的真实情境，一方面，要理解真实情境在“激发兴趣”和“深化思维”等方面的重要价值；另一方面，要重视情境材料的取舍和呈现方式，有组织地开展具有学科特质的学习活动。本文论述在教学过程中，如何通过创设真实情境培养学生面对实际问题的科学解释能力、模型构建能力、实验探究能力和理性决策能力。

1 基于真实情境培养学生的科学解释能力

哲学家基切尔和萨尔蒙曾提到：“科学研究的基本目的就是为自然现象提供解释。”目前，科学解释能力是聚焦学生发展核心素养下的重要科学素养。常规课堂教学中，教师常发现：面对真实情境下的生物学现象，学生的解释与表达缺乏一定的因果关系、没有合理的证据、缺乏合乎逻辑的推理等，这种表现不能简单地归结为审题不清。教师帮助学生构建或提升科学解释能力的进阶，引导学生掌握科学解释需要一定的方法和过程。科学解释能力培养过程的一般模型包括：①先列举资料信息中的主要现象或证据；②回忆相关的生物学重要概念；③建立相关联系、合理推理和精准表达［2］。

案例教学1：在“生物圈中的绿色植物”的教学中，可利用真实的生活情境图片，进行如下教学设计：为了让移栽的树苗容易存活，工人移栽树苗时常采取一定的措施，例如，根部保留一个土坨、剪去一部分枝叶。树苗移栽后，通常会给植物挂吊瓶输入营养液（水和无机盐）；夏天还要用遮阳网为移栽的树木遮阳，或从树顶向下喷施抗蒸腾剂。请你尝试用生物学知识进行科学解释。

解决策略：第1 步，先列举资料信息中的主要现象或证据。移栽前：1）根部带土坨；2）剪去部分枝叶。移栽后：3）挂吊瓶营养液；4）用遮阳网遮盖或从树顶向下喷施抗蒸腾剂。第2 步，回忆相关生物学重要概念。1）植物的生长需要水和无机盐，植物根尖分为4 个区，即根冠、分生区、伸长区和成熟区。成熟区分布大量的根毛，是根吸收水和无机盐的主要部位。2）植物的叶片可进行三大生理作用：光合作用、呼吸作用和蒸腾作用。剪去枝叶，植物的三大作用都会受到影响，植物进行光合作用需要的原料为水和二氧化碳，水分主要由根部从土壤中吸收，并通过导管向上运输到叶片，植物吸收的水分99%通过蒸腾作用散失。3）植物茎中木质部的导管具有自下而上输送水和无机盐的作用，注射营养液是为了补充水分和无机盐。4）植物的光合作用需要光，用遮阳网遮盖虽降低植物的光合作用，但温度更影响植物的蒸腾作用，温度低，植物的蒸腾作用减弱，可减少水分散失。抗蒸腾剂的主要成分为高分子聚丙烯胺，它在保水的同时也能暂时堵塞叶片背面的大量气孔，进而防止过多蒸发损失水分。第3 步，建立相关联系，合理推理和精准表达。科学解释总结如下：1）根部带土坨，主要为了保护根系，促进根毛吸收水和无机盐。2）剪去部分枝叶，主要目的是降低叶片的蒸腾作用，避免水分散失过多。3）挂吊瓶营养液是为了及时为植物补充水和无机盐，维持植物的光合作用等生命活动。4）遮阳网遮盖，主要是降低植物体的温度，降低蒸腾作用避免水分散失过多；喷洒抗蒸腾剂是为了防止叶片蒸腾作用散失水分，使移栽后的树苗更易成活。

教学实践证明，使用这种显性结构化的科学解释策略，利于促进学生思维，并掌握科学解释的方法和过程。一段时间后，学生逐渐养成一定的思维习惯，潜移默化地提升其面对生活中的生物学现象进行科学解释的能力。

2 基于真实情境培养学生的模型构建能力

重视学生科学思维的培养，是近年来我国教育发展的一个鲜明趋势。科学思维主要包括比较分析能力、归纳推理或演绎推理能力、模型构建能力和批判性思维能力等。其中，模型构建能力，反映学生在不同复杂程度的情境中运用重要概念和方法解决问题的程度。学生的建模水平从低层次至高层次主要表现在3 个方面：①能初步用文字或图示的方式表达生物学概念；②能正确解读模型内涵，准确提取关键信息，实现图文转换；③能在新的问题情境中，选用恰当的方式构建模型，并阐明其内涵［3］。真实情境容易培养学生高层次的模型构建能力。

案例教学2：“植物光合作用和呼吸作用原理的应用”的教学设计如下：先呈现真实的露天种植草莓的生产情境，布置驱动性任务：农民露天种植草莓，每到草莓收获季节，发现草莓产量较低，甜度也不高。王大伯为了提高草莓的品质和产量，增加经济效益，准备借助生物技术尝试搭建现代温室大棚。你能为王大伯出谋划策吗？请你结合光合作用与呼吸作用原理，设计、绘制或用超轻黏土等材料搭建一个现代温室大棚增产的模型；预测草莓的产量并向王大伯进行科学解释。

环节1：初步讨论交流。学生4 人一组，结合教材和阅读材料，讨论提高草莓等农作物产量的原理和具体措施，将结果填写在表格中，并在全班交流。发展学生模型构建能力的第1 个水平层次，即学生能初步用文字或表格的方式表达光合作用原理与具体提高措施。

环节2：分析生活、生产情境资料。教师提供相关的情境材料：包括曲线图，简单的生活、生产情境，解释问题等。学生通过自主学习，初步解决生活或农业生产中与呼吸作用有关的实际问题，从而发展学生正确解读概念内涵、准确提取关键信息、初步解决简单问题的能力。

环节3：绘图或搭建一个能增产的现代温室大棚模型并进行展示。教师可提供一张A4 纸，并呈现真实传统的、露天的农田场景。学生通过小组合作，充分发挥想象，绘制农民科学种田的现代化场景图，或用超轻黏土、透明大塑料盒等模拟搭建一个现代温室大棚增产的模型，并在全班展示作品和表达交流。从而发展学生模型构建能力的第3 个水平层次，即在新的问题情境中，能选用恰当的方式构建模型，并阐明其内涵。

教学实践证明：环节3 是本节课的亮点。此开放活动设计生动活泼，符合学生的学习特点和规律，极大地调动了学生参与设计图纸和制作模型的热情，教学效果较好。学生能从增加二氧化碳浓度、增加光照、补充水、适当提高温度、充分利用立体空间、增加有机肥、通风和晚上适当降低温度等角度设计具体措施，帮助王大伯提高草莓产量和品质。学生在充分表达和交流的过程中，深度发展了科学素养和学科关键能力。

3 基于真实情境培养学生的实验探究能力

实验探究是构建生物学知识和培养学生科学素养的重要途径。教师应提供更多的机会让学生亲自参与实践，通过真实性情境获得真实性体验；鼓励学生观察、描述、提出问题、查找信息、提出假设、设计实验方案与实施、验证假设、思维判断、作出解释，并能与他人合作和交流等；重视学生实验探究作品的展示和交流，激发学生的兴趣，力图改变学生的学习方式；充分利用真实实验情境，进行合理设问和有效追问，帮助学生领悟科学的本质，培养学生的创新精神和实践能力。

案例教学3：在“探究光是否影响小麦种子的萌发”实验中，学生都亲自设计和实施了实验探究，教师可利用学生的实验作品照片、视频或实物在课堂上充分展示和评价。学生很兴奋，积极参与交流：学生A 虽然设计了对照实验，但没有做到控制单一变量，2 个培养仪器大小差别太大或培养条件不同；学生B 的小麦种子只有2 粒，数量太少，实验结果具有偶然性，不能得出科学结论；学生C的实验设计巧妙，符合对照实验的原则。教师还可设计系列深度问题，追问1：你认为光是否影响小麦种子的萌发？对此问题，学生发生了分歧，大多数学生认为光影响了小麦种子的萌发，因为无光培养的小麦幼苗是黄色的，又细又高；而有光培养的小麦幼苗是绿色的，比较健壮。追问2：怎样计算种子的萌发率？学生通过统计很快计算得出在有光和无光2 种环境下，种子的萌发率基本一致的，实验结论是小麦种子的萌发不受光的影响，但部分学生对此还有一些疑惑。追问3：怎样解释无光和有光条件下，小麦幼苗的颜色和长势为什么不一样？在教师的提示下，学生想到了叶绿素的颜色是绿色的，学生开始质疑叶绿素的形成需要光？学生设想将这盆在无光条件下培育的黄色幼苗进行照光会怎样？于是学生去掉了遮光装置，将植株放在教室的窗台上。约4 h 后，学生惊喜地见证了幼苗从黄色逐渐转变成了绿色的过程。追问4：假如一直阻止黄色的幼苗进行光照，结果会怎么样？为什么？追问5：那盆无光下还能长高的黄色幼苗其营养来自哪里？真实的实验情境给学生带来了直观的视觉效果，激发了其学习的好奇心。教师有梯度的追问引导学生深入思考，其科学探究能力和科学思维能力都得到了不断提升。

教学实践证明：真实的实验情境可作为课堂教学的导入，有效突破教学重、难点；也可作为课外拓展，激发学生的兴趣，发展学生的个性特长。学生很喜欢在真实的实验情境下进行学习，在这种情境中，学生的注意力非常集中，创造力和成就感无限放大。

4 基于真实情境培养学生的理性决策能力

社会责任是指基于生物学的认识，参与个人与社会事务的讨论，初步解决生产生活问题的担当和能力。社会责任主要包括保护环境和健康生活2 种能力。其中保护环境能力，根据在不同复杂程度的情境中运用重要概念和方法解决问题的程度，学生水平从低层次至高层次主要表现在3 个方面：①能认同环境保护的必要性和重要性；②能分析和解释个体或社会行为对环境的影响；③提出环境保护的合理化建议，并解决有关实际问题［3］。

案例教学4：在教学中，可利用真实事例进行如下教学设计：蝴蝶一生发育有4 个时期：受精卵、幼虫、蛹和成虫。目前，由江苏省几位蝴蝶专家和多位蝴蝶爱好者自发组成的蝴蝶监测组织逐渐发展，他们经常在江苏省境内的多个地方进行蝴蝶种类识别、统计和生态保护考察等。每年9月份正是江苏省板栗收获的季节，有一次，他们在一片板栗林下的杂草里发现了马兜铃，马兜铃是一种许多蝴蝶幼虫都喜欢的植物；同时，他们还发现在马兜铃叶子上有国家二级保护动物——金裳凤蝶的幼虫，而且这些幼虫中有许多马上要进入蛹期。如果这时清除了这些杂草，金裳凤蝶的幼虫就会失去食物，失去了这片栖息地，意味着它们很快将死亡。但如果不清除这些杂草，就影响板栗林主采收板栗。针对以上情况，如果你是蝴蝶爱好者，你有哪些好的建议？如果你是板栗林主，你又会怎么做？学生能从生物学的角度进行讨论，即从保护蝴蝶、保护生物多样性、保护动物栖息地、可持续发展经济、保护环境、平衡发展等角度考虑，提出合理化建议。通过不同角色扮演，学生能深入考虑到此情境下相关利益的主体，只有这样，学生未来才能在不伤害他人利益的情况下，优化自身的生活质量，成为一名理性的决策者和积极的问题解决者。

教学实践证明：社会议题情境往往是复杂综合的，情境中蕴含着许多知识、方法和价值取向。将生物学社会议题引入生物学课程中，能整合课程，打破模块、章节的界线，让学生真正参与到真实、鲜活的实践过程中，经历思维辨析、价值取向的深度综合体验活动，从而提升理性决策能力，积极唤醒学生的社会责任感，形成促进学生个人成长和社会进步的正能量。