基于情境教学的生化实验探究能力提升策略

北京日坛中学 郑 燕 喻 冲 冯 洁

“发现现实世界中的生物学问题，并能设计方案进行研究、得出结论”是初高中生物核心素养的重要部分。“实验探究与创新意识”和“证据推理与认知模型”是初高中化学核心素养的重要部分。两门学科都需要通过实验来培养学生的学科关键能力——实验探究能力。通过实验探究活动，学生能加深对生物、化学重要概念的理解，提升应用知识的能力，培养创新精神，进而能用科学的观点、知识、思路和方法，探讨或解决现实生活中的某些问题。实验探究是培养学生生化课程核心素养、思维严谨度的常用方法，掌握科学探究的思维方法和设计原则对提高学生的生化实验探究能力和核心素养起着重要作用。

义务教育阶段的生物和化学课程标准都将“科学探究”列为一级主题，并分解为“提出问题、猜想与假设、制定计划、进行实验、收集证据、解释与结论、反思与评价、表达与交流等要素”。生化实验探究过程引入情境化教学，不仅可以提升学生的学习兴趣和探究意识，充分利用学生动脑动手、合作探究的真切感受，结合学生已有的感性认识，激发学生求知探索的欲望，调动学生多种感官参与实验探究活动。

一、从生活情境入手，贴近实际，使学生对实验探究饶有兴趣

在构建化学《溶液》这一单元知识体系时，学生对溶液的溶质质量分数和溶解度的区别和联系往往不是很明确，理解上容易混淆。教师可以根据实验教学的内容引入生活中的情境：阅读“洗鼻盐”的使用说明，配制成浓度为0.9%的生理盐水，判断配制方法是否正确，激发学生的学习兴趣，促使学生理解溶质、溶剂、溶液和溶质质量分数等概念，有效地提高了实验教学的效率。

在完成配制一定溶质质量分数的氯化钠溶液的基础实验后，可以先通过定性的判断是否为饱和溶液，再转为定量的判断：加入多少氯化钠固体为恰好饱和的状态？还有其他方法吗？由此引入溶解度的含义和溶解度曲线的知识，学生运用比较、归纳、概括等方法提高对文字、图标等信息获取和加工能力，然后通过探究实验：将现有的不饱和氯化钠溶液转化为饱和溶液，学生能逐步认识与分析溶解的过程和变化，深入思考《溶液》单元中核心知识之间的联系，提升实验探究能力，培养生化课程核心素养。

二、从问题情境入手，有的放矢，使实验探究事半功倍

基于以上理念，笔者对北京版七年级生物“绿色植物是否进行呼吸”进行了教学探索，紧扣“情境化教学”和“实验探究”两个环节，通过问题情境“为什么在狭小而封闭的卧室中不太适合放太多的绿色植物、植物真的在进行呼吸吗”，引出本节课研究的主要问题，激发学生的学习热情。学生在明确探究问题后，分别围绕“植物是否通过呼吸吸入（消耗）了氧气”和“植物是否通过呼吸产生了二氧化碳”，设计了探究萌芽的黄豆种子呼吸的两个实验。实验探究过程中，学生选择了合适的实验材料，利用实验法的三个基本原则以及化学知识中检验氧气、二氧化碳的知识储备，初步学会运用实验法设计实验解决问题，同时自身的探究能力、思维能力、合作能力、表达能力、动手操作能力也得到了一定的提升。探究至此，学生已形成绿色植物在呼吸且呼吸会消耗氧气、释放二氧化碳的认知。笔者继续给出问题情境，探究植物呼吸的相关问题，比如，问题情境1：人呼气导致口罩湿了，说明人呼出的气体中有什么物质？问题情境2：手冷时人会哈气在手心中，人呼吸会释放能量吗？几个问题的分析和研究，学生有效地理解了植物呼吸和人类呼吸的共同点，对学习呼吸作用的本质起到了事半功倍的作用。

三、从社会热点情境入手，聚焦发展，使实验探究学以致用

《普通高中化学课程标准》（2017年版2020年修订）中提到“结合学生以后经验和将要经历的社会生活实际，引导学生关注人类面临的与化学有关的社会问题，培养学生的社会责任感、参与意识和决策能力。”在化学复习阶段，教师可以以核心物质“二氧化碳”为抓手，结合“碳中和”“碳达峰”“零排放”等社会热点问题，开展有效提升实验探究能力的核心素养发展的课程教学，提升学生的社会责任感。首先提出问题：如何减少大气中二氧化碳的含量，实现排放量“收支相抵”？教师引导学生将真实问题情境转化为化学问题，学生通过回顾二氧化碳的性质：能溶于水、能与氢氧化钙、氢氧化钠等碱溶液发生反应，总结捕获二氧化碳的各种方法。再通过实验探究不同捕获剂和同一种捕获剂的有效含量多少的对比实验，用气体压强显示二氧化碳的含量变化，让学生学会收集证据，解释压强变化的原因并得出相应的结论，由此发展图形表征能力和证据推理能力，体会实验探究的过程和乐趣。最后，通过展示科学家们在二氧化碳的捕获和利用方面的工作与尝试，让学生感受化学对社会、科技发展的促进作用。

四、从环境情境入手，关注生态，使实验探究渗透情感教育

在构建生物“生物适应环境”生命观念时，生物适应环境这个生态观点貌似很好理解，但生物在哪些方面体现出适应，为什么适应，适应是如何形成的，学生都答不出来。笔者以沙漠情境为背景，引导学生关注以下生态现象：我们常吃的普通水稻不能在沙漠地区良好生长，而海水稻却可以在干旱的沙漠中生长发育、开花结果。学生在思考此现象时尝试解释、解决此问题，分别针对“水稻植株有怎样的外部或内部形态结构可以适应干旱环境”“水稻细胞在什么浓度的盐溶液条件开始出现质壁分离现象”进行实验观察和实验探究。学生以水稻为研究载体，通过宏观观察、微观分析进行实验探究，初步形成透过现象寻求本质的科学思维。此过程中，还给学生提供了“海水稻”图片、袁隆平团队研究海水稻历程，以及海水稻生长环境等情境资料。学生在实验探究过程也一定程度地了解了我国农业的新成果新发展，在构建生命观念基础上，激发爱国情怀，形成民族自豪感。本节课以“实验探究”为基本方式，从环境情境入手，通过尝试解释、解决环境情境问题，发展学生理性思维，培养实验探究等学科素养，同时渗透情感教育，落实立德树人的要求。

五、从人物情境入手，体验科学发现史，使实验探究的原理更透彻

在学习《常见的酸和碱》这一课题时，要让学生学会识别酸和碱。笔者从讲述英国科学家波义耳发现酸碱指示剂的化学史入手，启发学生利用日常生活中的植物进行实验探究，如：紫甘蓝、紫薯、红萝卜等制取指示剂，提升学生学习综合性知识的欲望。花青素在不同的酸碱环境中能呈现出不同的颜色，这样神奇的颜色变化，会激发学生的探究欲，制作出色彩纷呈的花青素“鸡尾酒”。通过不同的酸碱性液体颜色的探究实验，学生利用食物的味道和生活常识自觉对比、分类，识别酸和碱：发现有酸味的液体如白醋、苹果汁等会变红，碱性液体如肥皂水、洗衣粉水会变蓝，不变色的是纯净水等中性液体，体验到收获的喜悦。然后，从感性认识上升到理性认知，列出常见的酸和碱的化学式，找出书写规律，播放酸碱导电性的视频学习资料后，结合微粒图，总结出酸和碱的定义。最后，“从生活走进化学，从化学走向社会”，讲述碱液鉴定红葡萄酒的真伪，回归花青素作为酸碱指示剂的用途。整个授课过程因为引入了人物的科学发现史，将实验探究赋予趣味性、体验感和参与度，课堂氛围活跃，实验现象极大地激发了学生学习化学的兴趣，也将化学思维构建得更为有序，将化学原理呈现得更为透彻。

总之，情境教学以其感知性、体验性、探究性、趣味性等特点，能极大地激发学生参与互动的兴趣，触发探究灵感，引领深度思考，是一种有效的科学探究手段和方法。尤其对于初高中的学生，在微观、抽象的科学知识领域积极引入情境式教学，能起到化微观为直观、化抽象为可感的效能，促进科学知识的掌握。以上分别从生活情境、问题情境、社会热点情境、环境情境、人物情境等方面入手，从不同侧面和角度对情境教学进行了过程描述，亦仅为笔者所常用之方法，不足以穷尽情景教学全部之情形。总而言之，情境教学重在找好客观事物“结合点”，找准学生“兴趣点”，也即以具体问题为导向，结合生活现象、现实困惑、热点话题等，设置议题，由点及面，循循善诱，逐步深入，从而达到由个别问题上升到一般规律、由具体现象上升到普遍规律的认知。