基于学科核心素养的情境教学延伸探究

安徽 赵 燕

(作者单位：安徽省合肥市包河区中国科学技术大学附属中学)

《普通高中生物学课程标准(2017年版2020年修订)》明确指出，学科核心素养是学科育人价值的集中体现，是学生通过学科学习而逐步形成的正确价值观、必备品格和关键能力。生物学学科核心素养中的生命观念针对于“观察到的生命现象”，科学思维落脚于“解决实际问题的思维习惯和能力”，科学探究强调“发现现实世界中的生物学问题”，社会责任注重培养“解决生产生活问题的担当和能力”。通过以上分析不难看出真实情境对于培养学生学科核心素养的重要性，而学科核心素养也可以概括为学生在解决真实情境中的实际问题时所表现出来的正确价值观、必备品格和关键能力。

一、情境化教学的作用

新人教版高中生物学教材增加了丰富的真实情境素材，如“细胞中的糖类和脂质”一节中的真实情境——北京鸭的自述“我每天吃的都是一些玉米、谷类和菜叶，为何长了这一身的肥肉？”再如“蛋白质是生命活动的主要承担者”一节，教材引入真实情境“用从某些动物组织中提取的胶原蛋白制作的手术缝合线可以被人体组织吸收，从而避免拆线的痛苦”，学生学习的知识如何与生活实际相联系，需要真实情境作“桥梁”，这样的真实情境教学无疑调动了学生学习的积极性，提高了课堂效率。

情境化教学以学生为主体，直指学生真实生活的环境或与学生所学知识相关的真实现象，呈现真实情境，让学生以此来进行观察、思考、推理和交流。教师需要关注学生成长的真实历程与切身感受，以真实、复杂的社会和生活情境为支撑，创设以学生为中心的学习环境，才能更好地促进学生的学习和成长。由此看来，情境化教学就是把知识情境化、生活化，以利于学生的理解和迁移。

教师在具体的教学情境中融入学科核心素养，才能在教学过程中有效培养学生的学科核心素养，由此看出情境化教学的作用日益凸显。

二、真实情境创设模式

真实情境通常取材于学生的实际生活或社会的生产实践。创设真实情境可以有效拉近知识与学生自身思维的距离，激发学习动机，引导学生学以致用，从生物学的视角关注现象、解决问题。

笔者以新人教版高中生物学教材为蓝本，将真实情境的创设模式分为以下5个类型。

1.以问题为导向的情境创设

“基因的表达”一章引言展示了“将苏云金杆菌抗虫蛋白基因转入普通棉花，培育出的棉花植株会产生Bt抗虫蛋白。转入的是基因，得到的却是蛋白质……为什么一种生物的基因能在另一种生物中表达呢？”此类型是以问题为导向，引发学生思考的情境创设模式。

2.以大概念为主线的情境创设

“细胞的基本结构”一章以合成和分泌胰岛素为真实情境引出全章，讲解了细胞的基本结构和各种结构之间的协调配合，在教学过程中体现了“细胞是生物体结构与生命活动的基本单位”大概念。通过学习胰岛素的合成过程、各种细胞器的分工配合，学生明确了结构与功能观；通过体验我国科学家研制胰岛素的过程，学生可以提升科学思维；通过胰岛素治疗糖尿病的真实情境，学生可以形成关爱生命、远离疾病的社会责任感。这就是聚焦学科大概念，有效整合零散知识，建构体系化知识脉络的情境创设模式。

3.以任务为驱动的情境创设

“神经调节的基本方式”一节课后“练习与应用”中设置了真实题目情境：“如果你家里养了猫或狗，要让它在固定的地点大小便，你该怎样训练它呢？”“神经调节的结构基础”一节课后“练习与应用”中的“如果老师现在通知你，马上要进行一个非常重要的考试，你的自主神经系统可能发生哪些变化？”这就是在真实情境中以任务为驱动，引导学生学以致用、自主探索、协作交流，实现从知识到素养的提升的情境创设模式。

4.以社会热点为话题的情境创设

在实际教学过程中教师可以用影视文艺作品或者生活中的热点话题将学生引入到真实情境中，如通过“新冠病毒”侵入机体的案例引入免疫系统；通过《长津湖》中部队的统筹作战类比讲解人体免疫系统的作战过程；通过《我不是药神》为细胞分化与癌变创设热点情境。这就是情境创设取材于现实生活，用热点内容提高学生的关注度，以学科知识解释热点现象，形成科学的世界观的情境创设模式。

5.以科研进展为素材的情境创设

必修1教材第12页“生物科技进展”中人工合成生命的探索“2014年，科学家对酿酒酵母的一条染色体进行了重新设计和人工合成。2017年3月，科学家宣布人工合成了5条酿酒酵母染色体，其中4条是由我国科学家完成的。2018年8月，我国科学家宣布，他们对酿酒酵母的16条染色体进行了研究，重新设计并人工合成为1条染色体，这1条染色体就可以执行16条染色体的功能。将这条染色体移植到去核的酿酒酵母细胞后，细胞依然能够存活，并表现出相应的生命特性。”这就是通过科研进展让学生在触碰科技的同时形成生命观念，感悟科学探究的情境创设模式。

三、情境化练习设计

教师在教学过程中引入真实情境可以提升学生的体验感，促使学生主动建构知识体系。而将情境化教学由课堂延伸到学生课堂练习和课后练习才能帮助学生将知识转变为素养，从而保证情境教学的连续性。中学生都会接触到大量的生活实践、科学研究和时事热点类生物学教学素材，教师在设计练习题时应该善于挖掘并利用这些真实情境资源来训练学生。

1.情境题训练

情境题要以真实情境为载体，合理设问而不脱离情境。题目素材要贴近生活实际。教师要用好教材案例情境，同时注意收集各种科学、生活、社会中的生物学情境。以真实情境为载体命制的试题通常注重考查学生实际运用知识、技能解决问题的能力。

情境可以取材于高中教材，例如根据上文中提到的人工合成生命的探索相关内容可设置情境题:酿酒酵母细胞是否可能会出现32个以上数量的DNA分子？人工合成该染色体需要哪些原料？根据必修1教材第4章引言中治疗某高血压药物说明书：“本品为二氢吡啶类钙通道阻滞剂，抑制血管平滑肌和心肌细胞的跨膜钙离子内流，但以血管作用为主。本品引起冠状动脉、肾小动脉等全身血管的扩张，产生降压作用。”可设置情境题:根据以上信息可以得出钙离子的跨膜运输方式和细胞膜的功能分别是什么？

情境也可以取材于大学教材，如图1和图2所示。

图1 含氮激素作用机制示意图

图2 类固醇激素作用机制示意图

可设置情境题:图1中肽类激素和cAMP发挥作用的方式分别是什么？图2中的激素可能是何种激素，其发挥作用的机理是什么？

2.情境化命题

为学生提供情境素材，让学生据此进行命题，这是情境化教学提升的有效手段。例如在进行单选题的命制时教师给出具体要求，如选项涵盖知识面广、每个选项需要涵盖不同考点、选项需要有适当的思考和拓展、从知识和能力等多维度挖掘进行命题等。

情境素材：研究发现，雌激素与雌激素受体α(ER)信号通路在正常乳腺上皮细胞分化的过程中发挥着重要作用，同时也是乳腺癌细胞增殖所需。雌激素能增加乳腺癌细胞中周期蛋白(cyclinD)的表达量，而cyclinD能与周期蛋白依赖性激酶(CDK4/6)结合形成复合物，被激活的cyclinD-CDK4/6复合物磷酸化相关蛋白(Rb)，进而使转录抑制复合物Rb-E2F解聚，释放E2F转录因子而激活细胞进入S期和DNA复制所需的相关基因，促进乳腺癌细胞的增殖。CDK4/6的活性受到INK4家族蛋白(p16、p21)等的调节，作用机理如图3所示：

图3 雌激素作用机制示意图

笔者及部分学生根据上述素材命制完成的试题展示如下。

学生命题1：(参考答案D)

A.抑制CDK活性有利于所有癌症的治疗

B.Rb功能仅与其空间结构有关

C.效应T细胞通过接触使癌细胞死亡，不受有关基因调控

D.人体中其他细胞含有与INK家族蛋白有关的基因

学生命题2：(参考答案C)

A.癌细胞细胞周期短，在其分裂过程中易发生基因重组和染色体变异

B.细胞分化与外界的信息交流无关

C.性激素的化学本质是脂质

D.cyclinD表达与否根本原因在于是否有雌激素刺激

学生命题3：(参考答案C)

A.雌激素进入细胞需要的能量主要来源于线粒体中葡萄糖的氧化分解

B.Rb-E2F的解聚在细胞分裂的前期进行

C.cyclinD在雌激素分泌不足的情况下仍能表达

D.癌细胞在营养充足时可无限增殖，故癌细胞扩散快且细胞间黏着性提高，使其不易损伤死亡

学生命题4：(参考答案A)

A.乳腺癌细胞能够无限增殖可能与染色体两端的端粒有关

B.癌细胞被身体免疫系统清除属于细胞坏死

C.加入INK4家族蛋白抑制剂，cyclinD-CDK4/6复合物合成受阻

D.cyclinD相关基因的表达过程需要解旋酶参与

学生命题5：(参考答案D)

A.雌激素由卵巢细胞内质网合成，经血液运输至靶细胞，并与细胞膜上的受体结合，体现了细胞的信息交流功能

B.细胞癌变不受机体控制，其核酸不会发生改变

C.完全阻断雌激素与受体α(ER)信号通路可抑制癌细胞增殖，有利于人体健康

D.癌细胞存在细胞周期

学生命题6：(参考答案B)

A.原癌基因变为抑癌基因，引发癌症

B.CDK4/6与无机催化剂都能降低化学反应活化能

C.雌激素进入细胞内需消耗ATP

D.某染色体上的cyclinD基因受损，且只有被激活的cyclinD-CDK4/6复合物可使Rb解聚，那么乳腺细胞无法正常增殖

教师命题1：(参考答案C)

A.减少E2F转录因子对乳腺癌的治疗不起作用

B.cyclinD和周期蛋白依赖性激酶的基本单位不相同

C.某种药物可以抑制cyclinD-CDK4/6复合物磷酸化相关蛋白Rb，该药物对治疗乳腺癌有一定作用

D.p16、p21可作为治疗肿瘤的一个潜在靶点，其可增强CDK4/6活性

教师命题2：(参考答案B)

A.p16、p21对CDK4/6和雌激素对cyclinD的效果相同

B.若抑制合成Rb相关酶的活性则细胞将会被阻断在G1期

C.INK4物质具有催化、运输、免疫的功能

D.INK4家族蛋白失活有利于抑制乳腺癌细胞增殖

在情境命题过程中，学生通过选项的设置可以打破章节之间的界限，将课本知识进行重组，从宏观上把握课本知识。这一过程也引导学生对基础知识加以整理和归类，使之成为知识链或知识网，对于学生综合能力的提升非常有利。学生命题完成后教师进行评价并给出教师命题，作为学生命题的参考。情境命题训练可以实现教学内容的整合、重构，培养学生综合运用知识和建构知识网络的能力。同时教师要重视课本例题和课后习题的变式题及改编题，利用课后情境练习题最大限度调动学生的积极性和主动性，通过情境题训练帮助学生对教材内容从感性认识升华到理性认识，利用已有知识结构主动地学习，旨在全面提高学生学科核心素养。

基于学科核心素养的高中生物学情境教学强调在具体的情境教学中融入学科核心素养，以突出生物学特色。成功的教学需要的不是强制，而是激发学生的学习兴趣。教师努力创设基于学生生活的趣味性情境，可以充分激发学生的学习兴趣，学生在教师精心创设的情境中思考和探寻。在课堂有限的时间内学生无法进行充分的情境训练，情境命题让情境教学从课堂延伸到课后。学生通过情境命题自主探究、科学思辨，有效落实了学科核心素养，同时在学用结合的过程中，也进一步激发了学生的学习兴趣与热情，潜移默化地增强了学生学习的内驱力。