例谈运用情境提升科学探究素养的策略

周丽萍

生物学是研究生物的结构、功能、发生和发展规律的科学，是自然科学的一部分，理科课程不仅要落实基础知识，还要注重培养解决问题能力和提升学科核心素养。《普通高中生物学课程标准（2017年版2020年修订）》明确将科学探究作为生物学学科四个核心素养之一。科学探究的目标追求，包括掌握探究思路方法，包括培养实践能力、合作能力、创新能力等关键能力，也包括养成探究精神、科学态度、团队精神、创新精神等品格。培养学生的科学探究素养往往需要通过情境教学实现。教学情境就是指作用于学习主体，产生一定的情感反应的客观环境。教学情境可以贯穿于全课一境到底，也可以是课的开始、课的中间或课的结束。

1 情境在生物学科学探究中的作用

1.1依托情境帮助学生探究基本概念

科学本质的知识属性是科学哲学的范畴，教师如果仅以简单的讲授方式授课，学生会感到难以理解和接受。如果采用科学探究的方式，学生就能体验亲历发现的快乐，参与知识的生成过程。对于一些复杂、抽象的生物学概念，学生很难深入理解，合理设置教学情境、创造学习氛围就显得尤为重要。种群是高中生物学中的一个重要概念，2019年人教版高中生物学《选修2·生物与环境》第一章第一节“种群的数量特征”的问题探讨栏目以我国东北长白山脉北部地区的东北豹为情境展开教学，这个情境可以贯穿整节，比如研究调查东北豹种群密度方法，探究影响其种群密度的其他数量特征。

1.2以真实情境为素材组织科学探究

问题是思维的起点，科学探究以问题解决为目的。为了让科学探究落到实处，为达到教学目标服务，创设好的情境就显得尤为重要。教师通过创设学生乐于接受的与生活相关的真实学习情境，灵活多样地组织教学，为学生的自主学习和积极主动的发展提供充分的空间。源于实际的真实情境更能引起学生兴趣，激发学生在探究中发现和解决问题。表观遗传对于高中学生来说很抽象，教材设计了两个真实的情境：柳穿鱼花的两种形态结构和小鼠毛色的遗传。在分析理解了柳穿鱼的辐射对称花的产生是由于Lcyc 基因高度甲基化导致不表达后，教师继续追问：Lcyc 基因的甲基化可以遗传吗？要回答这个问题就需要具体情境的支撑：Pilar等人把两侧对称花和辐射对称花杂交，子一代都是两侧对称花，把两侧对称花自交，子二代有两侧对称花，也有辐射对称花。根据这个真实情境，学生可以探究得出甲基化是可以遗传的结论。接着根据子二代的比例并不是3∶1还可以进行进一步的深入探究。

2 在生物学科学探究中的情境创设途径

德国一位学者曾有过一个精辟的比喻：“将15克盐放在你的面前，无论如何你都难以下咽。但将15克盐放入一碗美味可口的汤中，你就在享用佳肴时，不知不觉间将15克盐全部吸收了。”盐溶解在汤里，很容易被吸收；知识融入情境，才能进行迁移与应用。借助具体有效的教学情境开展教学活动是培养学生学科科学探究能力的最好形式。教师通过处理教材，以问题为导向，合理设置教学情境，激发学生思考和探究的欲望。教学情境有多种形式：生活情境、想象情境、模拟情境、冲突情境、科技情境、试题情境、实验情境等。教师深入思考，挖掘与教材知识相关的素材，创设具有现实意义的教学情境，能锻炼学生在阅读、观察、分析、推理、整合、语言表达、实验操作等能力。优化课堂情境的创设途径，实现有效探究，就显得尤为重要。

2.1串联问题，设计问题情境引发科学探究

美国著名哲学家、教育家、心理学家杜威认为教育的目的就在教育的过程之中。杜威提出五步教学法：一是教师创设疑难的情境；二是学生确定疑难的所在；三是提出解决疑难的各种假设；四是对这些假设进行推断；五是验证或修改假设。这种教学方法与遗传学之父孟德尔的假说演绎法有异曲同工之妙，与高中生物学的思维方式很契合。在学生的“最近发展区”内，教师可以安排一个从易到难的任务序列，比如可以逐步增加任务的难度设置问题情境。

例如，在人教版《必修2遗传与进化》的“伴性遗传”的教学中，首先课前把学生分为亲友团与咨询团各若干个，让亲友团提前准备咨询的问题，咨询团结合遗传学知识分析病情并给出建议。经过学生们的精心准备和教师的组织，创设了很多有探究意义的问题情境。亲友团1提出以下情况：小王，女，患红绿色盲，其父亲也患此病，其母亲正常，其丈夫正常，最近和丈夫计划生育第3胎。如果你是他的遗传咨询师，你会给他们的优生优育提供什么建议？亲友团2提出以下情况：妻子患抗维生素佝偻病但症状较轻，丈夫正常。你会给他们的优生优育提供什么建议？咨询团按照遗传咨询的一般内容和步骤：身体检查，了解家庭病史，诊断是否患病——分析遗传方式——推算后代再发风险率——提出生育对策和建议。亲友团3通过查找资料提出以下情况：家蚕的性别决定方式为 ZW 型。雄蚕桑叶利用率高，蚕丝质量高。家蚕体色的黑色對赤色为显性，位于Z 染色体上，如何通过设计杂交方式，根据体色即可选择雄蚕进行饲养。咨询团同学就亲友团同学提出的案例充分探究讨论画出遗传图解并进行演绎推理，对咨询者提出的实践问题提出合理建议。经过实例讨论和探究，不断修正方案，学生对于伴性遗传的过程和本质有了深入理解，并能把抽象的遗传学真实运用于生活实践。生物学课程要求学生主动参与学习，亲历科学探究过程。科学探究是指能够发现现实世界中的生物学问题，针对特定的生物学现象，进行观察、提问、实验设计、方案实施以及对结果的交流与讨论的能力。学生通过这几个问题情境中问题串的深入探究，教师在结果交流时进行正确引导和适度深化，促进了生物学核心素养的提升。

2.2融合实验，设置实践情境激发科学探究

生物学是一门实验科学，教学过程重实践的基本课程理念和“五育并举”的要求均决定了生物学学科“做中学”的发展方向。查资料、做实验是学生获得生物学知识的直接途径，教师通过合理设置情境，引导学生在探究性活动中解决实际问题，可以帮助学生建立学科自信、提高解决实际问题的能力。例如，在高中生物学《分子与细胞》检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质的实验中，关于斐林试剂的使用方法是否一定要甲乙液等量混合均匀，是否一定要温水浴加热才能取得实验结果。面对这些问题，鼓励学生分组进行科学探究，分别改变使用试剂顺序和用量以及是否水浴加热，分组进行实验，记录实验结果，根据结果反思实验步骤的合理性。通过动脑设计和动手操作，学生明白了斐林试剂中和还原糖起作用的是新制的氢氧化铜的络合物，不能长期保存，要现配现用，不经过水浴加热也能产生砖红色沉淀，但加热反应更快，效果更好。绿叶中色素的提取和分离实验在学生掌握实验原理和方法步骤的基础上，可以通过改变几种植物材料，改长条滤纸为圆形滤纸等来开展探究实验，通过让学生动手操作来反思和优化实验。有的小组对“不同植物叶片所含色素种类和含量有区别吗？”的探究课题有兴趣，于是选择了菠菜叶、乌蔹莓和红苋菜叶等作为实验材料展开探究。有的小组通过讨论，确定了“菠菜叶为什么会变黄？”的课题，就选择新鲜的菠菜叶和变黄的菠菜叶作为对照进行实验。有的小组在圆形滤纸圆心戳一小孔，将纸捻带有色素的一端插入小孔，下端浸入层析液，不久就看到圆形滤纸上分离的各种色素的几个同心圆。在实验过程中，学生学会了主动思考质疑和设计探究，找到了科学探究的方法。

学生实验是培养科学探究素养的基本途径，体现了生物学实验科学的特性，也是生物学考试的基本要求。通过设置实验情境，严谨的科学探究与趣味性的实验相融合，学生积极参与到实践活动中，有助于提升学科能力。

2.3回顾经典，利用实验情境深化自主探究

科学探究素养包括科学探究能力、对科学探究的认知和相关的情感意识三个方面，所以要从认知、能力和情意三个方面去提高学生的科学探究素养。人教版教材中有许多生物学发展史的内容，以科学史为情境，除了能渗透生命观念和体验社会责任，还能引发学生自主探究，在和科学家一起同思考共探究的过程中，发展学生的核心素养。例如，关于光合作用原理的探究历程的经典实验比较多，主要选择如下表的实验材料进行探究。教师展示实验过程及现象，由学生小组分析讨论并提出实验结论。

通过自主探究，学生根据科学家们的经典实验过程推断出实验结论，理解了光合作用的过程，在科学探究中提升了分析问题、交流讨论、解决问题的能力，也领悟到科学理论的建立需要严谨求实的科学探索精神和锲而不舍的科学探究态度。

运用材料和问题串等真实情境开展科学探究活动，不仅能提升能力，发展思维，还能帮助学生养成思考质疑、探究实践的好习惯，深度培养学生的生物学科核心素养。

参考文献：

[1]中华人民共和国教育部.普通高中生物学课程标准（2017年版2020年修订）.北京：人民教育出版社，2020：4-5.

[2]普通高中生物学课程标准（2017年版2020年修订）解读.北京：高等教育出版社，2020：48-50.

[3]吴举宏.从三维目标到核心素养：给生物教师的101条新建议.南京：南京师范大学出版社，2019：136-139.

[4]陆兰甜，张忠华，胡刚.高中生物学情境化课堂设计的原则与策略探讨[J]，中学生物学，2022（12）：21-23.