教育数字化背景下高中生物探究式教学策略研究

摘 要：探究式教学是一种以探究活动为主要形式的教学方式，符合学生认识现实世界的规律与方式，在培育学生生物学科核心素养上具有显著作用。而数字技术是提升高中生物探究式教学质量的重要抓手。在教育数字化背景下，教师要借助数字技术的超时空优势，促进高中生物探究式教学提质增效，实现生物课堂的深层次变革。为了实现探究式教学的有效应用，文章立足教育数字化背景，首先分析高中生物探究式教学现存的问题，并结合探究式教学特点，从前置性学习、学习情境创设、数字资源整合、任务链条设计、教学流程重构以及多元评价实施几个方面，探究高中生物探究式教学模式构建的策略，以期为相关生物教学活动的设计与实施提供一定借鉴参考。

关键词：信息技术2.0；高中生物；探究式教学

探究式教学需要按照提出问题、做出假设、制订计划、实施计划、得出结论、表达交流的顺序展开，能够促进生物学科教学向“以学生为主体”“以学习为中心”转型。《高中生物学课程标准》（2017年版2020年修订，以下简称《课程标准》）指出，“组织以探究为特点的主动学习是落实生物学科核心素养的关键”，要求教师为学生提供更多的机会让学生亲自参与和实践，并重视信息化环境下的学习。可见，在教育数字化背景下，教师应运用技术赋能探究式教学改革创新，从创新应用数字技术的全场景、全要素、全过程入手，推进各项教学活动的数字化转型，促进生物探究式教学提质增效。然而，部分教师对信息技术应用的价值与方法认识不足，对传统教学模式依旧具有较强的依赖性，支持探究式教学模式建构依旧存在浅层化、表面化的问题，难以有效支持学生生物学科核心素养的形成与发展。

一、信息技术2.0环境下高中生物探究式教学现存的问题

（一）问题提出与生活联系不够紧密

探究式教学提倡学生通过学习达到实践与解决问题的目的，需要学生深入问题并在情境中分析解决问题[1]。信息技术2.0环境促进了线上与线下、虚拟与现实空间的整合，同时也为高中生物教学提供了更多立体、生动、趣味性的生物学习资源，在帮助教师创设情境上具有显著作用。而在生物教学实践中，部分教师单一、机械运用故事讲述、视频播放、问题提出等方法创设情境，不注重运用信息技术激活学生的生活体验，难以真正贴近学生生活提出有效的探究问题，无法支持后续教学活动的高效开展，无法获得理想的教学成效。

（二）教学资源不足以支持深入探究

在信息技术2.0环境下，优质生物教育资源得以实现共建共享，使学生依托“互联网+教育”平台便能够进行优质学习资源的整合，得到知识视野的拓宽与思维活动的延伸。然而，部分教师在探究式学习中对生物教材具有较强的依赖性，所提供的学习资源具有形式枯燥、内容匮乏、个性化不足等问题。这种学习资源难以支持学生根据知识经验与个性化需求提出问题、做出假设、制订计划并开展探究实践，致使探究式教学的开展缺乏资源支持与保障[2]。

（三）未运用技术赋能教学方法创新

传统“填鸭式”“灌输式”教学以教师讲授为主，存在“师本位”问题，在一定程度上抑制了学生的生物学习的主动性，难以支撑学生生物学科核心素养的形成与发展。然而在实际探究式教学中，部分教师依然将重点放在了学生对生物课程知识与应试技巧的掌握上，对传统模式也具有较强的依赖性，导致学生过度重视对知识的记忆而忽视了“学习”行为的本身。这部分教师对信息技术在探究式学习中的应用思路与方法认识不清，不注重运用师生交互平台、线上学习平台等组织学生开展深入探究，出现了学习方式僵化、探究行为形式化、活动过程随意化等问题，难以引导学生以验证假设、解决问题为目标进行主动学习、探究学习[3]。

（四）教学评价未能渗透到探究过程

信息技术与教育教学领域的深度融合促进了伴生性数据、结果性数据的整合，能够为教学评价即时性、精准性的提升提供数据支持与保障，促进教学评价“指挥棒”作用的进一步落实。然而，部分教师虽然注重通过观察、交流等方法展开过程评价，但是对学生数字画像、师生互动平台等应用不足，在探究式教学评价中依然存在评价主体单一、评价手段滞后、评价结果应用不足等问题。这种评价模式难以支持教师履行自身的引导、激励、反馈等职责，致使学生在探究性学习中很容易出现兴趣不足、流程混乱、方法不当等一系列问题，不利于高效生物课堂的构建。

二、信息技术2.0环境下的高中生物探究式教学模式构建的策略

（一）构建开放互联的学习空间，促进前置性学习

教育数字化实际上是向教育数智化转型的过程，核心在于通过数字技术驱动赋能教育教学系统性变革，以构建人人皆学、处处能学、时时可学的学习场域。在教育数字化背景下，教师应顺应数字潮流，基于开放、互联、智能的学习空间，构建“线上+线下”的混合式教学模式，切实运用信息化教育教学服务平台为学生推送前置性学习任务，引导学生提前把握探究学习的重难点，缓解学生在课程学习中的消极情绪与畏难心理。

以人教版必修一第三章第2节《细胞器之间的分工与合作》的教学为例，“细胞器之间的分工与合作”属于“细胞各部分结构既分工又合作，共同执行细胞各项生命活动”子概念，内容包括细胞内的细胞器和细胞器的分工与合作，需要学生在课程学习中理解细胞器的重要性，并形成正确的生命观念。本课内容较多，教师应围绕核心概念，聚焦教学重难点，在课前通过“互联网+教育”平台为学生推送导学案、微课、测试题等学习资料，使学生突破时间与空间限制进行前置性学习。具体来说，在《细胞器之间的分工与合作》一课教学中，学生需要认识细胞器的结构与功能，在探究学习中尝试从结构与功能相适应的角度出发，阐明细胞内具有多个相对独立的结构，且每个结构都担负着物质运输、合成与分解、能量转换和信息传递等生命活动。为此，教师应紧密围绕该知识点，基于跨学科视角整合学习资源，引导学生从社会运作中的分工与合作视角出发认知细胞器之间的分工与合作，降低课程内容理解难度，为后续教学活动的高效开展打好基础。

（二）运用数字手段创设探究情境，呈现具体生物问题

生物来源于生活，与学生现实生活有着较为密切的联系。但是生物学科的抽象性又使学生难以深入认识、理解生物知识，进而产生枯燥感、无趣感。在探究式教学中，教师可以运用照片、视频、音频、模具等多模态媒介要素，借助虚拟现实技术、增强现实技术等创设情境，将抽象、枯燥的生物学科原理以更加直观有趣的形式进行呈现。基于此，教师便可以基于真实情境提出问题，并对问题进行表述与分析，运用问题充分激活学生的知识、思维与情感，帮助学生构建生物学科与现实生活、知识经验、兴趣爱好的内在关联，为探究活动的高效开展奠定良好的氛围基础。

比如，人教版必修二第五章第3节《人类遗传病》主要讲述了人类遗传病的相关知识，包括遗传病的概念、类型、实例、诊断、预防以及伦理问题等，与学生的现实生活具有相对密切的关系，需要学生在探究学习中主动学习遗传病的相关知识，逐步树立正确的生命观念。在探究情境创设中，教师通过展示遗传病例创设生活情境，调动学生生活经验，激发学生探究兴趣。《人类遗传病》一课侧重遗传病的分类、调查、检测、预防等常识性知识的学习，与个人生活、社会责任联系密切[4]。教师可以从互联网平台获取与遗传病相关的社会新闻，并为学生提供相关图文信息、视频资料、统计数据等，通过生活情境创设引发学生对遗传病的认识与理解，引导学生关注遗传病给人类带来的危害，并向学生提出问题“各种各样的遗传病是怎样产生的呢？我们应怎样预防？”引导学生带着疑问开展进一步探究。与此同时，“人类遗传病”以基因突变和染色体变异的知识为依托，是可遗传变异理论联系实际的延伸。为了深化学生对遗传病的认识与理解，使学生能够更好地开展后续学习，教师可以通过构建沉浸式微观环境，促进学生持续深入探究。教师可以借助增强现实和虚拟现实技术，构建高度互动和沉浸式的生物学习环境，播放基因突变和染色体变异的演示动画，使学生从各个角度进行观察和学习，增强学生生物学习的沉浸感与参与感，使学生在近距离观察与学习中全身心地感受生物学科的魅力，切实营造轻松和谐的探究氛围。

（三）完善数字化生物学习资源，支持学生做出问题假设

信息技术与教育教学领域的深度融合使数字教育的存储、传输和流转更加便捷，推进了优质教育资源的共建共享，有效提高和扩大了教育服务供给质量与数量[5]。广大师生能够突破时间、空间限制，依托数字化教育资源库、“互联网+教育”平台等获取系列化、精品化、个性化的数字教学资源，让探究式教学真正“活起来”。为此，在探究式教学中教师应使学生自发在智能移动终端搜寻生物学习资料，结合已有知识经验，对提出的问题进行可能性设想，支持学生有目的、有方向地开展生物探究，并在探究过程中逐步完善建构结构化生物知识体系。

以人教版必修一第二章第4节《蛋白质是生命活动的主要承担者》的生物教学为例，本课需要学生通过学习蛋白质的组成、结构和功能，认识生命是建立在物质基础上的，形成结构与功能相适应的生命观念。《课程标准》与本节课对应的内容要求是“认同蛋白质是生命活动的主要承担者”。在生物探究式教学中，首先，教师应围绕“蛋白质是生命活动的主要承担者”，从“互联网+教育”平台中获取实际案例，为学生呈现医生给病人手术的视频，并提出问题“手术缝合线是用什么制作的？”“蛋白质能被人体直接吸收吗？”“氨基酸有着怎样的结构？”激发学生思考。其次，教师要围绕“蛋白质是生命活动的主要承担者”设计问题，涵盖蛋白质的结构、功能、组成等，促使学生结合案例进行深入思考。最后，教师应利用“互联网+教育”平台获取高质量、体系化、多类型的生物学习资源，通过整合理论、图片、视频、模拟实验等教学资源，实现知识的互鉴、融通、联动，循序渐进地构建系统化、结构化生物知识体系，为后续探究活动的有序高效开展打好基础。

（四）制订生物探究计划，设计探究任务链条

为了确保各项探究活动均能够围绕主线进行，教师应根据探究式教学流程特点制订探究计划，并紧密结合假说验证需要设计学习任务，运用任务驱动学生开展自主、合作与探究学习，引导学生循序渐进地进入深度学习状态。在探究任务设计中，教师要紧密结合课程主题，突出任务的层级性、递进性，为学生探究活动的开展提供有效指导[6]。

例如，以人教版必修一第五章第4节《光合作用的原理和应用》部分的生物探究教学为例，该部分包括光合作用的概念、过程、意义和应用等内容，需要学生理解光合作用发生的具体部位、所需的条件、过程中发生的变化以及实际意义与应用等内容。在探究式教学中，第一，教师紧密结合课程内容，以认识理解光合作用的概念、过程、意义、应用为目标，制订探究计划，理清探究思路。第二，教师要明确探究任务设计原则，按照由易至难、由浅入深的原则架构层次性探究任务，促进学生有目的、有步骤地开展探究学习。比如，教师可以设计任务“通过观察和实验，了解光合作用的过程和条件”，驱动学生设计、实施实验，使学生亲身体验光合作用的过程，加深对光合作用的认识与理解。第三，基于学生数字画像，了解学生在知识储备、思维认知、学习能力、兴趣特长等方面的差异性，根据学生个体差异合理配置探究任务，有效兼顾不同发展水平的学生，确保成员间分工明确，并通过适时调整使每个成员都有机会担任不同的角色。比如，教师可以将收集资料、实验准备等简单任务交给生物学习能力欠佳的学生，将撰写实验报告等综合性较强的实验任务交给生物学习兴趣浓厚、知识基础扎实的学生。

（五）运用技术赋能教学流程重构，促进探究实践计划实施

在教育数字化背景下，大数据、虚拟现实、生成式人工智能技术等与教学活动的深度融合，推动了教学流程重构、育人模式创新[7]。探究式教学是一种主张学生在学习过程中进行自主、合作与探究学习的教学模式，着重强调学生的主体地位。教师应明确学生在生物课堂中的“主人翁”地位，运用技术赋能研讨式、体验式、项目式等教学模式与探究式教学的有效整合，切实运用信息技术拓展探究空间、丰富探究工具、深化探究互动，在探究计划实施中分析解决问题，发展学生核心素养。

以人教版必修一第五章第3节《细胞呼吸的原理和应用》的探究式教学为例，本课重点是细胞呼吸的概念、类型、过程及其化学反应，影响细胞呼吸的因素，以及细胞呼吸在实际生产中的应用。在实验前，教师运用虚拟现实、增强现实技术，模拟演示受限于环境或设备的生物实验，将水果储存、食品加工中微观、抽象细胞的现象以“触手可及”的形式呈现在学生面前，并引导学生通过调整参数发现规律、建构知识，深化学生对细胞呼吸概念的认识与理解。在实验探究过程中，教师担任好辅助者、引导者和资源提供者的角色，将探究式学习的主动权交给学生，借助生成式人工智能最大限度激发学生的主观能动性，促使学生通过人机互动与人工智能的一对一问答，并在生物实验中与同伴建立合作关系，共同探究和学习，开展生物实践，在不断重复“提出问题—解决问题”的过程中，逐步完成生物知识、技能、方法等的内化整合、实践应用与迁移创新，激发课堂教学深层次变革。此外，教师还应运用技术赋能探究性实验报告的生成，使学生运用文字描述、数字表格、示意图、曲线图等方式完成报告，以数字化的形式进行展示与呈现，引导学生运用线上学习平台进行成果交流与相互学习，有效拓展生物学习的时间与空间，支持学生生物学科核心素养的形成与发展。

（六）基于数据分析变革评价模式，落实评价“指挥棒”作用

评价是生物探究式学习不可或缺的重要环节，具有引导、激励、调控、反馈与总结等多种功能，是教师了解探究过程、调控教学行为、提高教学质量的重要手段。在教育数字化下，教师能够运用数字技术对学习过程进行实时监测分析，通过伴生性数据与结果性数据的有效整合生成学习者数字画像和学科知识图谱，为各项评价活动的开展提供丰富的数据支持与保障。在评价实施中，教师应以学生发展为本，紧密联系探究主题，以核心素养为导向设计评价活动，并运用技术赋能主体多元、内容丰富、形式多样、注重过程的评价模式的构建，有效将评价渗透到学生探究式学习全过程。

以人教版选择性必修二《生态系统的物质循环》的教学评价实施为例，本课以“碳循环”为例引导学生探究物质循环过程，需要学生在了解有关碳的基本知识的基础上开展课程学习，逐步认识生态系统物质循环的过程。在评价中，第一，教师应对接教学目标设计评价指标，使各评价主体能够根据学生的探究过程与探究成果开展评价交流，有效评估学生的生物学科核心素养形成与发展状况。第二，教师应运用数字化形式记录学生生物学习过程，构建学生数字画像，切实运用多源数据促进学生科学学习体验和思维可视化，为各项评价活动的精准开展提供数据支持保障。第三，教师应强化过程评价，运用师生交互平台、学生管理系统等信息化平台，结合课堂观察、交流互动、随机提问等方法深化师生互动，将评价渗透到学生生物探究的全过程，提升教学评价的即时性。比如，在学生分析“碳循环”过程时，教师可以借助师生交互平台的“随机提问”功能向学生抛出问题，检验学生对碳循环过程的认识与理解情况，并就学习中的问题与瓶颈，引导学生在探究学习中通过自我评价与同伴评价分析问题、交流意见，逐步解决问题。第四，教师应强化评价结果应用。教师不仅要根据学生的反馈与评价，及时调整教学策略、更新学习资源，还应利用智能诊断准确了解学情，为学生提供即时精准的反馈和评估，帮助学生发现和纠正错误，并为学生制订个性化学习方案、推送精准化学习资源，满足学生个性化、多元化的生物学习需要。

结束语

总而言之，探究式教学较好地适应了高中学生阶段特点与生物学科特征，在促进学生生物学科核心素养形成与发展上具有显著作用。在教育数字化背景下，教师应运用技术赋能探究式教学改革与创新，基于信息技术资源性、工具性和情境性的特点，推动探究式教学目标、情境、内容、任务、实践、评价等的统筹设计，为探究式学习的实施提供真实性情境、数字化资源、交互性工具等，构建“以学生为主体”“以学习为中心”的探究式教学模式。通过探究式教学模式的构建，教师能够支持学生在真实生动的问题情境中围绕假设开展自主、合作与探究学习，并在生物知识、技能、方法等的内化整合、实践应用与迁移创新中形成结论、做出解释，促进生物学科核心素养的形成与发展。

参考文献

[1]庞翠云.简谈信息技术环境下高中生物探究式教学模式[J].中国新通信，2023，25（4）：212-214，186.

[2]龙媛.教育信息化2.0背景下高中生物信息化教学实践研究[D].重庆：西南大学，2022.

[3]王晓旋.探究“互联网+教育”背景下的高中生物智慧教育[J].新世纪智能，2024（97）：50-51，54.

[4]贾媛媛.高中生物线上线下混合式教学实践研究[D].重庆：西南大学，2023.

[5]李洪洋.PBL教学法在高中生物探究式实验中的应用：以“植物细胞的吸水和失水”为例[J].学园，2023，16（32）：54-56.

[6]潘俊宇.“互联网+”背景下高中生物实验翻转课堂教学研究：以“制作果酒和果醋”实验为例[J].试题与研究，2022（29）：136-138.

[7]寇珊珊，谭卫梅，吴立清，等.信息技术与探究式学习融合策略在高中生物概念教学中的应用[J].中学教学参考，2023（17）：90-92.

本文系福安市中小学幼儿园教育科学研究2023年度立项课题“信息技术2.0与高中生物课堂教学深度融合的策略研究”（课题编号：AJKT2023015）的阶段成果。