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    基于科学思维提升的高中生物学SSI情境教学

    时间：2023-02-22 20:45:04来源：百花范文网本文已影响人

    黄子萍

    （广西南宁市第三中学 广西南宁 530021）

    社会性科学议题（Socio-scientific Issues，SSI）是指现代科学技术应用给人类带来的争议性问题，涉及多个领域的主题，如环境生态议题（全球气候变暖、热带雨林消失、生物多样性的保护等）、伦理道德议题（干细胞议题、克隆技术、基因治疗、器官与胚胎移植、堕胎合法性性、动物实验等）、健康相关议题（转基因食品、农药残留、粮食问题、抗生素的滥用等）。这些主题与生物学课程联系紧密。《普通高中生物学课程标准（2017年版2020年修订）》在“实施建议”部分明确指出，“教师要引导学生特别关注我国和学校所在地区与学生现实生活相关的问题，使学生积极思考与生物学有关的社会问题……培养学生的社会责任感”。教师将这些社会性科学议题融入情境教学，可促进学生利用科学知识、形成正确的科学思维、理解科学本质，同时在探讨社会性科学议题的过程中，进一步增强参与科学决策能力，提升伦理道德水平。因此，在SSI情境下开展教学是提高学生生物科学核心素养的有效途径。

    确定具体的社会性科学议题后，在运用SSI情境开展教学时，教师可以参考美国《国家科学课程标准》提出的SIMBL模型（Socio-scientific Issues and Model Based Learning，SIMBL）展开教学设计。在教学过程中，参考SIMBL教学模型，对应科学思维的不同体现维度，教师可从“创设议题情境，提出关键问题”“构建知识模型，应用核心概念”“解决实际问题，升华情境”3个环节来提高学生的科学思维和社会责任核心素养，各环节与教学关联见表1。

    表1 SIMBL教学模型与情境教学环节的对应关系

    SSI教学具备项目式教学、情境教学和案例教学的特征，能激发学生的学习热情，开展科学探究，培育批判性思维素养。与传统的分散概念复习相比，教师以社会性科学议题为情境的概念复习进行了单元教学内容的重新整合，更加符合高三学生的认知规律，能促进学生构建概念体系。因此，下面以高中微专题复习课为例，探讨开展SSI情境教学应用的具体过程。

    2.1 基因编辑技术的应用

    教师应用社会性科学议题，带领学生复习基因编辑技术应用的流程如图1所示。

    图1 教学流程示意图

    （1）创设议题情境，提出关键问题。

    课前，教师分发预学案，学生以小组为单位查阅相关信息。

    课上，教师播放“基因编辑婴儿”新闻视频，提出关键问题：基因突变的原理除了在育种和癌症诊断中有应用之外，随着科技进步，已经逐渐增加人为改造的因素。目前对基因进行“定点”改造的基因组编辑技术也用于基因治疗和育种等，但也有人希望借此获得“超级婴儿”。你如何看待基因编辑技术的应用？

    设计意图：教师利用新闻视频，创设真实情境，将教材中的基因编辑技术理论知识与实际问题联系起来，引发学生就“超级婴儿”的伦理问题为主要争议，激发学生的关注和学习兴趣。

    （2）构建知识模型，应用核心概念。

    教师联系基因重组、基因突变的，引导学生学习教材中“生物科技进展”——基因组编辑。各学习小组交流，填写流程图，了解并总结基因编辑常用技术。

    教师提供基因编辑婴儿以及基因治疗科学史的相关研究文献，组织学生总结基因编辑技术发展的时间发展线。同时，播放关于基因编辑技术的科普视频和科学家访谈内容，引导学生多角度分析基因编辑技术可能存在的风险以及可能造成的影响，并由各小组研讨技术应用的风险能否规避或降低。

    教师提供我国对转基因技术应用的相关政策法规，引导学生分组从科学、社会、文化等方面讨论基因编辑技术的利与弊，并绘制基因编辑技术科学应用的宣传海报，组织分享交流和互评。

    设计意图：在本环节，教师引导学生自主学习基因编辑技术的发展史，使学生了解技术的成果、过程与风险、技术与原理，以及各国对转基因产品的政策法规。学生结合基因重组、基因工程的知识，进一步了解本议题，在学习理论知识的基础上，科学地评价基因编辑技术，增强批判性思维。

    （3）解决实际问题，升华情境。

    教师展示基因组编辑应用于诱导癌细胞凋亡的科学文献，引导学生分析：基因编辑技术可为癌症预防或治疗带来什么启发？尝试提出具体的操作思路。在学生提出思路后，教师灵活穿插社会上的“反对声音”，为学生全面思考、科学决策提供真实模拟体验。

    设计意图：教师引导学生解决真实的科学研究问题，进一步推动学生讨论、推理、决策，从持续发展的角度分析基因编辑技术的应用，并就学生初步提出的思路进行评价，引导学生关注科学技术也是在不断修正中前进的，训练学生的辩证思维，进而使学生认同科学技术发展的重要性。

    2.2 “碳中和”生态工程建设问题

    教师应用社会性科学议题，带领学生复习“碳中和”生态工程的流程如图2所示。

    图2 教学流程示意图

    （1）创设议题情境，提出关键问题。

    课前，学习小组研讨生态工程实例的任务：考察城市湿地公园和社区分类处理等。

    课上，教师展示“碳中和”相关生态报告数据，并播放城市湿地公园宣传视频，引导学生探讨碳排放数据，提出关键问题：如何运用生态知识开展城市“碳中和”建设？

    设计意图：教师利用当地生态建设的实例，使学生关注身边的生物学现象，借此引入生态系统相关知识及生态工程基本原理的复习，并呈现城市生态建设与发展中存在的现实问题。

    （2）构建知识模型，应用核心概念。

    ①组织各小组展示城市湿地公园研究结果。

    针对城市湿地公园的现状，各组派代表简要介绍该湿地公园的生态系统结构、生态工程模式图，阐述其中包含的组分和设计原理。由其他小组成员进行提问，组间交流和相互评价。

    教师提出问题，引导学生思考城市湿地公园中“碳中和”建设措施及原理：①该生态工程设计体现了生态系统的什么功能？②该生态工程中考虑了哪些生态学原理？请用所学知识解释如何做到“碳中和”？

    教师设置关于湿地公园的绿化物种设计、外来植物入侵导致的水污染等问题，引导学生分析：①湿地公园绿化设计存在哪些不足？该湿地公园的生态建设考虑了哪些经济和社会的实际情况？你们能提出哪些改进建议？②本次调研过程中，你们应用了什么生物学知识来解决外来之物入侵导致的水污染问题？③了解不同的生态工程后，你认为自己可以为维护这些生态工作做些什么？你计划如何向家人、同学宣传生态工程？

    设计意图：教师联系前后知识，为复习生态系统的结构和物质循环、能量流动、信息传递等功能知识，以及生态工程的生态学知识打下基础，同时提高学生归纳和总结的科学思维。小组展示分析具体实例，小结生态工程应用的利与弊，提高了解决实际问题的能力。教师设计问题串，从理解到应用，从观察到宣传，引导学生深入总结调研结果，积极参与生态工程建设和环境保护实践。

    ②组织各小组展示社区垃圾分类处理的研究结果。

    教师提供不同类型常见垃圾，组织学生进行垃圾分类；
    研究性学习小组画出社区中物质循环模式图，展示家庭社区中垃圾分类的宣传手册或视频，并进行讲解。教师引导学生从不同角度思考垃圾分类的意义。

    设计意图：尝试说明垃圾分类处理工程体现了物质循环原理、人与自然之间的平衡关系。教师促进学生形成环境保护意识，增强学生的社会责任素养。

    （3）解决实际问题，升华情境。

    教师组织学生运用模拟景观设计软件，根据提出的校园建设建议，构建校园生态景观模型。教师提醒学生主要关注的问题，包括：①从“碳中和”角度出发，校园中可采取哪些措施减少碳排放？（利用太阳能、电能等绿色能源、节约用纸电子化办公教学、做好垃圾分类等）②如何设计校园的整体景观？请你担任景观设计师提出具体的建议（植物种群的选择，群落演替等），并设计宣传手册。

    设计意图：教师以身边的校园建设问题作为具体情境任务，评估学生对生态系统相关概念及知识的掌握情况；
    让学生在分析生态系统结构与功能相适应，协调环境建设和校园城市发展的平衡过程中进行决策，运用模型与建模的教学环节来促进学生创造性思维的提升。

    2.3 抗生素滥用问题

    教师应用社会性科学议题，带领学生解决抗生素滥用问题的流程如图2所示。

    （1）创设议题情境，提出关键问题。

    教师分发预学案，学生以小组为单位进行研讨。

    教师播放“耐甲氧西林金黄色葡萄球菌”（MRSA）这一超级细菌的相关视频，引导学生思考：人类如何感染超级细菌？感染超级细菌后，人体有哪些症状？如何治疗与预防超级细菌感染？为什么这种细菌会被称为“超级细菌”？

    图3 教学流程示意图

    设计意图：教师利用视频素材，直观展示超级细菌对人体健康的影响，激发学生的好奇心；
    延伸新的问题情境。

    （2）构建知识模型，应用核心概念。

    ①观察并分析抗生素耐药性实验。

    各小组参考文献资料，设计并分析抗生物耐药性实验。学生将实验分为对照组组（无抗生素）和实验组（有抗生素）的对照，近距离观察抗生素对细菌生长的影响；
    同时，教师展示将实验组细菌进行连续多代培养的结果，再重复上述对照实验步骤，学生会观察并发现在有抗生素的环境中也有少量的细菌生长。教师提出问题：本实验的自变量是什么？预期结果是什么？实验组环境中也有少量细菌生长，你如何解释这一现象？

    设计意图：学生在真实研究情境下，基于模拟实验操作和对实验现象观察，讨论并提出解释，能够从宏观的角度观察到耐药菌产生的过程，对“进化”以及“自然选择”的概念有了更直观的认识和理解。

    ②结合实验结果构建概念模型。

    学生从宏观视角切入，由根据生物进化知识，以小组为单位构建简单的细菌变异进化模型图，直观地呈现自己对实验现象的解释。然后，教师根据小组汇报及学生制作的模型图提出修订建议。结合现实生产情境，教师补充细菌所处环境条件特点，引导学生思考如果改变部分因素会导致的变化；
    引导学生应用虚拟实验相关软件模型控制环境变量，模拟自然条件的改变，进一步理解细菌数量与环境因素的联系，使学生体会“自然选择”的真实意义，深入思考耐药菌产生机制。

    设计意图：学生通过构建概念模型，分析抗生素滥用带来的影响，并深入复习基因频率、种群进化等相关知识。小组制作模型图可以提高学生的演绎-推理思维和批判思维。

    （3）解决实际问题，升华情境。

    教师引出当前抗生物滥用相关调查数据。各小组合作、分享有关耐药性细菌传播现状和见解，尝试从各界不同角度对现状及数据进行评估，并在小组间进行交流和分享。

    设计意图：真实的数据可以让学生切实体会到抗生素应用问题的复杂性，同时给予学生进行科学决策的情境条件。

    传统的生物学高三复习课教学通常以专题知识梳理复习和习题训练为主要策略，无论是是学习内容还是方式多与新课有所重合，难以激发学生的学习兴趣和动力，且概念复习与习题训练更是在复习课和讲评课中相互独立的，这会导致知识的学习与能力的训练互相割裂，不利于培养学生的科学思维和“学以致用”的能力。教师利用SSI情境教学，从新的角度开展复习，让学生在连贯且复杂的情境中应用知识，在复习核心知识的同时，关联知识，提升归纳总结的科学思维，也可让教师更全面地评估学生复习效果。

    由于高三复习时，学生已经具备的一定的知识水平和相关生活经验，因此选择社会性科学议题并设计学习任务时，教师需要深入分析学情，通过合理地设计问题串、准备科研参考资料、动态地关注学生表现等增强复习课教学设计的合理性。同时，在评价方面，教师也可以在高三复习纸笔测评中融入SSI情境，设置相关试题情境和开放性设问，以此评估学生能否综合运用知识模型，或能否提出合理的问题解决方案，进而分析学生的学业水平和科学思维层次。

    总体来说，实践是检验真理的标准，SSI情境教学在生物学课堂上可以使生物学知识与社会实际紧密联结，聚焦学生最关注的事件动态，提供让学生获得“学以致用”体验的真实情境，在帮助学生串联知识的同时，也综合提升了学生的科学思维、社会责任等生物学学科核心素养。

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