基于科學(xué)思維提升的高中生物學(xué)SSI情境教學(xué)

黃子萍

（廣西南寧市第三中學(xué) 廣西南寧 530021）

1 應(yīng)用社會(huì)性科學(xué)議題開(kāi)展生物學(xué)教學(xué)

社會(huì)性科學(xué)議題（Socio-scientific Issues，SSI）是指現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)應(yīng)用給人類(lèi)帶來(lái)的爭(zhēng)議性問(wèn)題，涉及多個(gè)領(lǐng)域的主題，如環(huán)境生態(tài)議題（全球氣候變暖、熱帶雨林消失、生物多樣性的保護(hù)等）、倫理道德議題（干細(xì)胞議題、克隆技術(shù)、基因治療、器官與胚胎移植、墮胎合法性性、動(dòng)物實(shí)驗(yàn)等）、健康相關(guān)議題（轉(zhuǎn)基因食品、農(nóng)藥殘留、糧食問(wèn)題、抗生素的濫用等）。這些主題與生物學(xué)課程聯(lián)系緊密?！镀胀ǜ咧猩飳W(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》在“實(shí)施建議”部分明確指出，“教師要引導(dǎo)學(xué)生特別關(guān)注我國(guó)和學(xué)校所在地區(qū)與學(xué)生現(xiàn)實(shí)生活相關(guān)的問(wèn)題，使學(xué)生積極思考與生物學(xué)有關(guān)的社會(huì)問(wèn)題……培養(yǎng)學(xué)生的社會(huì)責(zé)任感”。教師將這些社會(huì)性科學(xué)議題融入情境教學(xué)，可促進(jìn)學(xué)生利用科學(xué)知識(shí)、形成正確的科學(xué)思維、理解科學(xué)本質(zhì)，同時(shí)在探討社會(huì)性科學(xué)議題的過(guò)程中，進(jìn)一步增強(qiáng)參與科學(xué)決策能力，提升倫理道德水平。因此，在SSI情境下開(kāi)展教學(xué)是提高學(xué)生生物科學(xué)核心素養(yǎng)的有效途徑。

確定具體的社會(huì)性科學(xué)議題后，在運(yùn)用SSI情境開(kāi)展教學(xué)時(shí)，教師可以參考美國(guó)《國(guó)家科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》提出的SIMBL模型（Socio-scientific Issues and Model Based Learning，SIMBL）展開(kāi)教學(xué)設(shè)計(jì)。在教學(xué)過(guò)程中，參考SIMBL教學(xué)模型，對(duì)應(yīng)科學(xué)思維的不同體現(xiàn)維度，教師可從“創(chuàng)設(shè)議題情境，提出關(guān)鍵問(wèn)題”“構(gòu)建知識(shí)模型，應(yīng)用核心概念”“解決實(shí)際問(wèn)題，升華情境”3個(gè)環(huán)節(jié)來(lái)提高學(xué)生的科學(xué)思維和社會(huì)責(zé)任核心素養(yǎng)，各環(huán)節(jié)與教學(xué)關(guān)聯(lián)見(jiàn)表1。

表1 SIMBL教學(xué)模型與情境教學(xué)環(huán)節(jié)的對(duì)應(yīng)關(guān)系

SSI教學(xué)具備項(xiàng)目式教學(xué)、情境教學(xué)和案例教學(xué)的特征，能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，開(kāi)展科學(xué)探究，培育批判性思維素養(yǎng)。與傳統(tǒng)的分散概念復(fù)習(xí)相比，教師以社會(huì)性科學(xué)議題為情境的概念復(fù)習(xí)進(jìn)行了單元教學(xué)內(nèi)容的重新整合，更加符合高三學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，能促進(jìn)學(xué)生構(gòu)建概念體系。因此，下面以高中微專(zhuān)題復(fù)習(xí)課為例，探討開(kāi)展SSI情境教學(xué)應(yīng)用的具體過(guò)程。

2 應(yīng)用社會(huì)性科學(xué)議題進(jìn)行高中生物學(xué)教學(xué)實(shí)例

2.1 基因編輯技術(shù)的應(yīng)用

教師應(yīng)用社會(huì)性科學(xué)議題，帶領(lǐng)學(xué)生復(fù)習(xí)基因編輯技術(shù)應(yīng)用的流程如圖1所示。

圖1 教學(xué)流程示意圖

（1）創(chuàng)設(shè)議題情境，提出關(guān)鍵問(wèn)題。

課前，教師分發(fā)預(yù)學(xué)案，學(xué)生以小組為單位查閱相關(guān)信息。

課上，教師播放“基因編輯嬰兒”新聞視頻，提出關(guān)鍵問(wèn)題：基因突變的原理除了在育種和癌癥診斷中有應(yīng)用之外，隨著科技進(jìn)步，已經(jīng)逐漸增加人為改造的因素。目前對(duì)基因進(jìn)行“定點(diǎn)”改造的基因組編輯技術(shù)也用于基因治療和育種等，但也有人希望借此獲得“超級(jí)嬰兒”。你如何看待基因編輯技術(shù)的應(yīng)用？

設(shè)計(jì)意圖：教師利用新聞視頻，創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境，將教材中的基因編輯技術(shù)理論知識(shí)與實(shí)際問(wèn)題聯(lián)系起來(lái)，引發(fā)學(xué)生就“超級(jí)嬰兒”的倫理問(wèn)題為主要爭(zhēng)議，激發(fā)學(xué)生的關(guān)注和學(xué)習(xí)興趣。

（2）構(gòu)建知識(shí)模型，應(yīng)用核心概念。

教師聯(lián)系基因重組、基因突變的，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)教材中“生物科技進(jìn)展”——基因組編輯。各學(xué)習(xí)小組交流，填寫(xiě)流程圖，了解并總結(jié)基因編輯常用技術(shù)。

教師提供基因編輯嬰兒以及基因治療科學(xué)史的相關(guān)研究文獻(xiàn)，組織學(xué)生總結(jié)基因編輯技術(shù)發(fā)展的時(shí)間發(fā)展線。同時(shí)，播放關(guān)于基因編輯技術(shù)的科普視頻和科學(xué)家訪談內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生多角度分析基因編輯技術(shù)可能存在的風(fēng)險(xiǎn)以及可能造成的影響，并由各小組研討技術(shù)應(yīng)用的風(fēng)險(xiǎn)能否規(guī)避或降低。

教師提供我國(guó)對(duì)轉(zhuǎn)基因技術(shù)應(yīng)用的相關(guān)政策法規(guī)，引導(dǎo)學(xué)生分組從科學(xué)、社會(huì)、文化等方面討論基因編輯技術(shù)的利與弊，并繪制基因編輯技術(shù)科學(xué)應(yīng)用的宣傳海報(bào)，組織分享交流和互評(píng)。

設(shè)計(jì)意圖：在本環(huán)節(jié)，教師引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)基因編輯技術(shù)的發(fā)展史，使學(xué)生了解技術(shù)的成果、過(guò)程與風(fēng)險(xiǎn)、技術(shù)與原理，以及各國(guó)對(duì)轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品的政策法規(guī)。學(xué)生結(jié)合基因重組、基因工程的知識(shí)，進(jìn)一步了解本議題，在學(xué)習(xí)理論知識(shí)的基礎(chǔ)上，科學(xué)地評(píng)價(jià)基因編輯技術(shù)，增強(qiáng)批判性思維。

（3）解決實(shí)際問(wèn)題，升華情境。

教師展示基因組編輯應(yīng)用于誘導(dǎo)癌細(xì)胞凋亡的科學(xué)文獻(xiàn)，引導(dǎo)學(xué)生分析：基因編輯技術(shù)可為癌癥預(yù)防或治療帶來(lái)什么啟發(fā)？嘗試提出具體的操作思路。在學(xué)生提出思路后，教師靈活穿插社會(huì)上的“反對(duì)聲音”，為學(xué)生全面思考、科學(xué)決策提供真實(shí)模擬體驗(yàn)。

設(shè)計(jì)意圖：教師引導(dǎo)學(xué)生解決真實(shí)的科學(xué)研究問(wèn)題，進(jìn)一步推動(dòng)學(xué)生討論、推理、決策，從持續(xù)發(fā)展的角度分析基因編輯技術(shù)的應(yīng)用，并就學(xué)生初步提出的思路進(jìn)行評(píng)價(jià)，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注科學(xué)技術(shù)也是在不斷修正中前進(jìn)的，訓(xùn)練學(xué)生的辯證思維，進(jìn)而使學(xué)生認(rèn)同科學(xué)技術(shù)發(fā)展的重要性。

2.2 “碳中和”生態(tài)工程建設(shè)問(wèn)題

教師應(yīng)用社會(huì)性科學(xué)議題，帶領(lǐng)學(xué)生復(fù)習(xí)“碳中和”生態(tài)工程的流程如圖2所示。

圖2 教學(xué)流程示意圖

（1）創(chuàng)設(shè)議題情境，提出關(guān)鍵問(wèn)題。

課前，學(xué)習(xí)小組研討生態(tài)工程實(shí)例的任務(wù)：考察城市濕地公園和社區(qū)分類(lèi)處理等。

課上，教師展示“碳中和”相關(guān)生態(tài)報(bào)告數(shù)據(jù)，并播放城市濕地公園宣傳視頻，引導(dǎo)學(xué)生探討碳排放數(shù)據(jù)，提出關(guān)鍵問(wèn)題：如何運(yùn)用生態(tài)知識(shí)開(kāi)展城市“碳中和”建設(shè)？

設(shè)計(jì)意圖：教師利用當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)建設(shè)的實(shí)例，使學(xué)生關(guān)注身邊的生物學(xué)現(xiàn)象，借此引入生態(tài)系統(tǒng)相關(guān)知識(shí)及生態(tài)工程基本原理的復(fù)習(xí)，并呈現(xiàn)城市生態(tài)建設(shè)與發(fā)展中存在的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。

（2）構(gòu)建知識(shí)模型，應(yīng)用核心概念。

①組織各小組展示城市濕地公園研究結(jié)果。

針對(duì)城市濕地公園的現(xiàn)狀，各組派代表簡(jiǎn)要介紹該濕地公園的生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、生態(tài)工程模式圖，闡述其中包含的組分和設(shè)計(jì)原理。由其他小組成員進(jìn)行提問(wèn)，組間交流和相互評(píng)價(jià)。

教師提出問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生思考城市濕地公園中“碳中和”建設(shè)措施及原理：①該生態(tài)工程設(shè)計(jì)體現(xiàn)了生態(tài)系統(tǒng)的什么功能？②該生態(tài)工程中考慮了哪些生態(tài)學(xué)原理？請(qǐng)用所學(xué)知識(shí)解釋如何做到“碳中和”？

教師設(shè)置關(guān)于濕地公園的綠化物種設(shè)計(jì)、外來(lái)植物入侵導(dǎo)致的水污染等問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生分析：①濕地公園綠化設(shè)計(jì)存在哪些不足？該濕地公園的生態(tài)建設(shè)考慮了哪些經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的實(shí)際情況？你們能提出哪些改進(jìn)建議？②本次調(diào)研過(guò)程中，你們應(yīng)用了什么生物學(xué)知識(shí)來(lái)解決外來(lái)之物入侵導(dǎo)致的水污染問(wèn)題？③了解不同的生態(tài)工程后，你認(rèn)為自己可以為維護(hù)這些生態(tài)工作做些什么？你計(jì)劃如何向家人、同學(xué)宣傳生態(tài)工程？

設(shè)計(jì)意圖：教師聯(lián)系前后知識(shí)，為復(fù)習(xí)生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和物質(zhì)循環(huán)、能量流動(dòng)、信息傳遞等功能知識(shí)，以及生態(tài)工程的生態(tài)學(xué)知識(shí)打下基礎(chǔ)，同時(shí)提高學(xué)生歸納和總結(jié)的科學(xué)思維。小組展示分析具體實(shí)例，小結(jié)生態(tài)工程應(yīng)用的利與弊，提高了解決實(shí)際問(wèn)題的能力。教師設(shè)計(jì)問(wèn)題串，從理解到應(yīng)用，從觀察到宣傳，引導(dǎo)學(xué)生深入總結(jié)調(diào)研結(jié)果，積極參與生態(tài)工程建設(shè)和環(huán)境保護(hù)實(shí)踐。

②組織各小組展示社區(qū)垃圾分類(lèi)處理的研究結(jié)果。

教師提供不同類(lèi)型常見(jiàn)垃圾，組織學(xué)生進(jìn)行垃圾分類(lèi)；研究性學(xué)習(xí)小組畫(huà)出社區(qū)中物質(zhì)循環(huán)模式圖，展示家庭社區(qū)中垃圾分類(lèi)的宣傳手冊(cè)或視頻，并進(jìn)行講解。教師引導(dǎo)學(xué)生從不同角度思考垃圾分類(lèi)的意義。

設(shè)計(jì)意圖：嘗試說(shuō)明垃圾分類(lèi)處理工程體現(xiàn)了物質(zhì)循環(huán)原理、人與自然之間的平衡關(guān)系。教師促進(jìn)學(xué)生形成環(huán)境保護(hù)意識(shí)，增強(qiáng)學(xué)生的社會(huì)責(zé)任素養(yǎng)。

（3）解決實(shí)際問(wèn)題，升華情境。

教師組織學(xué)生運(yùn)用模擬景觀設(shè)計(jì)軟件，根據(jù)提出的校園建設(shè)建議，構(gòu)建校園生態(tài)景觀模型。教師提醒學(xué)生主要關(guān)注的問(wèn)題，包括：①?gòu)摹疤贾泻汀苯嵌瘸霭l(fā)，校園中可采取哪些措施減少碳排放？（利用太陽(yáng)能、電能等綠色能源、節(jié)約用紙電子化辦公教學(xué)、做好垃圾分類(lèi)等）②如何設(shè)計(jì)校園的整體景觀？請(qǐng)你擔(dān)任景觀設(shè)計(jì)師提出具體的建議（植物種群的選擇，群落演替等），并設(shè)計(jì)宣傳手冊(cè)。

設(shè)計(jì)意圖：教師以身邊的校園建設(shè)問(wèn)題作為具體情境任務(wù)，評(píng)估學(xué)生對(duì)生態(tài)系統(tǒng)相關(guān)概念及知識(shí)的掌握情況；讓學(xué)生在分析生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)，協(xié)調(diào)環(huán)境建設(shè)和校園城市發(fā)展的平衡過(guò)程中進(jìn)行決策，運(yùn)用模型與建模的教學(xué)環(huán)節(jié)來(lái)促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)造性思維的提升。

2.3 抗生素濫用問(wèn)題

教師應(yīng)用社會(huì)性科學(xué)議題，帶領(lǐng)學(xué)生解決抗生素濫用問(wèn)題的流程如圖2所示。

（1）創(chuàng)設(shè)議題情境，提出關(guān)鍵問(wèn)題。

教師分發(fā)預(yù)學(xué)案，學(xué)生以小組為單位進(jìn)行研討。

教師播放“耐甲氧西林金黃色葡萄球菌”（MRSA）這一超級(jí)細(xì)菌的相關(guān)視頻，引導(dǎo)學(xué)生思考：人類(lèi)如何感染超級(jí)細(xì)菌？感染超級(jí)細(xì)菌后，人體有哪些癥狀？如何治療與預(yù)防超級(jí)細(xì)菌感染？為什么這種細(xì)菌會(huì)被稱(chēng)為“超級(jí)細(xì)菌”？

圖3 教學(xué)流程示意圖

設(shè)計(jì)意圖：教師利用視頻素材，直觀展示超級(jí)細(xì)菌對(duì)人體健康的影響，激發(fā)學(xué)生的好奇心；延伸新的問(wèn)題情境。

（2）構(gòu)建知識(shí)模型，應(yīng)用核心概念。

①觀察并分析抗生素耐藥性實(shí)驗(yàn)。

各小組參考文獻(xiàn)資料，設(shè)計(jì)并分析抗生物耐藥性實(shí)驗(yàn)。學(xué)生將實(shí)驗(yàn)分為對(duì)照組組（無(wú)抗生素）和實(shí)驗(yàn)組（有抗生素）的對(duì)照，近距離觀察抗生素對(duì)細(xì)菌生長(zhǎng)的影響；同時(shí)，教師展示將實(shí)驗(yàn)組細(xì)菌進(jìn)行連續(xù)多代培養(yǎng)的結(jié)果，再重復(fù)上述對(duì)照實(shí)驗(yàn)步驟，學(xué)生會(huì)觀察并發(fā)現(xiàn)在有抗生素的環(huán)境中也有少量的細(xì)菌生長(zhǎng)。教師提出問(wèn)題：本實(shí)驗(yàn)的自變量是什么？預(yù)期結(jié)果是什么？實(shí)驗(yàn)組環(huán)境中也有少量細(xì)菌生長(zhǎng)，你如何解釋這一現(xiàn)象？

設(shè)計(jì)意圖：學(xué)生在真實(shí)研究情境下，基于模擬實(shí)驗(yàn)操作和對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象觀察，討論并提出解釋?zhuān)軌驈暮暧^的角度觀察到耐藥菌產(chǎn)生的過(guò)程，對(duì)“進(jìn)化”以及“自然選擇”的概念有了更直觀的認(rèn)識(shí)和理解。

②結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)果構(gòu)建概念模型。

學(xué)生從宏觀視角切入，由根據(jù)生物進(jìn)化知識(shí)，以小組為單位構(gòu)建簡(jiǎn)單的細(xì)菌變異進(jìn)化模型圖，直觀地呈現(xiàn)自己對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的解釋。然后，教師根據(jù)小組匯報(bào)及學(xué)生制作的模型圖提出修訂建議。結(jié)合現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)情境，教師補(bǔ)充細(xì)菌所處環(huán)境條件特點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)生思考如果改變部分因素會(huì)導(dǎo)致的變化；引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用虛擬實(shí)驗(yàn)相關(guān)軟件模型控制環(huán)境變量，模擬自然條件的改變，進(jìn)一步理解細(xì)菌數(shù)量與環(huán)境因素的聯(lián)系，使學(xué)生體會(huì)“自然選擇”的真實(shí)意義，深入思考耐藥菌產(chǎn)生機(jī)制。

設(shè)計(jì)意圖：學(xué)生通過(guò)構(gòu)建概念模型，分析抗生素濫用帶來(lái)的影響，并深入復(fù)習(xí)基因頻率、種群進(jìn)化等相關(guān)知識(shí)。小組制作模型圖可以提高學(xué)生的演繹-推理思維和批判思維。

（3）解決實(shí)際問(wèn)題，升華情境。

教師引出當(dāng)前抗生物濫用相關(guān)調(diào)查數(shù)據(jù)。各小組合作、分享有關(guān)耐藥性細(xì)菌傳播現(xiàn)狀和見(jiàn)解，嘗試從各界不同角度對(duì)現(xiàn)狀及數(shù)據(jù)進(jìn)行評(píng)估，并在小組間進(jìn)行交流和分享。

設(shè)計(jì)意圖：真實(shí)的數(shù)據(jù)可以讓學(xué)生切實(shí)體會(huì)到抗生素應(yīng)用問(wèn)題的復(fù)雜性，同時(shí)給予學(xué)生進(jìn)行科學(xué)決策的情境條件。

3 應(yīng)用社會(huì)性科學(xué)議題進(jìn)行高中生物學(xué)教學(xué)的反思

傳統(tǒng)的生物學(xué)高三復(fù)習(xí)課教學(xué)通常以專(zhuān)題知識(shí)梳理復(fù)習(xí)和習(xí)題訓(xùn)練為主要策略，無(wú)論是是學(xué)習(xí)內(nèi)容還是方式多與新課有所重合，難以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和動(dòng)力，且概念復(fù)習(xí)與習(xí)題訓(xùn)練更是在復(fù)習(xí)課和講評(píng)課中相互獨(dú)立的，這會(huì)導(dǎo)致知識(shí)的學(xué)習(xí)與能力的訓(xùn)練互相割裂，不利于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維和“學(xué)以致用”的能力。教師利用SSI情境教學(xué)，從新的角度開(kāi)展復(fù)習(xí)，讓學(xué)生在連貫且復(fù)雜的情境中應(yīng)用知識(shí)，在復(fù)習(xí)核心知識(shí)的同時(shí)，關(guān)聯(lián)知識(shí)，提升歸納總結(jié)的科學(xué)思維，也可讓教師更全面地評(píng)估學(xué)生復(fù)習(xí)效果。

由于高三復(fù)習(xí)時(shí)，學(xué)生已經(jīng)具備的一定的知識(shí)水平和相關(guān)生活經(jīng)驗(yàn)，因此選擇社會(huì)性科學(xué)議題并設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)任務(wù)時(shí)，教師需要深入分析學(xué)情，通過(guò)合理地設(shè)計(jì)問(wèn)題串、準(zhǔn)備科研參考資料、動(dòng)態(tài)地關(guān)注學(xué)生表現(xiàn)等增強(qiáng)復(fù)習(xí)課教學(xué)設(shè)計(jì)的合理性。同時(shí)，在評(píng)價(jià)方面，教師也可以在高三復(fù)習(xí)紙筆測(cè)評(píng)中融入SSI情境，設(shè)置相關(guān)試題情境和開(kāi)放性設(shè)問(wèn)，以此評(píng)估學(xué)生能否綜合運(yùn)用知識(shí)模型，或能否提出合理的問(wèn)題解決方案，進(jìn)而分析學(xué)生的學(xué)業(yè)水平和科學(xué)思維層次。

總體來(lái)說(shuō)，實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的標(biāo)準(zhǔn)，SSI情境教學(xué)在生物學(xué)課堂上可以使生物學(xué)知識(shí)與社會(huì)實(shí)際緊密聯(lián)結(jié)，聚焦學(xué)生最關(guān)注的事件動(dòng)態(tài)，提供讓學(xué)生獲得“學(xué)以致用”體驗(yàn)的真實(shí)情境，在幫助學(xué)生串聯(lián)知識(shí)的同時(shí)，也綜合提升了學(xué)生的科學(xué)思維、社會(huì)責(zé)任等生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。