問題支架式教學在高中生物課堂教學中的運用研究

摘 要：本文以“降低化學反應活化能的酶”為例，闡述了問題支架式教學在高中生物課堂教學中的運用，圍繞搭建問題支架、引入情境、獨立探索、協作學習和效果評價等環節，以促進學生主動參與學習、提高問題解決能力、發展科學思維的問題支架式教學進行有效嘗試。

關鍵詞：問題支架式教學；高中生物；運用研究

高中生物課程是科學領域的重要學科課程之一，是義務教育階段相關課程的延續和拓展。生物學課程要求學生主動地參與學習，在親歷提出問題、獲取信息、尋找證據、檢驗假設、發現規律等過程中習得生物學知識，養成科學思維的習慣，形成積極的科學態度，發展終身學習及創新實踐能力[1]。此外，生物學內容與學生的日常生活密切相關，因此生物學課堂需要聯系學生的實際生活，使學生能夠運用科學的觀點、知識、思路和方法解決現實生活中實際問題。這些特點使得高中生物課堂的教學方法和策略需要引導學生主動參與，深入探索合作學習，以促進學生的全面發展和科學素養的提升。

為了幫助學生主動參與完成學習任務、解決問題，可以輔助安排一些形式豐富的學習問題支架[2]。問題支架式教學源自建構主義框架下“最近發展區”理論，是以學生為主體，以問題為導向，教師在分析課程標準、教材內容和學生認知水平的基礎上搭建層層遞進、逐步深入的問題支架，引導學生沿著問題支架去獨立探索、協作學習，最終達成教學任務的一種教學方式。該模式一般由以下5個部分組成：搭建問題支架—引入情境—獨立探索—協作學習—效果評價。其中，問題支架的搭建是問題支架式教學的核心，問題支架既要著眼于學生最近發展區，又要能幫助學生自主構建知識能力體系，從而達到潛在發展水平。本文以人教版高中生物學必修一第5章第一節“降低化學反應活化能的酶”第一課時為實例，淺談問題支架式教學在高中生物課堂中的具體運用。

一、搭建問題支架

搭建問題支架是問題支架式教學最為重要的一個環節，該環節需要在整體思維統領下，在認真研讀課程標準和本節教材、分析學情的基礎上搭建問題支架。該環節實施分三個步驟：核心問題與目標任務的確定、學生學習進階分析、學習任務和問題支架的設計。

（一）核心問題與目標任務的確定

在搭建問題支架的過程中，首先需要厘清本節課的教學目標和核心問題。根據《普通高中生物學課程標準（2017年版2020修訂）》（以下簡稱“課標”）設定的本節的具體概念為“說明絕大多數酶是一類能催化生化反應的蛋白質，酶的活性受到環境因素（如PH和溫度等）的影響”，其本質是構建酶的概念。酶的概念涵蓋酶的來源、功能、催化機理、化學本質和影響酶活性的因素及酶的應用。為構建酶的概念，需要從結構與功能、作用及催化機理入手，進而了解酶的本質，并通過探究實驗逐步完善對酶概念的理解。因此將本節核心問題確定為“酶的作用和本質”。

圍繞“探索酶的作用和本質”這一核心問題，結合學生的知識儲備和認知思維，確定本節3個目標任務：探究實踐“比較過氧化氫在不同條件下的分解”；控制變量和設計對照實驗；酶的催化作用機理。

（二）學生學習進階分析

學生在設計問題支架之前，學生的學習進階分析尤為關鍵。依據學習進階理論、建構主義理論和最近發展區等理論，應著眼于學生的最近發展區，遵循思維發展的規律，分析學生學情、學業要求和素養發展水平，設計學習進階層級，為進一步設計問題支架奠定基礎，進而為推動學生的深度學習提供科學、有效的學習路徑[3]。

1.對學生的現有水平分析

學生已知蛋白質具有催化等各種功能及蛋白質的鑒定方法，明確蛋白質在高溫等條件下會變性失活，初步了解對照實驗和變量，但對自變量、因變量及無關變量的概念和如何控制變量及設置對照實驗缺乏系統的認識。同時具備一定歸納概括、類比推理、合作學習能力，但解決實際問題的思維習慣上還依賴具體的材料和問題支持，還需不斷地學習訓練以形成良好的科學思維能力。

2.學習進階水平設計

根據課標中學業質量水平和學科核心素養４個維度的水平劃分，結合學業內容和學生學情及達成表現，將“降低化學反應活化能的酶”第一課時教學內容設定為3個水平進階層級，具體如下：

水平1：能根據真實情境提出可探究的生物學問題，利用提供材料設計解決簡單問題的方案并實施實驗，表述實驗結果；知道生物體內化學反應需要酶的催化才能進行。

水平2：能基于實驗過程，分析自變量、因變量和無關變量，掌握控制變量的方法和設置對照實驗。

水平3：能主動合作交流分析實驗結果，通過模擬活動，基于推理的科學思維分析理解酶的作用機理，說明酶降低化學反應活化能的原因。

（三）學習任務和問題支架的設計

教學活動在實施過程中，應著眼于學生的最近發展區，設計一系列問題支架驅動學生積極思考、主動學習、深入探究、交流表達，從而實現知識的遷移和素養的提升。在確定核心問題和目標任務以及分析學生進階水平的基礎上，根據由淺入深、由易到難的順序設置拆分為若干個記憶型、理解型、應用型、分析型問題，以此為支架引導學生逐步深入學習。本節第一課時3個教學任務設計問題支架如下：

（任務1）探究實踐“比較過氧化氫在不同條件下的分解”

問題1：你觀察到了什么現象？你能嘗試解釋出現該現象的原因嗎？

問題2：通過以上資料分析，你提出的問題是什么？哪些因素可以影響H2O2的分解？

問題3：對于“哪種條件下H2O2的分解速率最快”這一問題你能做出怎樣的假設？

問題4：如果你的假設是正確的，會有什么樣的實驗結果呢？

問題5：H2O2分解后可能出現哪些可觀察檢測的變化？具體如何檢測？

問題6：本實驗設置為幾組較為合適？請說明你們小組的理由。

問題7：根據以上分析和所提供的材料用具，你們小組能否列表設計出本實驗方案？

（任務2）科學方法——控制變量和設計對照實驗

問題1：每組實驗人為控制進行處理因素分別是什么？

問題2：不同的實驗處理，過氧化氫分解得快慢是否隨之發生變化？如何判斷過氧化氫分解得快慢？如何檢測？

問題3：為何各組的底物量要一致，底物量不同會不會影響實驗結果？還有哪些因素會影響實驗結果？

問題4：自變量、因變量和無關變量之間存在什么關系？

問題5：請結合表1小組討論控制變量的一般思維路徑（步驟）如何進行。

問題6：試管1設置的目的是什么？可否去除這一組？

問題7：試管1、2、3、4 能否構成對照實驗？若能，請分析其中的實驗組、對照組。

問題8：試管1、2，試管1、3，試管1、4，試管3、4能分別構成對照實驗嗎？請完善“比較過氧化氫在不同條件下的分解”實驗分析與結論表。

（任務3）酶的催化作用機理

問題1：類比搬運石頭過山坡過程，為什么加熱后能加快過氧化氫分解？

問題2：類比搬運石頭過山坡過程，說一說活化能的概念是什么。

問題3：FeCl3溶液和H2O2酶都能加快過氧化氫分解，它們的作用機理是什么？

問題4：根據你對活化能的理解，請用線段在活化能曲線圖中標出酶所降低的活化能。

二、引入情境

新課程改革要求以培養學生的核心素養作為課程學習的目的，強調在真實情境下創設任務，讓學生在解決真實情境的實際問題的過程中，獲得對事物的認識，形成和發展概念，培養核心素養。在高中生物課堂中，問題支架式教學的有效運用需要精心設計引人入勝的情境，以情境為載體，讓學生在問題支架驅動下主動深度學習。

例如，在本節導入階段借助生活中的現象創設情境，教師首先引導學生說出酶在生活中的運用實例，如洗衣粉中的生物酶、牙膏中的多酶、消化不良時服用的多酶片等，然后提出問題：多酶片服用時為何切勿嚼碎？再如，在“比較過氧化氫在不同條件下的分解”教學環節，播放皮膚出現小傷口用醫用雙氧水（H2O2）消毒的視頻，引導學生觀察現象并嘗試解釋出現該現象的原因。然后提供3個真實情境資料，提供問題支架引導學生分析影響過氧化氫分解的因素。

資料1：細胞代謝是細胞生命活動的基礎，但代謝也會產生對細胞有害的物質，如過氧化氫，體內過氧化氫過多會導致皮膚發黃、毛發（包括頭發）變白，加速人體衰老。細胞中含有過氧化氫酶能夠將過氧化氫及時分解，起到解毒的作用。

資料2：過氧化氫在儲運過程中有特殊的要求，嚴禁與FeCl3等金屬化合物混存混運[4]。

資料3：藥用過氧化氫溶液的說明書上關于過氧化氫的貯藏說明為“密閉，在陰涼處（溫度不超過20℃）保存”。

三、獨立探索

獨立探索階段是學生將所學知識運用于實踐、自主探究的關鍵環節。在這一環節中，學生主要針對教師設置的問題支架，通過自己探索，依據已有經驗與新知識建立聯系，實現知識的建構。為了使學生能夠更深入地理解酶在降低活化能過程中的作用機制，教師首先引導學生明確任務：“酶具有催化作用，其作用機理是什么？什么是活化能？”接著教師提供相應的支持，如相關圖片、動畫素材、問題支架。例如，教師首先展示搬運石頭過山坡圖片，然后給出系列問題：“類比搬運石頭過山坡過程，為什么加熱后能加快過氧化氫分解？”“搬運石頭過山坡過程，活化能的概念是什么？”“FeCl3溶液和H2O2酶都能加快過氧化氫分解，它們的作用機理是什么？”“根據對活化能的理解，請用線段在圖中標出酶所降低的活化能。”學生在系列問題和相關資源輔助下，通過自主思考和實踐，將更深入地理解酶在降低化學反應活化能中的作用機制。

盡管是獨立探索階段，但教師會定期與學生進行交流，及時指出他們存在的問題和不足，并給予建設性的指導和建議，幫助他們更好地完成探索任務。在整個獨立探索階段，學生在深度學習中不僅能獲得新的知識和經驗，自主學習能力和科學思維也將得到不斷發展。

四、協作學習

問題支架式教學中，對于應用型、分析型、綜合型等高階思維問題的解決，協作學習是一個重要途徑。通過協作學習，學生可以在小組內相互合作、共同探討問題，從而促進他們的學習效果和學習動力。例如，在“比較過氧化氫在不同條件下的分解”實驗設計教學環節，要求學生能根據真實情境提出可探究的生物學問題，利用提供材料設計解決問題的方案并實施實驗，這就需要學生通過協作學習共同完成。教師按照“組間同質、組內異質”原則，依據不同學生不同的學習能力將學生分成若干小組，并為每個小組分配特定的任務或問題：“本實驗設置為幾組較為合適？請說明你們小組的理由。”“根據以上分析和所提供的材料用具，你們小組能否列表設計出本實驗方案？”學生在小組內展開討論、分享想法，并共同尋找解決問題的方法。通過這樣的協作學習，可以增強學生的合作意識，培養團隊精神。

在協作學習過程中，教師應充分發揮小組成員之間的互補性和合作性，鼓勵學生相互協助、共同解決問題，遇到困難時可以相互啟發、共同探討，以便更好地完成學習任務。同時，應對小組的學習進度進行及時跟蹤和評估，確保每個小組都能夠按時完成任務，并保證學生的學習效果。發現組間共性問題或瓶頸問題，應鼓勵學生在此環節提出質疑，并提供必要的理論指導和技術支持。同時對個別不熱衷討論、學習相對困難的學生進行引導，多給他們機會讓他們表達自己的想法。在分析問題、解決問題的過程中，引導學生學會如何有效地溝通和合作，培養團隊合作精神和解決問題的能力。

五、效果評價

在高中生物課堂中，問題支架式教學的應用需要進行有效的效果評價，以確保教學目標的達成和學生學習效果的提高。為全面了解學生的學習情況，應采用多種形式的評價方法，包括日常觀察、作業評定、小組展示、實驗報告和階段考試等。通過這些多樣化的評價手段，能更準確地評價教學效果。還是以上述“比較過氧化氫在不同條件下的分解”教學環節為例，教師在學生小組協作學習后，先請一個小組展示實驗設計方案，然后進行小組自我評價、其他小組評價、教師點評。在評價過程中，要關注學生在實驗設計和數據分析方面的能力，以及他們是否能夠準確地運用所學知識解決實際問題。在此過程中，教師需要評價學生是否能夠積極主動地參與討論、合作完成任務，以及是否能夠充分發揮各自的優勢，共同解決問題。通過效果評價，助力培養學生的自主學習意識和團隊合作能力，提高他們的學習效果和綜合素質。

結束語

本文以“降低化學反應活化能的酶”第一課時為例，深入探討了問題支架式教學在高中生物學教學中的運用。問題支架式教學注重學生的主動參與和自主學習，通過問題搭建、情境引入、獨立探索、協作學習和效果評價等環節，激發學生的深度學習，發展科學思維、科學探究等生物學核心素養，培養他們的自主學習和團隊合作精神。然而，在問題支架式教學實踐中也面臨一些挑戰和問題，教師需要投入更多時間和精力來設計情境和問題，同時注意問題的層次性、驅動性和開放性，以確保學生學習過程的有效進行。在未來的教育實踐中，筆者將繼續探究問題支架式教學的實踐路徑，不斷完善教學模式，為學生提供更加優質的教育資源和學習環境。

參考文獻

[1]劉朝進.指向問題解決的中學生物學“研學課堂”樣態[J].中學生物教學，2022（34）：11-15.

[2]游盛華.學習支架在初中生物學科學思維養成中的應用：以“細菌”的教學為例[J].中學生物教學，2021（5）：23-24.

[3]吳倩，程建欣.用支架式教學模型培養學生高階思維探究[J].高考，2023（12）：155-157.

[4]謝慶余，張欣悅，劉楊.基于5D教學模型的迷思概念轉變教學：以“酶的作用機理”一節為例[J].中學生物學，2023，39（1）：35-37.

本文系寧德市普通基礎教育課程與課堂教學改革2023年立項課題“高中生物問題支架式教學研究”（立項批準號：2023XD008）的階段成果。