教育數字化背景下高中生物探究式教學策略研究

摘 要：探究式教學是一種以探究活動為主要形式的教學方式，符合學生認識現實世界的規律與方式，在培育學生生物學科核心素養上具有顯著作用。而數字技術是提升高中生物探究式教學質量的重要抓手。在教育數字化背景下，教師要借助數字技術的超時空優勢，促進高中生物探究式教學提質增效，實現生物課堂的深層次變革。為了實現探究式教學的有效應用，文章立足教育數字化背景，首先分析高中生物探究式教學現存的問題，并結合探究式教學特點，從前置性學習、學習情境創設、數字資源整合、任務鏈條設計、教學流程重構以及多元評價實施幾個方面，探究高中生物探究式教學模式構建的策略，以期為相關生物教學活動的設計與實施提供一定借鑒參考。

關鍵詞：信息技術2.0；高中生物；探究式教學

探究式教學需要按照提出問題、做出假設、制訂計劃、實施計劃、得出結論、表達交流的順序展開，能夠促進生物學科教學向“以學生為主體”“以學習為中心”轉型。《高中生物學課程標準》（2017年版2020年修訂，以下簡稱《課程標準》）指出，“組織以探究為特點的主動學習是落實生物學科核心素養的關鍵”，要求教師為學生提供更多的機會讓學生親自參與和實踐，并重視信息化環境下的學習?？梢?，在教育數字化背景下，教師應運用技術賦能探究式教學改革創新，從創新應用數字技術的全場景、全要素、全過程入手，推進各項教學活動的數字化轉型，促進生物探究式教學提質增效。然而，部分教師對信息技術應用的價值與方法認識不足，對傳統教學模式依舊具有較強的依賴性，支持探究式教學模式建構依舊存在淺層化、表面化的問題，難以有效支持學生生物學科核心素養的形成與發展。

一、信息技術2.0環境下高中生物探究式教學現存的問題

（一）問題提出與生活聯系不夠緊密

探究式教學提倡學生通過學習達到實踐與解決問題的目的，需要學生深入問題并在情境中分析解決問題[1]。信息技術2.0環境促進了線上與線下、虛擬與現實空間的整合，同時也為高中生物教學提供了更多立體、生動、趣味性的生物學習資源，在幫助教師創設情境上具有顯著作用。而在生物教學實踐中，部分教師單一、機械運用故事講述、視頻播放、問題提出等方法創設情境，不注重運用信息技術激活學生的生活體驗，難以真正貼近學生生活提出有效的探究問題，無法支持后續教學活動的高效開展，無法獲得理想的教學成效。

（二）教學資源不足以支持深入探究

在信息技術2.0環境下，優質生物教育資源得以實現共建共享，使學生依托“互聯網+教育”平臺便能夠進行優質學習資源的整合，得到知識視野的拓寬與思維活動的延伸。然而，部分教師在探究式學習中對生物教材具有較強的依賴性，所提供的學習資源具有形式枯燥、內容匱乏、個性化不足等問題。這種學習資源難以支持學生根據知識經驗與個性化需求提出問題、做出假設、制訂計劃并開展探究實踐，致使探究式教學的開展缺乏資源支持與保障[2]。

（三）未運用技術賦能教學方法創新

傳統“填鴨式”“灌輸式”教學以教師講授為主，存在“師本位”問題，在一定程度上抑制了學生的生物學習的主動性，難以支撐學生生物學科核心素養的形成與發展。然而在實際探究式教學中，部分教師依然將重點放在了學生對生物課程知識與應試技巧的掌握上，對傳統模式也具有較強的依賴性，導致學生過度重視對知識的記憶而忽視了“學習”行為的本身。這部分教師對信息技術在探究式學習中的應用思路與方法認識不清，不注重運用師生交互平臺、線上學習平臺等組織學生開展深入探究，出現了學習方式僵化、探究行為形式化、活動過程隨意化等問題，難以引導學生以驗證假設、解決問題為目標進行主動學習、探究學習[3]。

（四）教學評價未能滲透到探究過程

信息技術與教育教學領域的深度融合促進了伴生性數據、結果性數據的整合，能夠為教學評價即時性、精準性的提升提供數據支持與保障，促進教學評價“指揮棒”作用的進一步落實。然而，部分教師雖然注重通過觀察、交流等方法展開過程評價，但是對學生數字畫像、師生互動平臺等應用不足，在探究式教學評價中依然存在評價主體單一、評價手段滯后、評價結果應用不足等問題。這種評價模式難以支持教師履行自身的引導、激勵、反饋等職責，致使學生在探究性學習中很容易出現興趣不足、流程混亂、方法不當等一系列問題，不利于高效生物課堂的構建。

二、信息技術2.0環境下的高中生物探究式教學模式構建的策略

（一）構建開放互聯的學習空間，促進前置性學習

教育數字化實際上是向教育數智化轉型的過程，核心在于通過數字技術驅動賦能教育教學系統性變革，以構建人人皆學、處處能學、時時可學的學習場域。在教育數字化背景下，教師應順應數字潮流，基于開放、互聯、智能的學習空間，構建“線上+線下”的混合式教學模式，切實運用信息化教育教學服務平臺為學生推送前置性學習任務，引導學生提前把握探究學習的重難點，緩解學生在課程學習中的消極情緒與畏難心理。

以人教版必修一第三章第2節《細胞器之間的分工與合作》的教學為例，“細胞器之間的分工與合作”屬于“細胞各部分結構既分工又合作，共同執行細胞各項生命活動”子概念，內容包括細胞內的細胞器和細胞器的分工與合作，需要學生在課程學習中理解細胞器的重要性，并形成正確的生命觀念。本課內容較多，教師應圍繞核心概念，聚焦教學重難點，在課前通過“互聯網+教育”平臺為學生推送導學案、微課、測試題等學習資料，使學生突破時間與空間限制進行前置性學習。具體來說，在《細胞器之間的分工與合作》一課教學中，學生需要認識細胞器的結構與功能，在探究學習中嘗試從結構與功能相適應的角度出發，闡明細胞內具有多個相對獨立的結構，且每個結構都擔負著物質運輸、合成與分解、能量轉換和信息傳遞等生命活動。為此，教師應緊密圍繞該知識點，基于跨學科視角整合學習資源，引導學生從社會運作中的分工與合作視角出發認知細胞器之間的分工與合作，降低課程內容理解難度，為后續教學活動的高效開展打好基礎。

（二）運用數字手段創設探究情境，呈現具體生物問題

生物來源于生活，與學生現實生活有著較為密切的聯系。但是生物學科的抽象性又使學生難以深入認識、理解生物知識，進而產生枯燥感、無趣感。在探究式教學中，教師可以運用照片、視頻、音頻、模具等多模態媒介要素，借助虛擬現實技術、增強現實技術等創設情境，將抽象、枯燥的生物學科原理以更加直觀有趣的形式進行呈現?；诖?，教師便可以基于真實情境提出問題，并對問題進行表述與分析，運用問題充分激活學生的知識、思維與情感，幫助學生構建生物學科與現實生活、知識經驗、興趣愛好的內在關聯，為探究活動的高效開展奠定良好的氛圍基礎。

比如，人教版必修二第五章第3節《人類遺傳病》主要講述了人類遺傳病的相關知識，包括遺傳病的概念、類型、實例、診斷、預防以及倫理問題等，與學生的現實生活具有相對密切的關系，需要學生在探究學習中主動學習遺傳病的相關知識，逐步樹立正確的生命觀念。在探究情境創設中，教師通過展示遺傳病例創設生活情境，調動學生生活經驗，激發學生探究興趣?！度祟愡z傳病》一課側重遺傳病的分類、調查、檢測、預防等常識性知識的學習，與個人生活、社會責任聯系密切[4]。教師可以從互聯網平臺獲取與遺傳病相關的社會新聞，并為學生提供相關圖文信息、視頻資料、統計數據等，通過生活情境創設引發學生對遺傳病的認識與理解，引導學生關注遺傳病給人類帶來的危害，并向學生提出問題“各種各樣的遺傳病是怎樣產生的呢？我們應怎樣預防？”引導學生帶著疑問開展進一步探究。與此同時，“人類遺傳病”以基因突變和染色體變異的知識為依托，是可遺傳變異理論聯系實際的延伸。為了深化學生對遺傳病的認識與理解，使學生能夠更好地開展后續學習，教師可以通過構建沉浸式微觀環境，促進學生持續深入探究。教師可以借助增強現實和虛擬現實技術，構建高度互動和沉浸式的生物學習環境，播放基因突變和染色體變異的演示動畫，使學生從各個角度進行觀察和學習，增強學生生物學習的沉浸感與參與感，使學生在近距離觀察與學習中全身心地感受生物學科的魅力，切實營造輕松和諧的探究氛圍。

（三）完善數字化生物學習資源，支持學生做出問題假設

信息技術與教育教學領域的深度融合使數字教育的存儲、傳輸和流轉更加便捷，推進了優質教育資源的共建共享，有效提高和擴大了教育服務供給質量與數量[5]。廣大師生能夠突破時間、空間限制，依托數字化教育資源庫、“互聯網+教育”平臺等獲取系列化、精品化、個性化的數字教學資源，讓探究式教學真正“活起來”。為此，在探究式教學中教師應使學生自發在智能移動終端搜尋生物學習資料，結合已有知識經驗，對提出的問題進行可能性設想，支持學生有目的、有方向地開展生物探究，并在探究過程中逐步完善建構結構化生物知識體系。

以人教版必修一第二章第4節《蛋白質是生命活動的主要承擔者》的生物教學為例，本課需要學生通過學習蛋白質的組成、結構和功能，認識生命是建立在物質基礎上的，形成結構與功能相適應的生命觀念?！墩n程標準》與本節課對應的內容要求是“認同蛋白質是生命活動的主要承擔者”。在生物探究式教學中，首先，教師應圍繞“蛋白質是生命活動的主要承擔者”，從“互聯網+教育”平臺中獲取實際案例，為學生呈現醫生給病人手術的視頻，并提出問題“手術縫合線是用什么制作的？”“蛋白質能被人體直接吸收嗎？”“氨基酸有著怎樣的結構？”激發學生思考。其次，教師要圍繞“蛋白質是生命活動的主要承擔者”設計問題，涵蓋蛋白質的結構、功能、組成等，促使學生結合案例進行深入思考。最后，教師應利用“互聯網+教育”平臺獲取高質量、體系化、多類型的生物學習資源，通過整合理論、圖片、視頻、模擬實驗等教學資源，實現知識的互鑒、融通、聯動，循序漸進地構建系統化、結構化生物知識體系，為后續探究活動的有序高效開展打好基礎。

（四）制訂生物探究計劃，設計探究任務鏈條

為了確保各項探究活動均能夠圍繞主線進行，教師應根據探究式教學流程特點制訂探究計劃，并緊密結合假說驗證需要設計學習任務，運用任務驅動學生開展自主、合作與探究學習，引導學生循序漸進地進入深度學習狀態。在探究任務設計中，教師要緊密結合課程主題，突出任務的層級性、遞進性，為學生探究活動的開展提供有效指導[6]。

例如，以人教版必修一第五章第4節《光合作用的原理和應用》部分的生物探究教學為例，該部分包括光合作用的概念、過程、意義和應用等內容，需要學生理解光合作用發生的具體部位、所需的條件、過程中發生的變化以及實際意義與應用等內容。在探究式教學中，第一，教師緊密結合課程內容，以認識理解光合作用的概念、過程、意義、應用為目標，制訂探究計劃，理清探究思路。第二，教師要明確探究任務設計原則，按照由易至難、由淺入深的原則架構層次性探究任務，促進學生有目的、有步驟地開展探究學習。比如，教師可以設計任務“通過觀察和實驗，了解光合作用的過程和條件”，驅動學生設計、實施實驗，使學生親身體驗光合作用的過程，加深對光合作用的認識與理解。第三，基于學生數字畫像，了解學生在知識儲備、思維認知、學習能力、興趣特長等方面的差異性，根據學生個體差異合理配置探究任務，有效兼顧不同發展水平的學生，確保成員間分工明確，并通過適時調整使每個成員都有機會擔任不同的角色。比如，教師可以將收集資料、實驗準備等簡單任務交給生物學習能力欠佳的學生，將撰寫實驗報告等綜合性較強的實驗任務交給生物學習興趣濃厚、知識基礎扎實的學生。

（五）運用技術賦能教學流程重構，促進探究實踐計劃實施

在教育數字化背景下，大數據、虛擬現實、生成式人工智能技術等與教學活動的深度融合，推動了教學流程重構、育人模式創新[7]。探究式教學是一種主張學生在學習過程中進行自主、合作與探究學習的教學模式，著重強調學生的主體地位。教師應明確學生在生物課堂中的“主人翁”地位，運用技術賦能研討式、體驗式、項目式等教學模式與探究式教學的有效整合，切實運用信息技術拓展探究空間、豐富探究工具、深化探究互動，在探究計劃實施中分析解決問題，發展學生核心素養。

以人教版必修一第五章第3節《細胞呼吸的原理和應用》的探究式教學為例，本課重點是細胞呼吸的概念、類型、過程及其化學反應，影響細胞呼吸的因素，以及細胞呼吸在實際生產中的應用。在實驗前，教師運用虛擬現實、增強現實技術，模擬演示受限于環境或設備的生物實驗，將水果儲存、食品加工中微觀、抽象細胞的現象以“觸手可及”的形式呈現在學生面前，并引導學生通過調整參數發現規律、建構知識，深化學生對細胞呼吸概念的認識與理解。在實驗探究過程中，教師擔任好輔助者、引導者和資源提供者的角色，將探究式學習的主動權交給學生，借助生成式人工智能最大限度激發學生的主觀能動性，促使學生通過人機互動與人工智能的一對一問答，并在生物實驗中與同伴建立合作關系，共同探究和學習，開展生物實踐，在不斷重復“提出問題—解決問題”的過程中，逐步完成生物知識、技能、方法等的內化整合、實踐應用與遷移創新，激發課堂教學深層次變革。此外，教師還應運用技術賦能探究性實驗報告的生成，使學生運用文字描述、數字表格、示意圖、曲線圖等方式完成報告，以數字化的形式進行展示與呈現，引導學生運用線上學習平臺進行成果交流與相互學習，有效拓展生物學習的時間與空間，支持學生生物學科核心素養的形成與發展。

（六）基于數據分析變革評價模式，落實評價“指揮棒”作用

評價是生物探究式學習不可或缺的重要環節，具有引導、激勵、調控、反饋與總結等多種功能，是教師了解探究過程、調控教學行為、提高教學質量的重要手段。在教育數字化下，教師能夠運用數字技術對學習過程進行實時監測分析，通過伴生性數據與結果性數據的有效整合生成學習者數字畫像和學科知識圖譜，為各項評價活動的開展提供豐富的數據支持與保障。在評價實施中，教師應以學生發展為本，緊密聯系探究主題，以核心素養為導向設計評價活動，并運用技術賦能主體多元、內容豐富、形式多樣、注重過程的評價模式的構建，有效將評價滲透到學生探究式學習全過程。

以人教版選擇性必修二《生態系統的物質循環》的教學評價實施為例，本課以“碳循環”為例引導學生探究物質循環過程，需要學生在了解有關碳的基本知識的基礎上開展課程學習，逐步認識生態系統物質循環的過程。在評價中，第一，教師應對接教學目標設計評價指標，使各評價主體能夠根據學生的探究過程與探究成果開展評價交流，有效評估學生的生物學科核心素養形成與發展狀況。第二，教師應運用數字化形式記錄學生生物學習過程，構建學生數字畫像，切實運用多源數據促進學生科學學習體驗和思維可視化，為各項評價活動的精準開展提供數據支持保障。第三，教師應強化過程評價，運用師生交互平臺、學生管理系統等信息化平臺，結合課堂觀察、交流互動、隨機提問等方法深化師生互動，將評價滲透到學生生物探究的全過程，提升教學評價的即時性。比如，在學生分析“碳循環”過程時，教師可以借助師生交互平臺的“隨機提問”功能向學生拋出問題，檢驗學生對碳循環過程的認識與理解情況，并就學習中的問題與瓶頸，引導學生在探究學習中通過自我評價與同伴評價分析問題、交流意見，逐步解決問題。第四，教師應強化評價結果應用。教師不僅要根據學生的反饋與評價，及時調整教學策略、更新學習資源，還應利用智能診斷準確了解學情，為學生提供即時精準的反饋和評估，幫助學生發現和糾正錯誤，并為學生制訂個性化學習方案、推送精準化學習資源，滿足學生個性化、多元化的生物學習需要。

結束語

總而言之，探究式教學較好地適應了高中學生階段特點與生物學科特征，在促進學生生物學科核心素養形成與發展上具有顯著作用。在教育數字化背景下，教師應運用技術賦能探究式教學改革與創新，基于信息技術資源性、工具性和情境性的特點，推動探究式教學目標、情境、內容、任務、實踐、評價等的統籌設計，為探究式學習的實施提供真實性情境、數字化資源、交互性工具等，構建“以學生為主體”“以學習為中心”的探究式教學模式。通過探究式教學模式的構建，教師能夠支持學生在真實生動的問題情境中圍繞假設開展自主、合作與探究學習，并在生物知識、技能、方法等的內化整合、實踐應用與遷移創新中形成結論、做出解釋，促進生物學科核心素養的形成與發展。

參考文獻

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[3]王曉旋.探究“互聯網+教育”背景下的高中生物智慧教育[J].新世紀智能，2024（97）：50-51，54.

[4]賈媛媛.高中生物線上線下混合式教學實踐研究[D].重慶：西南大學，2023.

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[6]潘俊宇.“互聯網+”背景下高中生物實驗翻轉課堂教學研究：以“制作果酒和果醋”實驗為例[J].試題與研究，2022（29）：136-138.

[7]寇珊珊，譚衛梅，吳立清，等.信息技術與探究式學習融合策略在高中生物概念教學中的應用[J].中學教學參考，2023（17）：90-92.

本文系福安市中小學幼兒園教育科學研究2023年度立項課題“信息技術2.0與高中生物課堂教學深度融合的策略研究”（課題編號：AJKT2023015）的階段成果。