融合信息技术创设生物教学情境

生物教学

情境教学是教师通过一定的形象生动的具体场景，激发学生的心理体验，引导学生在情境中达成教学目标的过程[1]。教师在高中生物学教学中创设情境可以促进学生理解知识，让学生从情境中主动提炼生物知识，培养思维能力，落实学科核心素养。随着信息技术快速发展，教师在生物学课堂上可以借助图片、视频、模拟实验平台、制作模型软件创设数字化情境，激发学生的学习积极性，达到良好的教学效果。教师如何利用信息技术和手段创设有效的数字化情境呢？结合生物学教学中常见的科学史情境、生活情境、社会情境、科研情境、模拟情境五大生物情境的特点和教学实践，笔者认为可以从以下几方面着手。

一、利用信息技术创设科学史情境

在中学生物学教学中，生物科学史是很重要的内容。教师开展科学史教学，可以循序渐进地展示科学发展的过程、相关概念的产生，创设有效的科学史情境能够使学生领悟科学探究过程中科学家的科学思维、科学探究方法，有利于学生提高科学思维能力、科学探究能力。在教材中，科学史绝大多数是以文字的形式呈现。学生阅读枯燥冗长的内容难以高效把握科学探究过程的脉络，真实代入科学探究的过程中。教师利用数字化资源开展科学史情境教学，可以促进学生的感性认识和理性思考。教师可在课前让学生上网查资料，了解相关的历史背景以及对应阶段科学发展状况，课中通过展示图片或视频的方式创设情境，有条件的可以利用软件对科学史实验进行数字化处理，还原科学史实验，揭示科学本质[2]。

例如，人教版高中生物必修1《分子与细胞》第3章第1节“细胞膜的结构和功能”的教学中，教师开展细胞膜结构的探索这一部分科学史的教学时，可以通过如下方式创设情境：首先，展示用电子显微镜观察到的细胞膜的结构照片（如图1），引导学生猜测细胞膜结构。然后，利用PPT软件制作细胞膜融合的动画，创设细胞膜具有流动性的情境，与教材中的静态图片相比，数字化情境教学更能让学生感受细胞膜流动性。最后，演示电子显微镜测量过程：单独测量磷脂双分子层厚度约3.5 nm，单独测得蛋白质的厚度5～10 nm，而用电子显微镜测得细胞膜厚度为7～7.5 nm，进而深入探索细胞膜结构。教师借助动画和软件对科学史教学中涉及的实验进行数字化处理，创建完整的科学史情境，利用直观的影像以及数据呈现抽象难理解的知识，能让学生真正理解科学探究的过程，提高他们的科学思维能力。

图1 电子显微镜下的细胞膜结构

二、利用信息技术创设生活情境

生物学是一门与生活联系颇为紧密的学科。要想学生能更近距离地了解生物学，更高效地理解生物学知识，教师需要创设有效的生活情境，结合学生的生活实际，利用数字化资源创设丰富的生活情境，加深学生对生活情境的理解和感触，使其更好地理解新知识，并将学到的生物学知识运用到生活中。

例如，人教版高中生物必修1第2章第2节“细胞中的无机物”的教学中，为了让学生对水能成为细胞内良好的溶剂的原因有直观的认识，笔者从生活在水面的池黾说开去，播放《生物世界》节目中探究水分子特性和池黾活动的视频，展示水分子的极性和氢键的形成过程，进而揭示池黾能生活在水面上的奥秘。水分子的极性和氢键的形成这部分属于生物学与化学交叉的知识点，学生在学习这一节内容时还没有接触相关的化学知识。教师通过视频展示并结合生活情境教学，将抽象的生物学知识寓于直观的情境中，加深了学生对知识的理解。这样的情境教学也能让学生意识到生活中处处有生物学知识，学好生物学能更好地理解生命现象，更好地理解世界万物，同时增强学生学习的热情，使他们端正学习态度，以积极的心态和浓厚的兴趣投入生物学的学习中。

三、利用信息技术创设社会情境

随着时代的进步和生命科学飞速发展，很多社会热点问题与生物学息息相关，如医疗、能源、农业、环境问题等[3]。基于社会热点问题开展生物学情境教学，不仅能让学生学习生物学，而且能增强社会责任这一核心素养的提升。丰富的网络资源为教师创设情境提供了条件。教师可通过热点视频、科普视频、热门广告语以及图片等形式，创设社会情境。

例如，教学人教版高中生物必修“核酸是遗传信息的携带者”一课时，笔者结合新冠肺炎疫情，播放“核酸检测的原理”的科普视频（如图2），创设情境并导入核酸的概念，让学生结合社会热点理解生物学知识，利用所学知识思考社会现象，解决社会问题。

四、利用信息技术创设实验情境

生物学是一门实验学科，很多规律、性质都是通过实验得到的。教师要重视实验教学，通过创设有效的实验情境，帮助学生更好地发现生物学的本质，培养学生理性思维能力，提高学生的实践能力。传统课堂上，这部分内容需要在固定的场地利用较多的实验器材和材料去完成，但借助数字化手段模拟实验过程[4]，比如录制微课、播放实验视频、利用虚拟实验软件模拟实验过程，可以突破场地和材料的限制。当然，教师也可以在传统实验课堂上利用数字化手段如传感器、数据采集软件、计算机等实现由定性实验到定量实验的转换，更好地实现实验教学的情境化，使学生对实验结果有更直观的理解，激发学生学习和探究的热情。

图2 核酸检测科普视频截图

例如，笔者执教人教版高中生物必修1第2章第1节“细胞中的元素和化合物”中的“探究实验检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质”时，利用线上虚拟实验软件平台NB生物学虚拟实验室等功能，从实际出发，提前布置作业，让学生先熟悉软件的操作，课上根据实际情况组织学生参与实验活动。学生可以灵活运用软件进行实验探究，按照自己选择的实验分组记录实验结果，用截图和录屏的形式记录实验现象。笔者收集这些数据后对学生的实验成果进行展示及评价。对于现象不明显的实验，笔者通过视频或者动画的方式展示，让学生加深印象，并组织学生研讨，以强化学习效果。学生利用软件做实验，不仅掌握了生物性质，而且培养了观察、归纳等能力，为今后生物学的学习奠定了坚实的基础（如图3）。

图3 虚拟实验平台模拟检测生物组织中糖类的实验

五、利用信息技术创设模拟情境

生物学科中有些现象微观且抽象，学习这些知识对学生的空间想象能力有很高的要求，仅靠教师的语言描述和教材中的平面图形的展示难以解决问题。教师可以利用多媒体演示等手段进行模拟情境教学，也可以利用构建模型软件（如3ds max/C4D等），创建分子模型晶格等工具，再使用Vray渲染器渲染模型并修改材质使图像更加立体、生动，搭建从宏观世界通向微观世界的桥梁，有利于学生理解科学概念。随着VR、AI技术的广泛应用，中学生物学课堂上教师也可应用这些成熟的技术，创建仿真性更高的模拟情境。

例如，教学人教版高中生物必修1第2章第4节“蛋白质是生命活动的主要承担者”时，教材上对于蛋白质的基本组成单位（氨基酸）的结构是以平面图片展示的，学生难以理解氨基酸分子的空间结构。为了解决这个问题，笔者利用数字化手段创设模拟情境，应用3ds max软件，以甲烷分子为模型基础，创建氨基酸分子的分子模型晶格，使用Vray渲染器对氨基酸分子中心碳原子周围的4个基团进行渲染使图像立体化，导出后利用Photoshop软件对导出的分子进行调色和修复；并利用软件一次性创建大量相同模型，展示氨基酸脱水缩合形成肽链的过程。学生通过观看教师创建的模型（如图4），能够更直观地了解氨基酸分子的空间结构，为学习蛋白质的空间结构打下基础。

图4 用软件制作氨基酸分子模型

21世纪，信息技术飞速发展为生物学课堂教学提供了诸如数据、标本、模型、图片、影像资料和模拟实验平台等丰富的数字化资源。生物学教师要努力提升信息技术素养，多利用人工智能、大数据等信息技术手段，创设多样化的数字化教学情境，降低学生理解生物学知识的难度，提高课堂教学趣味性，激发学生学习的热情和主观能动性，让学生在适宜的情境中享受学习过程，提高学科核心素养。