借助主线化情境 分点培育核心素养

摘    要：主线化情境教学是落实学科核心素养培育的重要手段。它以情境为知识学习的切入点，有利于发挥学生学习的能动性，使学生逐步完成知识体系的构建。在生物学教学实践中，教师可基于素养目标、课时内容以及具体学情，有针对性地确定一个情境主题，并围绕该情境主题设计出由多个相关小情境组成的一条情境主线，引导学生开展具有连续性和逻辑性的思维活动，发展生物学学科核心素养。

关键词：主线化情境；情境教学；高中生物学

《普通高中生物学课程标准（2017年版2020年修订）》（以下简称“《课程标准》”）在“教学与评价建议”部分指出：“教师在制订每个单元、每节课（或活动）的教学计划时，都要全面考虑核心素养任务的针对性落实和有效完成。”钟启泉认为：“‘核心素养’不是直接由教师教出来的，而是在问题情境中借助问题解决的实践培育起来的。”［1］由此可知，在生物学教学中，教师通过适当地创设情境并提出相关问题来引导学生进行实践，可以有效促进学生生物学学科核心素养的发展。

李吉林认为情境教学是“创设典型场景，激起儿童热烈的情绪，把情感活动和认知活动结合起来的一种教学模式”［2］。在实际教学中，教师一般采用以下两种方式进行情境教学：一种是在导入环节引入单个情境，另一种是在整个教学过程中引入多个（不相关）情境。但这两种方式均达不到理想的教学效果，前一种方式不能深入挖掘情境的教学价值，后一种方式因情境之间缺乏关联而影响学生完整知识体系的构建及逻辑思维的发展。对此，笔者认为，借助主线化情境开展教学可以在很大程度上解决这一问题。

目前学界尚未对主线化情境教学的含义进行权威界定。笔者通过对前人经验的学习与总结，认为可以将其理解为：教师基于素养目标、课时内容以及具体学情，有针对性地确定一个情境主题，并围绕该主题设计出由多个相关小情境组成的一条情境主线；学生沿着这一情境主线开展具有连续性和逻辑性的思维活动，并在此过程中完成知识主线的搭建、思维能力的提升、情感态度的升华等学习目标。下面，笔者以浙科版普通高中教科书《生物学》（以下简称“浙科版教材”）的教学为例，详细阐述如何借助主线化情境，分点培育生物学学科核心素养。

一、借助主线化情境，推动学生生命观念核心素养的发展

《课程标准》指出，为了帮助学生形成正确的生物学重要概念进而建立生物学观念，教师需要向学生提供各种丰富的、有代表性的事实来为学生的概念形成提供支撑。因此，在侧重生命观念形成的课堂教学中，笔者认为，利用一些具有科学史性质的情境可以有效辅助学生发展这一核心素养。

以浙科版教材必修2第五章第二节《适应是自然选择的结果》一课为例。由于适应性进化本身是一个十分漫长的过程，在这一过程中，势必有某些影响因素会使生物在某些特征方面发生渐进式或里程碑式的转变。而现有生物发生适应的过程已然被封存于过去，因此借助科学家对该现象的研究历程再现这一“适应”过程不失为一种有效的教学策略。基于此，在教学实践中，笔者将该课情境主题确定为“探秘桦尺蠖的‘黑化’”，并搭建了如下多个相关的小情境。

【情境1】桦尺蠖“工业黑化现象”

19世纪工业革命前，英国曼彻斯特地区森林中只有少数的黑色桦尺蠖个体。工业革命后，森林中树干上的苔藓被煤烟熏黑，黑色桦尺蠖数量逐年增加。至1900年，该群体中已几乎全是黑色桦尺蠖。

［问题设置］桦尺蠖体色黑色的性状是如何出现的？这一现象是否属于可遗传变异？灰色和黑色性状哪种有利于桦尺蠖的生存？为什么？

学生通过对以上情境和问题串的分析，得出进化的前提条件——可遗传变异，且不同颜色桦尺蠖的生存率取决于其周围环境。得出结论后，学生产生疑问：为什么周围环境“黑化”以后，桦尺蠖种群也随之出现“黑化”，这背后的具体原因是什么？根据这一问题，笔者为学生设置如下课堂学习任务：请提出假设解释桦尺蠖“工业黑化现象”，并构思实验思路证明假设。由这一课堂任务，笔者引出情境2。

【情境2】英国生物学家凯特威尔的实验和剑桥大学教授麦克·马杰鲁斯的实验

20世纪50年代，凯特威尔在一个种着树的鸟舍中释放了同等数目的灰色和黑色桦尺蠖，得出的结论是：桦尺蠖翅膀的颜色的确起到了避免被鸟捕食的伪装作用。但这是在人为条件下进行的实验，它能反映自然生态吗？为回应这个疑问，凯特威尔在工业污染严重的地区进行了野外实验。他将大量做了标记的同等数量的黑色和灰色桦尺蠖释放到野外。一周后，重新捕获的黑色桦尺蠖数量大约是灰色桦尺蠖数量的两倍。这表明，在工业污染严重的地区，黑色桦尺蠖的生存机会是灰色桦尺蠖的两倍。后来，他又在未受污染的野外地区重复实验，得出的结果却与在工业污染严重地区的恰恰相反。

在2001年以后的7年间，剑桥大学教授麦克·马杰鲁斯每天都会花上几个小时，用望远镜观察、记录剑桥大学中鸟类捕食桦尺蠖的情况。他观察到，因为剑桥大学没有被工业污染，所以黑色桦尺蠖比灰色桦尺蠖更容易被鸟类捕食。

［问题设置］在工业污染严重地区，黑色桦尺蠖更容易生存的客观原因是什么？

学生通过情境2中的史实资料验证了自己的假设，并在笔者的指导下得出结论：在工业污染严重地区，黑色个体由于体色与环境相似，不易被鸟类发现和捕食，黑色性状更有利于其存活和繁殖，且这种有利于个体在特定环境中存活和繁殖的黑色性状能够更多地遗传给后代，这就是生物进化的重要动力和机制“自然选择”。在生物进化过程中，这种自然选择是对桦尺蠖种群而非个体而言的，因此可以判定生物进化的单位是种群。那么，在这个种群中，自然选择使黑色个体在种群中的占比逐渐攀升，它对相应基因又产生了什么影响呢？由这一问题的提出，笔者顺势引出情境3。

【情境3】出示表1。

［问题设置］计算决定桦尺蠖黑色和灰色体色的基因在6年间的比例变化。

依据表1中的数据可知，不同基因型的个体在种群中都会占有一定的比例，这种基因型个体数占种群总个体数的比例成为基因型频率。根据不同体色的桦尺蠖在这6年间的基因型频率变化，学生推算出A、a（分别决定黑色和灰色）这两种基因在所有等位基因中的比例，即基因频率。至此，学生便构建了“基因型频率”和“基因频率”这两个概念，并通过对各组数据的进一步分析得出结论：从宏观上来看，自然选择的对象是黑色个体，种群中黑色个体逐年增加；而从微观上来看，是A基因频率逐年升高，实际上选择的是A基因，因此得出进化的本质是基因频率的改变。

设计意图：以上各个小情境的有序呈现形成了一条情境主线，笔者在每个小情境后通过增设相关问题（问题串）引导学生有针对性地挖掘情境内容，从而引出该课所需要强化的内容。借助情境1，学生能够得出进化的前提条件是可遗传变异；借助情境2，学生可以挖掘出进化的重要动力机制和单位分别是自然选择和种群；借助情境3，学生能够分析出进化的本质为基因频率的改变。通过以上学习，学生便可对“进化”的内涵有更加深刻的理解，同时在这一学习过程中也能够逐步形成进化与适应观。

二、借助主线化情境，发展学生的科学思维核心素养

《课程标准》指出，学生应在学习过程中，基于生物学事实和证据运用归纳与概括、演绎与推理、批判性思维等方法，探讨、阐释生命现象及规律，审视或论证生物学社会议题，逐步发展科学思维。学生科学思维的发展过程，往往也是生物学知识体系构建的过程，需要经历由现象到本质、由理论到实践的思维进阶。在实际教学中，教师可以创设具有讨论性的教学情境，引导学生在对情境的分析中发展科学思维核心素养。

以浙科版教材必修1第四章第二节《细胞通过分化产生不同类型的细胞》一课为例。学生需要重点掌握的概念是“干细胞”“细胞分化”和“细胞的全能性”，这些概念虽然晦涩难懂，却真实存在于现实生活中。如何引导学生理解知识并将知识用于解决现实问题？笔者认为，可以通过设置主线化情境来实现。基于此，笔者将该课情境主题确定为“该不该储存脐带血”，并搭建了如下多个相关的小情境。

【情境1】一位孕妇在临产前有这样的疑惑：生产后是否需要储存脐带血？经了解，脐带血中含有大量干细胞，医学上常利用脐带血中的干细胞来治疗未来可能遇到的血液性疾病、代谢及免疫性疾病。那么，干细胞为何可治疗相关疾病？这位孕妇通过一则科普视频找到了答案。（教师播放视频《干细胞的分化之路》）

［问题设置］根据以上资料，你认为这位孕妇应该储存脐带血吗？干细胞是什么？它有哪几种类型？干细胞分化的实质、意义和特点是什么？

学生通过分析得知，储存脐带血的实质是储存干细胞，并根据资料介绍认为储存脐带血存在一定的合理性。同时，学生通过视频获取了干细胞的定义、类型及其发生分化的实质、意义和特点等信息。在这一过程中，学生锻炼了归纳与概括能力。在此基础上，笔者引出情境2。

【情境2】出示表2。

［问题设置］请同学们根据课前收集的资料，补充说明个人在保存脐带血时还应考虑哪些相关要素？综合以上内容就“脐带血储存的必要性”向该孕妇提出建议。

学生以小组形式展开讨论与分析，认为个人在保存脐带血时还应考虑以下要素：脐带血适应症的治愈率，普通人脐带血应用的便利性，用自身脐带血对比用他人脐带血的优势，逐渐完善的社会保障制度对脐带血储存的影响等。而对于“脐带血储存的必要性”问题，学生观点不一：有的认为脐带血存储价格可接受且治疗范畴较广，对孩子是一个重要保障，应该储存；有的认为，虽然脐带血的治疗范畴广，但并没有官方数据显示治愈率，对有些疾病的治疗还只存在于理论阶段而没有临床实践，是否有必要储存有待商榷。经过讨论，学生对该孕妇的建议是：个人是否储存脐带血，需要结合自身的经济条件、家族遗传史以及自身价值观等因素进行判断。在反复讨论与分析中，学生逐渐发展了批判性思维。以上是学生基于资料分析提出的建议，那么专业人士是怎么说的呢？由此引出情境3。

【情境3】医生向该孕妇介绍：“人体中的各种干细胞分裂分化过程出现异常会导致相关疾病。例如，由于造血干细胞增殖失控、分化障碍等问题会引发白血病，而通过移植自身脐带血中的造血干细胞或骨髓移植进行治疗是目前最有效的方法。但目前储存脐带血也存在一定的标准，要求有核细胞总数≥2.0×108（制备后），细胞活性大于90%，以防止未来出现用脐带血干细胞来治病时只能够满足儿童时期而不能满足成年之后对干细胞数量需求的情况。

［问题设置］推测：可以通过移植自身脐带血中的造血干细胞而不能通过移植自身其他正常细胞进行白血病的治疗，这与细胞分化的哪一特点相关？若孩子成年后患白血病，发现自存的脐带血中造血干细胞的活性和数量不够，你认为理论上可以通过什么方法解决该问题？

学生参考已有知识储备，经过思考和讨论后得出：可以通过移植自身脐带血中的造血干细胞而不能通过移植自身其他正常细胞进行白血病的治疗，这是利用了细胞分化具有稳定性这一特点；如果脐带血中造血干细胞活性不够，可以通过药物等增强造血干细胞的活性；根据细胞具有全能性这一特点，从理论上来说，可以通过人工诱导成熟细胞进行分化来提高造血干细胞的数量。

设计意图：以上三个情境围绕一位孕妇产前的疑惑展开，目的在于引导学生就脐带血储存的相关问题进行讨论与分析，搭建与完善“细胞通过分化产生不同类型的细胞”这一知识体系。在这样的学习过程中，学生能够基于情境中呈现的生物学事实，运用归纳与概括、批判性思维、演绎与推理等思维方法，认识干细胞、细胞分化等生命现象，论证“脐带血储存的必要性”这一生物学社会议题。

三、借助主线化情境，培育学生的科学探究核心素养

《课程标准》指出，“组织以探究为特点的主动学习是落实生物学学科核心素养的关键”。针对特定的生物学现象，教师应如何指导学生透过现象寻找本质？答案是引导学生进行科学探究。面对未知结果的探究内容，人们往往需要从观察开始，继而经历提问、假设、实验设计、方案实施以及对结果进行交流与讨论等一系列探究流程，这对高一学生而言颇有难度。为此，教师要创设合理的主线化情境，培养学生的问题意识和质疑能力，进而使学生在主线化情境的引导下逐步完成科学探究过程，提升科学探究核心素养。