［摘要］ 數(shù)字信息化為教育賦能提供了新的契機。研究以中學生物學教學為例，以科學家精神的培養(yǎng)為切入點，利用數(shù)字信息化創(chuàng)新教學策略：沉浸體驗神奇現(xiàn)象，激發(fā)好奇探究欲望；技術引入科學爭論，涵育質(zhì)疑審辯思維；介入數(shù)字模擬實驗，培養(yǎng)循證推理能力；延伸科技應用思考，增強社會責任意識；重現(xiàn)科學探究歷程，領悟堅持創(chuàng)新精神。

［關鍵詞］ 科學家精神；數(shù)字信息化；中學生物學；循證推理

“創(chuàng)新、求實、奉獻、育人”的新時代科學家精神，是以袁隆平為代表的廣大科技工作者在長期實踐中形成的優(yōu)秀品質(zhì)和行為規(guī)范。創(chuàng)新是核心，求實是根本，奉獻是本質(zhì)，育人是根本，幾個方面緊密聯(lián)系，共同構成了新時代科學家精神的核心內(nèi)容。科學家精神不僅包括嚴謹求實、勇于探索、勤于創(chuàng)新等科學精神方面的內(nèi)容，還包括求真務實、嚴謹治學等科學態(tài)度方面的內(nèi)容，以及淡泊名利、甘于奉獻等高尚品格方面的內(nèi)容。在數(shù)字信息化時代，各類先進技術介導下的翻轉(zhuǎn)教學、沉浸學習和診斷評價，為課堂的有效教學提供了更多可能。因而，充分利用數(shù)字信息技術，賦能生物學教學中培育科學家精神的實踐探索，具有重要意義。以數(shù)字信息化技術為媒介，教師可以深度挖掘教材中的科學家精神內(nèi)涵，通過沉浸式學習體驗、具象化呈現(xiàn)和多樣化評價等途徑創(chuàng)新教學策略?；诖耍P者在實踐嘗試中提煉出數(shù)字信息化賦能科學家精神培育的具體教學策略。

一、沉浸體驗神奇現(xiàn)象，激發(fā)好奇探究欲望

培養(yǎng)學生的好奇心和求知欲，是培養(yǎng)學生科學家精神的重要基礎。在教學中，教師要善于利用數(shù)字信息化手段創(chuàng)設直觀形象、生動有趣的情境，讓學生沉浸式體驗科學世界中的神奇現(xiàn)象。具體而言，可通過虛擬現(xiàn)實或地圖導覽的場景體驗，給學生展示神奇的生命科學現(xiàn)象，并通過追問、探究、反思等方式引導學生深化對這些現(xiàn)象的理解和領悟。教師要善于激發(fā)學生的好奇心和求知欲，引導學生在已有知識和經(jīng)驗的基礎上，通過自主學習和合作學習等方式，經(jīng)歷提出問題、猜想與假設、制訂計劃與設計實驗、實施實驗與觀察記錄、分析與解釋數(shù)據(jù)等環(huán)節(jié)，實現(xiàn)對科學家精神的深層次理解和具身化感悟。

例如，在“染色體的結構和功能”教學中，教師可利用數(shù)字信息化手段，創(chuàng)設“探究染色體結構與功能關系”的教學情境。首先通過展示3種不同類型染色體的照片，引導學生了解不同類型染色體的結構特點，進而引出“染色單體”的概念。再利用計算機動畫技術呈現(xiàn)染色體的結構和功能示意圖，讓學生直觀感受染色體的結構特點，并提出問題：染色體如何攜帶遺傳信息，如何傳遞遺傳信息？接著，利用多媒體技術播放細胞分裂和基因重組的動畫視頻，讓學生沉浸式體驗“染色單體”在細胞分裂和基因重組中的作用。

基于上述教學情境，教師引導學生通過小組合作探究的方式，收集相關實驗數(shù)據(jù)和信息，并嘗試運用統(tǒng)計圖表分析數(shù)據(jù)。比如，利用數(shù)字信息化手段設置“觀察細胞分裂過程中染色單體的變化”實驗情境，引導學生分組完成以下任務：統(tǒng)計染色體數(shù)目和染色單體個數(shù)；繪制出染色體數(shù)目和染色單體個數(shù)隨時間變化曲線圖；分析染色單體個數(shù)和染色體數(shù)目隨時間變化曲線圖。通過該教學情境的設置，學生在教師的引導下經(jīng)歷發(fā)現(xiàn)問題、提出假設、制訂計劃與設計實驗、實施實驗與觀察記錄、分析與解釋數(shù)據(jù)等環(huán)節(jié)，經(jīng)歷探究過程中的提出問題、猜想與假設等環(huán)節(jié)。在這個過程中，學生能夠發(fā)現(xiàn)問題，嘗試提出解決問題的方法，并學會理性地分析數(shù)據(jù)、科學地解釋數(shù)據(jù)。

二、技術引入科學爭論，涵育質(zhì)疑審辯思維

質(zhì)疑是創(chuàng)新的先導，是發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的基礎。質(zhì)疑是指在好奇心的驅(qū)使下，對已有認知和經(jīng)驗的懷疑與否定，其目的在于探求新知、尋求真理。審辯是指在好奇心的驅(qū)使下，對所提出的問題進行理性思考，以找到合理的解釋。數(shù)字信息化時代，教師應當充分利用數(shù)字信息化技術手段，以問題引導學生開展科學爭論，發(fā)展學生的審辯思維。例如，可以采用Flash動畫制作的方式，融入科技論文重點段落節(jié)選，并配音介紹重現(xiàn)科學家探究“DNA是蛋白質(zhì)還是遺傳物質(zhì)”的爭論。這場爭論促使廣大科學家通過大量科學實驗，在“DNA是主要的遺傳物質(zhì)”這一結論上最終達成共識。這樣看，數(shù)字化技術以其直觀、形象的表達形式，能夠帶領學生理解科學的要義，促進深度思考，發(fā)展審辯思維。

此外，采用數(shù)字信息化技術引入科學爭論，也有助于學生深刻理解科學審辯的思維邏輯，并培養(yǎng)他們對學科內(nèi)容的結構化統(tǒng)整。以學習“細胞的結構和功能”為例，學生發(fā)現(xiàn)在細胞內(nèi)部存在一種能保持細胞結構穩(wěn)定的物質(zhì)——蛋白質(zhì)，它與細胞內(nèi)其他物質(zhì)一起組成了細胞器。隨著學習的深入，為了加深學生對蛋白質(zhì)構成、結構與功能的認識，可以采用“人體蛋白質(zhì)來源、構成及其具體功能”的醫(yī)學科普視頻，助力學生學習，植根其系統(tǒng)觀念。再如，在學習“動物細胞有絲分裂”時，學生發(fā)現(xiàn)兩種不同類型的染色體發(fā)生了分離現(xiàn)象——減數(shù)分裂時染色體數(shù)目減半、有絲分裂時染色體數(shù)目不變。在此基礎上，教師經(jīng)由微觀生物學世界的模擬視頻演示，引導學生思考——為何減數(shù)分裂的染色體數(shù)目減半，并讓學生依據(jù)視頻演示過程，標注影響數(shù)量變化的關鍵時間，然后采用“證據(jù)—推理—主張”的論證式寫作進行具體闡釋。

三、介入數(shù)字模擬實驗，培養(yǎng)循證推理能力

循證推理能力是當前國際教育改革的熱點，它強調(diào)學生應具備科學探究能力，并具備批判性思維和科學思維能力。教師可以引導學生在實驗證據(jù)、邏輯推理和理性思考等方面重點發(fā)力，從而形成對科學探究過程的深入認識，養(yǎng)成實事求是、嚴謹治學的科學態(tài)度。數(shù)字模擬實驗，是指以數(shù)字化技術為基礎，通過計算機模擬現(xiàn)實實驗過程中的某些環(huán)節(jié)，借助計算機強大的計算能力，按照預先設計好的程序?qū)嶒炦^程中的各種因素進行自動控制，并得出正確結論的一種新型實驗形式?；跀?shù)字信息化技術的模擬實驗，可以很好地培養(yǎng)循證推理能力。教師可以在課前利用數(shù)字信息化技術，將待探究的實驗情境轉(zhuǎn)化為數(shù)字模擬實驗，引導學生在數(shù)字化模擬實驗中進行自主探究。

以“探究葉綠體色素在不同條件下的含量”為例，教師可以先設計探究實驗，要求每組學生獨立完成實驗。然后，教師在課前布置任務，讓學生自主設計實驗方案，具體包括：觀察不同溫度下葉綠體色素在細胞液中的含量；觀察不同光照條件下葉綠體色素在細胞液中的含量；觀察不同水分下葉綠體色素在細胞液中的含量。根據(jù)學生的實驗方案，教師引導學生在線上模擬的實驗系統(tǒng)中開展小組合作實驗。為了達到預期的實驗效果，可以分組進行觀察、分析、比較和思考等實驗環(huán)節(jié)。在“探究光照條件對葉綠體色素在細胞液中含量的影響”實驗中，首先由小組成員通過設置不同光照條件的變量，采用數(shù)字軟件模擬監(jiān)測葉綠體色素在細胞液中的吸光度，再結合分析結果提出假設。這樣，學生通過數(shù)字模擬實驗的探究，進一步提升自身的推理能力，更加順利地得出相應的研究結論。

四、延伸科技應用思考，增強社會責任意識

隨著科學技術的發(fā)展，生物學科技成果在生產(chǎn)生活中發(fā)揮著越來越重要的作用，但一些涉及生命科學和生物技術的重大科研成果往往被公眾所忽視。利用數(shù)字信息化手段，將一些前沿科技成果和科學方法引入課堂，引導學生從生命科學的角度看待科學技術的應用與發(fā)展，有助于增強學生在科技應用方面的社會責任意識?；诖耍ㄟ^數(shù)字信息化手段將科技成果引入課堂就成為一種有效的教學手段。比如，教師可以借助“新視野”“希沃云課堂”等軟件，將最新的前沿科技成果和科學方法以數(shù)字化的形式引入課堂，讓學生在感受前沿科技魅力的同時，開闊視野，豐富體驗，感受到科學家勇于探索、敢于創(chuàng)新的科學精神，并增強社會責任意識。

在“光合作用的原理”教學中，教師利用數(shù)字信息化手段，將最新研究成果引入課堂，讓學生了解光合作用的本質(zhì)和意義。例如，利用FineBI數(shù)字可視化軟件，將光合作用過程中酶的催化過程用圖形來呈現(xiàn)，并將結果與計算機模擬結果進行對比分析。在清晰的圖像和動畫中，學生可以直觀地觀察到酶的催化作用、能量轉(zhuǎn)化過程，以及分子間的相互作用力。由此，學生能夠加深對光合作用過程的認識。而在“酶的發(fā)現(xiàn)與應用”教學中，教師借助AutoDock軟件將酶的分子對接過程進行可視化呈現(xiàn)，讓學生了解酶發(fā)揮微觀作用的基本過程，培養(yǎng)學生的結構與功能觀。此外，教師還可以通過“希沃云課堂”軟件將最新的科研成果引入課堂，引導學生從科學思維、科學方法、科學態(tài)度、社會責任等方面綜合評價不同生命科學領域的研究成果，以激發(fā)學生學習生命科學的熱情。

五、重現(xiàn)科學探究歷程，領悟堅持創(chuàng)新精神

創(chuàng)新是科學發(fā)展的內(nèi)在動力，科學家精神的核心是創(chuàng)新精神。培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神，既需要在實踐中培養(yǎng)，也需要在理論研究中培育。新時代科學家精神要求科學家具備開放的胸懷和創(chuàng)新的意識，擁有堅持不懈的探究精神。數(shù)字化時代，虛擬現(xiàn)實、增強現(xiàn)實和混合現(xiàn)實等技術正深刻改變著人們的學習方式和生活方式。信息技術的不斷發(fā)展為生物教學提供了更多的選擇和可能。比如，在虛擬實驗室中可以設置“生命起源”“光合作用”“拉馬克觀點的問世”“達爾文的航海旅行”“中性分子突變”等主題，采用三維動畫的形式，讓學生沉浸式體驗生物進化的歷程，從中感受生物進化的偉大和神奇。

具體來說，在“生命起源”主題中，筆者利用“希沃白板”平臺創(chuàng)建生命起源的虛擬實驗室，模擬地球早期生命誕生的過程。在虛擬實驗室中，可以看到地球早期的環(huán)境條件，如原始大氣、雷電、火山、巖漿等。通過對米勒學說中“原始湯”概念的信息技術復現(xiàn)，可以看到地球經(jīng)歷若干年變化生成氨基酸類的化學物質(zhì)，這為構成原始的細胞提供了物質(zhì)基礎。同時，學生可以看到原始細胞的樣子——它是由水和蛋白質(zhì)組成的簡單結構，在地球上四處游走。此外，也可以模擬原始細胞在地球上進化、分裂和死亡等過程，如原始細胞開始分裂成兩個新細胞時會發(fā)生什么，等等?？梢哉f，虛擬實驗室不僅加深了學生對生命起源的認識，而且為學生提供了沉浸式體驗的機會。并且，虛擬實驗室還可以對虛擬實驗進行二次開發(fā)，使其具有更多的拓展功能。比如，可將虛擬實驗與信息技術結合起來，引入一些開放性問題，讓學生以小組合作形式探究生命起源的奧秘?？傊?，虛擬實驗室重現(xiàn)科學探究歷程，讓學生在虛擬世界中感受生命起源的神奇，體會科學家在發(fā)現(xiàn)生命現(xiàn)象背后的原因和過程時是如何運用科學方法與科學思維進行探究的，從而深刻領悟堅持不懈與實踐創(chuàng)新的科學家精神。

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馬香華? ?江蘇省張家港市教師發(fā)展中心，高級教師。