摘 要：本文以“降低化學(xué)反應(yīng)活化能的酶”為例，闡述了問題支架式教學(xué)在高中生物課堂教學(xué)中的運(yùn)用，圍繞搭建問題支架、引入情境、獨(dú)立探索、協(xié)作學(xué)習(xí)和效果評價等環(huán)節(jié)，以促進(jìn)學(xué)生主動參與學(xué)習(xí)、提高問題解決能力、發(fā)展科學(xué)思維的問題支架式教學(xué)進(jìn)行有效嘗試。

關(guān)鍵詞：問題支架式教學(xué)；高中生物；運(yùn)用研究

高中生物課程是科學(xué)領(lǐng)域的重要學(xué)科課程之一，是義務(wù)教育階段相關(guān)課程的延續(xù)和拓展。生物學(xué)課程要求學(xué)生主動地參與學(xué)習(xí)，在親歷提出問題、獲取信息、尋找證據(jù)、檢驗(yàn)假設(shè)、發(fā)現(xiàn)規(guī)律等過程中習(xí)得生物學(xué)知識，養(yǎng)成科學(xué)思維的習(xí)慣，形成積極的科學(xué)態(tài)度，發(fā)展終身學(xué)習(xí)及創(chuàng)新實(shí)踐能力[1]。此外，生物學(xué)內(nèi)容與學(xué)生的日常生活密切相關(guān)，因此生物學(xué)課堂需要聯(lián)系學(xué)生的實(shí)際生活，使學(xué)生能夠運(yùn)用科學(xué)的觀點(diǎn)、知識、思路和方法解決現(xiàn)實(shí)生活中實(shí)際問題。這些特點(diǎn)使得高中生物課堂的教學(xué)方法和策略需要引導(dǎo)學(xué)生主動參與，深入探索合作學(xué)習(xí)，以促進(jìn)學(xué)生的全面發(fā)展和科學(xué)素養(yǎng)的提升。

為了幫助學(xué)生主動參與完成學(xué)習(xí)任務(wù)、解決問題，可以輔助安排一些形式豐富的學(xué)習(xí)問題支架[2]。問題支架式教學(xué)源自建構(gòu)主義框架下“最近發(fā)展區(qū)”理論，是以學(xué)生為主體，以問題為導(dǎo)向，教師在分析課程標(biāo)準(zhǔn)、教材內(nèi)容和學(xué)生認(rèn)知水平的基礎(chǔ)上搭建層層遞進(jìn)、逐步深入的問題支架，引導(dǎo)學(xué)生沿著問題支架去獨(dú)立探索、協(xié)作學(xué)習(xí)，最終達(dá)成教學(xué)任務(wù)的一種教學(xué)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(dú)立探索—協(xié)作學(xué)習(xí)—效果評價。其中，問題支架的搭建是問題支架式教學(xué)的核心，問題支架既要著眼于學(xué)生最近發(fā)展區(qū)，又要能幫助學(xué)生自主構(gòu)建知識能力體系，從而達(dá)到潛在發(fā)展水平。本文以人教版高中生物學(xué)必修一第5章第一節(jié)“降低化學(xué)反應(yīng)活化能的酶”第一課時為實(shí)例，淺談問題支架式教學(xué)在高中生物課堂中的具體運(yùn)用。

一、搭建問題支架

搭建問題支架是問題支架式教學(xué)最為重要的一個環(huán)節(jié)，該環(huán)節(jié)需要在整體思維統(tǒng)領(lǐng)下，在認(rèn)真研讀課程標(biāo)準(zhǔn)和本節(jié)教材、分析學(xué)情的基礎(chǔ)上搭建問題支架。該環(huán)節(jié)實(shí)施分三個步驟：核心問題與目標(biāo)任務(wù)的確定、學(xué)生學(xué)習(xí)進(jìn)階分析、學(xué)習(xí)任務(wù)和問題支架的設(shè)計(jì)。

（一）核心問題與目標(biāo)任務(wù)的確定

在搭建問題支架的過程中，首先需要厘清本節(jié)課的教學(xué)目標(biāo)和核心問題。根據(jù)《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020修訂）》（以下簡稱“課標(biāo)”）設(shè)定的本節(jié)的具體概念為“說明絕大多數(shù)酶是一類能催化生化反應(yīng)的蛋白質(zhì)，酶的活性受到環(huán)境因素（如PH和溫度等）的影響”，其本質(zhì)是構(gòu)建酶的概念。酶的概念涵蓋酶的來源、功能、催化機(jī)理、化學(xué)本質(zhì)和影響酶活性的因素及酶的應(yīng)用。為構(gòu)建酶的概念，需要從結(jié)構(gòu)與功能、作用及催化機(jī)理入手，進(jìn)而了解酶的本質(zhì)，并通過探究實(shí)驗(yàn)逐步完善對酶概念的理解。因此將本節(jié)核心問題確定為“酶的作用和本質(zhì)”。

圍繞“探索酶的作用和本質(zhì)”這一核心問題，結(jié)合學(xué)生的知識儲備和認(rèn)知思維，確定本節(jié)3個目標(biāo)任務(wù)：探究實(shí)踐“比較過氧化氫在不同條件下的分解”；控制變量和設(shè)計(jì)對照實(shí)驗(yàn)；酶的催化作用機(jī)理。

（二）學(xué)生學(xué)習(xí)進(jìn)階分析

學(xué)生在設(shè)計(jì)問題支架之前，學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)階分析尤為關(guān)鍵。依據(jù)學(xué)習(xí)進(jìn)階理論、建構(gòu)主義理論和最近發(fā)展區(qū)等理論，應(yīng)著眼于學(xué)生的最近發(fā)展區(qū)，遵循思維發(fā)展的規(guī)律，分析學(xué)生學(xué)情、學(xué)業(yè)要求和素養(yǎng)發(fā)展水平，設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)進(jìn)階層級，為進(jìn)一步設(shè)計(jì)問題支架奠定基礎(chǔ)，進(jìn)而為推動學(xué)生的深度學(xué)習(xí)提供科學(xué)、有效的學(xué)習(xí)路徑[3]。

1.對學(xué)生的現(xiàn)有水平分析

學(xué)生已知蛋白質(zhì)具有催化等各種功能及蛋白質(zhì)的鑒定方法，明確蛋白質(zhì)在高溫等條件下會變性失活，初步了解對照實(shí)驗(yàn)和變量，但對自變量、因變量及無關(guān)變量的概念和如何控制變量及設(shè)置對照實(shí)驗(yàn)缺乏系統(tǒng)的認(rèn)識。同時具備一定歸納概括、類比推理、合作學(xué)習(xí)能力，但解決實(shí)際問題的思維習(xí)慣上還依賴具體的材料和問題支持，還需不斷地學(xué)習(xí)訓(xùn)練以形成良好的科學(xué)思維能力。

2.學(xué)習(xí)進(jìn)階水平設(shè)計(jì)

根據(jù)課標(biāo)中學(xué)業(yè)質(zhì)量水平和學(xué)科核心素養(yǎng)４個維度的水平劃分，結(jié)合學(xué)業(yè)內(nèi)容和學(xué)生學(xué)情及達(dá)成表現(xiàn)，將“降低化學(xué)反應(yīng)活化能的酶”第一課時教學(xué)內(nèi)容設(shè)定為3個水平進(jìn)階層級，具體如下：

水平1：能根據(jù)真實(shí)情境提出可探究的生物學(xué)問題，利用提供材料設(shè)計(jì)解決簡單問題的方案并實(shí)施實(shí)驗(yàn)，表述實(shí)驗(yàn)結(jié)果；知道生物體內(nèi)化學(xué)反應(yīng)需要酶的催化才能進(jìn)行。

水平2：能基于實(shí)驗(yàn)過程，分析自變量、因變量和無關(guān)變量，掌握控制變量的方法和設(shè)置對照實(shí)驗(yàn)。

水平3：能主動合作交流分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，通過模擬活動，基于推理的科學(xué)思維分析理解酶的作用機(jī)理，說明酶降低化學(xué)反應(yīng)活化能的原因。

（三）學(xué)習(xí)任務(wù)和問題支架的設(shè)計(jì)

教學(xué)活動在實(shí)施過程中，應(yīng)著眼于學(xué)生的最近發(fā)展區(qū)，設(shè)計(jì)一系列問題支架驅(qū)動學(xué)生積極思考、主動學(xué)習(xí)、深入探究、交流表達(dá)，從而實(shí)現(xiàn)知識的遷移和素養(yǎng)的提升。在確定核心問題和目標(biāo)任務(wù)以及分析學(xué)生進(jìn)階水平的基礎(chǔ)上，根據(jù)由淺入深、由易到難的順序設(shè)置拆分為若干個記憶型、理解型、應(yīng)用型、分析型問題，以此為支架引導(dǎo)學(xué)生逐步深入學(xué)習(xí)。本節(jié)第一課時3個教學(xué)任務(wù)設(shè)計(jì)問題支架如下：

（任務(wù)1）探究實(shí)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(xiàn)象？你能嘗試解釋出現(xiàn)該現(xiàn)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(shè)？

問題4：如果你的假設(shè)是正確的，會有什么樣的實(shí)驗(yàn)結(jié)果呢？

問題5：H2O2分解后可能出現(xiàn)哪些可觀察檢測的變化？具體如何檢測？

問題6：本實(shí)驗(yàn)設(shè)置為幾組較為合適？請說明你們小組的理由。

問題7：根據(jù)以上分析和所提供的材料用具，你們小組能否列表設(shè)計(jì)出本實(shí)驗(yàn)方案？

（任務(wù)2）科學(xué)方法——控制變量和設(shè)計(jì)對照實(shí)驗(yàn)

問題1：每組實(shí)驗(yàn)人為控制進(jìn)行處理因素分別是什么？

問題2：不同的實(shí)驗(yàn)處理，過氧化氫分解得快慢是否隨之發(fā)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(shí)驗(yàn)結(jié)果？還有哪些因素會影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果？

問題4：自變量、因變量和無關(guān)變量之間存在什么關(guān)系？

問題5：請結(jié)合表1小組討論控制變量的一般思維路徑（步驟）如何進(jìn)行。

問題6：試管1設(shè)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(gòu)成對照實(shí)驗(yàn)？若能，請分析其中的實(shí)驗(yàn)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(gòu)成對照實(shí)驗(yàn)嗎？請完善“比較過氧化氫在不同條件下的分解”實(shí)驗(yàn)分析與結(jié)論表。

（任務(wù)3）酶的催化作用機(jī)理

問題1：類比搬運(yùn)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(yùn)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(jī)理是什么？

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

二、引入情境

新課程改革要求以培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)作為課程學(xué)習(xí)的目的，強(qiáng)調(diào)在真實(shí)情境下創(chuàng)設(shè)任務(wù)，讓學(xué)生在解決真實(shí)情境的實(shí)際問題的過程中，獲得對事物的認(rèn)識，形成和發(fā)展概念，培養(yǎng)核心素養(yǎng)。在高中生物課堂中，問題支架式教學(xué)的有效運(yùn)用需要精心設(shè)計(jì)引人入勝的情境，以情境為載體，讓學(xué)生在問題支架驅(qū)動下主動深度學(xué)習(xí)。

例如，在本節(jié)導(dǎo)入階段借助生活中的現(xiàn)象創(chuàng)設(shè)情境，教師首先引導(dǎo)學(xué)生說出酶在生活中的運(yùn)用實(shí)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(xué)環(huán)節(jié)，播放皮膚出現(xiàn)小傷口用醫(yī)用雙氧水（H2O2）消毒的視頻，引導(dǎo)學(xué)生觀察現(xiàn)象并嘗試解釋出現(xiàn)該現(xiàn)象的原因。然后提供3個真實(shí)情境資料，提供問題支架引導(dǎo)學(xué)生分析影響過氧化氫分解的因素。

資料1：細(xì)胞代謝是細(xì)胞生命活動的基礎(chǔ)，但代謝也會產(chǎn)生對細(xì)胞有害的物質(zhì)，如過氧化氫，體內(nèi)過氧化氫過多會導(dǎo)致皮膚發(fā)黃、毛發(fā)（包括頭發(fā)）變白，加速人體衰老。細(xì)胞中含有過氧化氫酶能夠?qū)⑦^氧化氫及時分解，起到解毒的作用。

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

資料3：藥用過氧化氫溶液的說明書上關(guān)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(dú)立探索

獨(dú)立探索階段是學(xué)生將所學(xué)知識運(yùn)用于實(shí)踐、自主探究的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在這一環(huán)節(jié)中，學(xué)生主要針對教師設(shè)置的問題支架，通過自己探索，依據(jù)已有經(jīng)驗(yàn)與新知識建立聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)知識的建構(gòu)。為了使學(xué)生能夠更深入地理解酶在降低活化能過程中的作用機(jī)制，教師首先引導(dǎo)學(xué)生明確任務(wù)：“酶具有催化作用，其作用機(jī)理是什么？什么是活化能？”接著教師提供相應(yīng)的支持，如相關(guān)圖片、動畫素材、問題支架。例如，教師首先展示搬運(yùn)石頭過山坡圖片，然后給出系列問題：“類比搬運(yùn)石頭過山坡過程，為什么加熱后能加快過氧化氫分解？”“搬運(yùn)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(jī)理是什么？”“根據(jù)對活化能的理解，請用線段在圖中標(biāo)出酶所降低的活化能。”學(xué)生在系列問題和相關(guān)資源輔助下，通過自主思考和實(shí)踐，將更深入地理解酶在降低化學(xué)反應(yīng)活化能中的作用機(jī)制。

盡管是獨(dú)立探索階段，但教師會定期與學(xué)生進(jìn)行交流，及時指出他們存在的問題和不足，并給予建設(shè)性的指導(dǎo)和建議，幫助他們更好地完成探索任務(wù)。在整個獨(dú)立探索階段，學(xué)生在深度學(xué)習(xí)中不僅能獲得新的知識和經(jīng)驗(yàn)，自主學(xué)習(xí)能力和科學(xué)思維也將得到不斷發(fā)展。

四、協(xié)作學(xué)習(xí)

問題支架式教學(xué)中，對于應(yīng)用型、分析型、綜合型等高階思維問題的解決，協(xié)作學(xué)習(xí)是一個重要途徑。通過協(xié)作學(xué)習(xí)，學(xué)生可以在小組內(nèi)相互合作、共同探討問題，從而促進(jìn)他們的學(xué)習(xí)效果和學(xué)習(xí)動力。例如，在“比較過氧化氫在不同條件下的分解”實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)教學(xué)環(huán)節(jié)，要求學(xué)生能根據(jù)真實(shí)情境提出可探究的生物學(xué)問題，利用提供材料設(shè)計(jì)解決問題的方案并實(shí)施實(shí)驗(yàn)，這就需要學(xué)生通過協(xié)作學(xué)習(xí)共同完成。教師按照“組間同質(zhì)、組內(nèi)異質(zhì)”原則，依據(jù)不同學(xué)生不同的學(xué)習(xí)能力將學(xué)生分成若干小組，并為每個小組分配特定的任務(wù)或問題：“本實(shí)驗(yàn)設(shè)置為幾組較為合適？請說明你們小組的理由?！薄案鶕?jù)以上分析和所提供的材料用具，你們小組能否列表設(shè)計(jì)出本實(shí)驗(yàn)方案？”學(xué)生在小組內(nèi)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(xié)作學(xué)習(xí)，可以增強(qiáng)學(xué)生的合作意識，培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)精神。

在協(xié)作學(xué)習(xí)過程中，教師應(yīng)充分發(fā)揮小組成員之間的互補(bǔ)性和合作性，鼓勵學(xué)生相互協(xié)助、共同解決問題，遇到困難時可以相互啟發(fā)、共同探討，以便更好地完成學(xué)習(xí)任務(wù)。同時，應(yīng)對小組的學(xué)習(xí)進(jìn)度進(jìn)行及時跟蹤和評估，確保每個小組都能夠按時完成任務(wù)，并保證學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。發(fā)現(xiàn)組間共性問題或瓶頸問題，應(yīng)鼓勵學(xué)生在此環(huán)節(jié)提出質(zhì)疑，并提供必要的理論指導(dǎo)和技術(shù)支持。同時對個別不熱衷討論、學(xué)習(xí)相對困難的學(xué)生進(jìn)行引導(dǎo)，多給他們機(jī)會讓他們表達(dá)自己的想法。在分析問題、解決問題的過程中，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會如何有效地溝通和合作，培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)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(xué)的應(yīng)用需要進(jìn)行有效的效果評價，以確保教學(xué)目標(biāo)的達(dá)成和學(xué)生學(xué)習(xí)效果的提高。為全面了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，應(yīng)采用多種形式的評價方法，包括日常觀察、作業(yè)評定、小組展示、實(shí)驗(yàn)報告和階段考試等。通過這些多樣化的評價手段，能更準(zhǔn)確地評價教學(xué)效果。還是以上述“比較過氧化氫在不同條件下的分解”教學(xué)環(huán)節(jié)為例，教師在學(xué)生小組協(xié)作學(xué)習(xí)后，先請一個小組展示實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案，然后進(jìn)行小組自我評價、其他小組評價、教師點(diǎn)評。在評價過程中，要關(guān)注學(xué)生在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)分析方面的能力，以及他們是否能夠準(zhǔn)確地運(yùn)用所學(xué)知識解決實(shí)際問題。在此過程中，教師需要評價學(xué)生是否能夠積極主動地參與討論、合作完成任務(wù)，以及是否能夠充分發(fā)揮各自的優(yōu)勢，共同解決問題。通過效果評價，助力培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)意識和團(tuán)隊(duì)合作能力，提高他們的學(xué)習(xí)效果和綜合素質(zhì)。

結(jié)束語

本文以“降低化學(xué)反應(yīng)活化能的酶”第一課時為例，深入探討了問題支架式教學(xué)在高中生物學(xué)教學(xué)中的運(yùn)用。問題支架式教學(xué)注重學(xué)生的主動參與和自主學(xué)習(xí)，通過問題搭建、情境引入、獨(dú)立探索、協(xié)作學(xué)習(xí)和效果評價等環(huán)節(jié)，激發(fā)學(xué)生的深度學(xué)習(xí)，發(fā)展科學(xué)思維、科學(xué)探究等生物學(xué)核心素養(yǎng)，培養(yǎng)他們的自主學(xué)習(xí)和團(tuán)隊(duì)合作精神。然而，在問題支架式教學(xué)實(shí)踐中也面臨一些挑戰(zhàn)和問題，教師需要投入更多時間和精力來設(shè)計(jì)情境和問題，同時注意問題的層次性、驅(qū)動性和開放性，以確保學(xué)生學(xué)習(xí)過程的有效進(jìn)行。在未來的教育實(shí)踐中，筆者將繼續(xù)探究問題支架式教學(xué)的實(shí)踐路徑，不斷完善教學(xué)模式，為學(xué)生提供更加優(yōu)質(zhì)的教育資源和學(xué)習(xí)環(huán)境。

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

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