優(yōu)化概念學(xué)習(xí)過程，提升科學(xué)思維品質(zhì)

丁 征

(江蘇省南京市玄武區(qū)教師發(fā)展中心 210016)

概念是思維的產(chǎn)物，也是思維的工具。建構(gòu)概念的過程就是思維的過程。學(xué)習(xí)過程應(yīng)當(dāng)要有助于學(xué)生發(fā)展科學(xué)思維能力，尤其是抽象邏輯思維能力，概念學(xué)習(xí)是發(fā)展學(xué)生抽象邏輯思維能力的重要途徑之一。

“人體能量的供給”是蘇教版七年級(jí)第10章“人體內(nèi)的物質(zhì)運(yùn)輸和能量供給”的第5節(jié)，課標(biāo)中本節(jié)課的具體內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)“說明能量來自細(xì)胞中有機(jī)物的氧化分解”是這節(jié)課需要建構(gòu)的概念，也是本節(jié)課的重難點(diǎn)。這一節(jié)圍繞三個(gè)問題而展開：①每天需要從食物中補(bǔ)充多少能量？②食物進(jìn)入體內(nèi)怎樣釋放能量？③營養(yǎng)物質(zhì)釋放的能量有什么用途？這三個(gè)問題的解決過程正是概念的建構(gòu)過程。

1 聯(lián)系知識(shí)經(jīng)驗(yàn)，讓學(xué)生通過遷移，在分析、類比、歸納、整合中生成新概念

1.1 讓前概念成為新概念的起點(diǎn)，聯(lián)系知識(shí)經(jīng)驗(yàn)打開教學(xué)局面 初中生物有50個(gè)核心概念，七年級(jí)上冊(cè)“生物圈中的綠色植物”一級(jí)主題中的一個(gè)核心概念“在生物體內(nèi)，細(xì)胞能通過分解糖類獲得能量，同時(shí)生成二氧化碳和水”，出現(xiàn)在植物的呼吸作用一節(jié)中，這是學(xué)生具備的前概念，在教學(xué)中要利用好這個(gè)前概念。

“人體內(nèi)能量供給的過程”既復(fù)雜，又抽象，學(xué)生較難理解，可以選擇用建構(gòu)知識(shí)聯(lián)系圖(圖1)的形式巧妙化解難點(diǎn)，途徑有兩個(gè)：①采取由微觀到宏觀的生成路徑，通過溫故知新直接引導(dǎo)學(xué)生回憶植物的光合作用、呼吸作用，由此推知“在人體內(nèi)，細(xì)胞能通過分解糖類等有機(jī)物獲得能量，同時(shí)生成二氧化碳和水”。首先明確呼吸作用發(fā)生在細(xì)胞內(nèi)，那么分解的有機(jī)物、需要的氧氣從何而來？從而進(jìn)行“倒推”。教師要放開手讓學(xué)生通過自主、合作學(xué)習(xí)的方式，以小組為單位建構(gòu)人體能量供給的知識(shí)聯(lián)系圖，再由學(xué)生代表進(jìn)行講解。這種方式能有效拓展學(xué)生的思維空間，利于學(xué)生之間的交流，增強(qiáng)合作意識(shí)，語言表達(dá)則能驅(qū)動(dòng)思維的邏輯性和縝密性。②采取宏觀到微觀的生成路徑，先通過演示實(shí)驗(yàn)“花生種子在體外燃燒”做一個(gè)鋪墊。這個(gè)演示實(shí)驗(yàn)解決了兩個(gè)問題：一是讓看不見摸不著的能量以可見的方式呈現(xiàn)出來，初一學(xué)生還沒有學(xué)物理，而能量作為物理學(xué)的重要概念，比較抽象，對(duì)于初中學(xué)生來說，認(rèn)識(shí)它較為困難。學(xué)生通過前面的學(xué)習(xí)知道食物能提供能量，但是沒有形象感知，通過實(shí)驗(yàn)可以彌補(bǔ)這一不足，學(xué)生直觀地看到了水溫的升高，發(fā)現(xiàn)是由于花生種子燃燒釋放出能量所導(dǎo)致的，從而認(rèn)同食物中確實(shí)貯存有能量。二是幫助學(xué)生理解營養(yǎng)物質(zhì)釋放能量對(duì)維持體溫的作用，有機(jī)物在體外通過燃燒釋放出能量使水溫升高，學(xué)生做一個(gè)知識(shí)遷移，就可以理解在體內(nèi)有機(jī)物分解釋放出的能量會(huì)讓人體形成體溫。

圖1 “人體內(nèi)能量供給的過程”知識(shí)聯(lián)系圖

此時(shí)教師拋出問題：“攝取的食物在體內(nèi)會(huì)發(fā)生什么樣的變化，才能把有機(jī)物中的能量釋放出來呢？”引導(dǎo)學(xué)生由花生種子在體外燃燒需要氧氣推斷花生種子在體內(nèi)分解也需要氧氣，進(jìn)而回顧消化、呼吸、循環(huán)系統(tǒng)的作用，再利用呼吸作用的公式建立起知識(shí)聯(lián)系。

學(xué)生在頭腦中將人體的營養(yǎng)供給、呼吸、物質(zhì)運(yùn)輸?shù)戎R(shí)進(jìn)行有機(jī)串聯(lián)歸納。將已有的知識(shí)運(yùn)用文字、簡圖進(jìn)行歸納、整理，逐漸構(gòu)建起一個(gè)形象、直觀的知識(shí)圖，將知識(shí)之間的聯(lián)系系統(tǒng)化。知識(shí)聯(lián)系圖慢慢建立起來，人體內(nèi)能量代謝的過程也就水到渠成了。

1.2 挖掘概念的內(nèi)涵，拓展生物學(xué)重要概念教學(xué)的深度和廣度 如何拓展生物學(xué)重要概念教學(xué)的深度？這個(gè)“深”不是指挖掘其知識(shí)深度，而應(yīng)理解為一種寬廣，即引發(fā)學(xué)生的發(fā)散思維，從而形成前后知識(shí)的大整合，建構(gòu)知識(shí)體系。

本節(jié)概念建構(gòu)的核心詞是“細(xì)胞”：能量釋放發(fā)生在細(xì)胞中，消化、呼吸、循環(huán)三大系統(tǒng)功能通過細(xì)胞聯(lián)系在一起，因此這個(gè)概念的生成有助于學(xué)生深刻理解“細(xì)胞是生命活動(dòng)的基本單位”，這無疑拓展了概念的深度。

在概念生成的過程中要追加一個(gè)問題：“食物中的能量從哪里來？”引導(dǎo)學(xué)生形成一條思維鏈：“植物通過光合作用把二氧化碳和水合成有機(jī)物，將太陽能轉(zhuǎn)變成化學(xué)能儲(chǔ)存在有機(jī)物中”→“人類直接或間接以植物為食，獲得其中的能量”→“食物在體內(nèi)消化吸收，營養(yǎng)物質(zhì)(貯存能量)運(yùn)輸?shù)郊?xì)胞”→ “細(xì)胞內(nèi)有機(jī)物氧化分解釋放出能量”，引導(dǎo)學(xué)生把相關(guān)知識(shí)進(jìn)行一個(gè)邏輯加工，歸納出概念中的兩條主線：物質(zhì)變化和能量變化，深刻領(lǐng)悟概念的內(nèi)涵，同時(shí)拓展概念的外延，太陽能是能量的根本來源，從而把生物界與自然界聯(lián)系在一起，這樣生成的概念圖(圖2)更加完整、系統(tǒng)。

在初中生物八年級(jí)上冊(cè)有關(guān)生態(tài)系統(tǒng)的內(nèi)容學(xué)習(xí)后，可以引導(dǎo)學(xué)生將這一概念繼續(xù)拓展，用系統(tǒng)、整體的觀點(diǎn)，把細(xì)胞中有機(jī)物氧化分解釋放能量、生物體的新陳代謝和生態(tài)系統(tǒng)中的能量流動(dòng)整合在一起，體會(huì)個(gè)體生命與生命系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)(圖3)，無疑可以構(gòu)建完整的概念體系。

圖2 生物界與自然界的物質(zhì)和能量關(guān)系圖

圖3 個(gè)體生命與生命系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)圖

2 創(chuàng)設(shè)活動(dòng)情境，讓學(xué)生在探索、討論、操作、應(yīng)用中建構(gòu)新概念

2.1 移植生活情境，讓生活體驗(yàn)成為概念形成的支撐 生活中處處有生物學(xué)，教師在教學(xué)中要善于移植生活中的情境，通過各種豐富的、有代表性的事實(shí)來為學(xué)生的概念形成提供支撐。

(1)教學(xué)活動(dòng)1：“人體能量的供給”的討論 重點(diǎn)是引導(dǎo)學(xué)生對(duì)數(shù)據(jù)資料進(jìn)行分析，了解不同的食物所含的能量不同，不同的勞動(dòng)強(qiáng)度所需要消耗的能量也不同，從而深刻理解人體內(nèi)能量供給與膳食的關(guān)系。

教材中的表1“常見食物的熱價(jià)”，意在引導(dǎo)學(xué)生分析不同食物的熱價(jià)存在差別的原因。教材并沒有對(duì)“熱價(jià)”做出定義，學(xué)生通過表中數(shù)據(jù)可以直觀認(rèn)識(shí)到熱價(jià)是個(gè)衡量指標(biāo)，但對(duì)“熱價(jià)反映食物中貯存能量的多少”這句話很難真正理解。分析表中數(shù)據(jù)，學(xué)生發(fā)現(xiàn)所列的食物中花生熱價(jià)最高，大白菜熱價(jià)最低，這是因?yàn)椴煌澄镉捎谒瑺I養(yǎng)物質(zhì)不同熱價(jià)不同。但熱價(jià)僅與營養(yǎng)物質(zhì)的種類有關(guān)嗎？拋出問題后，引導(dǎo)學(xué)生仔細(xì)閱讀表中的數(shù)據(jù)，通過對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)問題。其實(shí)表中有兩個(gè)比較特別的數(shù)據(jù)，一個(gè)數(shù)據(jù)是“馬鈴薯”熱價(jià)是3.22，學(xué)生都知道馬鈴薯富含淀粉，為什么相比大米、面粉熱價(jià)要低很多？另一個(gè)數(shù)據(jù)是“豬肉”熱價(jià)是16.54，都是肉類，為什么熱價(jià)要遠(yuǎn)比牛肉、雞肉高呢？培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題的能力。

教師提供小資料：馬鈴薯富含淀粉，100 g馬鈴薯中含有15 g左右的淀粉和2 g左右的蛋白質(zhì)，以及一些纖維，其他75%左右的是水，而100 g大米中，含淀粉77.6 g，同質(zhì)量的馬鈴薯熱量是大米的21%，因此馬鈴薯是一種低熱量食物。豬肉本身的脂肪含量較高，每100 g瘦豬肉中脂肪含量為6 g，而等質(zhì)量的牛肉中脂肪含量為2 g。學(xué)生通過閱讀資料，分析發(fā)現(xiàn)食物中營養(yǎng)物質(zhì)的量不同，熱價(jià)不同，從而全面理解食物與能量的關(guān)系：不同的食物由于所含營養(yǎng)物質(zhì)不同，以及營養(yǎng)物質(zhì)的量不同，所以熱價(jià)不同。熱價(jià)是1 g食物中提供能量的所有營養(yǎng)物質(zhì)(糖類、蛋白質(zhì)、脂肪)釋放能量的總和。

提供“從事不同勞動(dòng)強(qiáng)度的人每天所需要的能量”(表略)，意在引導(dǎo)學(xué)生分析人體每天所需的能量和哪些因素有關(guān)？通過數(shù)據(jù)分析，歸納出年齡、性別、體力消耗不同的人所需能量不同，由此把人體內(nèi)能量供給與膳食關(guān)聯(lián)起來。

(2)教學(xué)活動(dòng)2：“設(shè)計(jì)新的一日食譜” 與第9章第3節(jié)的“設(shè)計(jì)一日食譜”前后呼應(yīng)，前面“一日食譜”設(shè)計(jì)的依據(jù)是合理營養(yǎng)和平衡膳食的原理，重在營養(yǎng)合理，考慮的是食物的“種類”。而“新一日食譜”則需要設(shè)計(jì)出每種食物的量，將食材精確到克數(shù)，才能通過計(jì)算看其是否符合每日能量需求。而學(xué)生對(duì)于每日吃什么知道，但吃多少是不清楚的。因此，需要給出一些標(biāo)準(zhǔn)(如“中國居民平衡膳食金字塔”)，讓學(xué)生進(jìn)行參考。

通?！吧攀持改稀鄙蠒?huì)呈現(xiàn)出食物的質(zhì)量，但100 g、250 g究竟是多少？做飯時(shí)不可能去準(zhǔn)確稱量，那么每天究竟要攝入多少？學(xué)生是沒有概念的。教師必須關(guān)注到學(xué)生生活經(jīng)驗(yàn)的不足，對(duì)于計(jì)量單位沒有感性認(rèn)知，活動(dòng)設(shè)計(jì)時(shí)用實(shí)物進(jìn)行直觀比擬，即用大米、蔬菜、牛奶盒、火腿腸等實(shí)物來演示“量的多少”。一般200 mL大果凍的杯子差不多能盛140 g生米，煮熟后差不多是350 g、七兩米飯；一盒200 mL的奶相當(dāng)于206 g；一根玉米火煺腸50 g，……讓數(shù)字鮮活起來，真正讓知識(shí)貼近生活，這樣的一種方法比單純計(jì)算食譜的能量更能讓知識(shí)走進(jìn)學(xué)生的心里。

這時(shí)教師提供一張減肥食譜，讓學(xué)生計(jì)算其一日能量值，與正常值進(jìn)行對(duì)比，再用實(shí)物模擬正常人和減肥者對(duì)同一種食物的攝入量，理論數(shù)值轉(zhuǎn)化成為感性的認(rèn)知，學(xué)生明確飲食不合理的危害，認(rèn)識(shí)到良好飲食習(xí)慣的重要性，從而理解能量攝入與能量消耗的關(guān)系。這樣的情境幫助學(xué)生關(guān)注人類的飲食健康，從而讓學(xué)生確立積極健康的生活態(tài)度。

2.2 創(chuàng)設(shè)實(shí)踐情境，讓活動(dòng)體驗(yàn)成為概念形成的支撐 在初中生物學(xué)概念教學(xué)中，既要揭示其實(shí)質(zhì)，又要符合學(xué)生的接受能力。讓學(xué)生通過計(jì)算、操作等體驗(yàn)活動(dòng)，感知科學(xué)概念的存在，以及在日常生活中的應(yīng)用。

(1)教學(xué)活動(dòng)3：“測量體溫”的實(shí)習(xí)活動(dòng) 這個(gè)活動(dòng)實(shí)際包含4個(gè)學(xué)習(xí)目標(biāo)：①通過實(shí)習(xí)會(huì)測量體溫；②通過測量認(rèn)識(shí)到人不同部位體溫不同；③通過數(shù)據(jù)分析認(rèn)識(shí)到不同人的體溫有所差異；④通過知識(shí)遷移理解體溫恒定是正常生命活動(dòng)的基礎(chǔ)。

教師播放“人體熱量分布”的視頻，讓學(xué)生感性地認(rèn)識(shí)到人的身體釋放能量的這一事實(shí)，建立新的經(jīng)驗(yàn)，自然過渡到“體溫”這一知識(shí)點(diǎn)。對(duì)于體溫測量的方法、步驟、體溫計(jì)的讀數(shù)等知識(shí)，大部分學(xué)生是有生活經(jīng)歷的，所以讓學(xué)生充分表達(dá)、演示，教師只要給予適當(dāng)點(diǎn)撥就行。在進(jìn)行測量體溫的分組活動(dòng)時(shí)，啟發(fā)學(xué)生設(shè)計(jì)表格記錄體溫狀況。學(xué)生在設(shè)計(jì)過程中就會(huì)思考影響體溫的因素，并把這些因素呈現(xiàn)在表格上。在此基礎(chǔ)上，教師提供數(shù)據(jù)表、曲線圖等資料，引導(dǎo)學(xué)生分析人體不同部位的體溫會(huì)有不同，一個(gè)人在一天的不同時(shí)刻體溫會(huì)有波動(dòng)，從而理解體溫與性別、年齡、身體狀況有關(guān)。

這一部分的教學(xué)要充分建立與生活的聯(lián)系?？梢杂眉t色煤油溫度計(jì)與水銀體溫計(jì)作對(duì)比，讓學(xué)生理解水銀體溫計(jì)操作時(shí)為什么要將水銀甩到35℃的刻度線以下？介紹水銀體溫計(jì)破碎后的處理方法，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注健康。教師準(zhǔn)備一段視頻：某傳染病流行期間，各大機(jī)場、火車站等人員流動(dòng)大的地方，均有專人使用體溫測試儀測量旅客的體溫，介紹目前應(yīng)用普及的電子溫度計(jì)，可以測耳溫、額溫等。這一情境創(chuàng)設(shè)，一方面培養(yǎng)學(xué)生有效地關(guān)注生活，另一方面培養(yǎng)學(xué)生自我體檢能力和對(duì)傳染病的預(yù)防能力。

教師創(chuàng)設(shè)情境引導(dǎo)學(xué)生辯證地看待“發(fā)熱”現(xiàn)象，理解維持體溫的相對(duì)穩(wěn)定，是人體進(jìn)行正常生命活動(dòng)的基礎(chǔ)?？梢酝ㄟ^“發(fā)熱時(shí)味口不好”的感受，引導(dǎo)學(xué)生回憶消化系統(tǒng)中的“酶”，回顧“食物在口腔內(nèi)的化學(xué)性消化”實(shí)驗(yàn)中，反應(yīng)的水浴溫度為37℃，酶的作用發(fā)揮需要適宜的溫度，由此聯(lián)想到溫度過高會(huì)影響酶的催化作用，導(dǎo)致消化不良，沒有味口，認(rèn)識(shí)到體溫過高會(huì)影響體內(nèi)各種酶的催化作用，從而影響人體的生命活動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)可能導(dǎo)致死亡。這樣的設(shè)計(jì)可以體現(xiàn)出知識(shí)的遷移和教學(xué)的延展性。當(dāng)然還可以讓學(xué)生講述自己的“發(fā)熱”時(shí)的感覺，以及對(duì)“發(fā)熱”的處理，增強(qiáng)一些自我保健常識(shí)。

(2)教學(xué)活動(dòng)4：“探究不同食物的熱價(jià)”實(shí)驗(yàn) 教材直接給出了營養(yǎng)物質(zhì)熱價(jià)的資料，但“怎樣比較食物中含有能量的多少”？課標(biāo)中給出活動(dòng)建議：探究不同食物的熱價(jià)。通過測量食物燃燒放出的熱能，來測定食物中能量的多少，以花生為例，實(shí)驗(yàn)裝置如圖(圖4)。食物中含有的能量(焦耳)=水的容積(mL)×溫差(℃)×4.2焦耳/(mL/℃)。這個(gè)探究實(shí)驗(yàn)重在通過實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案思考與完善來培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力，課堂上沒有足夠的時(shí)間完成。可以安排興趣小組的學(xué)生在課后進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)過程拍攝成微課，就是一段非常好的學(xué)習(xí)資料。

圖4 測定食物中能量的實(shí)驗(yàn)裝置