基于單元教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維的課堂教學(xué)初探

曾平 張秀珍

摘 要 以“穩(wěn)態(tài)與調(diào)節(jié)”的單元教學(xué)為抓手，著力于其中的內(nèi)環(huán)境、體溫調(diào)節(jié)、植物激素調(diào)節(jié)這三個課時的教學(xué)，完成構(gòu)建內(nèi)環(huán)境概念、感悟體溫調(diào)節(jié)過程、分析植物激素調(diào)節(jié)，層層遞進(jìn)地培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力，促進(jìn)學(xué)生生物學(xué)科核心素養(yǎng)的發(fā)展。

關(guān)鍵詞 單元教學(xué) 科學(xué)思維 生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)

科學(xué)思維是指尊重事實和證據(jù)，崇尚嚴(yán)謹(jǐn)和務(wù)實的求知態(tài)度，運(yùn)用科學(xué)的思維方法認(rèn)識事物，解決實際問題的思維習(xí)慣和能力。生命科學(xué)的科學(xué)思維是指能夠基于生命科學(xué)事實和證據(jù)，運(yùn)用一些科學(xué)思維的方法，探討、闡釋生命現(xiàn)象及規(guī)律，審視或論證生命科學(xué)社會議題的能力。教學(xué)單元通常是依據(jù)學(xué)科教學(xué)內(nèi)容和任務(wù)的不同而區(qū)分的，形式上又多以章、節(jié)來區(qū)分。而《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》提出了模塊化教學(xué)，如將人體的內(nèi)環(huán)境與穩(wěn)態(tài)、人和動物生命活動的調(diào)節(jié)以及植物激素的調(diào)節(jié)等內(nèi)容歸納為一個模塊——穩(wěn)態(tài)與調(diào)節(jié)。由此可知，模塊化教學(xué)與主題單元教學(xué)沒有本質(zhì)差異。那么，如何在主題單元教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力，促進(jìn)學(xué)生生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的發(fā)展？下面以“穩(wěn)態(tài)與調(diào)節(jié)”這一主題單元的教學(xué)為例，為培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維能力，進(jìn)行了如下嘗試。

1 構(gòu)建內(nèi)環(huán)境概念，初步培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維能力

內(nèi)環(huán)境的概念非常抽象，學(xué)生往往較難理解。雖然《上海市高中生命科學(xué)學(xué)科教學(xué)基本要求（試驗本）》對該內(nèi)容要求只有A級水平，但是如果學(xué)生對內(nèi)環(huán)境的概念理解不清晰，將會對后續(xù)知識（如人體的體溫及其調(diào)節(jié)等）的學(xué)習(xí)造成不小的困難。因此，幫助學(xué)生構(gòu)建內(nèi)環(huán)境的大概念就顯得尤為重要。

教師先是展示衣藻和人神經(jīng)元細(xì)胞的圖片，讓學(xué)生思考這兩種細(xì)胞的生活環(huán)境，引導(dǎo)學(xué)生答出衣藻的生活環(huán)境是水。但是，學(xué)生不能準(zhǔn)確答出人神經(jīng)元細(xì)胞的生活環(huán)境，一些學(xué)生猜測是不是也是水。此時，教師適時提出質(zhì)疑：同學(xué)們不是坐在干燥的教室里學(xué)習(xí)嗎，怎么會提出人的細(xì)胞也生活在水環(huán)境中？你們的猜測有什么依據(jù)嗎？在激發(fā)學(xué)生思考的同時，教師再次展示神經(jīng)元細(xì)胞圖片，設(shè)問：細(xì)胞的邊界是什么？它的基本組成及排列有什么特點(diǎn)？學(xué)生自然答出：細(xì)胞膜由磷脂組成磷脂雙分子層的基本骨架。這時，教師可以再引導(dǎo)學(xué)生思考回答神經(jīng)元細(xì)胞的生活環(huán)境是水環(huán)境的依據(jù)。如果學(xué)生仍未理解細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)與細(xì)胞的生活環(huán)境的關(guān)聯(lián)時，教師可再進(jìn)一步引導(dǎo)：細(xì)胞膜為什么會這么排列？學(xué)生就會茅塞頓開，分析出：因為磷脂的頭部親水，尾部疏水的特性，那么細(xì)胞膜是由磷脂雙分子層組成的基本骨架，并且是疏水的尾部被包裹在細(xì)胞膜的中間，親水的頭部排列在兩側(cè)。這就是細(xì)胞生活在水環(huán)境的證據(jù)嘛。同時，學(xué)生也知道了細(xì)胞內(nèi)也是液體環(huán)境。學(xué)生也會產(chǎn)生疑問：為什么由細(xì)胞組成的人就能生活在干燥的環(huán)境中，而不是水環(huán)境中？教師簡單解釋：人體的表層是角質(zhì)層，都是死細(xì)胞，起到隔絕和保護(hù)的功能?？梢哉f，只要是活細(xì)胞，那一定是生活在水環(huán)境中的，然后教師給出體液、細(xì)胞內(nèi)液、細(xì)胞外液及組成等概念，學(xué)生也就非常容易接受和理解了。在內(nèi)環(huán)境各組成間的相互關(guān)系的教學(xué)中，教師給出內(nèi)環(huán)境各組成含有的物質(zhì)（表1），分別讓學(xué)生構(gòu)建血漿與組織液、組織液與淋巴液、淋巴液與血漿的物質(zhì)交換關(guān)系并說明原因。

學(xué)生依據(jù)表1，分析血漿與組織液、組織液與淋巴液、淋巴液與血漿之間的物質(zhì)含量差異，推導(dǎo)出內(nèi)環(huán)境物質(zhì)交換關(guān)系（圖1）。然后，教師進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)出內(nèi)環(huán)境與細(xì)胞內(nèi)液和外界環(huán)境的關(guān)系（圖2），完成內(nèi)環(huán)境這一概念的教學(xué)。

教師引導(dǎo)學(xué)生將熟悉的細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)與內(nèi)環(huán)境的概念發(fā)生聯(lián)系，鋪設(shè)學(xué)習(xí)內(nèi)環(huán)境概念的橋梁，進(jìn)而使學(xué)生構(gòu)建內(nèi)環(huán)境中物質(zhì)交換關(guān)系，完成內(nèi)環(huán)境大概念的學(xué)習(xí)。通過內(nèi)環(huán)境概念的構(gòu)建過程，初步培養(yǎng)了學(xué)生的科學(xué)思維能力。

2 感悟體溫調(diào)節(jié)過程，深入培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維能力

體溫調(diào)節(jié)在教學(xué)基本要求中為B級水平，要求學(xué)生能解釋寒冷環(huán)境和炎熱環(huán)境中人體體溫調(diào)節(jié)的機(jī)制。如何通過該課時的教學(xué)，深入培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維能力，筆者進(jìn)行了如下嘗試。

教師課前要求學(xué)生測量人體12h的體溫（每th測量一次，記錄數(shù)據(jù)），制得12h內(nèi)人體體溫曲線，促進(jìn)學(xué)生感悟人體體溫恒定的內(nèi)涵：人體溫度是在小范圍波動，是保持動態(tài)平衡的穩(wěn)定。然后，教師引導(dǎo)復(fù)習(xí)反射弧的基本結(jié)構(gòu)，展示資料：科學(xué)家在實驗中發(fā)現(xiàn)，如果動物的下丘腦及其以下神經(jīng)結(jié)構(gòu)完整，動物具有維持體溫恒定的能力;如果破壞下丘腦，動物就不再具有維持體溫恒定的能力。教師引導(dǎo)學(xué)生推斷出調(diào)節(jié)體溫的主要中樞在下丘腦，再舉出生活實例：裸露的皮膚能感受到冷和熱，黏膜和內(nèi)臟能感受到喝下的水是冷還是熱。教師引導(dǎo)學(xué)生理解溫度感受器的種類和分布，接著要求學(xué)生討論：炎熱環(huán)境下，你身體有哪些反應(yīng)？學(xué)生能答出大量出汗、靜脈凸起等。教師肯定之余，適時引導(dǎo)學(xué)生完成炎熱環(huán)境下體溫的調(diào)節(jié)過程（圖3），進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)出：炎熱環(huán)境下體溫的調(diào)節(jié)機(jī)制是通過增加散熱來降低體溫。

教師提出問題：寒冷環(huán)境下，你身體有哪些反應(yīng)？學(xué)生亦能答出不會出汗、起雞皮疙瘩、寒顫、皮膚上血管收縮等。教師引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合炎熱環(huán)境下體溫調(diào)節(jié)過程，畫出寒冷環(huán)境下體溫調(diào)節(jié)機(jī)制。學(xué)生能準(zhǔn)確答出：寒冷刺激，皮膚冷感受器將信號傳到下丘腦體溫調(diào)節(jié)中樞;然后，經(jīng)傳出神經(jīng)，引起汗腺分泌減少、皮膚血管收縮、立毛肌收縮產(chǎn)生雞皮疙瘩、骨骼肌不自主戰(zhàn)栗。但是，學(xué)生未能全面分析，忽略了激素也參與寒冷環(huán)境下的體溫調(diào)節(jié)。這時，教師及時提出：糖類物質(zhì)的氧化分解產(chǎn)生的能量以熱量的形式散失，維持體溫的恒定。那么，新陳代謝的增加是否能有助于體溫的升高呢？能促進(jìn)新陳代謝的甲狀腺激素和腎上腺素又是如何參與體溫的調(diào)節(jié)？教師引導(dǎo)學(xué)生完善自己書所畫寒冷環(huán)境下的體溫調(diào)節(jié)機(jī)制（圖4），進(jìn)而引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)出寒冷環(huán)境下機(jī)體通過增加產(chǎn)熱和減少散熱來維持體溫。

學(xué)生通過參與課前實驗，感悟體溫恒定的內(nèi)涵，結(jié)合自身生活經(jīng)歷，分析炎熱與寒冷環(huán)境下自身的身體反應(yīng)，層層深入地剖析體溫調(diào)節(jié)過程，感悟人體的體溫調(diào)節(jié)機(jī)制，深入培養(yǎng)了學(xué)生的科學(xué)思維能力。

3 分析植物激素調(diào)節(jié)，進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維能力

植物激素的調(diào)節(jié)在教學(xué)基本要求中為B級水平，要求學(xué)生能認(rèn)識生長素對植物生長發(fā)育的調(diào)節(jié)與適應(yīng)環(huán)境的關(guān)系。如何通過分析生長素的調(diào)節(jié)，促進(jìn)植物生長發(fā)育與適應(yīng)環(huán)境的關(guān)系，進(jìn)一步發(fā)展學(xué)生科學(xué)思維能力，筆者進(jìn)行了如下嘗試。

教師先是引入了探究促進(jìn)生根的最適生長素濃度的實驗的，展示柳條生根的實驗現(xiàn)象，給出實驗數(shù)據(jù)（表2）。

教師引導(dǎo)學(xué)生分析實驗數(shù)據(jù)，得出柳條生根數(shù)與生長素濃度的關(guān)系。為了更好地體現(xiàn)這一變化規(guī)律，引導(dǎo)學(xué)生依據(jù)表格中實驗數(shù)據(jù)畫出坐標(biāo)曲線，以對照組數(shù)據(jù)為起點(diǎn)，得到植物的根對不同濃度生長素的反應(yīng)曲線（圖5）。數(shù)形的轉(zhuǎn)化有利于學(xué)生分析實驗數(shù)據(jù)和發(fā)現(xiàn)科學(xué)規(guī)律。

教師指導(dǎo)學(xué)生根據(jù)圖5的變化趨勢，找出曲線關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)（關(guān)鍵點(diǎn)A、B、C、D）并對相應(yīng)節(jié)點(diǎn)的含義做出準(zhǔn)確的判斷，分段描述曲線變化的含義。此時，學(xué)生自然得出植物生長素的兩重性特點(diǎn)：合適濃度的溶液生長素促進(jìn)生長;超過合適濃度就抑制生長;過高濃度會使植物受害、死亡。

緊接著，教師展示校園一角的松樹照片以及樹木模型（圖6A），設(shè)置問題串：這棵樹的樹形是什么形狀？這在生命科學(xué)中是什么現(xiàn)象？在植物光的利用方面有什么意義？然后，引導(dǎo)學(xué)生畫出頂芽A點(diǎn)，側(cè)芽B、C點(diǎn)（圖6B），結(jié)合生長素的兩重性作用特點(diǎn)分析側(cè)芽B、C點(diǎn)的生長情況及原因，促進(jìn)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)解決生活中實例的問題，提高問題分析、解決能力。

學(xué)生將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為曲線的過程，完成圖形轉(zhuǎn)換;教師引導(dǎo)學(xué)生對得到的曲線進(jìn)行分析和關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的含義的準(zhǔn)確判斷，達(dá)成理解生長素作用的兩重性特點(diǎn)的學(xué)習(xí)目標(biāo)。教師以學(xué)生熟悉的實例，構(gòu)建教學(xué)模型，運(yùn)用生長素對植物的調(diào)節(jié)作用原理解釋頂端優(yōu)勢的形成原因，培養(yǎng)了學(xué)生分析問題的能力、數(shù)型轉(zhuǎn)換的能力和解決實際問題的能力，進(jìn)一步地促進(jìn)了學(xué)生科學(xué)思維能力的發(fā)展。

4 小結(jié)

將人體的內(nèi)環(huán)境與穩(wěn)態(tài)、人和動物生命活動的調(diào)節(jié)以及植物激素的調(diào)節(jié)等內(nèi)容歸納為一個主題單元——穩(wěn)態(tài)與調(diào)節(jié)，以“穩(wěn)態(tài)與調(diào)節(jié)”的單元教學(xué)為抓手，著力于其中的內(nèi)環(huán)境、體溫調(diào)節(jié)、植物激素調(diào)節(jié)這三個課時的教學(xué)，完成構(gòu)建內(nèi)環(huán)境概念、感悟體溫調(diào)節(jié)過程、分析植物激素調(diào)節(jié)，層層遞進(jìn)地培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力，促進(jìn)學(xué)生核心素養(yǎng)的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]中華人民共和國教育部.普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）[s].北京：人民教育出版社，2018，1.

[2]林昭汝，陳秉初.高中生物學(xué)教學(xué)中單元教學(xué)目標(biāo)的設(shè)計策略[J].生物學(xué)教學(xué)，2016，（II）：18-20.