在概念教學(xué)中培育學(xué)生的科學(xué)思維素養(yǎng)

王瓊輝

摘 要：文章以“細胞生活的環(huán)境”教學(xué)為例，從教學(xué)內(nèi)容分析、學(xué)情分析、教學(xué)過程和教學(xué)反思等方面展示筆者在高中生物的概念教學(xué)中是如何培育學(xué)生的科學(xué)思維核心素養(yǎng)的。

關(guān)鍵詞：科學(xué)思維;生物學(xué)科核心素養(yǎng);概念教學(xué)

中圖分類號：G633.91 文獻標(biāo)識碼：A 收稿日期：2020-09-05 文章編號：1674-120X（2020）31-0094-02

一、教學(xué)內(nèi)容分析

“細胞生活的環(huán)境”是必修三第1章第1節(jié)的內(nèi)容，包括細胞生活在細胞外液中、細胞外液的成分、細胞外液的滲透壓與酸堿度、內(nèi)環(huán)境是細胞與外界環(huán)境進行物質(zhì)交換的媒介四部分內(nèi)容，是學(xué)習(xí)第2節(jié)“內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)的重要性”的基礎(chǔ)，也是學(xué)習(xí)第二章“動物和人體生命活動的調(diào)節(jié)”的基礎(chǔ)。但本節(jié)內(nèi)容抽象、復(fù)雜。為了幫助學(xué)生理解上述概念，在本節(jié)課教學(xué)中，將“體內(nèi)細胞生活在細胞外液中”和“內(nèi)環(huán)境是細胞與外界環(huán)境進行物質(zhì)交換的媒介”“細胞外液的成分”和“細胞外液的滲透壓與酸堿度”內(nèi)容分別進行整合。

二、學(xué)情分析

（一）學(xué)生學(xué)習(xí)的知識、經(jīng)驗、技術(shù)基礎(chǔ)

對“單細胞生物的生活環(huán)境，血細胞生活在血漿中，血漿的基本成分”等內(nèi)容，學(xué)生在初中階段已經(jīng)有了一定的認識。比如，手、腳等部位有時候會磨出“水泡”，“體內(nèi)細胞離開了適合生存的環(huán)境就會死亡，人體體溫的相對穩(wěn)定及其重要性，人體需要攝入營養(yǎng)物質(zhì)、氧氣和水，排除廢物”等內(nèi)容，學(xué)生也有一定的認識。這些已有的知識和經(jīng)驗，盡管比較淺顯，但有利于構(gòu)建“內(nèi)環(huán)境”和“穩(wěn)態(tài)”的概念。學(xué)生經(jīng)過初中階段的學(xué)習(xí)，對“人體內(nèi)幾大系統(tǒng)的功能”也有了基本的認識。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合圖示，總結(jié)出內(nèi)環(huán)境是如何與外界環(huán)境進行物質(zhì)交換的并不難。有關(guān)細胞生活的環(huán)境，和必修1中“細胞的物質(zhì)輸入和輸出”等內(nèi)容有密切聯(lián)系。學(xué)生通過必修1和必修2的學(xué)習(xí)，科學(xué)思維有了進一步的發(fā)展，能運用歸納和概括、模型和建模等思維方法進行生物學(xué)科的學(xué)習(xí)。

（二）學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中遇到的困難

高二學(xué)生還沒有學(xué)習(xí)“物質(zhì)的水解”和“電離化學(xué)平衡基礎(chǔ)知識”這部分內(nèi)容;資料分析、圖形整合能力還有待于提高;部分學(xué)生的課堂學(xué)習(xí)仍停留在淺表層次，以完成外在任務(wù)、避免懲罰為取向，以機械記憶和反復(fù)操練為主，缺少深度思維加工。學(xué)生的學(xué)習(xí)成果多以識記和記憶為主，難以遷移和深化。

三、教學(xué)過程

（一）導(dǎo)入新課

（1）教師活動：多媒體展示本章題圖的三張圖片，啟發(fā)學(xué)生思考本章題圖中的問題，得出在復(fù)雜多變的環(huán)境中，人體通過自身調(diào)節(jié)來維持體內(nèi)部環(huán)境的相對穩(wěn)定，為體內(nèi)的細胞提供了穩(wěn)定而適宜的存活條件。（引出本章）生物個體生活的環(huán)境復(fù)雜多變，最基本的生命系統(tǒng)——細胞的生活環(huán)境是怎樣的呢？（引出本節(jié)）

（2）學(xué)生活動：觀看媒體展示，思考并回答問題。

（3）設(shè)計意圖：讓學(xué)生進入學(xué)習(xí)情境，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。

（二）體內(nèi)細胞生活在細胞外液中

（1）教師活動：單細胞生物和多細胞生物體的細胞生活環(huán)境是不同的，單細胞生物直接生活在外界環(huán)境中，多細胞生物體內(nèi)的細胞生活在什么樣的環(huán)境中？我們以草履蟲和人體為例來認識細胞生活的環(huán)境。出示裝有血液（已分層）和草履蟲培養(yǎng)液的試管，再展示草履蟲和人體血細胞的圖片，提問：①我們看到的都是什么細胞？②它們分別生活在什么樣的環(huán)境中？兩者的生活環(huán)境有何異同？③哪種細胞生活的液體環(huán)境更為穩(wěn)定？教師補充血液與血漿的區(qū)別和聯(lián)系。

（2）學(xué)生活動：觀察、思考后回答“草履蟲是單細胞生物，生活在水中。血細胞生活在血漿中。草履蟲生活在外界環(huán)境中，可直接與外界進行物質(zhì)交換。血細胞不能直接與外界進行物質(zhì)交換，只能與血漿進行物質(zhì)交換。兩者都是液體環(huán)境，血漿更穩(wěn)定。”

（3）設(shè)計意圖：從生命系統(tǒng)的個體層次和細胞層次來認識不同層次的生命系統(tǒng)的生活環(huán)境，在“細胞外液”和“生物進化”兩個核心概念間建立了聯(lián)系。

（三）內(nèi)環(huán)境是細胞與外界環(huán)境進行物質(zhì)交換的媒介

（1）教師活動：我們體內(nèi)其他細胞生活在什么環(huán)境？我們體內(nèi)細胞是如何通過這個環(huán)境與外界環(huán)境進行物質(zhì)交換的？教師總結(jié)：①人體內(nèi)大量以水為基礎(chǔ)的液體，叫體液。體液包括細胞外液和細胞內(nèi)液，血漿、淋巴、組織液等組成細胞外液。②多媒體展示細胞與三種細胞外液物質(zhì)交換的動畫，更直觀地展示了物質(zhì)交換的過程。③從模型中歸納出三種細胞外液的聯(lián)系，得出全身的細胞外液是一個有機統(tǒng)一的整體，共同構(gòu)成細胞生活的內(nèi)環(huán)境。④點評學(xué)生構(gòu)建細胞與外界進行物質(zhì)交換的概念模型，并進一步整合為一個概念模型，讓學(xué)生體悟到模型是對認識對象的簡化描述。⑤師生一起總結(jié)內(nèi)環(huán)境是細胞與外界進行物質(zhì)交換的媒介。

（2）學(xué)生活動：認真閱讀教材P2-3的內(nèi)容，嘗試構(gòu)建人體細胞與外界環(huán)境的物質(zhì)交換的概念模型，以及人體細胞外液各組分間關(guān)系的概念模型，交流討論并展示評價。

（3）設(shè)計意圖：根據(jù)學(xué)生的實際情況和目標(biāo)導(dǎo)向設(shè)置一系列問題，問題難度應(yīng)有梯度，以引發(fā)學(xué)生的深度學(xué)習(xí)并構(gòu)建概念模型。形成細胞是通過內(nèi)環(huán)境與外界環(huán)境進行物質(zhì)交換的媒介，細胞外液是一個有機整體的生命觀念。這一設(shè)計是為了發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維。

（四）細胞外液的成分和理化性質(zhì)

（1）教師活動：內(nèi)環(huán)境作為細胞與外界物質(zhì)交換的媒介，應(yīng)該含有哪些物質(zhì)？內(nèi)環(huán)境與外界環(huán)境有哪些差別呢？多媒體展示P4血漿的化學(xué)組成。要求學(xué)生進行資料分析，思考和討論下列問題：①請將表中物質(zhì)按化學(xué)性質(zhì)分類并在表中標(biāo)記出來。②除了表中所列成分外，你覺得血漿中還會有哪些成分？③血漿、淋巴和組織液是一個有機的統(tǒng)一整體，他們的成分完全相同嗎？如果有異議你能否給予合理的解釋？教師總結(jié)：血漿中90%為水，其余10%分別為無機鹽、蛋白質(zhì)、各種營養(yǎng)物質(zhì)、各種代謝產(chǎn)物、氣體等。組織液、淋巴的成分和含量與血漿相近，但又不完全相同，最主要的差別在于血漿還有較多的蛋白質(zhì)。細胞外液本質(zhì)上是一種鹽溶液，類似于海水，在一定程度上反映了生命起源于海洋。

（2）學(xué)生活動：分析P4血漿的化學(xué)組成，思考討論問題，交流并展示各組討論的結(jié)果，形成“細胞外液本質(zhì)上是一種鹽溶液”的生命觀念。

（3）設(shè)計意圖：根據(jù)學(xué)生的實際情況和目標(biāo)導(dǎo)向設(shè)置一系列問題，進行資料分析，幫助學(xué)生了解細胞外液的化學(xué)成分，理解細胞外液具有相對穩(wěn)態(tài)的因素，如營養(yǎng)成分和代謝廢物等，為機體細胞提供適宜的生存環(huán)境。

（五）細胞外液的成分和理化性質(zhì)

（1）教師活動：滲透壓是溶質(zhì)分子對水分子的吸引力，其大小取決于溶液中溶質(zhì)微粒的數(shù)目，即取決于單位體積中溶質(zhì)的分子密度，而不是溶質(zhì)的質(zhì)量濃度。蛋白質(zhì)雖然含量高（7%-9%）， 但是有機大分子物質(zhì)，相對分子質(zhì)量大，分子密度小。而無機鹽雖然質(zhì)量濃度比蛋白質(zhì)?。ú坏?%），但由于分子小，單位體積的血漿中分子密度卻要比蛋白質(zhì)大得多。所以在維持血漿和血細胞之間滲透壓平衡的作用中，無機鹽的貢獻遠比蛋白質(zhì)大得多。但是，對血漿與組織液之間的滲透壓平衡，無機鹽卻很難發(fā)揮作用。原因是無機鹽能夠自由地進出毛細血管，血漿和組織液的無機鹽濃度基本是一致的。而蛋白質(zhì)卻不能輕易從血漿中進入組織液，因此，蛋白質(zhì)的含量就成了血漿和組織液之間水分滲透方向的決定性因素。

（2）學(xué)生活動：細胞外液滲透壓的相對穩(wěn)定是細胞正常生活的必要條件之一。學(xué)生思考討論問題，表達與交流：HCO3-和HPO42-通過水解與電離產(chǎn)生OH-和H+，分別是酸性物質(zhì)和堿性物質(zhì)反應(yīng)，產(chǎn)生的物質(zhì)可以通過呼吸系統(tǒng)和泌尿系統(tǒng)等排出體外。體溫的相對穩(wěn)定是機體具有體溫調(diào)節(jié)機制，使體內(nèi)產(chǎn)熱與散熱保持平衡，參與體溫調(diào)節(jié)的器官和系統(tǒng)有皮膚、肝臟、骨骼肌、神經(jīng)系統(tǒng)、內(nèi)分泌系統(tǒng)、呼吸系統(tǒng)等。

（3）設(shè)計意圖：結(jié)合化學(xué)知識、聯(lián)系舊知和生活體驗，初步形成內(nèi)環(huán)境pH和溫度穩(wěn)態(tài)的維持是多個器官、系統(tǒng)參與下完成的，理解內(nèi)環(huán)境為機體細胞的生活提供了適宜的環(huán)境條件。細胞不僅依賴于相對穩(wěn)定的內(nèi)環(huán)境，也參與了內(nèi)環(huán)境的形成與維持。

（六）課堂總結(jié)

（1）教師活動：通過多媒體顯示本節(jié)開篇題詩，并向?qū)W生提問：“學(xué)過這節(jié)內(nèi)容后，你對這首詩有沒有更深的理解？”從宏觀到微觀，生命系統(tǒng)的各個層次都生存在一定的環(huán)境中，人體的內(nèi)環(huán)境即細胞外液為機體細胞提供了適宜的生存環(huán)境，機體細胞通過內(nèi)環(huán)境與外界環(huán)境進行物質(zhì)交換。相對穩(wěn)定的內(nèi)環(huán)境是機體存活的條件。它讓每一個細胞分享，又靠所有細胞共建。生物圈是所有生物個體生存的環(huán)境，生物圈的相對穩(wěn)定是所有生物的生存與發(fā)展必要條件，所以習(xí)總書記提出“綠色”發(fā)展理念;和諧穩(wěn)定的國際環(huán)境是人類社會健康發(fā)展的前提，習(xí)總書記率先提出建立人類命運共同體的“共建共享”發(fā)展理念。

（2）學(xué)生活動：學(xué)生結(jié)合本節(jié)開篇題詩進行總結(jié)，并補充完成相關(guān)概念圖。

（3）設(shè)計意圖：歸納總結(jié)本節(jié)所學(xué)內(nèi)容，讓學(xué)生理解并認同共享共建的理念。

四、教學(xué)反思

新課標(biāo)的基本理念是：著眼學(xué)科核心素養(yǎng)，聚焦大概念，關(guān)注學(xué)生學(xué)習(xí)過程中的實踐經(jīng)歷，以評價促進學(xué)生的學(xué)習(xí)與發(fā)展，用科學(xué)的觀點、知識、思維與方法解決現(xiàn)實生活中的某些問題。本節(jié)課正是在新課標(biāo)的理念指引下設(shè)計的，在這節(jié)課上，學(xué)生的思維是活躍的，課堂是生動的，基本達到了筆者所期望的教學(xué)效果。

在教材內(nèi)容處理方面，遵循學(xué)生認知規(guī)律，將“體內(nèi)細胞生活在細胞外液中”與“內(nèi)環(huán)境是細胞與外界環(huán)境進行物質(zhì)交換的媒介”進行整合，以問題為導(dǎo)向，通過模型構(gòu)建活動著重培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維方法。在教學(xué)方式上，通過創(chuàng)設(shè)情境，小組自主合作探究建模，以及教師精講點撥，來激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性，最大限度地發(fā)揮學(xué)生的主體作用，從而有效地實現(xiàn)了本課的教學(xué)目標(biāo)。

參考文獻：

[1]劉恩山，曹保義.普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準（2017年版）解讀[M].北京：高等教育出版社，2018.

[2]王玉紅.探究教學(xué)法做好高中生物教學(xué)[J].亞太教育，2015（4）：70.