基于學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的教學(xué)設(shè)計(jì)

徐永強(qiáng)

摘要：以“細(xì)胞通過(guò)呼吸作用釋放能量”實(shí)驗(yàn)教學(xué)為例，介紹了實(shí)驗(yàn)教學(xué)中以實(shí)驗(yàn)為載體，注重學(xué)生科學(xué)探究能力、理性思維能力、科技創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，提升學(xué)生生物學(xué)科核心素養(yǎng)的教學(xué)設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：科學(xué)探究，呼吸作用，實(shí)驗(yàn)教學(xué)

中圖分類號(hào)：G633.91文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

1 教材分析

“細(xì)胞通過(guò)呼吸作用釋放能量”是北師大版生物學(xué)七年級(jí)下冊(cè)第四單元第十章“人體的能量供應(yīng)”第一節(jié)教學(xué)內(nèi)容。本節(jié)知識(shí)與第八章第一節(jié)“人類的食物”、第三節(jié)“合理膳食與食品安全”、上冊(cè)第三單元第五章第二節(jié)“呼吸作用”緊密聯(lián)系。本節(jié)內(nèi)容教材通過(guò)2個(gè)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)——“檢驗(yàn)人體呼出氣體與新鮮空氣中氧氣的含量”“檢驗(yàn)人體呼出氣體與新鮮空氣中二氧化碳的含量”展開(kāi)，學(xué)生通觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、分析原因、得出結(jié)論、問(wèn)題探究等環(huán)節(jié)的學(xué)習(xí)，歸納、總結(jié)細(xì)胞呼吸作用的概念、實(shí)質(zhì)、意義，呼吸作用原料、產(chǎn)物、場(chǎng)所，從而建構(gòu)“細(xì)胞通過(guò)呼吸作用釋放能量”核心概念。

本節(jié)課的教學(xué)重點(diǎn)：教師促進(jìn)學(xué)生學(xué)生動(dòng)手操作，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力，激發(fā)學(xué)生對(duì)生物學(xué)科的學(xué)習(xí)興趣;以實(shí)驗(yàn)為載體，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究、科學(xué)思維等學(xué)科核心素養(yǎng);通過(guò)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、合作探究學(xué)習(xí)等環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、合作交流能力;呼吸作用的概念、實(shí)質(zhì)、意義。本節(jié)課的難點(diǎn)為學(xué)生小組獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)操作，因此課前教師需作實(shí)驗(yàn)培訓(xùn)以突破難點(diǎn)。

2 教學(xué)目標(biāo)

①歸納總結(jié)呼吸作用概念、寫(xiě)出呼吸作用表達(dá)式、說(shuō)出呼吸作用的實(shí)質(zhì)和意義;②合作完成“檢驗(yàn)人體呼出氣體與新鮮空氣中氧氣的含量”“檢驗(yàn)人體呼出氣體與新鮮空氣中二氧化碳的含量”的實(shí)驗(yàn)操作，通過(guò)動(dòng)手實(shí)驗(yàn)、觀察、分析，培養(yǎng)動(dòng)手操作能力、科學(xué)探究能力和科學(xué)思維能力;③通過(guò)實(shí)驗(yàn)裝置的改進(jìn)、動(dòng)手實(shí)驗(yàn)、觀察、分析、得出結(jié)論等環(huán)節(jié)的學(xué)習(xí)，認(rèn)同科學(xué)研究的嚴(yán)謹(jǐn)性。

3 教學(xué)過(guò)程

3.1 課前準(zhǔn)備

（1）制作簡(jiǎn)易裝置。

教材中提供的參考實(shí)驗(yàn)裝置為4個(gè)500mL廣口瓶、玻璃蓋片。筆者在預(yù)實(shí)驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)：裝置氣密性差，實(shí)驗(yàn)誤差大，實(shí)驗(yàn)效果不明顯，如向瓶?jī)?nèi)插入燃燒匙、倒入澄清石灰水時(shí)，由于瓶口敞開(kāi)，瓶?jī)?nèi)、外氣體發(fā)生交換，會(huì)增大實(shí)驗(yàn)誤差。此實(shí)驗(yàn)成功的關(guān)鍵是控制裝置的氣密性，最大限度減少裝置內(nèi)、外氣體交換。針對(duì)這種現(xiàn)象，筆者課前組織學(xué)生對(duì)該實(shí)驗(yàn)裝置存在的問(wèn)題進(jìn)行分析、討論，改進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置，設(shè)計(jì)并制作出氣密性好、透明直觀、操作方便、實(shí)驗(yàn)效果良好的簡(jiǎn)易裝置。

裝置設(shè)計(jì)為長(zhǎng)17cm×寬9cm×高17cm的透明玻璃體。裝置中央設(shè)計(jì)隔板，將裝置平分為左、右兩部分（左、右對(duì)照）。裝置上端設(shè)計(jì)活動(dòng)蓋板2塊（左、右各1塊），蓋板中央設(shè)計(jì)直徑3cm的插孔（插入橡膠塞或帶導(dǎo)氣管、燃燒匙的橡膠塞，增強(qiáng)裝置的氣密性），蓋板底部每邊距邊緣1cm位置設(shè)計(jì)玻璃橫條（增加蓋板的穩(wěn)固性、加強(qiáng)裝置的氣密性）。制作的如圖1所示。

（2）實(shí)驗(yàn)培訓(xùn)。

課前，教師培訓(xùn)各小組組長(zhǎng)，提出問(wèn)題：①“檢驗(yàn)人體呼出氣體與新鮮空氣中氧氣的含量”的實(shí)驗(yàn)原理是什么？“檢驗(yàn)人體呼出氣體與新鮮空氣中二氧化碳的含量”的實(shí)驗(yàn)原理是什么？②怎樣設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)操作步驟？③為什么要設(shè)置新鮮空氣對(duì)照組？怎樣區(qū)分實(shí)驗(yàn)組、對(duì)照組？④本實(shí)驗(yàn)成功的關(guān)鍵環(huán)節(jié)在哪里？⑤怎樣才能最大限度減少實(shí)驗(yàn)誤差？⑥實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象產(chǎn)生的原因是什么？⑦得出的實(shí)驗(yàn)結(jié)論是什么？⑧本實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)有哪些？

3.2 創(chuàng)設(shè)情境，導(dǎo)入課題

教師組織學(xué)生復(fù)習(xí)“人類的食物”“合理膳食與食品安全”“探究食物中儲(chǔ)存的能量差異”“植物的呼吸作用”等與本節(jié)內(nèi)容相關(guān)的知識(shí)，提出問(wèn)題：植物的生命活動(dòng)通過(guò)呼吸作用獲得能量，人體生命活動(dòng)的能量來(lái)自食物，食物在體外以熱能的形式釋放。那么，在人體細(xì)胞內(nèi)食物中的能量是怎樣釋放的呢？你們知道嗎？想知道答案嗎？現(xiàn)在我們通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)共同探究吧。

設(shè)計(jì)意圖：教師通過(guò)復(fù)習(xí)相關(guān)知識(shí)，將學(xué)生的注意力從舊知識(shí)情景中不知不覺(jué)引入新課，并以學(xué)生感興趣的、亟待想得知答案的問(wèn)題制造懸念，牢牢吸引學(xué)生的注意力，使學(xué)生保持持久的探究欲望。

3.3 學(xué)生活動(dòng)一

小組合作完成“檢驗(yàn)人體呼出氣體與新鮮空氣中氧氣的含量”實(shí)驗(yàn)：

收集新鮮空氣、二氧化碳?xì)怏w;點(diǎn)燃2支燃燒匙中的蠟燭;取出裝置中的橡膠塞，迅速將2支帶橡膠塞的燃燒匙分別插入左、右插孔;觀察、記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象;得出結(jié)論。

3.4 學(xué)生活動(dòng)二

小組合作完成“檢驗(yàn)人體呼出氣體與新鮮空氣中二氧化碳的含量”實(shí)驗(yàn)：

收集新鮮空氣、二氧化碳?xì)怏w;取2支注射器分別吸取50mL澄清石灰水;將2支注射器分別插入裝置左、右橡膠塞中，并注入澄清石灰水;輕輕搖動(dòng)裝置;觀察、記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象;分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象;得出結(jié)論。

設(shè)計(jì)意圖：活動(dòng)一、活動(dòng)二是教師演示實(shí)驗(yàn)，教師將演示實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)為學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)，通過(guò)學(xué)生動(dòng)手操作，觀察、記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力、科學(xué)探究能力、合作能力，激發(fā)學(xué)生對(duì)生物學(xué)科的學(xué)習(xí)興趣、學(xué)習(xí)熱情。

3.5 學(xué)生活動(dòng)三

教師提出問(wèn)題，要求各小組思考討論：①活動(dòng)一、活動(dòng)二的實(shí)驗(yàn)原理是什么？②活動(dòng)一觀察到的現(xiàn)象是什么？活動(dòng)二觀察到的現(xiàn)象是什么？③活動(dòng)一得出的結(jié)論是什么？呼出氣體中減少的氧氣去了哪里？④活動(dòng)二得出的結(jié)論是什么？呼出氣體中增加的二氧化碳從何而來(lái)？

設(shè)計(jì)意圖：教師利用由淺入深、環(huán)環(huán)相扣的問(wèn)題串，促進(jìn)學(xué)生通過(guò)小組合作探究學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力。

3.6 師生活動(dòng)：歸納、總結(jié)

教師組織學(xué)生對(duì)活動(dòng)一、活動(dòng)二實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的分析、討論、問(wèn)題探究，歸納、總結(jié)“人體細(xì)胞呼吸作用”的概念、實(shí)質(zhì)、意義，寫(xiě)出呼吸作用的表達(dá)式。

3.7 課堂小結(jié)

師生共同小結(jié)。教師提出繼續(xù)探究的問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生思考：從呼吸作用的概念、表達(dá)式中，知道人體細(xì)胞呼吸作用需要氧氣。那么，人體細(xì)胞是怎樣獲得氧氣的呢？下節(jié)課我們來(lái)共同探究這個(gè)問(wèn)題吧。

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)師生共同歸納、總結(jié)，梳理本節(jié)教學(xué)的知識(shí)點(diǎn)，便于學(xué)生系統(tǒng)掌握本節(jié)知識(shí)點(diǎn)，達(dá)成建構(gòu)“細(xì)胞通過(guò)呼吸作用釋放能量”核心概念的教學(xué)目標(biāo)，同時(shí)巧設(shè)懸念，激發(fā)學(xué)生繼續(xù)探究的欲望，激發(fā)學(xué)生的學(xué)科興趣。

4 教學(xué)反思

課前，師生對(duì)裝置的設(shè)計(jì)方案、制作方法、制作材料的探討，可以充分發(fā)揮學(xué)生的想象力，激活學(xué)生的思維，培養(yǎng)學(xué)生的探究意識(shí)和創(chuàng)新意識(shí)。將教師演示實(shí)驗(yàn)改為學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)，可以培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力、合作能力和科學(xué)探究能力，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和熱情。教學(xué)中，教師組織學(xué)生對(duì)問(wèn)題的探究，可以培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力。教師以實(shí)驗(yàn)教學(xué)為載體，是培養(yǎng)學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的有效途徑。