聚焦核心素養(yǎng)培養(yǎng)科學(xué)思維

謝秀雁 危寶華

摘 要 以人體體溫調(diào)節(jié)及維持體溫平衡的調(diào)節(jié)機制為主線，借助多元化教學(xué)手段，聚焦核心素養(yǎng)，崇尚真知、尊重事實和證據(jù)、講求邏輯分析、質(zhì)疑和批判、創(chuàng)新，發(fā)展學(xué)生判斷性思維、質(zhì)疑思維、探究思維、邏輯思維、建模思維等多方面的科學(xué)思維，使學(xué)生形成穩(wěn)態(tài)與平衡的生命觀念。

關(guān)鍵詞 體溫平衡 ?科學(xué)思維

中圖分類號 G633.91 ???????????????????文獻標(biāo)志碼 B

科學(xué)思維具體可分為科學(xué)思維方法和科學(xué)思維品格，前者是認知方式和能力的體現(xiàn)，后者是認知品格的體現(xiàn)?？茖W(xué)思維品格可分為崇尚真知、尊重事實和證據(jù)、講求邏輯分析、質(zhì)疑和批判、創(chuàng)新5個方面?！镀胀ǜ咧猩飳W(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）解讀》的提出，將學(xué)生科學(xué)思維的發(fā)展聚焦在質(zhì)疑是思考的視角、實證是判斷的尺度、邏輯是論證的準(zhǔn)繩。

下面以“人的體溫及其調(diào)節(jié)”為例，聚焦學(xué)科核心素養(yǎng)，讓學(xué)生在深刻領(lǐng)悟?qū)W科知識過程中，聯(lián)系現(xiàn)實生活，通過質(zhì)疑思考、實證判斷、邏輯論證，在情境活動中解答問題，訓(xùn)練學(xué)生的科學(xué)思維，在由事實或證據(jù)中經(jīng)科學(xué)思維方法而得出概念的過程中，滲透科學(xué)思維，從而提升學(xué)生科學(xué)思維能力，發(fā)展學(xué)生的生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

1 ?教材分析

“人的體溫及其調(diào)節(jié)”是人教版高中生物教材《必修3·穩(wěn)態(tài)與環(huán)境》第二章第三節(jié)的內(nèi)容，作為人體內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)與調(diào)節(jié)的實例補充。在學(xué)習(xí)本節(jié)內(nèi)容之前，學(xué)生已經(jīng)初步掌握了內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)的概念及意義、內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)的調(diào)節(jié)機制、反射及反射弧、激素及激素調(diào)節(jié)等內(nèi)容，但對“體溫與平衡”中平衡觀的質(zhì)疑、“體溫調(diào)節(jié)程序”中的邏輯構(gòu)建、“事例應(yīng)用”中的實證判斷等，還需進一步的深化學(xué)習(xí)。教師需要引導(dǎo)學(xué)生從事實和實證出發(fā)去分析解決問題，形成相應(yīng)的思維邏輯。

2 ?教學(xué)思路

教師從情景案例入手，多維度鏈接實踐，合理重構(gòu)教學(xué)內(nèi)容，以學(xué)生思維拓展為引領(lǐng)，引入學(xué)生熟悉的詩詞，將詩詞描述的情景作為主線融入教學(xué)中，促進學(xué)生質(zhì)疑思考、聯(lián)系實證判斷、建構(gòu)模型和實驗探究、構(gòu)建知識體系中的邏輯論證思維，讓學(xué)生在動手與動腦的同時發(fā)展科學(xué)思維。具體設(shè)計思路如圖1所示。

本節(jié)課由情景、實例、建模、應(yīng)用來體現(xiàn)學(xué)科核心素養(yǎng)的社會責(zé)任和科學(xué)探究以及生命的觀念，從而培養(yǎng)學(xué)生的質(zhì)疑思維和判斷思維，以及邏輯思維和探究思維的科學(xué)思維。

3 ?承載的科學(xué)思維

從認識論的角度看，通過分析科學(xué)事實或證據(jù)，進行邏輯推理而獲得結(jié)論，這種認識就體現(xiàn)了上述科學(xué)思維品格。教學(xué)過程中的“事實或證據(jù)——問題——結(jié)論”就是幫助學(xué)生形成這種品格的過程。本案例里有對詩詞意境的判斷性思維，對新冠病毒侵染后的體溫曲線的質(zhì)疑思維，對人體散熱、產(chǎn)熱調(diào)節(jié)的邏輯思維，有“體溫平衡”穩(wěn)態(tài)的生命觀，有“寒冷和炎熱環(huán)境下”的合理建模的實證思維，有“體溫失調(diào)引起的失衡”現(xiàn)象的探究性思維，分別體現(xiàn)了科學(xué)思維的方法。同時，學(xué)生開展活動的過程中，逐步形成“尊重事實和證據(jù)、嚴(yán)謹(jǐn)求實、重邏輯”的科學(xué)思維。

4 ?教學(xué)目標(biāo)

①通過學(xué)習(xí)體溫的概念和維持體溫平衡的意義，建立穩(wěn)態(tài)與平衡的生命觀念。

②通過模型建構(gòu)掌握寒冷和炎熱環(huán)境下的體溫調(diào)節(jié)過程，培養(yǎng)科學(xué)思維的能力。

③通過分組研究討論因體溫失調(diào)引起的中暑現(xiàn)象，發(fā)展科學(xué)探究能力，關(guān)注體溫失調(diào)的預(yù)防措施。

5 ?教學(xué)過程

5.1 創(chuàng)設(shè)詩詞意境，激趣判斷思維

教師展示節(jié)選自《白雪歌送武判官歸京》的一段詩“北風(fēng)卷地白草折，胡天八月即飛雪。忽如一夜春風(fēng)來，千樹萬樹梨花開。散入珠簾濕羅幕，狐裘不暖錦衾薄。將軍角弓不得控，都護鐵衣冷難著”和節(jié)選自《觀刈麥》的一段詩“足蒸暑土氣，背灼炎天光，力盡不知熱，但惜夏日長”。這兩段詩分別描述了在冬日的寒冷和夏日的炎熱環(huán)境下人體的變化。這些詩句不僅蘊含了豐富的生物知識，而且還隱藏了具有中國特色的文化沉淀，抒發(fā)了作者的人文情懷。教師立德樹人，從古代文化的傳承里，尋找生物情境創(chuàng)設(shè)的切入點，將趣味性詩詞應(yīng)用于生物教學(xué)中，利用詩詞中的意境，引起學(xué)生對不同環(huán)境下體溫調(diào)節(jié)的關(guān)注并做出相應(yīng)的判斷，滿足學(xué)生好奇心，扣其心弦，達到共鳴的效果。

5.2 再現(xiàn)生活場景，激發(fā)質(zhì)疑思維

教師分發(fā)體溫計。學(xué)生兩人一組在2 min 內(nèi)測體溫。全班匯總每組數(shù)據(jù)，作出曲線圖。隨后，教師提問：根據(jù)調(diào)查結(jié)果，可以得出什么樣的結(jié)論？又可以提出什么問題？認真觀察曲線圖，你能發(fā)現(xiàn)什么？學(xué) 生回答：正常人體溫約為36.5℃。教師追問：人體如何在不同環(huán)境溫度維持正常體溫呢？教師以測體溫的活動引導(dǎo)學(xué)生分析曲線、得出結(jié)論，引導(dǎo)學(xué)生探討人體維持體溫平衡調(diào)節(jié)機制，使學(xué)生在質(zhì)疑的思辨中發(fā)展科學(xué)思維素養(yǎng)。

5.3 搭建多重支架，引導(dǎo)邏輯思維

邏輯思維在學(xué)生學(xué)習(xí)理科知識中的作用很大。理順事件的本質(zhì)和推理事實的過程，是學(xué)生需要掌握知識生成的一個邏輯建構(gòu)。教師需要給學(xué)生搭成多重支架，幫助學(xué)生學(xué)習(xí)。

5.3.1 運用觀察類比，預(yù)設(shè)人體產(chǎn)熱和散熱途徑的支架

教師以生活經(jīng)常使用的熱水器為例，提出一連串的問題：①?我今天出門前看到家里的熱水器顯示的是42℃，等到下班回家時，可能看到的溫度是多少？②?水溫升高的原因是什么？水溫降低的原因是什么？③?要使熱水器溫度始終恒定在42℃，需要滿足什么條件？教師通過類比，引導(dǎo)學(xué)生得到結(jié)論：在產(chǎn)熱量與散熱量相等的情況下，熱水器可以達到恒溫的狀態(tài)。

教師再根據(jù)“北風(fēng)卷地白草折，胡天八月即飛雪”“足蒸暑土氣，背灼炎天光”這兩句詩描述的場景，提 ?出問題：將熱水器比作人體，在極寒極熱的天氣人體 ?能維持體溫平衡也需要滿足產(chǎn)熱量等于散熱量這一 ?條件。人體的產(chǎn)熱途徑有哪些？散熱途徑有哪些？ ?這樣從而引入人體產(chǎn)熱途徑并以表格的形式（表1）展 ?現(xiàn)出來。學(xué)生利用表格分析總結(jié)安靜狀態(tài)和運動狀 ?態(tài)下產(chǎn)熱方式的區(qū)別。

5.3.2 利用生活體驗，感知人體產(chǎn)熱和散熱調(diào)節(jié)方式支架

通過類比以及思考相應(yīng)的問題，學(xué)生預(yù)設(shè)了人體產(chǎn)熱和散熱途徑的支架，形成了一種思維構(gòu)像。教師可以組織活動，促進學(xué)生利用親身體驗，認識散熱。一名學(xué)生手握冰袋，同時另一名學(xué)生原地高抬腿跳50下。隨后，教師請這兩名學(xué)生各自說出手握冰袋或原地高抬腿跳50下后的感覺，并讓學(xué)生分組討論出現(xiàn)這些感覺的原因。最后，教師作出總結(jié)：起雞皮疙瘩是因為立毛肌收縮;發(fā)抖的原因是骨骼肌戰(zhàn)栗;手心發(fā)紅是因為毛細血管舒張;另外，手心出汗是由于汗腺分泌增多。以上所提到的結(jié)構(gòu)都屬于效應(yīng)器。教師使學(xué)生深刻理解在寒冷刺激和炎熱刺激下人體的散熱情況變化。

教師利用生活中常見的電熱水器為例，促使學(xué)生運用觀察比較的方式，從電熱水器維持溫度恒定的工作模式過渡到人體維持36.5℃是神經(jīng)-體液共同調(diào)節(jié)下維持產(chǎn)熱量與散熱量動態(tài)平衡的結(jié)果。教師再引導(dǎo)學(xué)生分析得出結(jié)論，同時展開親身體驗的活動，讓學(xué)生對產(chǎn)熱和散熱途徑有深刻的理解。學(xué)生通過自主觀察，體驗交流，感知了產(chǎn)熱和散熱調(diào)節(jié)方式，在逐步深入學(xué)習(xí)中形成邏輯思維模式。

5.4 建構(gòu)層進深度，建立模型思維

5.4.1 動手制作，實證建模

從問題實例到動手論證，這是科學(xué)思維的一個基本過程。教師組織學(xué)生分組討論在詩句“將軍角弓不得控，都護鐵衣冷難著”所描述的情景，探究戰(zhàn)士在極寒天氣下機體如何維持體溫平衡，并以概念模型的形式展現(xiàn)討論結(jié)果。模型完成后，學(xué)生展示各自的模型（圖2）。

通過動手建模，學(xué)生的思維進一步可視化，在鍛煉動手能力的同時，也進一步培養(yǎng)了科學(xué)思維。

5.4.2 討論思辨，概念建模

（1）建立反射弧的概念模型。

建模思維還需要進一步的修正和完善，教師可以對照不同小組展示的模型，引導(dǎo)學(xué)生分析：①?人體哪一個器官最先感受到寒冷刺激的？②?人體的產(chǎn)熱與散熱保持動態(tài)平衡，是由什么器官來調(diào)節(jié)控制的呢？③?上述描述的過程是屬于神經(jīng)調(diào)節(jié)，還是激素調(diào)節(jié)？④?若是神經(jīng)調(diào)節(jié)，請分組在該模型的基礎(chǔ)上構(gòu)建反射弧的概念模型（圖3）。

（2）建立神經(jīng)-體液調(diào)節(jié)的概念模型。

學(xué)生動手動腦，深度理解寒冷刺激下維持體溫平衡的神經(jīng)調(diào)節(jié)機制。在對比不同小組展示結(jié)果的過程中，教師總結(jié)寒冷刺激引起機體反射活動的反射弧所包括的結(jié)構(gòu)，并追問：①邊疆戰(zhàn)士冷得瑟瑟發(fā)抖，弓都拉不開的時候，機體除了神經(jīng)調(diào)節(jié)維持體溫平衡外，還有激素調(diào)節(jié)嗎？請舉例。②促進新陳代謝、增加機體產(chǎn)熱的激素有哪些？學(xué)生通過分組討論，嘗試在上述概念模型的基礎(chǔ)上補充激素調(diào)節(jié)的概念模型并展示結(jié)果（圖4）。

教師提出問題：腎上腺素和甲狀腺激素分泌的調(diào)節(jié)過程有何不同？請嘗試總結(jié)神經(jīng)調(diào)節(jié)和體液調(diào)節(jié)之間的關(guān)系。然后，教師要求學(xué)生結(jié)合教材51頁，參考寒冷刺激下機體維持體溫平衡的概念模型，分組合作，補充繪制炎熱刺激下機體體溫調(diào)節(jié)的概念模型。

教師根據(jù)學(xué)生的認知進度，由淺入深，逐步遞進，引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建寒冷和炎熱刺激下機體維持體溫平衡的神經(jīng)調(diào)節(jié)和體液調(diào)節(jié)的概念模型，在課堂教學(xué)中滲透科學(xué)思維中“模型與建?！钡暮诵乃仞B(yǎng)，鍛煉學(xué)生用概念模型準(zhǔn)確表達思維過程的能力。

5.5 關(guān)注生活實際，滲透探究思維

探究的本質(zhì)就是提出問題并解決問題。提出的問題可以通過實驗或?qū)嵺`活動等方式來解決，也可以通過提供事實或證據(jù)（科學(xué)實驗的過程、現(xiàn)象、結(jié)果），由學(xué)生分析、討論和交流，進行邏輯推理來完成。探究的本源是提出問題，探究的結(jié)果是解決了問題，提出問題從本質(zhì)上看就是對生命活動規(guī)律的一種探尋設(shè)問，解決問題則是對生命活動規(guī)律的找尋和確認。在探究中形成的思維是一種探究思維。

教師應(yīng)以問題為導(dǎo)向，帶動學(xué)生去探究：①“力盡不知熱，但惜夏日長”，農(nóng)民長時間不顧暑熱繼續(xù)耕作可能會導(dǎo)致中暑，請分析出現(xiàn)中暑的原因是什么？若中暑后，農(nóng)民的體溫是升高還是降低？②?出現(xiàn)中暑現(xiàn)象后，機體能否進行正常的生命活動？以中暑現(xiàn)象為例，機體通過復(fù)雜的調(diào)節(jié)機制維持體溫平衡的意義是什么？③?有什么對策可以讓農(nóng)民避免出現(xiàn)中暑現(xiàn)象？

學(xué)生建構(gòu)產(chǎn)熱與散熱一種動態(tài)的平衡觀，同時遷移到如何預(yù)防高溫酷暑、如何抵擋嚴(yán)寒。教師引導(dǎo)學(xué)生從人體的機能出發(fā)探究，利用小鼠分組探究小鼠體內(nèi)的激素含量與散熱產(chǎn)熱的關(guān)系，同時用實驗探究避熱和抵抗寒冷的機制。

從探究中，教師引導(dǎo)學(xué)生從散熱和產(chǎn)熱的角度分析：中暑是因為長期處于高溫狀態(tài)，導(dǎo)致散熱障礙而體溫升高。教師引導(dǎo)學(xué)生聯(lián)系已學(xué)過酶活性的內(nèi)容，總結(jié)出：當(dāng)體溫高于或低于正常體溫時，酶活性會降低，從而導(dǎo)致新陳代謝無法正常進行，機體內(nèi)系統(tǒng)和器官功能紊亂。

教師通過引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注生活，利用科學(xué)知識解決實際問題，培養(yǎng)知識遷移的能力。學(xué)生通過自主探討中暑的成因和危害等，深刻理解“穩(wěn)態(tài)和平衡”的生命觀念，滲透了社會責(zé)任意識，養(yǎng)成探究思維。

6 ?教學(xué)反思

本節(jié)課以探討寒冷和炎熱環(huán)境的維持體溫平衡機制為主線，從分析實驗現(xiàn)象到提取實驗結(jié)論，從分析生活實際問題到提出解決問題的方法，進而培養(yǎng)學(xué)生判斷質(zhì)疑能力。學(xué)生通過觀察比較，分析綜合、搭建多重支架建模等多元化方式，建構(gòu)有邏輯關(guān)系的概念圖示，經(jīng)過聯(lián)系事實的邏輯論證，崇尚真知、尊重事實和證據(jù)、講求邏輯分析、質(zhì)疑和批判、創(chuàng)新，發(fā)展科學(xué)思維。教師結(jié)合社會實際問題，激發(fā)學(xué)生社會責(zé)任感，理解生命觀念，從而將核心素養(yǎng)滲透整節(jié)課的教學(xué)設(shè)計。

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