以“人體內(nèi)的物質(zhì)運(yùn)輸”為例談核心素養(yǎng)的培養(yǎng)

張培

摘 要 在“人體內(nèi)的物質(zhì)運(yùn)輸”單元教學(xué)中，設(shè)計(jì)探究實(shí)踐活動(dòng)，貫穿觀察分析、推理判斷等思維訓(xùn)練，引導(dǎo)學(xué)生在已知上逐步構(gòu)建未知，在習(xí)得血液循環(huán)生物學(xué)概念的同時(shí)，建立生命觀念，提升科學(xué)思維能力。

關(guān)鍵詞 物質(zhì)運(yùn)輸 探究實(shí)踐 生命觀念 科學(xué)思維

中圖分類號(hào) Ｇ633. 91 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 B

生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)，主要是指學(xué)生通過學(xué)習(xí)本課程而逐步形成的正確價(jià)值觀、必備品格和關(guān)鍵能力，是生物學(xué)課程育人價(jià)值的集中體現(xiàn)，主要包括生命觀念、科學(xué)思維、探究實(shí)踐、態(tài)度責(zé)任。在培養(yǎng)學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的導(dǎo)向下，筆者以“人體內(nèi)的物質(zhì)運(yùn)輸”單元為例進(jìn)行了教學(xué)探索實(shí)踐。

1 單元內(nèi)容分析

本單元內(nèi)容位于北京版生物學(xué)七年級(jí)下冊(cè)第五章第二節(jié)“人體內(nèi)的物質(zhì)運(yùn)輸”。從內(nèi)容上看，本單元既承接“人的營養(yǎng)”，又因?yàn)槿梭w的其他系統(tǒng)都需要血液循環(huán)系統(tǒng)的支持與協(xié)助，故對(duì)其后人體其他系統(tǒng)的學(xué)習(xí)具有重要鋪墊作用。從核心素養(yǎng)上說，學(xué)生進(jìn)一步整合呼吸系統(tǒng)、泌尿系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)等后續(xù)相關(guān)概念促進(jìn)結(jié)構(gòu)與功能觀的發(fā)展，同時(shí)科學(xué)思維習(xí)慣的養(yǎng)成有助于培養(yǎng)并提升學(xué)生在理科課程學(xué)習(xí)甚至社會(huì)生活實(shí)踐中的科學(xué)態(tài)度和理性程度。

《義務(wù)教育生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》指出，本單元需要達(dá)成的重要概念為“人體通過循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行體內(nèi)的物質(zhì)運(yùn)輸”，包含兩個(gè)次位概念，分別是“血液循環(huán)系統(tǒng)包括心臟、血管和血液”以及“血液循環(huán)包括體循環(huán)和肺循環(huán)，其功能是運(yùn)輸氧氣、二氧化碳、營養(yǎng)物質(zhì)、代謝廢物和激素等物質(zhì)”。這些概念的形成建立在“血液具有物質(zhì)運(yùn)輸?shù)淖饔谩薄把苁茄貉h(huán)流動(dòng)的管道”“心臟搏動(dòng)為血液循環(huán)提供動(dòng)力”以及“物質(zhì)運(yùn)輸主要是通過血液循環(huán)實(shí)現(xiàn)的”等多個(gè)事實(shí)的基礎(chǔ)上。因此，本單元采用如下教學(xué)方式：整合多個(gè)事實(shí)、概念培養(yǎng)學(xué)生結(jié)構(gòu)與功能觀，搭建支架式臺(tái)階，幫助學(xué)生逐步發(fā)展科學(xué)思維。

2 主要活動(dòng)設(shè)計(jì)

本單元核心問題為：人體如何通過血液循環(huán)實(shí)現(xiàn)物質(zhì)運(yùn)輸？此教學(xué)設(shè)計(jì)以結(jié)構(gòu)層次為主線，通過多個(gè)實(shí)驗(yàn)事實(shí)，由現(xiàn)象觀察到本質(zhì)探究，逐層深入，意圖解決人體內(nèi)物質(zhì)運(yùn)輸?shù)妮d體、通道和動(dòng)力的相關(guān)問題，有助于建立生命觀念。隨后，通過自主探究和模擬活動(dòng)，明確血液循環(huán)的途徑和意義，發(fā)展科學(xué)思維。以下為本單元的5個(gè)主要活動(dòng)設(shè)計(jì)。

2.1 活動(dòng)1：觀察雞血凝塊顏色變化實(shí)驗(yàn)和人血涂片

教師展示課前生物學(xué)小組的雞血凝塊實(shí)驗(yàn)，學(xué)生觀察到雞血凝塊在空氣中靜置一段時(shí)間后，顏色由暗紅色變?yōu)轷r紅色。教師提出問題，雞血凝塊顏色變化的原因是什么？學(xué)生推測(cè)可能與紅細(xì)胞結(jié)合氧氣的功能有關(guān)。隨后，學(xué)生在顯微鏡下觀察紅細(xì)胞，進(jìn)行本質(zhì)探究。學(xué)生觀察發(fā)現(xiàn)顯微鏡下的紅細(xì)胞平面結(jié)構(gòu)為圓形，并且四周顏色較深中間顏色較淺，即四周厚中間薄，呈兩面凹的圓餅狀。教師提供資料：人體內(nèi)紅細(xì)胞成熟后失去細(xì)胞核和大部分線粒體等細(xì)胞器。學(xué)生思考體會(huì)，理解紅細(xì)胞在組成、形態(tài)、結(jié)構(gòu)上的特殊性，決定了它具有結(jié)合氧氣并高效運(yùn)輸?shù)墓δ埽靼走@是自然選擇的結(jié)果，內(nèi)化形成細(xì)胞層次的結(jié)構(gòu)與功能觀。

2.2 活動(dòng)2：觀察小魚尾鰭內(nèi)的血液流動(dòng)和人的血管切片

學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，觀察小魚尾鰭內(nèi)的血液流動(dòng)。通過對(duì)比、分析觀察結(jié)果，學(xué)生直觀了解小魚尾鰭不同血管內(nèi)的血流方向、血流速度和管徑粗細(xì)等（圖1）。人的血管類型和特點(diǎn)與小魚類似，學(xué)生可結(jié)合小魚血管的觀察結(jié)果，構(gòu)建人體心臟與三種血管內(nèi)的血液流動(dòng)關(guān)系。學(xué)生產(chǎn)生疑惑并提出問題：不同血管的功能為什么存在差異？從而由現(xiàn)象觀察深入到結(jié)構(gòu)探究。通過觀察動(dòng)靜脈的橫切切片，閱讀動(dòng)靜脈和毛細(xì)血管的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，以及靜脈瓣的存在證明等資料，學(xué)生對(duì)比分析、歸納概括三種血管的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其功能，明確血管功能的實(shí)現(xiàn)需要特定的結(jié)構(gòu)支持，體會(huì)器官層次的結(jié)構(gòu)與功能觀。

2.3 活動(dòng)3：觀察心臟解剖結(jié)構(gòu)并進(jìn)行注水實(shí)驗(yàn)

血液在血管內(nèi)循環(huán)流動(dòng)，其動(dòng)力來自于心臟。學(xué)生解剖觀察哺乳動(dòng)物的心臟，發(fā)現(xiàn)心臟由心肌構(gòu)成。觀看心肌細(xì)胞節(jié)律性收縮視頻，認(rèn)同心肌細(xì)胞和心肌組織與心臟這個(gè)動(dòng)力器官的結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)。對(duì)比觀察心臟四個(gè)腔壁的厚薄，明確其與動(dòng)力大小的關(guān)系。教師提問：心臟內(nèi)的血流方向如何保證？學(xué)生觀察心臟內(nèi)的瓣膜，推測(cè)血流方向，并進(jìn)行心臟注水實(shí)驗(yàn)，通過觀察水流方向予以驗(yàn)證。隨后教師播放心臟瓣膜結(jié)構(gòu)異常導(dǎo)致血流異常的動(dòng)畫，反向證明瓣膜功能。如此通過觀察、驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，學(xué)生認(rèn)同心臟的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與其為血液循環(huán)提供動(dòng)力，保證血液定向流動(dòng)的功能相適應(yīng)。此時(shí)，教師引導(dǎo)學(xué)生再次思考，獲得如圖2所示的血液循環(huán)初步模型。在本活動(dòng)結(jié)束后，教師布置繪制心臟結(jié)構(gòu)示意圖的作業(yè)，為下一活動(dòng)自主構(gòu)建血液循環(huán)模型提供抓手。

2.4 活動(dòng)4：小組合作，自主構(gòu)建血液循環(huán)模型

本活動(dòng)流程如下：學(xué)生小組合作自主構(gòu)建血液循環(huán)途徑，隨后各小組展示模型并相互交流、評(píng)價(jià)再對(duì)模型做出優(yōu)化和修正，最后由教師提供循環(huán)動(dòng)畫，學(xué)生歸納總結(jié)，書寫血液循環(huán)途徑。其中，小組合作自主構(gòu)建途徑具有一定挑戰(zhàn)性，是本單元教學(xué)的難點(diǎn)，所以在活動(dòng)前教師要提供充分的抓手和依據(jù)以保證學(xué)生的推理有跡可循。抓手包括以下幾點(diǎn)提示：①在初步模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行新模型構(gòu)建；②在心臟結(jié)構(gòu)示意圖的基礎(chǔ)上進(jìn)行繪制；③以一滴血的循環(huán)為例進(jìn)行構(gòu)建。基于上述提示，學(xué)生對(duì)循環(huán)的想象更為具體。此外，學(xué)生之前觀察了小魚尾鰭內(nèi)的血液流動(dòng)，那小魚全身的血液是如何流動(dòng)的？教師提供小魚一心房一心室的血液?jiǎn)窝h(huán)資料。如此，教師給足了資料和抓手，可以放手讓學(xué)生自主構(gòu)建（圖3），從系統(tǒng)角度認(rèn)識(shí)血液循環(huán)。

2.5 活動(dòng)5：活動(dòng)模擬，闡釋血液循環(huán)意義

教師設(shè)置三個(gè)順梯度、難度遞進(jìn)的小問題，引導(dǎo)學(xué)生繼續(xù)觀察血液循環(huán)模式圖：① 血液在血管內(nèi)除了循環(huán)流動(dòng)，還發(fā)生了什么現(xiàn)象？學(xué)生很容易發(fā)現(xiàn)模式圖中血液的顏色發(fā)生了改變。② 血液顏色改變，即血液的成分改變，這發(fā)生在哪些場(chǎng)所？③ 這些地方進(jìn)行了怎樣的物質(zhì)交換？學(xué)生閱讀資料，思考討論。教師組織模擬活動(dòng)：教室里一半學(xué)生模擬各種組織細(xì)胞，一半學(xué)生模擬肺泡，課桌間的通道模擬毛細(xì)血管，教師模擬流動(dòng)的血液。在“體循環(huán)”中，教師游走在課桌間隙，將印有氧氣或營養(yǎng)物質(zhì)的卡片隨機(jī)分發(fā)給學(xué)生，學(xué)生將印有二氧化碳或尿素的卡片隨機(jī)遞交給教師。教師從前排走到后排，引導(dǎo)學(xué)生查看卡片變化。在“肺循環(huán)”中，教師游走在課桌間隙，將印有二氧化碳的卡片隨機(jī)分發(fā)給學(xué)生，學(xué)生將印有氧氣的卡片隨機(jī)遞交給教師。教師從后排返回前排，引導(dǎo)學(xué)生查看卡片變化。此模擬活動(dòng)使血液循環(huán)中的物質(zhì)交換更加直觀，有利于學(xué)生生動(dòng)形象地理解血液循環(huán)的功能和意義。

3 單元教學(xué)反思

3.1 生命觀念的建立

“生命觀念”是對(duì)觀察到的生命現(xiàn)象及相互關(guān)系或特性進(jìn)行解釋后的抽象，是人們經(jīng)過實(shí)證后的觀點(diǎn)，是能夠理解或解釋生物學(xué)相關(guān)事件和現(xiàn)象的意識(shí)、觀念和思想方法。其中“生命現(xiàn)象及相互關(guān)系”是內(nèi)容， “實(shí)證”是方法， “能夠理解或解釋生物學(xué)相關(guān)事件和現(xiàn)象”即抽提概括形成一般性理解后能夠遷移解釋，是對(duì)學(xué)生提出的學(xué)習(xí)要求。本單元中結(jié)構(gòu)與功能觀的內(nèi)容要點(diǎn)可以拆解為“人體血液循環(huán)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)是有層次的”“人體血液循環(huán)系統(tǒng)各層次的結(jié)構(gòu)是有序的”和“人體血液循環(huán)系統(tǒng)各層次的結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)”。因此，本單元教學(xué)設(shè)計(jì)以細(xì)胞、組織、器官和系統(tǒng)等不同層次的生物學(xué)事實(shí)為基礎(chǔ)進(jìn)行重要概念的建構(gòu)和結(jié)構(gòu)與功能觀的培養(yǎng)。從細(xì)胞水平上，以紅細(xì)胞為例，通過現(xiàn)象觀察和資料分析等獲得真實(shí)證據(jù)，認(rèn)識(shí)紅細(xì)胞結(jié)構(gòu)的有序性，以及在組成、形態(tài)和結(jié)構(gòu)上與其功能相適應(yīng)的特點(diǎn)。從組織水平上，重點(diǎn)以肌肉組織為例，通過觀察對(duì)比不同血管的肌肉層和心臟解剖結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)血管和心臟內(nèi)肌肉組織排列有序，并認(rèn)同動(dòng)脈和心臟的泵血功能由肌肉組織的收縮提供動(dòng)力，即特定功能的實(shí)現(xiàn)依賴于特定的結(jié)構(gòu)支持。從器官水平上，通過對(duì)心臟由外向內(nèi)的形態(tài)結(jié)構(gòu)觀察和注水實(shí)驗(yàn)，認(rèn)識(shí)心臟由結(jié)締組織膜包被，主要由肌肉組織構(gòu)成，血管和神經(jīng)分布其中，有四個(gè)腔，內(nèi)有瓣膜等，體現(xiàn)了結(jié)構(gòu)的有序性，同時(shí)明確其為血液循環(huán)提供動(dòng)力并保證血流方向的功能。在系統(tǒng)這一層次，學(xué)生可以自行遷移理解血液循環(huán)系統(tǒng)主要由血液、血管和心臟組成，以此實(shí)現(xiàn)人體內(nèi)物質(zhì)運(yùn)輸?shù)墓δ堋?/p>

3.2 科學(xué)思維的培養(yǎng)

科學(xué)思維是指在認(rèn)識(shí)事物、解決實(shí)際問題的過程中，尊重事實(shí)證據(jù)，崇尚嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)，基于證據(jù)和邏輯，運(yùn)用比較、分類、歸納、演繹、分析、綜合、建模等方法，進(jìn)行獨(dú)立思考和判斷，多角度、辯證地分析問題，對(duì)既有觀點(diǎn)和結(jié)論進(jìn)行批判審視、質(zhì)疑包容，乃至提出創(chuàng)造性見解的能力與品格。 “尊重事實(shí)證據(jù)”也就是重實(shí)證，這是科學(xué)思維的顯著特點(diǎn)?！氨容^、分類、歸納、演繹、分析、綜合、建模等”是科學(xué)的思維方法。科學(xué)思維是生物學(xué)概念形成和生命觀念建立的重要工具。本單元設(shè)計(jì)了多個(gè)實(shí)踐探究活動(dòng)，如觀察雞血凝塊顏色變化和紅細(xì)胞、小魚尾鰭內(nèi)的血液流動(dòng)和人血管切片，以及心臟解剖和注水實(shí)驗(yàn)等，由現(xiàn)象深入到本質(zhì)，搭建臺(tái)階，逐步揭示血液循環(huán)系統(tǒng)的性質(zhì)、結(jié)構(gòu)和功能，發(fā)展學(xué)生比較、分類、歸納等能力，同時(shí)讓每個(gè)次位概念的獲得都有明確的事實(shí)證據(jù)支持，突出了科學(xué)思維的顯著特點(diǎn)。此外，本單元在模型構(gòu)建時(shí)強(qiáng)調(diào)從原有經(jīng)驗(yàn)出發(fā)，在已知基礎(chǔ)上構(gòu)建未知。如在血管一節(jié)，通過對(duì)不同血管的認(rèn)識(shí)，構(gòu)建心臟和三種血管內(nèi)的血液流動(dòng)關(guān)系，完成初步的循環(huán)框架搭建；在心臟一節(jié)，將心臟各腔的聯(lián)系補(bǔ)充進(jìn)血液流動(dòng)關(guān)系示意圖，構(gòu)建血液循環(huán)途徑的初步模型；在血液循環(huán)一節(jié)，以上一節(jié)的模型為基礎(chǔ)，自主構(gòu)建完善的循環(huán)模型。在此活動(dòng)的展示交流環(huán)節(jié)，可以發(fā)現(xiàn)學(xué)生有思維的碰撞和自我修正，如有的組將原本的單循環(huán)修正為雙循環(huán)，有的組想到了物質(zhì)交換，充分發(fā)展了學(xué)生的發(fā)散性思維和創(chuàng)造性思維能力。

生命觀念是構(gòu)成生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的生物學(xué)特質(zhì)，同時(shí)生物學(xué)作為一門科學(xué)教育類課程，強(qiáng)調(diào)實(shí)證和邏輯的科學(xué)思維。在生物學(xué)重要概念教學(xué)中，設(shè)計(jì)觀察實(shí)踐活動(dòng)，通過探究、解釋凸顯概念的形成過程，既為學(xué)生知識(shí)的習(xí)得提供證據(jù)，形成上位的生命觀念，又培養(yǎng)了他們科學(xué)思考、理性思維的能力。

參考文獻(xiàn)：中華人民共和國教育部.義務(wù)教育生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）［S］. 北京：北京師范大學(xué)出版社，2022：4-5.