指向科學(xué)思維培養(yǎng)的初中生物學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)

蘭嵐

促進(jìn)學(xué)生科學(xué)思維的發(fā)展，應(yīng)讓學(xué)生經(jīng)歷運(yùn)用科學(xué)思維方法認(rèn)識(shí)事物，運(yùn)用證據(jù)和邏輯進(jìn)行分析和判斷，進(jìn)而建構(gòu)概念和解決問題的學(xué)習(xí)過程。學(xué)習(xí)活動(dòng)應(yīng)具有以下特征：?jiǎn)栴}提出要有情境，做出假設(shè)要有依據(jù)，基于證據(jù)和邏輯分析和判斷，經(jīng)過平等的討論得出結(jié)論等。本文以人教版生物學(xué)七年級(jí)下冊(cè)“血流的管道——血管”（以下簡(jiǎn)稱“血管”）一課為例，呈現(xiàn)促進(jìn)學(xué)生科學(xué)思維發(fā)展的教學(xué)設(shè)計(jì)過程，并探討信息技術(shù)在教學(xué)中深度融合的關(guān)鍵作用。

一、關(guān)鍵：分析學(xué)生概念建構(gòu)的思維過程

在初中生物學(xué)教學(xué)中，概念教學(xué)處于核心地位。生物學(xué)概念的建構(gòu)，是以生物學(xué)事實(shí)為基礎(chǔ)，圍繞事實(shí)的共同屬性和本質(zhì)特征，開展抽象和概括活動(dòng)，建立并正確表述生物學(xué)概念的過程。概念承載著思想觀念和思維方式，概念教學(xué)承載著‘培根鑄魂、啟智增慧的育人價(jià)值。學(xué)生在學(xué)習(xí)活動(dòng)中建構(gòu)概念過程，就是逐漸形成生物學(xué)思維方式的過程。

課程標(biāo)準(zhǔn)聚焦大概念，建立了“大概念—重要概念—一般概念”的概念體系。據(jù)此，可具體化每一節(jié)課的概念目標(biāo)。例如，表1呈現(xiàn)了關(guān)于“血管”一節(jié)內(nèi)容的學(xué)習(xí)內(nèi)容、課程標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容要求，以及在此基礎(chǔ)上根據(jù)學(xué)情設(shè)計(jì)達(dá)成目標(biāo)的具體途徑和方式，形成的本節(jié)課概念目標(biāo)。

概念教學(xué)的目標(biāo)不僅讓學(xué)生理解定義或獲得知識(shí)，更重要的是發(fā)展學(xué)生的思維。概念教學(xué)目標(biāo)1中，“通過對(duì)生活中相關(guān)現(xiàn)象的觀察、分析和討論”，描述了達(dá)成目標(biāo)的情境和途徑，情境就是生活中常見的與血管相關(guān)的現(xiàn)象，途徑就是觀察、分析討論這些現(xiàn)象；“說出血管分為動(dòng)脈、靜脈和毛細(xì)血管”是行為目標(biāo)，要求學(xué)生能夠根據(jù)具體的情境判斷出血管的類型。概念教學(xué)目標(biāo)2中，“通過‘觀察小魚尾鰭血液流動(dòng)實(shí)驗(yàn)，觀察三種血管的實(shí)物、圖片等”，同樣描述了達(dá)成目標(biāo)需要的情境和途徑；“能用結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的觀點(diǎn)”，是實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)的先決條件，學(xué)生經(jīng)由此前的學(xué)習(xí)已經(jīng)初步形成相關(guān)的觀點(diǎn)；“說出三種血管形態(tài)、結(jié)構(gòu)和功能的差別”是行為目標(biāo)。

以上概念教學(xué)目標(biāo)中描述的路徑為行為路徑，關(guān)注學(xué)生科學(xué)思維的發(fā)展，還需要理清學(xué)生在學(xué)習(xí)活動(dòng)中的思維路徑。下頁(yè)表2呈現(xiàn)了通過觀察、實(shí)驗(yàn)等科學(xué)方法獲得事實(shí)性知識(shí)，運(yùn)用科學(xué)思維方法和邏輯分析，建構(gòu)概念的過程。

二、基礎(chǔ)：基于思維的邏輯設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)過程設(shè)計(jì)

教的邏輯依據(jù)的是學(xué)的邏輯。本節(jié)教材設(shè)計(jì)了實(shí)驗(yàn)“觀察小魚尾鰭內(nèi)血液的流動(dòng)”，引導(dǎo)學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)獲得知識(shí)，如血液在不同血管中的流速、流動(dòng)方向、毛細(xì)血管中紅細(xì)胞流動(dòng)的特點(diǎn)等；再通過觀察“動(dòng)脈和靜脈橫切面”“三種血管關(guān)系示意圖”“血液與組織細(xì)胞之間物質(zhì)交換示意圖”“靜脈瓣活動(dòng)示意圖”，認(rèn)識(shí)三種血管的結(jié)構(gòu)和功能特點(diǎn)；在此基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)三種血管結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與功能進(jìn)行比較，練習(xí)題2以表格的形式對(duì)此進(jìn)行了考察；最后概括得出結(jié)論“動(dòng)脈、靜脈與毛細(xì)血管三種結(jié)構(gòu)、功能各具特點(diǎn)的血管，共同構(gòu)成了人體內(nèi)血液流通的管道”。

學(xué)習(xí)目標(biāo)需要學(xué)生在學(xué)習(xí)活動(dòng)中完成一定的學(xué)習(xí)任務(wù)來(lái)達(dá)成。分析學(xué)習(xí)的前置條件，分解學(xué)習(xí)內(nèi)容為學(xué)習(xí)任務(wù)，確定這些任務(wù)的順序。那么根據(jù)什么確定這些學(xué)習(xí)任務(wù)的順序呢？就是要符合學(xué)生的學(xué)習(xí)思維發(fā)展規(guī)律。圖1和圖2分別呈現(xiàn)了“血管”（2課時(shí)）的兩種學(xué)習(xí)過程。

圖1是按照“先建構(gòu)概念，在以實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證概念的正確性”建立的教學(xué)邏輯，體現(xiàn)了實(shí)證的思想。第一課時(shí)的目標(biāo)是建構(gòu)概念，在自主學(xué)習(xí)活動(dòng)中，通過觀察實(shí)物、圖片，閱讀教材等，通過觀察和比較，歸納出三種血管的特點(diǎn)；再通過合作學(xué)習(xí)，從結(jié)構(gòu)和功能的視角比較三種血管的形態(tài)結(jié)構(gòu)和生理功能；初步形成結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的觀念。第二課時(shí)，通過觀察小魚尾鰭的血液流動(dòng)，觀察三種血管中的血流方向、毛細(xì)血管中血液流動(dòng)特點(diǎn)等，是對(duì)已有知識(shí)（概念）的“眼見為實(shí)”。

圖2是“先建構(gòu)概念，再解決實(shí)際問題”的教學(xué)邏輯。第一課時(shí)中，概念的建構(gòu)采取的是探究的思路。觀察小魚尾鰭內(nèi)血液在血管內(nèi)的流動(dòng)方向、流速等現(xiàn)象，嘗試分辨血管的種類（比較和分類），初步形成對(duì)三種血管的認(rèn)識(shí)。

以上兩種教學(xué)過程設(shè)計(jì)的思路不同，但是學(xué)生的概念構(gòu)建都經(jīng)過了“觀察（血管的實(shí)物、模型、圖片）—實(shí)驗(yàn)（小魚尾鰭內(nèi)血液的流動(dòng)）—?dú)w納（動(dòng)脈、靜脈、毛細(xì)血管的形態(tài)結(jié)構(gòu)）—比較（求同和求異：對(duì)三種血管的形態(tài)結(jié)構(gòu)和生理功能等比較）—概括（得出結(jié)論，建構(gòu)概念）—演繹（對(duì)其他相關(guān)生活現(xiàn)象推理，判斷血管的類型）”學(xué)習(xí)過程。學(xué)習(xí)的路徑很多，從知識(shí)到記憶是一種路徑，從理論學(xué)習(xí)到實(shí)證是一種路徑，從問題出發(fā)進(jìn)行探究也是一種路徑。是否有助于學(xué)生科學(xué)思維發(fā)展，應(yīng)該成為教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)的一個(gè)重要依據(jù)。

三、導(dǎo)思：提出有邏輯的問題促深度學(xué)習(xí)

科學(xué)思維是生物學(xué)科核心素養(yǎng)之一，發(fā)展學(xué)生科學(xué)思維的能力和品質(zhì)是初中生物學(xué)課程和教學(xué)的重要育人目標(biāo)?！读x務(wù)教育生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》指出，學(xué)生通過初中生物學(xué)課程的學(xué)習(xí)，應(yīng)“初步掌握科學(xué)思維方法，具備一定的科學(xué)思維習(xí)慣和能力”。發(fā)展科學(xué)思維是培育學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)態(tài)度，涵養(yǎng)理性思維、批判質(zhì)疑、勇于探究等科學(xué)精神的重要途徑。

在具體的教學(xué)活動(dòng)中，設(shè)問是促進(jìn)學(xué)生思維發(fā)展的關(guān)鍵。好的問題能夠激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，活躍思維，促進(jìn)學(xué)生的深度思考。問題設(shè)計(jì)的基本思路是以概念目標(biāo)為核心，將概念轉(zhuǎn)化為中心問題，再將中心問題分解為問題串；情境創(chuàng)設(shè)、前置學(xué)習(xí)活動(dòng)是問題設(shè)計(jì)的必要支持條件。圖3呈現(xiàn)了“血管”一課中，“毛細(xì)血管結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)”這一學(xué)習(xí)活動(dòng)的問題設(shè)計(jì)過程。

此學(xué)習(xí)活動(dòng)的概念目標(biāo)是建構(gòu)毛細(xì)血管結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的概念（生命觀念），首先將這一目標(biāo)轉(zhuǎn)化為中心問題“毛細(xì)血管便于血液與組織細(xì)胞進(jìn)行物質(zhì)交換的特點(diǎn)？”然后將中心問題分解為問題串。問題串的設(shè)計(jì)應(yīng)符合“在內(nèi)容上由淺入深，層層遞進(jìn)；在邏輯上順理成章，環(huán)環(huán)相扣；在難度上由易到難，有一定梯度”的原則。下面以本節(jié)課“認(rèn)識(shí)毛細(xì)血管的結(jié)構(gòu)和功能”這一學(xué)習(xí)活動(dòng)為例，呈現(xiàn)問題串的設(shè)計(jì)過程。分解的三個(gè)問題針對(duì)的都是事實(shí)性問題，是學(xué)生運(yùn)用結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的觀點(diǎn)進(jìn)行思考和解決中心問題的支架。

問題1：人體的哪些地方有毛細(xì)血管分布？學(xué)生回答此問題需要有生活經(jīng)驗(yàn)和已有知識(shí)，例如，體檢時(shí)扎手指驗(yàn)血、運(yùn)動(dòng)后臉會(huì)變紅等生活經(jīng)驗(yàn)；已經(jīng)學(xué)習(xí)過的胎盤絨毛、小腸絨毛內(nèi)、肺泡周圍有豐富的毛細(xì)血管等知識(shí)。因此，需要提供必要的學(xué)習(xí)資源作為學(xué)習(xí)支持。

問題2：毛細(xì)血管為何被稱為“毛細(xì)血管”？這個(gè)問題針對(duì)的也是事實(shí)性知識(shí)，也就是毛細(xì)血管的形態(tài)和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。學(xué)生經(jīng)過“小魚尾鰭實(shí)驗(yàn)、觀察人體毛細(xì)血管形態(tài)結(jié)構(gòu)、三種血管關(guān)系示意圖等觀察活動(dòng)，能夠比較容易地回答這一問題。

問題3：毛細(xì)血管中血液和組織細(xì)胞物質(zhì)交換的過程？這一問題也需要調(diào)動(dòng)學(xué)生已有的知識(shí)基礎(chǔ)，如胎盤絨毛內(nèi)毛細(xì)血管與臍帶內(nèi)血管相通，胎兒和母體通過胎盤上的絨毛進(jìn)行物質(zhì)交換；小腸絨毛腔內(nèi)有豐富的毛細(xì)血管，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)隨血液運(yùn)往全身等，觀察“血液與組織細(xì)胞之間的物質(zhì)交換示意圖”等，認(rèn)識(shí)到“血液中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)與氧，可穿過毛細(xì)血管壁到達(dá)組織細(xì)胞，最后被細(xì)胞利用；組織細(xì)胞產(chǎn)生的二氧化碳與其他廢物，可穿過毛細(xì)血管壁進(jìn)入血液被送走。

學(xué)生通過問題1和問題2認(rèn)識(shí)毛細(xì)血管的形態(tài)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，通過問題3了解物質(zhì)交換的過程。上述三個(gè)問題層層遞進(jìn)，順理成章地回答中心問題“毛細(xì)血管便于血液與組織細(xì)胞進(jìn)行物質(zhì)交換的特點(diǎn)”。問題設(shè)計(jì)的邏輯遵循的仍是學(xué)生思維的邏輯。

四、支持：信息技術(shù)與教學(xué)的深度融合

信息技術(shù)的發(fā)展改變了教學(xué)生態(tài)，教師要學(xué)習(xí)并熟練使用教育信息技術(shù)和工具，如數(shù)字化教學(xué)軟件和硬件等；要能開發(fā)和運(yùn)用新形式的數(shù)字化教學(xué)資源，如微課、虛擬實(shí)驗(yàn)等。實(shí)踐表明，在有效的信息技術(shù)能力培訓(xùn)支持和實(shí)際教學(xué)環(huán)境變化下，大部分教師能夠較快掌握技術(shù)。需要強(qiáng)調(diào)的是，并非所有的教學(xué)策略都必須應(yīng)用信息技術(shù)解決。例如，學(xué)生缺乏生活經(jīng)驗(yàn)，可以通過多媒體以圖片、視頻等方式創(chuàng)設(shè)情境，還可以設(shè)計(jì)直觀體驗(yàn)活動(dòng)，比如“把脈”、觀察手臂的“青筋”、一手舉高一手下垂一段時(shí)間比較兩手的血色。觀察、實(shí)驗(yàn)、調(diào)查等探究實(shí)踐活動(dòng)，更不能簡(jiǎn)單地用技術(shù)代替。在“血管”一課中，信息技術(shù)與學(xué)科教學(xué)的深度融合主要體現(xiàn)在三點(diǎn)。

1.數(shù)字化資源為建構(gòu)概念提供生物學(xué)事實(shí)支撐。概念的建構(gòu)起始于生物學(xué)事實(shí)。在“血管”一課中，學(xué)生要能“從結(jié)構(gòu)和功能的角度，說明三種血管形態(tài)、結(jié)構(gòu)和功能的差別”，建構(gòu)血管的概念，首先要觀察三種類型的血管，獲得事實(shí)。信息技術(shù)能夠?yàn)閷W(xué)生的科學(xué)觀察提供豐富、生動(dòng)和多樣的材料，也增強(qiáng)了教學(xué)的直觀性、生動(dòng)性和豐富性。

數(shù)字化資源的選擇，以形成概念的需要為依據(jù)。本節(jié)課對(duì)數(shù)字化資源的選擇有兩個(gè)維度：一是選擇除魚、人以外，其他動(dòng)物，如牛、羊等的血管，二是同一種生物的三種不同類型的血管。資源的形式，除圖片、視頻等數(shù)字化資源外，也可以是實(shí)物。通過呈現(xiàn)以上兩個(gè)維度的數(shù)字化資源，學(xué)生運(yùn)用比較法，對(duì)血管概念的建構(gòu)經(jīng)歷從特殊到一般，從具體到抽象的建構(gòu)過程，有利于豐富學(xué)生對(duì)血管內(nèi)涵的理解，符合生物學(xué)概念學(xué)習(xí)的特點(diǎn)。

2.信息技術(shù)工具為分析和討論實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象提供幫助。討論和交流是科學(xué)探究過程中一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)，學(xué)生通過討論，學(xué)會(huì)表達(dá)自己的觀點(diǎn)和傾聽他人的觀點(diǎn)，能夠基于事實(shí)，理性、包容地與同伴進(jìn)行討論，這也是科學(xué)學(xué)習(xí)過程中要形成的科學(xué)態(tài)度。顯微鏡觀察實(shí)驗(yàn)中，由于難以與同伴共享自己的觀察現(xiàn)象，討論難以進(jìn)行。另外，由于學(xué)生缺乏對(duì)血管的了解，實(shí)驗(yàn)技能不熟練，分析實(shí)驗(yàn)觀察現(xiàn)象也有一定的難度，需要教師的指導(dǎo)和講解。

信息技術(shù)對(duì)解決這一難題起了關(guān)鍵作用。數(shù)碼顯微鏡可以將顯微鏡觀察結(jié)果在一體機(jī)或投影上顯示。若不具備數(shù)碼顯微鏡的實(shí)驗(yàn)條件，教師也可以通過手機(jī)拍照或錄像，運(yùn)用實(shí)時(shí)投屏技術(shù)，也能實(shí)現(xiàn)觀察現(xiàn)象的共享。

3.微課等數(shù)字化資源為學(xué)生自主學(xué)習(xí)提供學(xué)習(xí)的資源。開發(fā)和運(yùn)用微課，可以在課前或課后推送給學(xué)生自主學(xué)習(xí)，滿足不同水平和興趣特長(zhǎng)學(xué)生的個(gè)性化學(xué)習(xí)需求。本節(jié)課中，可制作“小魚尾鰭內(nèi)的血液觀察”實(shí)驗(yàn)微課，學(xué)生通過自主學(xué)習(xí)復(fù)習(xí)顯微鏡的操作技能，了解用顯微鏡觀察小魚尾鰭內(nèi)血液流動(dòng)的過程和操作要點(diǎn)等。

由于紙筆測(cè)試的形式一定程度上限制了對(duì)思維、能力、態(tài)度責(zé)任的考察，也容易使教師忽視學(xué)生的學(xué)習(xí)過程，將教學(xué)簡(jiǎn)化為對(duì)知識(shí)的記憶、背誦和做題訓(xùn)練，因而也就出現(xiàn)了多耗時(shí)、多做題等加重學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)的現(xiàn)象?？茖W(xué)思維的發(fā)展是日積月累、潛移默化的過程。科學(xué)分析學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)教學(xué)過程，是發(fā)展學(xué)生科學(xué)思維的關(guān)鍵，需要落實(shí)在每一個(gè)學(xué)習(xí)活動(dòng)的設(shè)計(jì)中。

注：本文系廣東省基礎(chǔ)教育教研基地項(xiàng)目（初中生物·中山）研究成果。