類比法在人體生命科學(xué)領(lǐng)域教學(xué)的應(yīng)用

康爭(zhēng) _ 北京第一實(shí)驗(yàn)小學(xué) 賈欣 _ 北京教育科學(xué)研究院

《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》明確指出，科學(xué)探究的目標(biāo)之一是學(xué)生應(yīng)掌握科學(xué)思維方法，其中包含類比法的學(xué)習(xí)。生命領(lǐng)域中，對(duì)人體開展探究活動(dòng)，在概念構(gòu)建上相對(duì)抽象，難于理解，并且不易直接進(jìn)行觀察。為了幫助學(xué)生構(gòu)建概念，我們嘗試用類比的思維方法進(jìn)行教學(xué)的分析和設(shè)計(jì)。類比法是用本質(zhì)相似的模型模擬現(xiàn)實(shí)中無(wú)法直接觀察和實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象，還原事物的產(chǎn)生、變化的動(dòng)態(tài)過(guò)程，借此幫助學(xué)生建構(gòu)科學(xué)概念。采用類比方法，教師可以將學(xué)生無(wú)法直接、實(shí)際觀察到的現(xiàn)象搬進(jìn)課堂，不僅提高了學(xué)生的參與度，而且還有利于學(xué)生了解現(xiàn)象發(fā)生的本質(zhì)原因。以人教鄂教版小學(xué)科學(xué)三年級(jí)教材中“呼吸器官”一課為例，論述如何運(yùn)用類比法進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)。

1.類比法在人體生命科學(xué)領(lǐng)域教學(xué)的適宜性

在人體生命領(lǐng)域的教學(xué)中，該培養(yǎng)學(xué)生什么思維方法，一直是我們思考的問(wèn)題。我們的大部分器官位于身體內(nèi)部，由于看不到，學(xué)生不能進(jìn)行直觀地觀察，很難形成科學(xué)、系統(tǒng)的認(rèn)知。以往的教學(xué)，只是讓學(xué)生對(duì)身體外部進(jìn)行觀察，然后猜想身體內(nèi)部的樣子，這對(duì)于學(xué)生而言是非常困難的。

在前測(cè)中，我們發(fā)現(xiàn)，三年級(jí)學(xué)生對(duì)“呼吸器官”這個(gè)詞還是比較陌生的，他們會(huì)說(shuō)到鼻子、氣管，會(huì)認(rèn)為氣管連到身體了就能呼吸了，有的學(xué)生可能會(huì)提到肺，但對(duì)于這些器官的位置、形狀、大小、功能就不太清楚了。也就是說(shuō)，學(xué)生對(duì)呼吸器官的前概念還僅僅只是停留在一些名詞上，而對(duì)于器官的結(jié)構(gòu)和功能并不了解。還有學(xué)生會(huì)提到心臟等與呼吸沒有直接關(guān)系或根本不屬于呼吸系統(tǒng)的器官，說(shuō)明學(xué)生對(duì)于人體內(nèi)部器官的認(rèn)識(shí)是混亂無(wú)序的。對(duì)于自己呼吸時(shí)身體的變化，學(xué)生也很少會(huì)關(guān)注到，自然也就無(wú)法進(jìn)行身體內(nèi)外變化的聯(lián)系。教師直接給出的人體內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖，對(duì)于學(xué)生而言也就只是一張靜止的圖片。學(xué)生很大程度上，并不理解人體在呼吸時(shí)，呼吸器官會(huì)發(fā)生哪些變化，以及是如何工作的。

基于以上的分析，本領(lǐng)域使用類比法建模就較為適合。在本課可以用本質(zhì)相似的模型模擬呼吸系統(tǒng)進(jìn)行呼吸的現(xiàn)象，還原呼吸的產(chǎn)生、變化的動(dòng)態(tài)過(guò)程，借此幫助學(xué)生建構(gòu)科學(xué)概念。

2.類比法在教學(xué)中的應(yīng)用

在人教鄂教版小學(xué)科學(xué)三年級(jí)教材中“呼吸器官”一課里，共設(shè)計(jì)了五個(gè)環(huán)節(jié)，將類比法的思維方法貫穿始終。

環(huán)節(jié)一，關(guān)注原型。

讓學(xué)生深呼吸，通過(guò)多種方式觀察身體在吸氣和呼氣時(shí)分別有怎樣的變化。例如，把手放在學(xué)生認(rèn)為呼吸時(shí)身體有變化的位置進(jìn)行感受或兩人一組觀察其他同學(xué)呼吸時(shí)身體的變化等。這個(gè)環(huán)節(jié)主要是讓學(xué)生關(guān)注原型，即觀察自己身體外部的變化，積累足夠多的表象，對(duì)原型進(jìn)行分析。

環(huán)節(jié)二，初建模型。

讓學(xué)生初步建立模型，把自己通過(guò)觀察原型得到的猜想記錄下來(lái)，繪制成靜態(tài)的模型，然后用靜態(tài)模型與原型進(jìn)行比較。學(xué)生要在繪制時(shí)，分別表現(xiàn)出吸氣與呼氣時(shí)身體外部的變化和內(nèi)部器官可能發(fā)生的變化。

環(huán)節(jié)三，完善模型。

課堂上給學(xué)生準(zhǔn)備了六種不同的模型（見圖1），先讓學(xué)生根據(jù)猜想挑選模型，也就是把繪制的靜態(tài)模型和動(dòng)態(tài)模型進(jìn)行匹配。各組討論后選擇模型，然后操作模型解釋猜想，也就是用動(dòng)態(tài)模型來(lái)模擬原型。在這里，要讓學(xué)生使用類比的方法進(jìn)行學(xué)習(xí)，在模擬的過(guò)程中要說(shuō)清楚模型的哪部分模擬了身體的什么部位或器官，從而解釋呼吸器官在呼吸過(guò)程中的變化。在模擬過(guò)程中，允許學(xué)生對(duì)自己之前的猜想進(jìn)行修改。

圖1

學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中體驗(yàn)、觀察，從平面到立體，從建立靜態(tài)模型到動(dòng)態(tài)模型，在不斷的類比過(guò)程中，尋找模型與原型的匹配程度，尋找兩者之間關(guān)系的相似性，驗(yàn)證自己的想法，尋找支持自己或反駁他人的模型證據(jù)，進(jìn)而促進(jìn)學(xué)生對(duì)呼吸器官的認(rèn)識(shí)和理解，形成認(rèn)識(shí)。

然后，帶領(lǐng)學(xué)生觀看解剖圖，明確各個(gè)呼吸器官的位置、結(jié)構(gòu)、功能和氣體流經(jīng)的順序，完善對(duì)于原型的認(rèn)識(shí)。

最后，給學(xué)生出示新的模型（見圖2），發(fā)現(xiàn)新問(wèn)題：為什么新模型的底部有一層橡膠膜，它又模擬了人體的什么結(jié)構(gòu)？引發(fā)學(xué)生的認(rèn)知沖突，進(jìn)而通過(guò)演示新的模型，認(rèn)識(shí)隔膜肌的作用，完善原有認(rèn)知。

圖2

環(huán)節(jié)四，歸納總結(jié)。

帶領(lǐng)學(xué)生再次體驗(yàn)呼吸，重新關(guān)注原型，感受呼吸時(shí)身體的變化，進(jìn)而梳理所有參與呼吸的器官。

環(huán)節(jié)五，拓展提高。

針對(duì)模型未能模擬的結(jié)構(gòu)，如肺泡、氣管C型軟骨等，進(jìn)行資料的補(bǔ)充，讓學(xué)生通過(guò)閱讀和觀看視頻的方式，進(jìn)行知識(shí)的擴(kuò)展。

對(duì)于本課用到的類比法，最重要的是增加模型與原型的匹配程度，尋找兩者之間關(guān)系的相似性。在本課上課過(guò)程中，先是對(duì)身體原型的充分觀察，積累足夠的表象，進(jìn)而繪制靜態(tài)模型，將之與原型進(jìn)行匹配。然后，展示動(dòng)態(tài)模型，讓學(xué)生用自己的靜態(tài)模型與動(dòng)態(tài)模型進(jìn)行匹配。學(xué)生拿到模型后，用模型演示呼吸過(guò)程，在這一步就是用動(dòng)態(tài)模型與原型進(jìn)行匹配。學(xué)生會(huì)發(fā)現(xiàn)，氣球、吸管、瓶子分別模擬了身體的肺、氣管和胸腔。在演示過(guò)程中，不斷用模型與原型呼吸的過(guò)程進(jìn)行匹配。學(xué)生有的會(huì)一邊自己呼吸，一邊讓模型和自己同步來(lái)模擬自己的呼吸；有的會(huì)邊觀察同伴呼吸的樣子，邊用模型進(jìn)行模擬。正是在這樣的過(guò)程中，學(xué)生發(fā)現(xiàn)模型可以模擬人體的呼吸。雖然每個(gè)組選擇的模型不同，但都通過(guò)模擬的過(guò)程，對(duì)呼吸的過(guò)程有了更深的認(rèn)識(shí)。

選擇①號(hào)、⑥號(hào)模型的學(xué)生會(huì)通過(guò)手捏和松開氣球的方式，模擬身體呼氣和吸氣時(shí)的變化；選擇②號(hào)、④號(hào)模型的學(xué)生會(huì)在模擬過(guò)程中嘗試捏動(dòng)瓶子，但會(huì)發(fā)現(xiàn)瓶子下端是剪開的，捏動(dòng)瓶子也并不會(huì)引起瓶子內(nèi)部氣球的變化，所以，也只能通過(guò)手捏和松開氣球的方式模擬身體呼氣和吸氣時(shí)的變化；選擇③號(hào)、⑤號(hào)模型的學(xué)生，一開始會(huì)發(fā)現(xiàn)瓶子是密封的，無(wú)法用手操作氣球進(jìn)行模擬，于是會(huì)嘗試捏動(dòng)瓶子，在捏癟瓶子的過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)里面模擬肺的氣球也跟著癟了，進(jìn)而發(fā)現(xiàn)這個(gè)過(guò)程和人體呼氣時(shí)的身體變化是一致的，再松開瓶子時(shí)，會(huì)看到剛剛癟了的氣球此時(shí)又慢慢變鼓了，這和人體吸氣時(shí)的身體變化一致。不論學(xué)生選擇哪個(gè)模型，只要能說(shuō)清楚，自己選擇的模型每部分分別模擬了身體的什么呼吸器官或結(jié)構(gòu)，又是如何模擬人體吸氣和呼氣時(shí)的變化的，即模型如何與原型進(jìn)行匹配，就是成功的。

相比于傳統(tǒng)教學(xué)過(guò)程中的直接展示身體內(nèi)部器官，本課利用模型類比的方法顯然更加突出了學(xué)生認(rèn)識(shí)呼吸器官的思維過(guò)程，真正做到了從學(xué)生的思維過(guò)程出發(fā)，幫助學(xué)生建立和完善科學(xué)概念，最終形成科學(xué)認(rèn)識(shí)或科學(xué)理論。

3.反思與展望

這節(jié)課的設(shè)計(jì)探索，是學(xué)?？茖W(xué)組開展北京市“十三五”課題“邏輯推理在小學(xué)生科學(xué)認(rèn)識(shí)中應(yīng)用的實(shí)踐研究”的一部分。通過(guò)研究活動(dòng)，筆者首先再次認(rèn)識(shí)了不同的科學(xué)思維方法，理解了思維方法的模式，并與教材內(nèi)容相比對(duì)，確認(rèn)教材活動(dòng)中蘊(yùn)含的思維方法。這個(gè)過(guò)程讓筆者對(duì)科學(xué)思維有了認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)。

在課題研究過(guò)程中，通過(guò)分析教材中的活動(dòng)內(nèi)容安排，從中確認(rèn)探究活動(dòng)中的科學(xué)思維方法，并以此確定思維過(guò)程與探究過(guò)程的關(guān)聯(lián)，在此基礎(chǔ)上展開教學(xué)過(guò)程的設(shè)計(jì)，我們把這樣的教學(xué)分析過(guò)程稱為“以思定教”。

本節(jié)課確定科學(xué)思維方法的過(guò)程并不復(fù)雜，只要對(duì)思維方法的基本模式有了解，就能通過(guò)對(duì)教材的活動(dòng)分析確定思維方法。思維方法是一種既定的模式，是客觀存在的。但在教學(xué)活動(dòng)中，孩子們的思維是活的，我們需要思考的是怎樣將思維方法的模式轉(zhuǎn)化為過(guò)程，并設(shè)計(jì)好教學(xué)方案，促成學(xué)生運(yùn)用思維方法的目標(biāo)落實(shí)。

在這一點(diǎn)上，需要精細(xì)化每一步思維方法的進(jìn)程，并通過(guò)對(duì)觀察活動(dòng)、記錄活動(dòng)、研討活動(dòng)、板書設(shè)計(jì)等促成每一步思維方法在更多學(xué)生身上落實(shí)下來(lái)。這一點(diǎn)是考驗(yàn)教師的教學(xué)設(shè)計(jì)能力和對(duì)科學(xué)探究的理解的?！耙运级ń獭眱H僅是科學(xué)教師將科學(xué)思維方法融入教學(xué)的開端，而學(xué)生是否能夠得到思維能力的提升還需要在思維活動(dòng)的運(yùn)用和思維外化的角度去審視教學(xué)、設(shè)計(jì)教學(xué)。這還需要教師進(jìn)一步開展研究，在實(shí)踐中發(fā)展對(duì)科學(xué)教學(xué)的理解。