基于科學(xué)思維培養(yǎng)的課堂教學(xué)實(shí)踐與反思

袁艷華

摘要結(jié)合初中生物優(yōu)質(zhì)課的觀摩活動(dòng)，闡述在“人體能量供給”一課中如何通過概念建構(gòu)、活動(dòng)設(shè)計(jì)以及聯(lián)系生活體驗(yàn)發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維能力，同時(shí)也指出教師在課堂教學(xué)中的些許不足，建議教師唯有終身學(xué)習(xí)，才能發(fā)展自我、發(fā)展學(xué)生。

關(guān)鍵詞 科學(xué)思維 重要概念 教學(xué)設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)G633.91 文獻(xiàn)標(biāo)志碼B

“科學(xué)思維”是人類思維的高級(jí)形式，是生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的重要組成部分。為增強(qiáng)教師的教學(xué)創(chuàng)新意識(shí)，發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維，促進(jìn)初中生物教師的專業(yè)發(fā)展，筆者所在的南京市秦淮區(qū)組織了初中生物優(yōu)質(zhì)課的評(píng)比活動(dòng)，現(xiàn)結(jié)合本次課堂教學(xué)的觀摩談幾點(diǎn)感受和啟發(fā)。

1參賽內(nèi)容的分析

本次參賽課題是蘇教版生物學(xué)七年級(jí)下冊(cè)第十章第五節(jié)“人體能量的供給”。在《義務(wù)教育生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2011年版）》中，本節(jié)課是第五個(gè)一級(jí)主題“生物圈中的人”的內(nèi)容，具體內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)是“說明能量來自細(xì)胞中有機(jī)物的氧化分解”，活動(dòng)建議是“探究幾種食物熱價(jià)的差異”。

本節(jié)課安排在學(xué)生學(xué)習(xí)了人體的營(yíng)養(yǎng)供給、人體內(nèi)的物質(zhì)運(yùn)輸以及人體的呼吸等內(nèi)容之后，本節(jié)活動(dòng)有討論“人體能量的供給”和實(shí)習(xí)“測(cè)量體溫”兩項(xiàng)。人體能量供給的過程是由許多器官和系統(tǒng)共同完成的，是人體各項(xiàng)生理活動(dòng)的基礎(chǔ)。這個(gè)過程既復(fù)雜又抽象，教師需要采取有效的教學(xué)策略，引導(dǎo)學(xué)生將教材中前幾個(gè)章節(jié)的知識(shí)有機(jī)串聯(lián)起來，深刻理解上述各個(gè)系統(tǒng)功能之間的內(nèi)在聯(lián)系，以及人體能量供給過程與細(xì)胞呼吸作用之間的關(guān)系;同時(shí)，還要引導(dǎo)學(xué)生用所學(xué)的“能量”知識(shí)指導(dǎo)合理膳食，學(xué)習(xí)測(cè)量體溫并說出維持體溫穩(wěn)定的意義等。本節(jié)課的學(xué)習(xí)不僅能有效地促進(jìn)學(xué)生對(duì)重要概念的建立、理解和應(yīng)用，而且有利于發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維能力，為學(xué)生在后續(xù)學(xué)習(xí)中逐步形成物質(zhì)和能量觀奠定基礎(chǔ)。

2課堂教學(xué)的亮點(diǎn)

本次參賽教師的課堂教學(xué)各有特色，既彰顯出個(gè)性與特長(zhǎng)，也體現(xiàn)出科學(xué)思維能力的培養(yǎng)，具體有以下三大亮點(diǎn)。

2.1在重要概念的建構(gòu)中培養(yǎng)科學(xué)思維

本節(jié)課要幫助學(xué)生形成的重要概念是“人體生命活動(dòng)的能量來源于細(xì)胞中有機(jī)物的氧化分解”，圍繞這一重要概念，參賽教師主要采用了以下兩種策略開展教學(xué)（圖1）。

策略1：教師先通過實(shí)驗(yàn)燃燒一?；ㄉ?，讓學(xué)生觀察試管中水溫變化;然后以問題串引導(dǎo)學(xué)生思考：

①使水溫升高的能量來自哪里？

②花生種子中的能量是如何被釋放出來的？

③人體進(jìn)行生命活動(dòng)需要能量嗎？能量來自哪里？

在學(xué)生直觀體驗(yàn)到食物中有能量的基礎(chǔ)上，教師繼續(xù)提問：

①食物在人體內(nèi)是否也能通過類似的“燃燒”來釋放能量？

②根據(jù)生活經(jīng)驗(yàn)，推知“燃燒”需要哪些物質(zhì)參與？

③人體細(xì)胞是如何獲得有機(jī)物和氧氣的？

學(xué)生以“燃燒”進(jìn)行類比聯(lián)想，思維不斷深入，分析推斷出食物在體內(nèi)分解也需要氧氣;最后，學(xué)生通過小組合作學(xué)習(xí)將人體的營(yíng)養(yǎng)供給、呼吸、物質(zhì)運(yùn)輸?shù)戎R(shí)進(jìn)行有機(jī)串聯(lián)、歸納和整合，建構(gòu)概念模型，小組代表進(jìn)行匯報(bào)展示（圖2）。

策略2：教師先通過復(fù)習(xí)植物光合作用、呼吸作用的概念，引導(dǎo)學(xué)生由植物呼吸作用的實(shí)質(zhì)遷移到人體呼吸作用的意義，推斷人體內(nèi)有機(jī)物分解、提供能量的方式與綠色植物基本相似;然后，引導(dǎo)學(xué)生回憶前面所學(xué)過人體的消化和吸收、人體的呼吸以及血液循環(huán)等知識(shí)，倒推細(xì)胞內(nèi)分解的有機(jī)物、需要的氧氣從哪里來;最后，學(xué)生通過小組合作學(xué)習(xí)建構(gòu)概念模型，小組代表進(jìn)行匯報(bào)展示（圖3）。

從課堂教學(xué)效果看，兩種教學(xué)策略都能有效引導(dǎo)學(xué)生通過分析、類比、推理、綜合、歸納和整合等思維方法生成概念，促進(jìn)了學(xué)生科學(xué)思維能力的發(fā)展，厘清了人體能量供給與消化系統(tǒng)、血液循環(huán)系統(tǒng)以及呼吸系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)，概念建構(gòu)也水到渠成。

2.2在活動(dòng)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)中培養(yǎng)科學(xué)思維

本節(jié)課中，課標(biāo)的活動(dòng)建議是“探究幾種食物的熱價(jià)”，但是教材的活動(dòng)安排是“討論常見食物的熱價(jià)”。如果，教師按照課標(biāo)的建議開展實(shí)驗(yàn)探究，因要考慮能量的散失，課堂實(shí)驗(yàn)的難度大且沒有足夠時(shí)間完成。教師若按照教材直接開展討論活動(dòng)，學(xué)生不容易理解不同食物熱價(jià)差異的原因，分析性思維和創(chuàng)新性思維亦得不到充分的發(fā)展和提升。為此，教師創(chuàng)新設(shè)計(jì)學(xué)生的活動(dòng)：

①聯(lián)系生活，提出探究問題。教師結(jié)合學(xué)生的生活經(jīng)驗(yàn)提問：如果我們食用100g大白菜和100g豬肉獲得的能量一樣嗎？為什么？在學(xué)生回答的基礎(chǔ)上。教師引入“熱價(jià)”這一概念，并繼續(xù)提問：你如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證你的猜想，比較不同營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的熱價(jià)呢？

②自選器材，設(shè)計(jì)探究方案。在學(xué)生討論、分析、猜測(cè)的基礎(chǔ)上，教師提供試管、溫度計(jì)、酒精燈、蒸餾水、花生、腐竹、掛面、黃豆、玉米等各種器材的圖片，組織學(xué)生分組討論設(shè)計(jì)探究方案，并搭建模擬實(shí)驗(yàn)裝置。學(xué)生在自主探究的過程中，抽象與概括的科學(xué)思維能力以及批判性思維能力得到了提高和發(fā)展。

③觀察現(xiàn)象，得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。在學(xué)生匯報(bào)交流的基礎(chǔ)上，教師和學(xué)生課堂互動(dòng)演示掛面的燃燒實(shí)驗(yàn)，并展示課前錄制的另外兩種食材的燃燒實(shí)驗(yàn)微視頻，學(xué)生通過觀察、比較、分析、概括等思維過程，自主歸納出蛋白質(zhì)、糖類、脂肪三種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的熱價(jià)的差異。

④解讀數(shù)據(jù)，發(fā)展思維能力。由于課堂上開展的只是食物熱價(jià)測(cè)定的定性實(shí)驗(yàn)，于是，教師繼續(xù)呈現(xiàn)科學(xué)測(cè)定的蛋白質(zhì)、糖類、脂肪的熱價(jià)，引導(dǎo)學(xué)生閱讀教材中的表1，學(xué)生在解讀數(shù)據(jù)的過程中，不僅分析得出不同的食物由于所含營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)不同，以及營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的量不同熱價(jià)不同，而且思維的靈活性和深刻性也進(jìn)一步得到了提高和發(fā)展。

2.3在聯(lián)系生活體驗(yàn)中培養(yǎng)科學(xué)思維

“如何改進(jìn)上次提出的一日食譜”也是教材中討論活動(dòng)的內(nèi)容之一。大多數(shù)教師會(huì)提供一份不合理的文字食譜（或利用學(xué)生之前設(shè)計(jì)的食譜），讓學(xué)生根據(jù)教材中“常見食物的熱價(jià)表”計(jì)算該食譜的能量值，然后參考“從事不同勞動(dòng)強(qiáng)度的人每天所需要的能量表”進(jìn)行改進(jìn)并設(shè)計(jì)一份新的文字食譜。教學(xué)實(shí)踐表明，學(xué)生對(duì)文字食譜中提供的食材質(zhì)量數(shù)值缺乏一定的感性認(rèn)知，活動(dòng)興趣不高，課堂討論往往會(huì)變成簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)計(jì)算，討論活動(dòng)也就成為了教學(xué)中的“雞肋”。

“香辣雞腿堡套餐”是學(xué)生普遍喜歡并經(jīng)常食用的快餐。結(jié)合學(xué)生的真實(shí)體驗(yàn)，教師事先準(zhǔn)備好一份“香辣雞腿堡套餐”，組織學(xué)生討論該套餐所需的原材料，然后以任務(wù)單的形式組織學(xué)生計(jì)算一份漢堡套餐的總能量值（教師預(yù)先通過APP“食物庫(kù)”查找相關(guān)原料的熱價(jià)）：

最后引導(dǎo)評(píng)價(jià)，促進(jìn)學(xué)生自覺內(nèi)化形成良好飲食習(xí)慣。真實(shí)、有意義的活動(dòng)體驗(yàn)，使學(xué)生很快處于一種主動(dòng)、積極的情境氛圍中，驅(qū)動(dòng)學(xué)生的好奇心，促進(jìn)認(rèn)知活動(dòng)走向深入。學(xué)生不僅學(xué)會(huì)運(yùn)用生物學(xué)知識(shí)去分析或評(píng)價(jià)、解釋或解決生活中的問題，發(fā)展高階思維能力，而且真切感受到生物學(xué)知識(shí)的價(jià)值，確立積極健康的生活態(tài)度，并提升社會(huì)責(zé)任。

3觀摩后的反思與建議

反思本次初中生物優(yōu)質(zhì)課的評(píng)比，筆者發(fā)現(xiàn)目前有的教師的課堂教學(xué)仍停留在“形式化”的低階層面——知識(shí)層，并未深入到“腦內(nèi)”的高階層面——思維層，具體表現(xiàn)為教學(xué)目標(biāo)的形式化、自主學(xué)習(xí)方式的表面化、課堂師生對(duì)話的膚淺化等，“深度學(xué)習(xí)”沒有在課堂真正發(fā)生。針對(duì)這一現(xiàn)象，筆者有三點(diǎn)建議。

3.1分析教材體系，促進(jìn)概念的螺旋式發(fā)展

在“人體能量供給”這節(jié)課中，“能量來自于細(xì)胞中有機(jī)物的氧化分解”這一重要概念與課標(biāo)中4個(gè)一級(jí)主題下的重要概念的形成都有關(guān)聯(lián)（表3），對(duì)應(yīng)七年級(jí)上冊(cè)、八年級(jí)上冊(cè)教材中相關(guān)內(nèi)容。

因此，在本節(jié)課的教學(xué)中，教師要以系統(tǒng)、整體的觀點(diǎn)統(tǒng)攝教材中多個(gè)章節(jié)的相關(guān)內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生深度建構(gòu)，實(shí)現(xiàn)生物學(xué)重要概念的螺旋式發(fā)展。教師不僅要引導(dǎo)學(xué)生將七年級(jí)上冊(cè)的光合作用和呼吸作用等相關(guān)知識(shí)進(jìn)行邏輯加工，還要在八年級(jí)上冊(cè)學(xué)習(xí)動(dòng)物的運(yùn)動(dòng)和行為以及生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)容時(shí)，再引導(dǎo)學(xué)生將這一概念繼續(xù)拓展，進(jìn)而構(gòu)建起生物界和自然界的物質(zhì)和能量關(guān)系、生物體的新陳代謝和生態(tài)系統(tǒng)中能量流動(dòng)關(guān)系的完整概念知識(shí)體系圖。教師還要引導(dǎo)學(xué)生領(lǐng)悟到能量釋放發(fā)生在細(xì)胞內(nèi)，消化、呼吸、循環(huán)三大系統(tǒng)的功能也是通過細(xì)胞聯(lián)系在一起，幫助學(xué)生真正理解在七上教材中學(xué)過的“細(xì)胞是生命活動(dòng)的基本單位”這一概念，而不是讓學(xué)生單純的記憶這句話。這樣的聯(lián)接整合可以使學(xué)習(xí)內(nèi)容具有“彈性化”和“框架式”特征，從而有利于學(xué)生進(jìn)行有意義的知識(shí)建構(gòu)，為知識(shí)的提取與加工、遷移與應(yīng)用奠定堅(jiān)實(shí)可靠的基礎(chǔ)。

3.2重視活動(dòng)的指導(dǎo)，發(fā)展學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力

“測(cè)量體溫”是教材中一個(gè)實(shí)習(xí)活動(dòng)，由于教材中的指導(dǎo)比較籠統(tǒng)，因此，在學(xué)生開展自主測(cè)量體溫前，教師應(yīng)基于學(xué)情進(jìn)行規(guī)范的指導(dǎo)。例如，指導(dǎo)學(xué)生如何正確甩水銀柱，指導(dǎo)學(xué)生如何準(zhǔn)確快速讀取溫度等。此外，學(xué)生等待測(cè)量結(jié)果需要5min，如何有效組織好這一“空檔時(shí)間”，也是教師在開展學(xué)生自主學(xué)習(xí)時(shí)應(yīng)該考慮的細(xì)節(jié)問題。教師指導(dǎo)明確，引導(dǎo)到位，學(xué)生自主學(xué)習(xí)的效率才能得到有效保證，否則學(xué)生的科學(xué)探究能力和科學(xué)思維品質(zhì)得不到應(yīng)有的發(fā)展。

帕克·帕爾默在《教學(xué)勇氣》一書中將教師在教室里的任務(wù)類比成牧羊犬的任務(wù)：學(xué)生一定要自己去喂飽自己——這被稱為主動(dòng)的學(xué)習(xí)。如果他們要這么做，我一定要把他們帶到一個(gè)可以得到食物的地方：一本好的課本、一個(gè)預(yù)先計(jì)劃好的練習(xí)、一個(gè)啟發(fā)性的問題、一組紀(jì)律良好的對(duì)話。然后，當(dāng)他們已經(jīng)知道在那個(gè)地方能學(xué)到什么知識(shí)時(shí)，我一定要把他們轉(zhuǎn)移到下一個(gè)牧場(chǎng)。我一定要把這個(gè)群體聚集在某個(gè)地方，對(duì)迷路或逃走的個(gè)人要給予特別的注意，在這個(gè)時(shí)候我還必須保護(hù)群體，使他們免受捕獵者帶來的恐懼等。這些觀點(diǎn)對(duì)教師如何在活動(dòng)中發(fā)揮教師的主導(dǎo)作用，發(fā)展學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，創(chuàng)造真正的學(xué)習(xí)共同體有一定的啟發(fā)。

3.3夯實(shí)專業(yè)根基，設(shè)計(jì)有效的師生對(duì)話

以師生對(duì)話為標(biāo)志的對(duì)話教學(xué)逐漸成為教師課堂教學(xué)的重要形式。令人擔(dān)憂的是，有的師生對(duì)話反映出教師的專業(yè)知識(shí)儲(chǔ)備已經(jīng)不能很好地滿足教學(xué)需要。如在本節(jié)課的教學(xué)中，為引導(dǎo)學(xué)生辯證地看待“發(fā)熱”現(xiàn)象，理解維持體溫的相對(duì)穩(wěn)定是人體進(jìn)行正常生命活動(dòng)的基礎(chǔ)，當(dāng)學(xué)生回答“發(fā)熱能殺死病菌”“體溫過低會(huì)凍傷”“多穿衣服可以防止凍傷”等時(shí)，有的教師竟然對(duì)課堂對(duì)話中生成的這些觀點(diǎn)予以認(rèn)同，不能及時(shí)引導(dǎo)學(xué)生探究真知，獲得科學(xué)的解釋。實(shí)踐證明，沒有足夠的知識(shí)儲(chǔ)備，教師是無法在講臺(tái)上立足，更談不上發(fā)展學(xué)生、提升自己，只有具備了深厚的知識(shí)積淀，教師才能厚積薄發(fā)，從容應(yīng)對(duì)，機(jī)智的面對(duì)課堂的生成。所以，教師應(yīng)該是終身學(xué)習(xí)者，唯有終身學(xué)習(xí)，才能扎下教學(xué)的生命根須，才能不斷發(fā)展自我、發(fā)展學(xué)生。