生命科學(xué)領(lǐng)域“結(jié)構(gòu)與功能”觀念的培養(yǎng)

張會

摘要科學(xué)觀念是科學(xué)學(xué)習(xí)和科學(xué)研究的一種內(nèi)在傾向性，也是科學(xué)習(xí)慣、科學(xué)思維、科學(xué)態(tài)度和科學(xué)精神的一種內(nèi)在組合，在科學(xué)教學(xué)中具有重要地位。因此，教師需要加強(qiáng)對學(xué)生科學(xué)觀念的教學(xué)。跨學(xué)科概念提供了一種聯(lián)系所有學(xué)科的方法，能夠促進(jìn)不同知識之間的聯(lián)系，促進(jìn)學(xué)生對科學(xué)概念的整合；是構(gòu)建知識框架的支點(diǎn)，能夠?yàn)閷W(xué)生獲得新知識、開展科學(xué)探究、理解科學(xué)本質(zhì)提供支持。培養(yǎng)學(xué)生的結(jié)構(gòu)與功能觀，可以從文本分析和學(xué)生研究兩方面入手，并以此為基礎(chǔ)設(shè)計教學(xué)，在教學(xué)活動中滲透這一觀念。

關(guān)鍵詞 生命科學(xué) 結(jié)構(gòu)與功能 教學(xué)設(shè)計

中圖分類號：G424文獻(xiàn)標(biāo)識碼：ADOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2021.18.008

The Cultivation of the Concept of“Structure and Function”in the Field of Life Science

——Take the lesson“digestion of food”as an example

ZHANG Hui

（The Third Primary School in Miyun District of Beijing， Beijing 101599）

Abstract： Scientific concept is an internal tendency of scientific study and scientific research， and also an internal combination of scientific habits， scientific thinking， scientific attitude and scientific spirit. It plays an im？ portant role in science teaching. Therefore， teachers need to strengthen the teaching of students’ scientific con？ cept. Interdisciplinary concept provides a way to connect all disciplines， which can promote the connection be？ tween different knowledge and promote the integration of scientific concepts； It can provide support for students to acquire new knowledge， carry out scientific inquiry and understand the nature of science. To cultivate stu？ dents’ structure and function view， we can start with text analysis and students’ research， and design teaching on this basis to infiltrate this concept in teaching activities.

Keywords： life science； structure and function； teaching design

科學(xué)觀念是科學(xué)學(xué)習(xí)和科學(xué)研究的一種內(nèi)在傾向性，也是科學(xué)習(xí)慣、科學(xué)思維、科學(xué)態(tài)度和科學(xué)精神的一種內(nèi)在組合，在科學(xué)教學(xué)中具有重要地位。因此，教師需要加強(qiáng)對學(xué)生科學(xué)觀念的教學(xué)?！禟-12年級科學(xué)教育框架：實(shí)踐、跨學(xué)科概念和核心概念》提出“跨學(xué)科概念”，即那些在所有領(lǐng)域都有所運(yùn)用的主要概念?？鐚W(xué)科概念提供了一種聯(lián)系所有學(xué)科的方法，能夠促進(jìn)不同知識之間的聯(lián)系，促進(jìn)學(xué)生對科學(xué)概念的整合；是構(gòu)建知識框架的支點(diǎn)，能夠?yàn)閷W(xué)生獲得新知識、開展科學(xué)探究、理解科學(xué)本質(zhì)提供支持。有研究者通過對比美國、加拿大（安大略省）、澳大利亞、新加坡的科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)發(fā)現(xiàn)，“結(jié)構(gòu)與功能”這一跨學(xué)科概念在這四個國家的科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)中都有體現(xiàn)。

結(jié)構(gòu)與功能觀認(rèn)為，自然界常見的生命體、地球、宇宙乃至人造物體都有特定的結(jié)構(gòu)，物體的結(jié)構(gòu)一般是與其功能相適應(yīng)的。生命科學(xué)領(lǐng)域結(jié)構(gòu)與功能觀念的形成有利于學(xué)生理解生命活動的因果關(guān)系，對學(xué)生建構(gòu)完整、系統(tǒng)的生物學(xué)概念體系，科學(xué)地認(rèn)識和對待生命及其規(guī)律，正確地分析、解決生物學(xué)相關(guān)問題有很大的幫助。因此，培養(yǎng)學(xué)生的結(jié)構(gòu)與功能觀，可以從文本分析和學(xué)生研究兩方面入手，并以此為基礎(chǔ)設(shè)計教學(xué)，在教學(xué)活動中滲透這一觀念。

通過文本分析把握結(jié)構(gòu)與功能觀念的教學(xué)內(nèi)容

任何一個知識點(diǎn)都包含四個層面——事實(shí)性知識、概念性知識、方法性知識和價值性知識，只有從這四個層面完整地理解知識，才算真正掌握這一知識，同時獲得了能力。事實(shí)性知識就是關(guān)于“是什么”和“怎么樣”的知識，如鐵生銹等各種各樣的自然現(xiàn)象等；概念性知識是關(guān)于概念和原理的知識，如天然材料和人工材料的定義、鐵生銹的原因等；方法性知識是關(guān)于程序和方法的知識，如實(shí)驗(yàn)的步驟、觀察比較的方法等；價值性知識是關(guān)于功能和意義的知識，如防止鐵生銹的方法、科學(xué)技術(shù)對人類生活及環(huán)境的影響等。在知識的四個層面中，價值性知識是“靈魂”，它往往是在事實(shí)性知識出現(xiàn)時被學(xué)生體會到，并推動學(xué)生對概念性知識和方法性知識做進(jìn)一步探究。價值性知識恰好是培養(yǎng)學(xué)生形成科學(xué)觀念的基礎(chǔ)。

《食物的消化》一課屬于人教鄂教版《科學(xué)》三年級上冊“食物與消化”單元，該單元包括《多種多樣的食物》《食物的營養(yǎng)》《食物的消化》和《飲食與健康》四課，引導(dǎo)學(xué)生從了解食物和食物的營養(yǎng)開始，建立人體消化器官和保護(hù)消化器官的概念。通過前兩課的學(xué)習(xí)，學(xué)生已經(jīng)建立了食物的多樣性與營養(yǎng)的聯(lián)系，并在此基礎(chǔ)上提出食物是如何被人體消化吸收的問題。在后一課中要引導(dǎo)學(xué)生形成健康飲食和保護(hù)消化器官的意識。因此，《食物的消化》一課在該單元中起著承上啟下的作用。通過學(xué)習(xí)，學(xué)生應(yīng)能簡要描述人體用于攝取養(yǎng)分的器官，列舉保護(hù)這些器官的方法。為了完成這些教學(xué)目標(biāo)，教材圍繞食物在人體中的“旅行”開展實(shí)踐活動：吃一口饅頭，慢慢咀嚼，體會并交流饅頭在口腔里發(fā)生的變化；預(yù)測食物進(jìn)入口腔后，還會經(jīng)過哪些消化器官；對照消化器官示意圖，說一說食物在人體內(nèi)的“旅行”過程。

基于課程標(biāo)準(zhǔn)要求和教材分析，本課內(nèi)容涉及消化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能，相關(guān)知識的四個層面如下所述。事實(shí)性知識：人體獲取養(yǎng)分的主要消化器官包括口腔、食道、胃、小腸和大腸等。概念性知識：消化是人體逐步吸收營養(yǎng)的過程，每個消化器官都有其相應(yīng)的功能。例如，口腔可以把食物嚼碎并能消化少量的淀粉，食道能運(yùn)輸食物到達(dá)胃，胃能分泌胃液幫助食物消化等。方法性知識：通過一些方法記住食物在人體內(nèi)經(jīng)歷的消化過程，即依次經(jīng)過口腔、食道、胃、小腸、大腸。價值性知識：認(rèn)識到人體有多種消化器官，每個器官都有特定的功能使食物得以消化，其營養(yǎng)被人體利用，進(jìn)而認(rèn)識到要養(yǎng)成保護(hù)消化器官的良好習(xí)慣，形成健康價值觀念。通過分析發(fā)現(xiàn)，該課教學(xué)中注重四個層面知識的認(rèn)識和結(jié)合，可以有效地滲透結(jié)構(gòu)與功能觀。

通過研究學(xué)情把握學(xué)生結(jié)構(gòu)與功能觀念的已有認(rèn)知

學(xué)生是學(xué)習(xí)與發(fā)展的主體，教師是學(xué)習(xí)過程的組織者和促進(jìn)者。教師既要在課前了解學(xué)生的已有認(rèn)知，發(fā)現(xiàn)其中的亮點(diǎn)和問題，在此基礎(chǔ)上預(yù)設(shè)學(xué)生能達(dá)到的最佳表現(xiàn)，做好充分的教學(xué)準(zhǔn)備；也要在課堂上關(guān)注學(xué)生的行為表現(xiàn)，隨時調(diào)整教學(xué)策略，使課堂的教與學(xué)更具實(shí)效性，逐步滲透科學(xué)觀念。

三年級學(xué)生對結(jié)構(gòu)與功能觀并不陌生，在一、二年級技術(shù)與工程領(lǐng)域內(nèi)容的學(xué)習(xí)中已對此有所認(rèn)知。例如，在《設(shè)計和制作小船》一課中，學(xué)生在設(shè)計小船前要了解和認(rèn)識一艘小船具有的基本結(jié)構(gòu)，各部分結(jié)構(gòu)有什么作用，在設(shè)計小船時要考慮用什么材料制作小船的各部分，這正是結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的科學(xué)觀念。

對食物消化概念的結(jié)構(gòu)與功能而言，學(xué)生的基本學(xué)情表現(xiàn)在：除口腔以外，其他消化器官都在人體內(nèi)部，學(xué)生無法直接觀察；學(xué)生在日常生活和學(xué)習(xí)中對消化器官有所了解，但這些認(rèn)識大多是模糊的、零碎的，不成體系。通過課前讓學(xué)生嘗試畫一畫食物進(jìn)入人體后經(jīng)歷的器官的活動，了解到學(xué)生對于食物的消化既熟悉又陌生，他們對人體消化系統(tǒng)的認(rèn)識不夠準(zhǔn)確，不能全面、完整地說出各個消化器官的名稱和作用以及消化食物的過程。有的學(xué)生認(rèn)為人的身體內(nèi)部有長長的管道，食物進(jìn)入人體后，直接通過這條管道被消化，產(chǎn)生的廢物被排出體外，食物的營養(yǎng)在此過程中被吸收；有的學(xué)生認(rèn)為食物先經(jīng)過心臟，再經(jīng)過肚子里的一些器官后被排出體外；還有學(xué)生認(rèn)為食物會經(jīng)過肺；只有很少一部分學(xué)生能說出所有消化器官的名稱。

在舊版教材中，“食物的消化”屬于四年級的教學(xué)內(nèi)容。一方面，四年級學(xué)生比三年級學(xué)生對消化器官的認(rèn)識更加全面；另一方面，四年級學(xué)生已經(jīng)具備一定的閱讀和收集資料的能力，可以通過閱讀資料獲取信息，對照人體模型找出自己身體內(nèi)消化器官的位置。而三年級學(xué)生閱讀和收集資料的能力還比較弱，他們對直觀形象事物的興趣大于對抽象事物的興趣，因此教師要改變以往的教學(xué)方式。

基于文本分析和學(xué)情研究，設(shè)計結(jié)構(gòu)與功能的相關(guān)教學(xué)

科學(xué)觀念教育不可能一蹴而就，不宜集中進(jìn)行，要遵從學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展規(guī)律，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)知識的學(xué)習(xí)進(jìn)度分散安排，統(tǒng)籌規(guī)劃，由易到難，反復(fù)進(jìn)行，使學(xué)生的科學(xué)觀念逐步發(fā)展、深化和提高。為此，教師要針對事實(shí)性知識進(jìn)行整體設(shè)計，在此基礎(chǔ)上安排概念性知識和方法性知識的遞進(jìn)和綜合，并達(dá)成價值性知識的形成，從而實(shí)現(xiàn)科學(xué)觀念的培養(yǎng)。

基于文本分析和學(xué)情研究，應(yīng)站在單元教學(xué)的高度進(jìn)行整體設(shè)計。教學(xué)前，學(xué)生已經(jīng)初步建立食物多樣性與營養(yǎng)之間的聯(lián)系。教學(xué)中，教師要進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生明確消化是人體逐漸吸收食物營養(yǎng)的過程，激發(fā)他們對研究食物消化過程的興趣，再以一塊饅頭在人體中“旅行”的過程為情境展開教學(xué)。這不僅可以為學(xué)生形成結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的科學(xué)觀念打下基礎(chǔ)，還滲透了科學(xué)需要實(shí)證的理念。

在教學(xué)中，教師首先引導(dǎo)學(xué)生觀察口腔的結(jié)構(gòu)，了解口腔的功能，初步認(rèn)識食物的消化離不開口腔的結(jié)構(gòu)與功能。然后，教師設(shè)計了咀嚼饅頭的活動，引導(dǎo)學(xué)生通過咀嚼饅頭，切身感受饅頭在口腔中經(jīng)歷的過程，初步感受口腔的作用。為了激發(fā)學(xué)生的探究興趣，教師還設(shè)計了分別向咀嚼過和未咀嚼過的饅頭上滴碘酒的實(shí)驗(yàn)，幫助學(xué)生理解口腔除了能把食物變碎、變軟外，還能消化食物中的少量淀粉，起到初步消化的作用。在探究口腔的作用時，學(xué)生可能會對口腔中的唾液是稀釋淀粉還是消化淀粉產(chǎn)生認(rèn)知沖突，教師可以引導(dǎo)他們對比將水和碘酒分別滴在咀嚼過的饅頭上時產(chǎn)生的現(xiàn)象，更好地幫助學(xué)生理解口腔的作用。這樣，在教師的引導(dǎo)下，學(xué)生明確了人體能看得到的消化器官——口腔的作用。

三年級學(xué)生的認(rèn)知方式正是從具體形象逐步過渡到抽象概括的。食物經(jīng)過看得到的口腔后，如何繼續(xù)看不到的人體內(nèi)“旅行”過程呢？教師引導(dǎo)學(xué)生先對此進(jìn)行猜想，通過展示學(xué)生對人體內(nèi)部消化器官的猜想，讓學(xué)生產(chǎn)生強(qiáng)烈認(rèn)知沖突。在此基礎(chǔ)上，安排學(xué)生先觀看食物在人體內(nèi)是如何消化的視頻，然后觀察人體結(jié)構(gòu)模型，最后觀察人體消化系統(tǒng)的掛圖。通過這三個不同的活動，引導(dǎo)學(xué)生不斷地對食物的消化過程進(jìn)行細(xì)致觀察和描述。觀看視頻后，有的學(xué)生不僅能說出消化的主要器官及其功能，還能提出“小腸那么長如何裝進(jìn)肚子里”“大腸為什么比小腸短”等有價值的問題。在課堂話語權(quán)的轉(zhuǎn)移過程中，學(xué)生逐步深化對教學(xué)內(nèi)容的理解，對人體內(nèi)部消化器官的研究興趣更加濃厚。通過討論，他們逐漸將各消化器官的結(jié)構(gòu)和功能建立起聯(lián)系。人體結(jié)構(gòu)模型的出現(xiàn)會帶來學(xué)習(xí)高潮，學(xué)生對具體形象的事物表現(xiàn)出旺盛的探索欲望，對人體內(nèi)消化器官及其功能獲得了更加深刻的認(rèn)識。隨后人體消化系統(tǒng)掛圖的出現(xiàn)，幫助學(xué)生進(jìn)一步理清對消化器官結(jié)構(gòu)和功能的描述，對由各消化器官組成的人體消化系統(tǒng)形成了整體認(rèn)識。通過三個活動中不斷認(rèn)識和描述的過程，學(xué)生將消化器官與其功能逐漸對應(yīng)，明確了食物中的營養(yǎng)需要消化器官的消化才能被人體吸收和利用。最后，教師引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識到要養(yǎng)成保護(hù)消化器官的習(xí)慣，形成健康價值觀念，實(shí)現(xiàn)價值性知識的遷移。

在《食物的消化》一課中，通過上述活動的層層遞進(jìn)，學(xué)生先了解關(guān)于食物消化的事實(shí)性知識，然后將事實(shí)性知識綜合在一起，形成了概念性知識和方法性知識。在這三種知識遞進(jìn)和綜合的形成過程中，教師不斷地滲透消化器官及其功能的聯(lián)系，引導(dǎo)學(xué)生建立價值性知識，最終形成了消化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能觀。

總之，通過文本分析和學(xué)情研究，教師更清楚自己為什么這么教，而不是盲目地追求改變，有了培養(yǎng)學(xué)生形成科學(xué)觀念的“抓手”。生命科學(xué)領(lǐng)域中結(jié)構(gòu)與功能觀念的養(yǎng)成不可能通過一節(jié)課達(dá)成，需要在一系列課程中不斷滲透，持續(xù)推動學(xué)生結(jié)構(gòu)與功能觀念的發(fā)展，最終形成完整的生命科學(xué)領(lǐng)域的結(jié)構(gòu)與功能觀。