指向科學(xué)思維培養(yǎng)的教學(xué)設(shè)計(jì)

摘 要：本文以“激素調(diào)節(jié)”一節(jié)內(nèi)容為例，在教學(xué)過(guò)程中創(chuàng)設(shè)運(yùn)動(dòng)會(huì)情境，激發(fā)學(xué)生探究興趣；開(kāi)展糖尿病與胰島素相關(guān)的科學(xué)實(shí)驗(yàn)探究，結(jié)合模型進(jìn)行教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考及分析問(wèn)題的能力；利用小組合作探究，運(yùn)用比較、歸納的方法，理解激素的概念、功能及失調(diào)癥，發(fā)展學(xué)生的生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)；回歸主題，分析并呈現(xiàn)腎上腺相關(guān)的反射途徑，厘清神經(jīng)調(diào)節(jié)和激素調(diào)節(jié)的關(guān)系，認(rèn)識(shí)人體各系統(tǒng)的協(xié)調(diào)統(tǒng)一，理解其共同完成復(fù)雜生命活動(dòng)的具體機(jī)制。

關(guān)鍵詞：生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)；科學(xué)思維；教學(xué)設(shè)計(jì)；激素調(diào)節(jié)

文章編號(hào)：1003-7586（2024）11-0023-04 中圖分類號(hào)：G633.91 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

初中

生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)包括生命觀念、科學(xué)思維、探究實(shí)踐和態(tài)度責(zé)任四個(gè)維度，其中生命觀念是貫穿生物學(xué)學(xué)科不同內(nèi)容的主線，是核心素養(yǎng)培養(yǎng)的首要目標(biāo)；科學(xué)思維要求學(xué)生形成理性思維、批判質(zhì)疑、勇于探究等科學(xué)精神，是初中生物學(xué)教學(xué)的重要目標(biāo)之一。因此，教師在課程教學(xué)中，應(yīng)以生命觀念為基點(diǎn)，在深刻理解大概念、重要概念及次位概念的過(guò)程中，尋找培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維的立足點(diǎn)，設(shè)計(jì)符合學(xué)生最近發(fā)展區(qū)的提問(wèn)和課堂教學(xué)活動(dòng)，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生的態(tài)度責(zé)任意識(shí)。

1 教材分析

“激素調(diào)節(jié)”是北師大版義務(wù)教育教科書(shū)《生物學(xué)·七年級(jí)·下冊(cè)》（以下簡(jiǎn)稱“教材”）第4單元第12章第3節(jié)的內(nèi)容，對(duì)應(yīng)《義務(wù)教育生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》（以下簡(jiǎn)稱《義教課標(biāo)》）課程內(nèi)容（五）“人體生理與健康”部分的內(nèi)容。

本章前兩節(jié)屬于神經(jīng)調(diào)節(jié)的內(nèi)容，第3節(jié)“激素調(diào)節(jié)”對(duì)應(yīng)《義教課標(biāo)》相關(guān)的概念依次為：大概念“5 人體的結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)，各系統(tǒng)協(xié)調(diào)統(tǒng)一，共同完成復(fù)雜的生命活動(dòng)”；重要概念“5.5 人體各系統(tǒng)在神經(jīng)調(diào)節(jié)和內(nèi)分泌調(diào)節(jié)下，相互聯(lián)系和協(xié)調(diào)，共同完成各項(xiàng)活動(dòng)，以適應(yīng)機(jī)體內(nèi)外環(huán)境的變化”；次位概念“5.5.5 甲狀腺激素、胰島素等激素參與人體生命活動(dòng)的調(diào)節(jié)”和“5.5.6 性激素能促進(jìn)生殖器官的發(fā)育，對(duì)第二性征的發(fā)育和維持具有重要作用”。筆者對(duì)其進(jìn)階概念的分析如圖1所示。

教材先介紹了內(nèi)分泌系統(tǒng)并引出激素的概念及特點(diǎn)，然后分板塊介紹了“生長(zhǎng)激素”“性激素”“甲狀腺激素”和“胰島素”及其分泌部位、功能及失調(diào)癥。本節(jié)內(nèi)容涉及的新名詞多且抽象，為了降低學(xué)生的學(xué)習(xí)難度，讓學(xué)生能夠主動(dòng)參與學(xué)習(xí)活動(dòng)，培養(yǎng)他們的科學(xué)思維，在教學(xué)過(guò)程中，教師需要提供真實(shí)的運(yùn)動(dòng)情境、胰島素發(fā)現(xiàn)科學(xué)史及相關(guān)激素補(bǔ)充資料，引導(dǎo)學(xué)生在主動(dòng)構(gòu)建概念的同時(shí)發(fā)展科學(xué)思維，同時(shí)樹(shù)立健康意識(shí)和態(tài)度責(zé)任意識(shí)。

2 學(xué)情分析

本節(jié)課為新授課程，授課對(duì)象為七年級(jí)學(xué)生，該時(shí)期學(xué)生好奇心強(qiáng)、樂(lè)于探索，具備一定的生物學(xué)知識(shí)，但對(duì)于激素的概念、種類、功能等抽象知識(shí)點(diǎn)理解不夠深入，科學(xué)思維不夠完善。為設(shè)計(jì)出更適合該階段學(xué)生的教學(xué)設(shè)計(jì)，教師需要深度分析學(xué)情，這樣才能預(yù)測(cè)并掌握學(xué)生在學(xué)習(xí)中會(huì)出現(xiàn)的狀況，從而在教學(xué)中盡量避免出現(xiàn)遺漏和疏忽，達(dá)到事半功倍的效果。筆者借助《深度學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)模板及示例》^［1］，深度分析本節(jié)課程的學(xué)情（見(jiàn)表1）。

3 教學(xué)目標(biāo)

（1）通過(guò)學(xué)習(xí)胰島素的發(fā)現(xiàn)史，設(shè)計(jì)與分析實(shí)驗(yàn)，總結(jié)歸納胰島素的生理作用，樹(shù)立勇于質(zhì)疑、迎難而上的科研精神。

（2）通過(guò)對(duì)胰腺模型進(jìn)行觀察與分析，區(qū)分內(nèi)分泌腺和外分泌腺，形成結(jié)構(gòu)與功能相統(tǒng)一的生命觀念。

（3）通過(guò)分析激素相關(guān)的資料與實(shí)驗(yàn)，歸納總結(jié)各種激素的作用，構(gòu)建激素的概念，樹(shù)立結(jié)構(gòu)與功能觀。

（4）通過(guò)分析跑步時(shí)的機(jī)體變化，舉例說(shuō)明人體生命活動(dòng)的調(diào)節(jié)方式，厘清神經(jīng)調(diào)節(jié)與激素調(diào)節(jié)之間的聯(lián)系。

4 評(píng)價(jià)目標(biāo)

（1）能夠依托科學(xué)史實(shí)與實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，分析胰島素發(fā)現(xiàn)過(guò)程的相關(guān)實(shí)驗(yàn)，層層深入并演繹推理，歸納總結(jié)胰島素的生理功能。

（2）能夠基于對(duì)胰腺模型的觀察，聯(lián)系舊知與新知，闡述胰島素和胰液的運(yùn)輸途徑，辨析內(nèi)分泌腺和外分泌腺的特征。

（3）能夠通過(guò)小組合作探究，分析其他激素的相關(guān)資料和實(shí)驗(yàn)，歸納概括其生理作用，運(yùn)用結(jié)構(gòu)與功能觀對(duì)激素分泌異常的現(xiàn)象進(jìn)行解釋，逐步構(gòu)建概念框架。

（4）能夠以日常生活中的現(xiàn)象為切入點(diǎn)，舉例說(shuō)明人體生命活動(dòng)的調(diào)節(jié)方式，準(zhǔn)確表達(dá)神經(jīng)調(diào)節(jié)和激素調(diào)節(jié)之間的聯(lián)系。

5 教學(xué)過(guò)程

5.1 創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境

教師創(chuàng)設(shè)運(yùn)動(dòng)會(huì)情境并提出問(wèn)題：運(yùn)動(dòng)員等待發(fā)令槍響時(shí)有何感受？心跳和呼吸會(huì)發(fā)生什么變化？此時(shí)運(yùn)動(dòng)員的大腦精神高度集中，并沒(méi)有“下令”要加快心跳和呼吸頻率，為什么還會(huì)出現(xiàn)這種現(xiàn)象？

設(shè)計(jì)意圖：教師以學(xué)生熟悉的運(yùn)動(dòng)場(chǎng)景為例創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境，提出相關(guān)問(wèn)題，激發(fā)學(xué)生的探究興趣和好奇心。

5.2 發(fā)展科學(xué)思維

教師以糖尿病相關(guān)癥狀及19世紀(jì)對(duì)糖尿病的研究背景為閱讀材料，提出問(wèn)題：糖尿病與什么結(jié)構(gòu)相關(guān)？能做出怎樣的假設(shè)？

教師進(jìn)一步呈現(xiàn)科學(xué)家的實(shí)驗(yàn)并追問(wèn)：切除胰腺的糖尿狗注射胰腺提取物后仍出現(xiàn)了糖尿癥狀，能得出怎樣的實(shí)驗(yàn)結(jié)論？教師及時(shí)引出班廷（S. F. G. Banting）的研究，并以此為主線任務(wù)推進(jìn)學(xué)生分析探究實(shí)驗(yàn)，完成相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)論（見(jiàn)表2）。教師提供相應(yīng)的資料引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)論，歸納總結(jié)胰島素的功能：胰島素能夠調(diào)節(jié)糖類在體內(nèi)的吸收、利用和轉(zhuǎn)化。

設(shè)計(jì)意圖：教師提供糖尿病與胰島素的相關(guān)研究背景與資料，逐漸呈現(xiàn)胰島素發(fā)現(xiàn)史的實(shí)驗(yàn)歷程，引導(dǎo)學(xué)生置身其中，演繹推理實(shí)驗(yàn)過(guò)程，發(fā)展其科學(xué)思維。教師通過(guò)適當(dāng)營(yíng)造認(rèn)知沖突，引導(dǎo)學(xué)生大膽質(zhì)疑，培養(yǎng)其批判性思維。學(xué)生深度分析班廷的實(shí)驗(yàn)過(guò)程，分析推理胰島提取物與糖尿病有關(guān)，以此培養(yǎng)自身的科學(xué)思維。

5.3 厘清混淆概念

教師根據(jù)教材相關(guān)內(nèi)容，解釋胰腺是一種非常特殊的腺體，含有兩種具有分泌功能的細(xì)胞——腺泡細(xì)胞和胰島細(xì)胞，胰腺分泌的胰液通過(guò)胰管注入十二指腸，在小腸中發(fā)揮消化作用，且胰腺中散布的胰島細(xì)胞可分泌胰島素。^［2］胰島素可進(jìn)入組織周圍的毛細(xì)血管，隨血液循環(huán)送到全身。教師利用模型，向?qū)W生闡述胰液和胰島素的運(yùn)輸途徑，引導(dǎo)其總結(jié)并填寫(xiě)表格（見(jiàn)表3）。

學(xué)生通過(guò)聯(lián)系舊知，比較已經(jīng)學(xué)過(guò)的腺體相關(guān)知識(shí)進(jìn)行判斷并闡述理由。教師據(jù)此提出問(wèn)題：除胰島外，人體還有哪些內(nèi)分泌腺？

設(shè)計(jì)意圖：教師利用胰腺的物理模型，將胰腺腺泡與胰島結(jié)構(gòu)直觀形象地呈現(xiàn)，有助于培養(yǎng)學(xué)生的觀察和思考能力。學(xué)生通過(guò)構(gòu)建模型繪制胰液和胰島素的運(yùn)輸途徑，將思維可視化與活動(dòng)化，發(fā)展自身的實(shí)踐探究能力，厘清內(nèi)分泌腺和外分泌腺的易混淆概念。教師需要從學(xué)生的最近發(fā)展區(qū)出發(fā)，將已學(xué)知識(shí)從不同角度進(jìn)行應(yīng)用，發(fā)展學(xué)生的遷移應(yīng)用能力。

5.4 突破疑難點(diǎn)

學(xué)生利用課本材料和掛圖，初步認(rèn)知人體的主要內(nèi)分泌腺，并結(jié)合教師提供的閱讀資料和課本材料，組內(nèi)分工、合作探究，了解人體的主要激素及其功能，于組內(nèi)進(jìn)行交流匯報(bào)。教師引導(dǎo)學(xué)生利用所學(xué)知識(shí)，診斷侏儒癥、呆小癥、巨人癥、肢端肥大癥等疾病的病因，著重區(qū)分侏儒癥和呆小癥兩種病癥的形成原因及差異。教師提問(wèn)：激素如此重要，其在人體中是否大量存在？學(xué)生通過(guò)資料分析，了解激素作用具有高效性并完成激素的概念構(gòu)建。

設(shè)計(jì)意圖：教師利用合作探究的形式，啟發(fā)學(xué)生結(jié)合已有知識(shí)和生活經(jīng)驗(yàn)對(duì)圖示和資料等信息進(jìn)行觀察、閱讀和提取，理解內(nèi)分泌腺分泌的激素及其功能，進(jìn)而理解該激素失調(diào)引發(fā)的癥狀。教師將分析失調(diào)癥的過(guò)程置于真實(shí)情況，培養(yǎng)學(xué)生歸納比較的科學(xué)思維能力。最后，教師通過(guò)多級(jí)資料層層分析概括，幫助學(xué)生逐漸構(gòu)建激素相關(guān)概念。

5.5 構(gòu)建重要觀念

教師展示情境并提出問(wèn)題串：回顧百米沖刺的運(yùn)動(dòng)會(huì)，選手聽(tīng)到槍聲響起，立刻飛奔出去，人體的哪些系統(tǒng)參與這個(gè)過(guò)程？完成這一運(yùn)動(dòng)過(guò)程的反射途徑是怎樣的？腎上腺分泌的腎上腺素可使人體運(yùn)動(dòng)過(guò)程中心跳加快，腎上腺的分泌功能受到什么調(diào)控？根據(jù)腎上腺相關(guān)的反射途徑，腎上腺作為反射弧的什么結(jié)構(gòu)？

學(xué)生歸納總結(jié)：人體在完成運(yùn)動(dòng)時(shí)，有運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)、呼吸系統(tǒng)、循環(huán)系統(tǒng)等參與，由內(nèi)分泌系統(tǒng)和神經(jīng)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)。人體各系統(tǒng)在神經(jīng)調(diào)節(jié)和內(nèi)分泌調(diào)節(jié)下相互協(xié)調(diào)，共同完成各項(xiàng)生命活動(dòng)，以適應(yīng)機(jī)體內(nèi)外環(huán)境的變化。

設(shè)計(jì)意圖：教師回歸情境，設(shè)置環(huán)環(huán)相扣的問(wèn)題串，闡明人體在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的調(diào)節(jié)方式，厘清神經(jīng)調(diào)節(jié)與激素調(diào)節(jié)的聯(lián)系，生成人體生命活動(dòng)的調(diào)節(jié)方式的重要概念。學(xué)生學(xué)會(huì)運(yùn)用重要概念解釋具體生命活動(dòng)的調(diào)節(jié)方式，深化對(duì)重要概念的理解。

6 教學(xué)啟示

教師在本節(jié)教學(xué)設(shè)計(jì)中，應(yīng)堅(jiān)持以培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維為導(dǎo)向，引導(dǎo)其能夠像科學(xué)家一樣思考并解決問(wèn)題。教師將真實(shí)的情境設(shè)置貫穿整個(gè)課程，以真實(shí)問(wèn)題激發(fā)學(xué)生的探究興趣，促進(jìn)學(xué)習(xí)深度、強(qiáng)化知識(shí)關(guān)聯(lián)性、提升教學(xué)綜合性，摒棄學(xué)習(xí)的淺顯化和碎片化。其次，深層探索胰島素發(fā)現(xiàn)史的情境涉及SOLO層級(jí)中的關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)水平，學(xué)生不僅需要理解科學(xué)家的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及操作，還需要能夠推理演繹相關(guān)實(shí)驗(yàn)、分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、論述實(shí)驗(yàn)結(jié)果，在質(zhì)疑與批判中改進(jìn)迭代實(shí)驗(yàn)操作。在教學(xué)過(guò)程中，教師融合信息科技，運(yùn)用AI技術(shù)將科學(xué)家的研究背景呈現(xiàn)于課堂教學(xué)，相較于平白直敘的科學(xué)史講述，更能充分調(diào)動(dòng)學(xué)生興趣，推動(dòng)其積極參與和主動(dòng)探究。此課例是以學(xué)生為主體的探究性課程，師生積極互動(dòng)，在多個(gè)教學(xué)活動(dòng)中逐步發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維能力。

綜上所述，科學(xué)思維是生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的重要組成部分，啟示教師在教學(xué)過(guò)程中，應(yīng)該多維度地挖掘并整合資源，思考本節(jié)內(nèi)容主要培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維的類型，設(shè)計(jì)以學(xué)生活動(dòng)為主體的探究式課程，構(gòu)建關(guān)聯(lián)生活的真實(shí)情境，創(chuàng)設(shè)有層次和深度的問(wèn)題串，培養(yǎng)學(xué)生的高階思維，為教學(xué)帶來(lái)積極變化。

參考文獻(xiàn)

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