關(guān)注重要概念學(xué)習(xí)的論證教學(xué)設(shè)計(jì)
——以“細(xì)胞的生活”（第1課時(shí)）為例*

陳 欣 （福建教育學(xué)院 福建福州 350025）

根據(jù)《義務(wù)教育生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2011年版）》（下文簡稱課程標(biāo)準(zhǔn)）“倡導(dǎo)探究性學(xué)習(xí)”“提高學(xué)生生物科學(xué)素養(yǎng)”等課程理念，以及“關(guān)注重要概念的學(xué)習(xí)”教學(xué)建議，圍繞重要概念，設(shè)計(jì)與實(shí)施論證探究活動(dòng)，旨在充分利用各種學(xué)習(xí)資源，創(chuàng)設(shè)真實(shí)的問題情境，讓學(xué)生在合作、探究中構(gòu)建、理解與應(yīng)用重要概念，學(xué)習(xí)生物科學(xué)方法，提高論證能力、批判性思維能力，形成生物學(xué)基本觀點(diǎn)，促進(jìn)生物學(xué)核心素養(yǎng)的提高。本文以人教版《生物學(xué)》7年級(jí)上冊第2單元第1章第4節(jié)“細(xì)胞的生活”（第1課時(shí)）教學(xué)設(shè)計(jì)為例，應(yīng)用逆向教學(xué)設(shè)計(jì)（backward design）教學(xué)目標(biāo)為起點(diǎn)；評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)先于教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)；使得目標(biāo)、評(píng)價(jià)與教學(xué)相一致等觀點(diǎn)，探討關(guān)注重要概念學(xué)習(xí)的論證教學(xué)設(shè)計(jì)［1］。

1 教學(xué)分析

1.1 教材分析 “細(xì)胞的生活”包括“細(xì)胞的生活需要物質(zhì)和能量”“細(xì)胞核是控制中心”2部分內(nèi)容。本課時(shí)的教學(xué)內(nèi)容是“細(xì)胞的生活需要物質(zhì)和能量”。

根據(jù)美國教育專家肖瓦爾特（Showalter）的科學(xué)內(nèi)容知識(shí)分類觀點(diǎn)［2］，“細(xì)胞的生活”（第1課時(shí)）知識(shí)類型分析如圖1。以此明確教學(xué)內(nèi)容中哪些知識(shí)是事實(shí)性知識(shí)，哪些是概念性知識(shí)，以便提供足夠的、有代表性的事實(shí)，促進(jìn)學(xué)生基于對(duì)細(xì)胞生活現(xiàn)象等事實(shí)性知識(shí)的感性認(rèn)識(shí)，開展論證探究活動(dòng)，建構(gòu)、理解與應(yīng)用重要概念。

圖1 “細(xì)胞的生活”（第1課時(shí)）知識(shí)類型分析

1.2 重要概念分析 本課時(shí)教學(xué)應(yīng)達(dá)成課程標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于“闡明細(xì)胞是生命活動(dòng)的基本結(jié)構(gòu)和功能單位”的要求。據(jù)此進(jìn)一步梳理重要概念及其與一般概念、事實(shí)性知識(shí)的相互關(guān)系如圖2。

圖2 “細(xì)胞的生活”（第 1課時(shí)）概念圖

分析重要概念及其與一般概念、事實(shí)性知識(shí)的相互關(guān)系，使得教師明確本課時(shí)教學(xué)重點(diǎn)是“細(xì)胞的生活需要物質(zhì)和能量”這一重要概念。為此，需要以構(gòu)建“細(xì)胞中的物質(zhì)可以分為無機(jī)物和有機(jī)物兩大類”“細(xì)胞膜控制物質(zhì)的進(jìn)出”“葉綠體和線粒體是細(xì)胞的能量轉(zhuǎn)換器”等概念為基礎(chǔ)。同時(shí)應(yīng)促進(jìn)學(xué)生進(jìn)一步建立“細(xì)胞是生命活動(dòng)的基本結(jié)構(gòu)和功能單位”的認(rèn)識(shí)與“生物體結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)”的生物學(xué)觀點(diǎn)。以便確定本課時(shí)教學(xué)目標(biāo)與學(xué)生的學(xué)習(xí)任務(wù)。

1.3 學(xué)情分析 學(xué)生已具有動(dòng)、植物細(xì)胞的基本結(jié)構(gòu)與“細(xì)胞是構(gòu)成生物體的基本單位”的認(rèn)識(shí)。初步具有發(fā)現(xiàn)問題、提出問題、作出假設(shè)或推測、觀察、探究等技能。

由于學(xué)生缺乏有關(guān)物質(zhì)的組成、性質(zhì)、分類與能量形式及其相互轉(zhuǎn)換等知識(shí)，因此重要概念“細(xì)胞的生活需要物質(zhì)和能量”及“細(xì)胞中的物質(zhì)可以分為無機(jī)物和有機(jī)物兩大類”“細(xì)胞膜控制物質(zhì)的進(jìn)出”“葉綠體和線粒體是細(xì)胞的能量轉(zhuǎn)換器”等概念是學(xué)生的學(xué)習(xí)難點(diǎn)。需要利用觀察實(shí)驗(yàn)、演示實(shí)驗(yàn)、多媒體動(dòng)畫及真實(shí)的問題情境等，引導(dǎo)學(xué)生觀察、實(shí)驗(yàn)、討論與論證，多感官配合，促進(jìn)構(gòu)建、理解重要概念，提高論證探究能力。

2 教學(xué)目標(biāo)設(shè)計(jì)

1）知識(shí)目標(biāo)：①說出細(xì)胞中物質(zhì)的種類及細(xì)胞膜具有控制物質(zhì)進(jìn)出的功能，并說明細(xì)胞的生活需要物質(zhì)。②說出線粒體和葉綠體是細(xì)胞的能量轉(zhuǎn)換器，并說明細(xì)胞的生活需要能量。③闡明細(xì)胞是生命活動(dòng)的基本結(jié)構(gòu)和功能單位。

2）能力目標(biāo)：通過觀察實(shí)驗(yàn)、演示實(shí)驗(yàn)及微課預(yù)習(xí)，嘗試使用類比、推理、論證等方法。

3）情感態(tài)度與價(jià)值觀目標(biāo)：認(rèn)同生物體結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的的生物學(xué)觀點(diǎn)。

設(shè)計(jì)清晰的教學(xué)目標(biāo)，既有利于學(xué)生明確學(xué)習(xí)要求，也有利于教師設(shè)計(jì)相應(yīng)的學(xué)習(xí)任務(wù)、評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)、選擇合適的教學(xué)方法，彰顯教學(xué)為學(xué)生學(xué)習(xí)服務(wù)的教育理念。

3 學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)

3.1 學(xué)習(xí)任務(wù)

1）以2人為小組完成觀察橘子實(shí)驗(yàn)和花生印油跡實(shí)驗(yàn)。通過小組討論，推測：①橘子皮細(xì)胞中存在哪些物質(zhì)？②花生細(xì)胞中存在哪些物質(zhì)？

2）觀察花生燃燒演示實(shí)驗(yàn)。小組討論、說明產(chǎn)生實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的原因，并嘗試總結(jié)“細(xì)胞中物質(zhì)的類型與特性”。

3）小組討論、分析浸泡在冷水中的莧菜和浸泡在沸水的莧菜有何不同？并說明理由。

4）根據(jù)課前學(xué)習(xí)的“細(xì)胞的能量轉(zhuǎn)換器”的微課，小組討論：①能量有哪些形式？能量是如何轉(zhuǎn)換的？②人體細(xì)胞所需的能量來自哪里？為什么？③“葉綠體是植物細(xì)胞的能量轉(zhuǎn)換器，線粒體則是動(dòng)物細(xì)胞的能量轉(zhuǎn)換器”，正確嗎？請(qǐng)說明理由。

開展上述4項(xiàng)小組論證探究活動(dòng)時(shí)，要對(duì)本組主張進(jìn)行辯護(hù)、對(duì)他組不同主張進(jìn)行質(zhì)疑，并修正、完善主張。

3.2 論證探究活動(dòng)評(píng)價(jià)

表1 論證探究活動(dòng)評(píng)價(jià)單

學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)能幫助學(xué)生明確本課時(shí)要學(xué)習(xí)什么、發(fā)現(xiàn)自己學(xué)習(xí)與目標(biāo)要求的差距。同時(shí)有利于教師收集學(xué)生是否達(dá)成教學(xué)目標(biāo)的證據(jù)，使得教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)與組織聚焦于教學(xué)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，促進(jìn)目標(biāo)、評(píng)價(jià)及教學(xué)相一致，這也是逆向教學(xué)設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn)與歸宿。

4 教學(xué)組織策略選擇

根據(jù)學(xué)生實(shí)際水平，借鑒美國當(dāng)代著名思想家圖爾敏（Toulmin，1922—2009）提出的 TAP 模式［3］，設(shè)計(jì)與實(shí)施論證探究活動(dòng)如圖3。旨在促進(jìn)學(xué)生基于資料提出主張、應(yīng)用論據(jù)相互質(zhì)疑與辯護(hù)并修正主張，通過批判性思考、小組討論，構(gòu)建、理解與應(yīng)用科學(xué)概念。

圖3 論證探究活動(dòng)一般過程

5 教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)

5.1 新課導(dǎo)入 指導(dǎo)學(xué)生觀看《細(xì)胞的生活》視頻，讓學(xué)生初步了解細(xì)胞生活時(shí)要進(jìn)行物質(zhì)的吸收、運(yùn)輸、合成及分解，能量的轉(zhuǎn)換、利用，信息的轉(zhuǎn)錄、表達(dá)；體驗(yàn)“細(xì)胞的生活是物質(zhì)、能量和信息變化的統(tǒng)一”觀點(diǎn)，蘊(yùn)含、滲透“細(xì)胞是生物體結(jié)構(gòu)與功能的基本單位”這一生物學(xué)概念與思想，從而導(dǎo)入本節(jié)課的學(xué)習(xí)。

5.2 論證探究“細(xì)胞生活需要物質(zhì)” “細(xì)胞生活需要物質(zhì)”是本課時(shí)學(xué)習(xí)重點(diǎn)與難點(diǎn)。為此引導(dǎo)學(xué)生開展觀察、實(shí)驗(yàn)、討論、推測等論證探究活動(dòng)，使其能夠說出細(xì)胞中物質(zhì)的種類，說明細(xì)胞的生活需要物質(zhì)。

5.2.1 觀察橘子實(shí)驗(yàn) 要求學(xué)生2人為一組開展觀察橘子實(shí)驗(yàn)：①剝開橘子，擠壓橘子皮，感受氣味的變化。②推測橘子皮細(xì)胞中存在哪些物質(zhì)？

通過觀察橘子實(shí)驗(yàn)，學(xué)生感受到教室里彌漫著橘子特有的香味，為構(gòu)建“物質(zhì)由分子組成的”認(rèn)識(shí)埋下“伏筆”。學(xué)生小組討論后推測橘子皮細(xì)胞細(xì)胞中可能存在水及有香味的物質(zhì)。鑒于學(xué)生水平，教師指導(dǎo)學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、生活經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行推測，讓學(xué)生了解“細(xì)胞中存在多種物質(zhì)”，為后續(xù)的推測與“細(xì)胞中有機(jī)物和無機(jī)物的類型與特點(diǎn)”的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。

5.2.2 紅墨水?dāng)U散演示實(shí)驗(yàn) 引導(dǎo)學(xué)生觀察紅墨水?dāng)U散演示實(shí)驗(yàn)、觀察分子運(yùn)動(dòng)動(dòng)畫。通過形象、生動(dòng)的演示實(shí)驗(yàn)與動(dòng)畫，學(xué)生直觀地了解物質(zhì)是由分子組成的，分子是不斷運(yùn)動(dòng)的，以彌補(bǔ)相應(yīng)化學(xué)知識(shí)的不足。

5.2.3 花生印油跡實(shí)驗(yàn)與花生燃燒演示實(shí)驗(yàn)學(xué)生2人一組，在干凈的白紙上按壓干燥的花生瓣，進(jìn)行花生印油跡實(shí)驗(yàn)。小組討論、推測花生細(xì)胞中存在哪些物質(zhì)？學(xué)生討論后，產(chǎn)生2種推測：①認(rèn)為花生細(xì)胞中存在脂質(zhì)和水；②認(rèn)為存在脂質(zhì)。教師指出：生物學(xué)是一門科學(xué)，要求通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證推測是否正確。

接著，教師用鑷子夾取一顆干燥的花生置于酒精燈火焰上燃燒。要求學(xué)生觀察、小組討論：觀察到什么現(xiàn)象？請(qǐng)說明原因？仔細(xì)觀察的學(xué)生發(fā)現(xiàn)干燥花生置于酒精燈火焰上燃燒片刻后，有液體滴落，引起火焰劇烈燃燒并發(fā)出“噼噗”聲響。同時(shí)，花生由磚紅色變成黑色，最后呈現(xiàn)灰白色，燃燒停止。小組討論后產(chǎn)生2種不同的主張：1）認(rèn)為干燥花生燃燒后滴落的液體是水；2）認(rèn)為主要是脂質(zhì)。雙方展開質(zhì)疑與辯護(hù)，分別陳述各自的論據(jù)。例如后者以生活經(jīng)驗(yàn)和已有的科學(xué)知識(shí)為論據(jù)，認(rèn)為水是不能助燃的，而干燥花生燃燒后滴落的液體能引起火焰劇烈燃燒，可見是脂質(zhì)。在教師的指導(dǎo)下，學(xué)生全面分析花生燃燒時(shí)的顏色變化，形成“細(xì)胞中的物質(zhì)可以分為水、氧氣和無機(jī)鹽等無機(jī)物和糖類、脂質(zhì)、蛋白質(zhì)和核酸等有機(jī)物兩大類”的認(rèn)識(shí)，以此克服學(xué)生缺乏相關(guān)化學(xué)知識(shí)而產(chǎn)生的困難，為建立“細(xì)胞的生活需要物質(zhì)”奠定知識(shí)基礎(chǔ)，同時(shí)讓學(xué)生知道科學(xué)重視實(shí)證。

5.3 論證探究“細(xì)胞膜控制物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞” 細(xì)胞膜的功能是本課時(shí)學(xué)習(xí)的重點(diǎn)與難點(diǎn)，通過創(chuàng)設(shè)真實(shí)的、生活情境中的問題，讓學(xué)生在分析問題、解決問題中構(gòu)建、理解與應(yīng)用“細(xì)胞膜控制物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞，并使得細(xì)胞擁有較穩(wěn)定的內(nèi)部環(huán)境”這一概念，強(qiáng)化“細(xì)胞的生活需要物質(zhì)”的認(rèn)識(shí)。

5.3.1 觀察、比較圖片 指導(dǎo)學(xué)生觀察分別浸泡在冷水和沸水中莧菜的圖片，思考、討論：浸泡在冷水中的莧菜和浸泡在沸水的莧菜有何不同？并嘗試說明原因。

學(xué)生觀察后發(fā)現(xiàn)，浸泡在冷水中的莧菜直挺，水的顏色不變。浸泡在沸水中的莧菜萎縮了，水變紅色。但學(xué)生說不出原因。以此激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)細(xì)胞膜功能的興趣與好奇心。

5.3.2 觀察“細(xì)胞膜控制物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞”動(dòng)畫 指導(dǎo)學(xué)生觀察“細(xì)胞膜控制物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞”動(dòng)畫，教師分析、講解細(xì)胞膜的功能。通過形象、生動(dòng)的動(dòng)畫，學(xué)生直觀地了解細(xì)胞膜具有控制物質(zhì)進(jìn)、出細(xì)胞，并使得細(xì)胞擁有較穩(wěn)定的內(nèi)部環(huán)境等功能。

5.3.3 討論、論證 教師再次呈現(xiàn)浸泡在冷水中的莧菜和浸泡在沸水的莧菜的圖片，要求學(xué)生討論、說明浸泡在冷水中的莧菜和浸泡在沸水的莧菜有所不同的原因。

學(xué)生小組討論后嘗試分析：浸泡在冷水中的莧菜，其細(xì)胞膜能夠控制物質(zhì)進(jìn)出，故水的顏色不變，莧菜直挺。沸水破壞了莧菜細(xì)胞膜，導(dǎo)致其細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)流出，使得水變成紅色。教師指導(dǎo)學(xué)生得出：“活細(xì)胞的細(xì)胞膜控制物質(zhì)進(jìn)出”的主張。再次回到原先創(chuàng)設(shè)的問題情境中，目的是引導(dǎo)學(xué)生以新學(xué)習(xí)的概念為論據(jù)，論證探究生活中的生物學(xué)現(xiàn)象，加深對(duì)“細(xì)胞膜控制物質(zhì)進(jìn)出”的認(rèn)識(shí)。

5.4 論證探究“細(xì)胞生活需要能量” “細(xì)胞生活需要能量”是本課時(shí)的學(xué)習(xí)重點(diǎn)與難點(diǎn)，同時(shí)為了節(jié)約有限的課堂教學(xué)時(shí)間，要求學(xué)生課前學(xué)習(xí)“細(xì)胞的能量轉(zhuǎn)換器”的微課。課堂教學(xué)時(shí)，針對(duì)學(xué)生微課學(xué)習(xí)產(chǎn)生的疑惑與前科學(xué)概念，創(chuàng)設(shè)問題情境，①能量有哪些形式？能量是如何轉(zhuǎn)換的？②人體細(xì)胞所需的能量來自哪里？為什么？③“葉綠體是植物細(xì)胞的能量轉(zhuǎn)換器，線粒體則是動(dòng)物細(xì)胞的能量轉(zhuǎn)換器”，正確嗎？說明理由。

教師提供有關(guān)能量及其相互轉(zhuǎn)換、有關(guān)食物的圖片，幫助學(xué)生舉例說出能量有熱能、光能、化學(xué)能等形式，它們可以相互轉(zhuǎn)換。學(xué)生小組討論后，對(duì)人體細(xì)胞所需的能量來源產(chǎn)生2種主張：①認(rèn)為 “人體細(xì)胞所需的能量來自食物中的有機(jī)物”，②認(rèn)為“人體細(xì)胞所需的能量來自太陽能”。學(xué)生分別以生活經(jīng)驗(yàn)“進(jìn)食后，人就恢復(fù)體力、有精神了”與已學(xué)過的“植物是生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)者”這一重要概念為論據(jù)進(jìn)行相互的質(zhì)疑與辯護(hù)，達(dá)成“人體細(xì)胞所需的能量來自太陽能”的共識(shí)，并認(rèn)識(shí)到“細(xì)胞生活需要能量”。教師組織學(xué)生再次觀看有關(guān)“細(xì)胞的能量轉(zhuǎn)換器”的微課視頻，指導(dǎo)學(xué)生討論、分析：植物細(xì)胞中的葉綠體能將光能轉(zhuǎn)變成化學(xué)能，并將化學(xué)能儲(chǔ)存在所制造的糖類等有機(jī)物中。動(dòng)物細(xì)胞是靠線粒體實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換的。進(jìn)一步明確葉綠體是植物細(xì)胞特有的細(xì)胞器，動(dòng)物細(xì)胞沒有葉綠體。動(dòng)、植物細(xì)胞都有線粒體。由此，學(xué)生意識(shí)到“葉綠體是植物細(xì)胞的能量轉(zhuǎn)換器，線粒體則是動(dòng)物細(xì)胞的能量轉(zhuǎn)換器”的認(rèn)識(shí)是錯(cuò)誤的，應(yīng)修正為 “葉綠體和線粒體是植物細(xì)胞的能量轉(zhuǎn)換器，動(dòng)物細(xì)胞的能量轉(zhuǎn)換器是線粒體”，從而構(gòu)建和理解“細(xì)胞生活需要能量”這一重要概念。

最后，通過課堂練習(xí)不僅幫助學(xué)生理解與應(yīng)用“細(xì)胞的生活需要物質(zhì)和能量”重要概念與“細(xì)胞膜控制物質(zhì)的進(jìn)出”“葉綠體和線粒體是細(xì)胞的能量轉(zhuǎn)換器”等概念，明確細(xì)胞的生活靠細(xì)胞各結(jié)構(gòu)的分工合作。更重要的是促進(jìn)學(xué)生建立“細(xì)胞是生命活動(dòng)的基本結(jié)構(gòu)和功能單位”的認(rèn)識(shí)與“生物體結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)”的生物學(xué)觀點(diǎn)。

6 教學(xué)反思

本課時(shí)對(duì)教與學(xué)雙方皆是難度較大且重要的內(nèi)容，由于能夠深入分析教學(xué)內(nèi)容的知識(shí)類型、根據(jù)學(xué)生認(rèn)知水平、圍繞重要概念與學(xué)生學(xué)習(xí)難點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)生開展觀察、實(shí)驗(yàn)、討論、推理、質(zhì)疑與辨駁等論證探究活動(dòng)，并提供充足的學(xué)習(xí)資源、創(chuàng)設(shè)真實(shí)的問題情境，幫助學(xué)生逐一化解學(xué)習(xí)難點(diǎn)。分析學(xué)生對(duì)論證探究活動(dòng)的自評(píng)、互評(píng)及其完成學(xué)習(xí)任務(wù)情況可發(fā)現(xiàn)，絕大多數(shù)學(xué)生能夠達(dá)成預(yù)期的教學(xué)目標(biāo)。今后教學(xué)中應(yīng)加強(qiáng)組建論證學(xué)習(xí)共同體、制定論證學(xué)習(xí)規(guī)則等論證探究活動(dòng)的組織策略研究與實(shí)施，并根據(jù)學(xué)生實(shí)際水平、教學(xué)具體內(nèi)容與教學(xué)目標(biāo)，循序漸進(jìn)地提高論證探究活動(dòng)的要求與難度，切實(shí)發(fā)揮論證教學(xué)促進(jìn)學(xué)生習(xí)得科學(xué)概念、提高論證探究能力、體驗(yàn)科學(xué)方法、發(fā)展批判性思維等教育價(jià)值。

［1］葉海龍.逆向教學(xué)設(shè)計(jì)簡論.當(dāng)代教育科學(xué)，2014（4）:23.

［2］張穎之，劉恩山.科學(xué)教育中科學(xué)教學(xué)內(nèi)容知識(shí)的結(jié)構(gòu).課程·教材·教法，2013（10）:47.

［3］楊寧芳.圖爾明論證邏輯思想研究.北京：人民教育出版社，2012：80.

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