對《誰選擇了它們》一課的探索

《誰選擇了它們》一課教學的主要目的是讓學生感受環境與生物多樣性之間的關系。教材包括三個部分：青蛙的去與留、大自然選擇了它們、選擇改變著生物。其中第二部分呈現了三只狐貍的圖片、伯格曼法則和艾倫推理的內容，并要求用模擬實驗驗證?；液钤诿乐拗胁?，紅狐生活在美洲南部，北極狐生活在寒冷的北極。將它們的身體特征與生活的環境聯系起來，會發現它們的身體特征呈現出一種規律性的變化：愈冷的地方，狐貍個體就愈大，而且愈接近圓形，并且鼻子、耳朵、腿等暴露在外部的器官就越小（伯格曼法則和艾倫推理）。從觀察這樣一個有趣的現象入手，引領學生觀察、思考、推測，并通過模擬實驗驗證自己的推測，幫助他們確認體型大而圓的動物降溫慢這一事實，進一步構建“不同的環境造就了多樣的生物”的認識。

教材提示了模擬實驗方法：選擇2個大小不同的球形燒瓶，1個與大燒瓶體積相近的細而長的量筒，3支溫度計。在3個容器內同時倒入同樣溫度的熱水，用溫度計測量，觀察哪個容器中的水溫降得慢。

《義務教育小學科學課程標準》提出，教師應指導學生通過觀察、調查、實驗等多種途徑，認識生物體的形態、結構和功能的關系以及生物與生物、生物與環境的相互作用等，學習科學探究的基本方法。 那么，如何設計模擬實驗，有效地達成本課的教學目標呢？

依據資料，提出猜想

在這節課中，我們設計了兩次猜想，層層遞進，為模擬實驗的設計做好鋪墊。

學生先匯報課前搜集的棕熊和北極熊資料，并且分析比較，發現北極熊體更長、身更重，頭部較長而臉小、耳小。由于學生已經知道北極熊生活在寒冷的地方，能推想出寒冷地方的動物體型大、脂肪厚、器官小，便于保溫，這是第一次猜想。

再觀察比較三只狐貍的圖片，發現其不同特征，推測它們的生活環境，推想出體型大而圓的北極狐是北極動物，這是第二次猜想。

然后，教師呈現伯格曼法則和艾倫推理：同一種生物，越冷的地方個體就越大，身體越接近圓形；并且鼻子、耳朵、腿等暴露在外部的器官就越小。學生針對三種狐貍的體型和生活環境，結合桌上擺放的實驗材料（大小燒瓶、量筒、溫度計等）設計模擬實驗，驗證體型大而圓的動物降溫慢這一事實（如圖1）。

設計模擬實驗，進行科學論證

為了做到模型與原型近似、實驗數據準確，我們從三個方面入手。

一是尋找三種合適的實驗容器。小學實驗室儀器有限，最理想的圓形燒瓶沒有，中學有100 mL和500 mL的，但不夠分組用。我們只好借助實驗室現有儀器，把200 mL和400 mL的平底燒瓶都裝滿水，由于400 mL的平底燒瓶插入溫度計后滿水量是380 mL，所以500 mL的量筒也要裝380 mL水。

二是盡量創造相同的實驗條件。教師在課前向三個燒杯中同時倒入同一個暖瓶的水（80 ℃不致燙傷），加蓋，等到實驗時水溫保持在五六十度。實驗時，引導學生關注相同因素。三個學生同時將水倒入三個容器，為了減少量筒嘴的漏氣誤差，用透明膠帶封口，再放上自制的溫度計測溫盤架，同時插入溫度計，觀測初始溫度，之后觀測溫度變化，最后比較溫度差，這樣就保證了方法和數據的科學性。

三是建立模型與原型之間的聯系。首先要明確模型與原型的關系，增強模擬實驗的可信度。學生討論后認為，要用裝水的大平底燒瓶模擬北極狐，裝水的小平底燒瓶模擬灰狐，裝水的量筒模擬紅狐。小平底燒瓶和大平底燒瓶對比，量筒也和大平底燒瓶對比，形成兩兩比較。學生通過比較，發現大平底燒瓶里的水比小平底燒瓶里的水降溫慢，大平底燒瓶里的水也比量筒里的水降溫慢，說明大平底燒瓶保溫性強。然后將實驗結果外推到三只狐貍上，說明北極狐的體型降溫慢易保溫。最后，通過模型找出原型的規律，驗證了體型大而圓的動物更能保溫的伯格曼法則。

課后，根據一些教師的建議，我們在下一節課改用裝滿水的100 mL、500 mL的球形燒瓶和500 mL的量筒進行模擬實驗，容器更科學，水量都加滿，兩兩對比，實驗數據更有說服力。

創新教具，確保數據精準

為了確保溫度測量的精準，除了控制好實驗變量之外，還要排除反復操作溫度計帶來的誤差。我們自制了溫度計測溫盤架：比照實驗室500 mL的燒瓶，做一個直徑10 cm的透明圓盤，圓心打直徑為5 mm的孔，在溫度計上套一個直徑為5 mm的橡膠圈，將溫度計豎直插入圓孔（膠圈貼緊圓盤），再插入容器（圓盤貼實瓶口膠帶），溫度計穩穩豎立，不會觸碰杯壁和杯底（如圖2）。這樣，便于隨時觀察和讀數，解決了操作頻繁、瓶口散熱程度不同、溫度計難以放置、讀數不準的問題，節省了操作時間和精力，增強了實驗的準確性，使實驗更加科學有效。

此教具還能夠應用于“連續測量水溫的變化”“水在什么溫度結冰”“測量冰塊融化時的溫度”等探究活動。

學生的科學探究離不開材料的支持，精心設計的教具、學具可以幫助學生更好地理解抽象難懂的科學知識，體驗科學探究過程，激發學習熱情，啟迪思維。學生身邊易獲取、成本低的材料應當成為科學探究材料的首選。

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