基于單元教學培養學生科學思維的課堂教學初探

曾平 張秀珍

摘 要 以“穩態與調節”的單元教學為抓手，著力于其中的內環境、體溫調節、植物激素調節這三個課時的教學，完成構建內環境概念、感悟體溫調節過程、分析植物激素調節，層層遞進地培養學生的科學思維能力，促進學生生物學科核心素養的發展。

關鍵詞 單元教學 科學思維 生物學學科核心素養

科學思維是指尊重事實和證據，崇尚嚴謹和務實的求知態度，運用科學的思維方法認識事物，解決實際問題的思維習慣和能力。生命科學的科學思維是指能夠基于生命科學事實和證據，運用一些科學思維的方法，探討、闡釋生命現象及規律，審視或論證生命科學社會議題的能力。教學單元通常是依據學科教學內容和任務的不同而區分的，形式上又多以章、節來區分。而《普通高中生物學課程標準（2017年版）》提出了模塊化教學，如將人體的內環境與穩態、人和動物生命活動的調節以及植物激素的調節等內容歸納為一個模塊——穩態與調節。由此可知，模塊化教學與主題單元教學沒有本質差異。那么，如何在主題單元教學中培養學生的科學思維能力，促進學生生物學學科核心素養的發展？下面以“穩態與調節”這一主題單元的教學為例，為培養學生科學思維能力，進行了如下嘗試。

1 構建內環境概念，初步培養學生科學思維能力

內環境的概念非常抽象，學生往往較難理解。雖然《上海市高中生命科學學科教學基本要求（試驗本）》對該內容要求只有A級水平，但是如果學生對內環境的概念理解不清晰，將會對后續知識（如人體的體溫及其調節等）的學習造成不小的困難。因此，幫助學生構建內環境的大概念就顯得尤為重要。

教師先是展示衣藻和人神經元細胞的圖片，讓學生思考這兩種細胞的生活環境，引導學生答出衣藻的生活環境是水。但是，學生不能準確答出人神經元細胞的生活環境，一些學生猜測是不是也是水。此時，教師適時提出質疑：同學們不是坐在干燥的教室里學習嗎，怎么會提出人的細胞也生活在水環境中？你們的猜測有什么依據嗎？在激發學生思考的同時，教師再次展示神經元細胞圖片，設問：細胞的邊界是什么？它的基本組成及排列有什么特點？學生自然答出：細胞膜由磷脂組成磷脂雙分子層的基本骨架。這時，教師可以再引導學生思考回答神經元細胞的生活環境是水環境的依據。如果學生仍未理解細胞膜結構與細胞的生活環境的關聯時，教師可再進一步引導：細胞膜為什么會這么排列？學生就會茅塞頓開，分析出：因為磷脂的頭部親水，尾部疏水的特性，那么細胞膜是由磷脂雙分子層組成的基本骨架，并且是疏水的尾部被包裹在細胞膜的中間，親水的頭部排列在兩側。這就是細胞生活在水環境的證據嘛。同時，學生也知道了細胞內也是液體環境。學生也會產生疑問：為什么由細胞組成的人就能生活在干燥的環境中，而不是水環境中？教師簡單解釋：人體的表層是角質層，都是死細胞，起到隔絕和保護的功能。可以說，只要是活細胞，那一定是生活在水環境中的，然后教師給出體液、細胞內液、細胞外液及組成等概念，學生也就非常容易接受和理解了。在內環境各組成間的相互關系的教學中，教師給出內環境各組成含有的物質（表1），分別讓學生構建血漿與組織液、組織液與淋巴液、淋巴液與血漿的物質交換關系并說明原因。

學生依據表1，分析血漿與組織液、組織液與淋巴液、淋巴液與血漿之間的物質含量差異，推導出內環境物質交換關系（圖1）。然后，教師進一步引導學生總結出內環境與細胞內液和外界環境的關系（圖2），完成內環境這一概念的教學。

教師引導學生將熟悉的細胞膜結構與內環境的概念發生聯系，鋪設學習內環境概念的橋梁，進而使學生構建內環境中物質交換關系，完成內環境大概念的學習。通過內環境概念的構建過程，初步培養了學生的科學思維能力。

2 感悟體溫調節過程，深入培養學生科學思維能力

體溫調節在教學基本要求中為B級水平，要求學生能解釋寒冷環境和炎熱環境中人體體溫調節的機制。如何通過該課時的教學，深入培養學生科學思維能力，筆者進行了如下嘗試。

教師課前要求學生測量人體12h的體溫（每th測量一次，記錄數據），制得12h內人體體溫曲線，促進學生感悟人體體溫恒定的內涵：人體溫度是在小范圍波動，是保持動態平衡的穩定。然后，教師引導復習反射弧的基本結構，展示資料：科學家在實驗中發現，如果動物的下丘腦及其以下神經結構完整，動物具有維持體溫恒定的能力;如果破壞下丘腦，動物就不再具有維持體溫恒定的能力。教師引導學生推斷出調節體溫的主要中樞在下丘腦，再舉出生活實例：裸露的皮膚能感受到冷和熱，黏膜和內臟能感受到喝下的水是冷還是熱。教師引導學生理解溫度感受器的種類和分布，接著要求學生討論：炎熱環境下，你身體有哪些反應？學生能答出大量出汗、靜脈凸起等。教師肯定之余，適時引導學生完成炎熱環境下體溫的調節過程（圖3），進一步引導學生總結出：炎熱環境下體溫的調節機制是通過增加散熱來降低體溫。

教師提出問題：寒冷環境下，你身體有哪些反應？學生亦能答出不會出汗、起雞皮疙瘩、寒顫、皮膚上血管收縮等。教師引導學生結合炎熱環境下體溫調節過程，畫出寒冷環境下體溫調節機制。學生能準確答出：寒冷刺激，皮膚冷感受器將信號傳到下丘腦體溫調節中樞;然后，經傳出神經，引起汗腺分泌減少、皮膚血管收縮、立毛肌收縮產生雞皮疙瘩、骨骼肌不自主戰栗。但是，學生未能全面分析，忽略了激素也參與寒冷環境下的體溫調節。這時，教師及時提出：糖類物質的氧化分解產生的能量以熱量的形式散失，維持體溫的恒定。那么，新陳代謝的增加是否能有助于體溫的升高呢？能促進新陳代謝的甲狀腺激素和腎上腺素又是如何參與體溫的調節？教師引導學生完善自己書所畫寒冷環境下的體溫調節機制（圖4），進而引導學生總結出寒冷環境下機體通過增加產熱和減少散熱來維持體溫。

學生通過參與課前實驗，感悟體溫恒定的內涵，結合自身生活經歷，分析炎熱與寒冷環境下自身的身體反應，層層深入地剖析體溫調節過程，感悟人體的體溫調節機制，深入培養了學生的科學思維能力。

3 分析植物激素調節，進一步培養學生科學思維能力

植物激素的調節在教學基本要求中為B級水平，要求學生能認識生長素對植物生長發育的調節與適應環境的關系。如何通過分析生長素的調節，促進植物生長發育與適應環境的關系，進一步發展學生科學思維能力，筆者進行了如下嘗試。

教師先是引入了探究促進生根的最適生長素濃度的實驗的，展示柳條生根的實驗現象，給出實驗數據（表2）。

教師引導學生分析實驗數據，得出柳條生根數與生長素濃度的關系。為了更好地體現這一變化規律，引導學生依據表格中實驗數據畫出坐標曲線，以對照組數據為起點，得到植物的根對不同濃度生長素的反應曲線（圖5）。數形的轉化有利于學生分析實驗數據和發現科學規律。

教師指導學生根據圖5的變化趨勢，找出曲線關鍵節點（關鍵點A、B、C、D）并對相應節點的含義做出準確的判斷，分段描述曲線變化的含義。此時，學生自然得出植物生長素的兩重性特點：合適濃度的溶液生長素促進生長;超過合適濃度就抑制生長;過高濃度會使植物受害、死亡。

緊接著，教師展示校園一角的松樹照片以及樹木模型（圖6A），設置問題串：這棵樹的樹形是什么形狀？這在生命科學中是什么現象？在植物光的利用方面有什么意義？然后，引導學生畫出頂芽A點，側芽B、C點（圖6B），結合生長素的兩重性作用特點分析側芽B、C點的生長情況及原因，促進學生運用所學解決生活中實例的問題，提高問題分析、解決能力。

學生將數據轉化為曲線的過程，完成圖形轉換;教師引導學生對得到的曲線進行分析和關鍵節點的含義的準確判斷，達成理解生長素作用的兩重性特點的學習目標。教師以學生熟悉的實例，構建教學模型，運用生長素對植物的調節作用原理解釋頂端優勢的形成原因，培養了學生分析問題的能力、數型轉換的能力和解決實際問題的能力，進一步地促進了學生科學思維能力的發展。

4 小結

將人體的內環境與穩態、人和動物生命活動的調節以及植物激素的調節等內容歸納為一個主題單元——穩態與調節，以“穩態與調節”的單元教學為抓手，著力于其中的內環境、體溫調節、植物激素調節這三個課時的教學，完成構建內環境概念、感悟體溫調節過程、分析植物激素調節，層層遞進地培養學生的科學思維能力，促進學生核心素養的發展。

參考文獻：

[1]中華人民共和國教育部.普通高中生物學課程標準（2017年版）[s].北京：人民教育出版社，2018，1.

[2]林昭汝，陳秉初.高中生物學教學中單元教學目標的設計策略[J].生物學教學，2016，（II）：18-20.