在概念教學中培育學生的科學思維素養

王瓊輝

摘 要：文章以“細胞生活的環境”教學為例，從教學內容分析、學情分析、教學過程和教學反思等方面展示筆者在高中生物的概念教學中是如何培育學生的科學思維核心素養的。

關鍵詞：科學思維;生物學科核心素養;概念教學

中圖分類號：G633.91 文獻標識碼：A 收稿日期：2020-09-05 文章編號：1674-120X（2020）31-0094-02

一、教學內容分析

“細胞生活的環境”是必修三第1章第1節的內容，包括細胞生活在細胞外液中、細胞外液的成分、細胞外液的滲透壓與酸堿度、內環境是細胞與外界環境進行物質交換的媒介四部分內容，是學習第2節“內環境穩態的重要性”的基礎，也是學習第二章“動物和人體生命活動的調節”的基礎。但本節內容抽象、復雜。為了幫助學生理解上述概念，在本節課教學中，將“體內細胞生活在細胞外液中”和“內環境是細胞與外界環境進行物質交換的媒介”“細胞外液的成分”和“細胞外液的滲透壓與酸堿度”內容分別進行整合。

二、學情分析

（一）學生學習的知識、經驗、技術基礎

對“單細胞生物的生活環境，血細胞生活在血漿中，血漿的基本成分”等內容，學生在初中階段已經有了一定的認識。比如，手、腳等部位有時候會磨出“水泡”，“體內細胞離開了適合生存的環境就會死亡，人體體溫的相對穩定及其重要性，人體需要攝入營養物質、氧氣和水，排除廢物”等內容，學生也有一定的認識。這些已有的知識和經驗，盡管比較淺顯，但有利于構建“內環境”和“穩態”的概念。學生經過初中階段的學習，對“人體內幾大系統的功能”也有了基本的認識。在此基礎上，結合圖示，總結出內環境是如何與外界環境進行物質交換的并不難。有關細胞生活的環境，和必修1中“細胞的物質輸入和輸出”等內容有密切聯系。學生通過必修1和必修2的學習，科學思維有了進一步的發展，能運用歸納和概括、模型和建模等思維方法進行生物學科的學習。

（二）學生在學習過程中遇到的困難

高二學生還沒有學習“物質的水解”和“電離化學平衡基礎知識”這部分內容;資料分析、圖形整合能力還有待于提高;部分學生的課堂學習仍停留在淺表層次，以完成外在任務、避免懲罰為取向，以機械記憶和反復操練為主，缺少深度思維加工。學生的學習成果多以識記和記憶為主，難以遷移和深化。

三、教學過程

（一）導入新課

（1）教師活動：多媒體展示本章題圖的三張圖片，啟發學生思考本章題圖中的問題，得出在復雜多變的環境中，人體通過自身調節來維持體內部環境的相對穩定，為體內的細胞提供了穩定而適宜的存活條件。（引出本章）生物個體生活的環境復雜多變，最基本的生命系統——細胞的生活環境是怎樣的呢？（引出本節）

（2）學生活動：觀看媒體展示，思考并回答問題。

（3）設計意圖：讓學生進入學習情境，激發學生的學習熱情。

（二）體內細胞生活在細胞外液中

（1）教師活動：單細胞生物和多細胞生物體的細胞生活環境是不同的，單細胞生物直接生活在外界環境中，多細胞生物體內的細胞生活在什么樣的環境中？我們以草履蟲和人體為例來認識細胞生活的環境。出示裝有血液（已分層）和草履蟲培養液的試管，再展示草履蟲和人體血細胞的圖片，提問：①我們看到的都是什么細胞？②它們分別生活在什么樣的環境中？兩者的生活環境有何異同？③哪種細胞生活的液體環境更為穩定？教師補充血液與血漿的區別和聯系。

（2）學生活動：觀察、思考后回答“草履蟲是單細胞生物，生活在水中。血細胞生活在血漿中。草履蟲生活在外界環境中，可直接與外界進行物質交換。血細胞不能直接與外界進行物質交換，只能與血漿進行物質交換。兩者都是液體環境，血漿更穩定。”

（3）設計意圖：從生命系統的個體層次和細胞層次來認識不同層次的生命系統的生活環境，在“細胞外液”和“生物進化”兩個核心概念間建立了聯系。

（三）內環境是細胞與外界環境進行物質交換的媒介

（1）教師活動：我們體內其他細胞生活在什么環境？我們體內細胞是如何通過這個環境與外界環境進行物質交換的？教師總結：①人體內大量以水為基礎的液體，叫體液。體液包括細胞外液和細胞內液，血漿、淋巴、組織液等組成細胞外液。②多媒體展示細胞與三種細胞外液物質交換的動畫，更直觀地展示了物質交換的過程。③從模型中歸納出三種細胞外液的聯系，得出全身的細胞外液是一個有機統一的整體，共同構成細胞生活的內環境。④點評學生構建細胞與外界進行物質交換的概念模型，并進一步整合為一個概念模型，讓學生體悟到模型是對認識對象的簡化描述。⑤師生一起總結內環境是細胞與外界進行物質交換的媒介。

（2）學生活動：認真閱讀教材P2-3的內容，嘗試構建人體細胞與外界環境的物質交換的概念模型，以及人體細胞外液各組分間關系的概念模型，交流討論并展示評價。

（3）設計意圖：根據學生的實際情況和目標導向設置一系列問題，問題難度應有梯度，以引發學生的深度學習并構建概念模型。形成細胞是通過內環境與外界環境進行物質交換的媒介，細胞外液是一個有機整體的生命觀念。這一設計是為了發展學生的科學思維。

（四）細胞外液的成分和理化性質

（1）教師活動：內環境作為細胞與外界物質交換的媒介，應該含有哪些物質？內環境與外界環境有哪些差別呢？多媒體展示P4血漿的化學組成。要求學生進行資料分析，思考和討論下列問題：①請將表中物質按化學性質分類并在表中標記出來。②除了表中所列成分外，你覺得血漿中還會有哪些成分？③血漿、淋巴和組織液是一個有機的統一整體，他們的成分完全相同嗎？如果有異議你能否給予合理的解釋？教師總結：血漿中90%為水，其余10%分別為無機鹽、蛋白質、各種營養物質、各種代謝產物、氣體等。組織液、淋巴的成分和含量與血漿相近，但又不完全相同，最主要的差別在于血漿還有較多的蛋白質。細胞外液本質上是一種鹽溶液，類似于海水，在一定程度上反映了生命起源于海洋。

（2）學生活動：分析P4血漿的化學組成，思考討論問題，交流并展示各組討論的結果，形成“細胞外液本質上是一種鹽溶液”的生命觀念。

（3）設計意圖：根據學生的實際情況和目標導向設置一系列問題，進行資料分析，幫助學生了解細胞外液的化學成分，理解細胞外液具有相對穩態的因素，如營養成分和代謝廢物等，為機體細胞提供適宜的生存環境。

（五）細胞外液的成分和理化性質

（1）教師活動：滲透壓是溶質分子對水分子的吸引力，其大小取決于溶液中溶質微粒的數目，即取決于單位體積中溶質的分子密度，而不是溶質的質量濃度。蛋白質雖然含量高（7%-9%）， 但是有機大分子物質，相對分子質量大，分子密度小。而無機鹽雖然質量濃度比蛋白質小（不到1%），但由于分子小，單位體積的血漿中分子密度卻要比蛋白質大得多。所以在維持血漿和血細胞之間滲透壓平衡的作用中，無機鹽的貢獻遠比蛋白質大得多。但是，對血漿與組織液之間的滲透壓平衡，無機鹽卻很難發揮作用。原因是無機鹽能夠自由地進出毛細血管，血漿和組織液的無機鹽濃度基本是一致的。而蛋白質卻不能輕易從血漿中進入組織液，因此，蛋白質的含量就成了血漿和組織液之間水分滲透方向的決定性因素。

（2）學生活動：細胞外液滲透壓的相對穩定是細胞正常生活的必要條件之一。學生思考討論問題，表達與交流：HCO3-和HPO42-通過水解與電離產生OH-和H+，分別是酸性物質和堿性物質反應，產生的物質可以通過呼吸系統和泌尿系統等排出體外。體溫的相對穩定是機體具有體溫調節機制，使體內產熱與散熱保持平衡，參與體溫調節的器官和系統有皮膚、肝臟、骨骼肌、神經系統、內分泌系統、呼吸系統等。

（3）設計意圖：結合化學知識、聯系舊知和生活體驗，初步形成內環境pH和溫度穩態的維持是多個器官、系統參與下完成的，理解內環境為機體細胞的生活提供了適宜的環境條件。細胞不僅依賴于相對穩定的內環境，也參與了內環境的形成與維持。

（六）課堂總結

（1）教師活動：通過多媒體顯示本節開篇題詩，并向學生提問：“學過這節內容后，你對這首詩有沒有更深的理解？”從宏觀到微觀，生命系統的各個層次都生存在一定的環境中，人體的內環境即細胞外液為機體細胞提供了適宜的生存環境，機體細胞通過內環境與外界環境進行物質交換。相對穩定的內環境是機體存活的條件。它讓每一個細胞分享，又靠所有細胞共建。生物圈是所有生物個體生存的環境，生物圈的相對穩定是所有生物的生存與發展必要條件，所以習總書記提出“綠色”發展理念;和諧穩定的國際環境是人類社會健康發展的前提，習總書記率先提出建立人類命運共同體的“共建共享”發展理念。

（2）學生活動：學生結合本節開篇題詩進行總結，并補充完成相關概念圖。

（3）設計意圖：歸納總結本節所學內容，讓學生理解并認同共享共建的理念。

四、教學反思

新課標的基本理念是：著眼學科核心素養，聚焦大概念，關注學生學習過程中的實踐經歷，以評價促進學生的學習與發展，用科學的觀點、知識、思維與方法解決現實生活中的某些問題。本節課正是在新課標的理念指引下設計的，在這節課上，學生的思維是活躍的，課堂是生動的，基本達到了筆者所期望的教學效果。

在教材內容處理方面，遵循學生認知規律，將“體內細胞生活在細胞外液中”與“內環境是細胞與外界環境進行物質交換的媒介”進行整合，以問題為導向，通過模型構建活動著重培養學生的科學思維方法。在教學方式上，通過創設情境，小組自主合作探究建模，以及教師精講點撥，來激發學生的學習興趣和積極性，最大限度地發揮學生的主體作用，從而有效地實現了本課的教學目標。

參考文獻：

[1]劉恩山，曹保義.普通高中生物學課程標準（2017年版）解讀[M].北京：高等教育出版社，2018.

[2]王玉紅.探究教學法做好高中生物教學[J].亞太教育，2015（4）：70.