“生物圈中的微生物”單元拓展探究教學(xué)設(shè)計(jì)*

陸心怡 高祥玉 朱曉燕

（1 南京師范大學(xué)教師教育學(xué)院 江蘇南京 210000 2 福建省南平市教師進(jìn)修學(xué)院 福建南平 353000）

《義務(wù)教育生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2011年版）》強(qiáng)調(diào)教師要幫助學(xué)生形成科學(xué)概念,發(fā)展科學(xué)探究能力。概念是理解其他信息的工具，能為學(xué)生在新情境下解決相關(guān)問(wèn)題奠定基礎(chǔ)；科學(xué)探究能力是學(xué)生探索世界本質(zhì)的必備能力之一。學(xué)生將所學(xué)的科學(xué)概念，在提出問(wèn)題、獲取信息、尋找證據(jù)、檢驗(yàn)假設(shè)、發(fā)現(xiàn)規(guī)律等主動(dòng)學(xué)習(xí)過(guò)程中加以運(yùn)用，是實(shí)現(xiàn)科學(xué)概念的深入理解、科學(xué)探究能力的進(jìn)一步提升的有效途徑。在真實(shí)的問(wèn)題情境中，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行知識(shí)的聯(lián)系與遷移；在思考的過(guò)程中，培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維，發(fā)展學(xué)生的科學(xué)探究能力，從而深化概念理解,全面提升學(xué)生生物學(xué)核心素養(yǎng)。在完成北師大版《生物學(xué)》8年級(jí)上冊(cè)“生物圈中的微生物”單元知識(shí)教學(xué)后，創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境，運(yùn)用本單元概念，通過(guò)推理線索、分析資料、整合數(shù)據(jù)等活動(dòng)進(jìn)行拓展探究,并靈活運(yùn)用實(shí)驗(yàn)結(jié)論交流相關(guān)觀點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)概念的“活學(xué)活用”和科學(xué)探究能力的進(jìn)一步發(fā)展。

1 教學(xué)背景分析

“生物圈中的微生物”位于北師大版《生物學(xué)》8年級(jí)上冊(cè)第18 章，包括“微生物在生物圈中的作用”和“微生物與人類的關(guān)系”2 節(jié)內(nèi)容。通過(guò)之前的學(xué)習(xí),學(xué)生已初步掌握科學(xué)探究的一般步驟和基本的原則、方法，例如控制變量、設(shè)置對(duì)照實(shí)驗(yàn)等；本章學(xué)習(xí)結(jié)束后，學(xué)生還建立了一些重要概念及下位的次要概念。以下為本章學(xué)習(xí)后，學(xué)生建立的重要概念（KC）和次要概念（SC）。學(xué)生將運(yùn)用這些概念和已有的科學(xué)探究能力進(jìn)行本節(jié)課的拓展探究,以期實(shí)現(xiàn)對(duì)這些概念的深入理解和探究能力的進(jìn)一步提升。

KC1 微生物通常個(gè)體微小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，在生物圈中分布廣泛。

SC1.1 微生物通常包括真菌、細(xì)菌、病毒等類群。

SC1.2 不同類型的微生物形態(tài)、結(jié)構(gòu)、繁殖方式各有不同。例如酵母菌主要通過(guò)出芽的方式進(jìn)行無(wú)性繁殖,霉菌和蘑菇通過(guò)無(wú)性和有性孢子進(jìn)行繁殖。

KC2 微生物在生物圈中有著不可替代的作用。

SC2.1 腐生性微生物屬于生態(tài)系統(tǒng)中的分解者。

SC2.2 寄生性微生物、腐生性微生物屬于生態(tài)系統(tǒng)中的消費(fèi)者。

SC2.3 有些微生物例如藍(lán)細(xì)菌、綠色硫細(xì)菌及硝化細(xì)菌等化能無(wú)機(jī)自養(yǎng)菌能利用光能或化學(xué)能將無(wú)機(jī)物轉(zhuǎn)變?yōu)閮?chǔ)能有機(jī)物,屬于生態(tài)系統(tǒng)中的生產(chǎn)者。

KC3 微生物與人類有著密切的關(guān)系。

SC3.1 有些微生物例如寄生在人體中的痢疾桿菌或被人誤食的黃曲霉、毒蘑菇，會(huì)使人患病。

SC3.2 微生物例如酵母菌、乳酸菌等廣泛應(yīng)用于發(fā)酵食品的生產(chǎn)及加工。

SC3.3 微生物例如放線菌等可產(chǎn)生抗生素，在醫(yī)藥工業(yè)中應(yīng)用廣泛。

SC3.4 微生物的應(yīng)用前景廣闊。

2 教學(xué)目標(biāo)

1）根據(jù)教師提供的麗麗生病的相關(guān)線索，運(yùn)用KC1 及SC1.1～SC1.2,初步判斷甘蔗變質(zhì)是霉菌感染引起的,實(shí)現(xiàn)對(duì)KC1 及SC1.1～SC1.2 的深入理解。

2）通過(guò)資料分析，設(shè)計(jì)“探究霉變甘蔗對(duì)小鼠胃粘膜損傷的影響”實(shí)驗(yàn)方案，進(jìn)一步發(fā)展科學(xué)探究能力。

3）通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的整合，運(yùn)用圖表方式表述實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

4）結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)果和結(jié)論，運(yùn)用KC2 及SC2.1～SC2.3、KC3 及SC3.1～SC3.4 進(jìn)行表達(dá)與交流，認(rèn)同微生物與人的密切關(guān)系,進(jìn)而深化對(duì)KC2 及SC2.1～SC2.3、KC3 及SC3.1～SC3.4 的理解。

3 教學(xué)過(guò)程

3.1 情境激趣，基于任務(wù)展開(kāi)新課教學(xué) 在課堂導(dǎo)入環(huán)節(jié)，創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境：麗麗生病了，請(qǐng)大家根據(jù)線索，結(jié)合所學(xué)的知識(shí)，找出麗麗生病的“真兇”。激發(fā)學(xué)生興趣，帶著任務(wù)進(jìn)行新課學(xué)習(xí)。

3.2 呈現(xiàn)線索，復(fù)習(xí)舊知提出合理假設(shè) 教師出示依據(jù)觀察到的現(xiàn)象而獲得的一系列線索,提出問(wèn)題：根據(jù)以下線索思考，麗麗生病的原因可能是什么？

線索1：麗麗口渴的時(shí)候在學(xué)校旁邊的飲品店買(mǎi)了一杯甘蔗汁，回家以后，麗麗出現(xiàn)了惡心、嘔吐的癥狀。

線索2：醫(yī)生診斷麗麗是急性食物中毒。前兩天也發(fā)現(xiàn)了一起食用甘蔗后出現(xiàn)了惡心、嘔吐癥狀的病例，而且癥狀比麗麗嚴(yán)重。

線索3：麗麗的爸爸找到了飲品店制作甘蔗汁所用的甘蔗，發(fā)現(xiàn)這些甘蔗瓤部比正常甘蔗深，呈棕紅色，并且散發(fā)出霉味。

線索4：麗麗的爸爸帶著變質(zhì)的甘蔗到有關(guān)部門(mén)檢測(cè)，工作人員將甘蔗制成裝片在鏡下觀察，發(fā)現(xiàn)甘蔗細(xì)胞被長(zhǎng)長(zhǎng)的菌絲感染了,鑒定結(jié)果顯示，這是一種霉菌，稱為節(jié)菱孢霉菌。工作人員提及,最近很多食用甘蔗的人都出現(xiàn)了不同程度的惡心、嘔吐癥狀。

出示顯微鏡下的菌絲圖片，學(xué)生根據(jù)線索，回憶KC1 及SC1.1～SC1.2、SC3.1，進(jìn)行推測(cè)：甘蔗瓤部成紅棕色，并發(fā)出霉味，可能是感染了真菌，真菌在代謝過(guò)程中產(chǎn)生毒素,麗麗喝了帶有毒素的甘蔗汁后，毒素對(duì)胃部造成傷害。

學(xué)生根據(jù)線索4 和SC1.2 進(jìn)行分析,鏡下觀察到甘蔗被霉菌感染，證明甘蔗確實(shí)發(fā)生了霉變；不同人食用甘蔗后，出現(xiàn)的癥狀程度不同，這可能與甘蔗霉變程度有關(guān)，進(jìn)而提出猜想：霉變甘蔗可能是麗麗生病的“真兇”，甘蔗霉變程度越大，毒性越大。

3.3 分析資料，小組合作設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案 教師出示以下資料，提示學(xué)生回顧7年級(jí)下冊(cè)中“探究酒精對(duì)水蚤的影響”活動(dòng)相關(guān)內(nèi)容，回顧科學(xué)探究基本步驟,引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注控制變量,減小誤差等環(huán)節(jié)，組織學(xué)生小組合作，制定實(shí)驗(yàn)計(jì)劃，完成探究報(bào)告。

資料：小鼠是實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)物質(zhì)毒性的常用動(dòng)物，科學(xué)家在檢驗(yàn)?zāi)撤N有毒物質(zhì)對(duì)胃部影響的時(shí)候，通常會(huì)在給小鼠服用有毒物質(zhì)一段時(shí)間后,制作并觀察胃部裝片，以此判斷小鼠胃粘膜損傷程度。

各小組分析材料，組內(nèi)合作，展示實(shí)驗(yàn)報(bào)告，通過(guò)小組間交流，確定最終實(shí)驗(yàn)計(jì)劃，并以表1的形式呈現(xiàn)實(shí)驗(yàn)計(jì)劃。

表1 “探究霉變甘蔗對(duì)小鼠胃粘膜損傷的影響”實(shí)驗(yàn)方案

3.4 整合數(shù)據(jù)，師生共同得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論 教師以文字形式給出實(shí)驗(yàn)結(jié)果：20 d 后,顯微鏡觀察小鼠胃粘膜的炎癥程度,統(tǒng)計(jì)每組中有炎癥感染的小鼠，發(fā)現(xiàn)低濃度組3 只，中濃度組5 只，高濃度組8 只，正常組1 只。布置任務(wù)：選擇合適的方法表達(dá)實(shí)驗(yàn)結(jié)果并嘗試得出結(jié)論。

學(xué)生經(jīng)思考與討論，繪制表2表示實(shí)驗(yàn)結(jié)果，得出結(jié)論：霉變甘蔗會(huì)對(duì)小鼠胃粘膜產(chǎn)生損傷，飼喂?jié)舛仍礁?，損傷越大。

表2 “探究霉變甘蔗對(duì)小鼠胃粘膜損傷的影響”實(shí)驗(yàn)結(jié)果［1］

3.5 回歸生活，深化概念培養(yǎng)批判性思維 教師回歸情境,提出問(wèn)題：有關(guān)部門(mén)要求商家進(jìn)行賠償，可是商家卻拒絕處罰，解釋在制作甘蔗果汁的時(shí)候，已經(jīng)將甘蔗變質(zhì)的部分切除了，為什么還會(huì)“有毒”？

學(xué)生提出解決方案,應(yīng)該將甘蔗變質(zhì)的那部分切去后榨得的甘蔗果汁送去鏡檢,觀察是否含有節(jié)菱孢霉菌感染，以獲得證據(jù)。如果檢測(cè)結(jié)果顯示有菌絲,則可說(shuō)明甘蔗邊緣部分雖然看起來(lái)顏色正常，但細(xì)胞已經(jīng)被菌絲感染，霉菌釋放毒素，會(huì)對(duì)胃粘膜造成損傷，是不能食用的。

教師再次提出問(wèn)題：微生物可釋放毒素，對(duì)人體產(chǎn)生危害；還會(huì)導(dǎo)致食品腐敗等，微生物對(duì)人類而言都是有害的嗎？

學(xué)生根據(jù)KC2 及SC2.1～SC2.3、KC3 及SC3.1～SC3.4，進(jìn)行交流與討論，進(jìn)一步理解微生物在生物圈中不可替代的作用及與人類的密切關(guān)系。

4 小結(jié)與反思

4.1 基于新情境的復(fù)習(xí)教學(xué)，有利于發(fā)展學(xué)生思維,達(dá)成概念的結(jié)構(gòu)化 對(duì)概念的認(rèn)知和學(xué)習(xí)是一個(gè)不斷發(fā)展的過(guò)程［2］，而能力需要學(xué)生親歷探究過(guò)程才有可能得到提升。例如在 “提出合理假設(shè)”環(huán)節(jié)，教師引導(dǎo)學(xué)生觀察，利用鏡檢圖片，啟發(fā)學(xué)生回顧圖片中的菌絲符合哪一類微生物的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),讓學(xué)生根據(jù)這些線索,聯(lián)系所學(xué)過(guò)的知識(shí)，提出假設(shè)。學(xué)生因?yàn)橛星懊鎸W(xué)習(xí)的概念基礎(chǔ)，大多能順利完成學(xué)習(xí)要求。這個(gè)過(guò)程既復(fù)習(xí)了微生物的分類、結(jié)構(gòu)與功能相關(guān)內(nèi)容，又提供了新的情境，讓學(xué)生運(yùn)用已掌握的概念進(jìn)行分析、判斷，有效地促進(jìn)了學(xué)生對(duì)概念的深入理解。在“設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案”環(huán)節(jié)，教師聯(lián)系7年級(jí)下冊(cè)探究活動(dòng)，通過(guò)教材回顧，組織學(xué)生以小組為單位合作探究。這個(gè)過(guò)程對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)具有一定的挑戰(zhàn)性,教師通過(guò)學(xué)案上的示例為學(xué)生搭建支架,學(xué)生通過(guò)思考和討論，順利設(shè)計(jì)出科學(xué)的實(shí)驗(yàn)方案。這樣的活動(dòng)讓學(xué)生更深刻地認(rèn)識(shí)到在實(shí)驗(yàn)中控制變量、設(shè)置對(duì)照實(shí)驗(yàn)等方法的重要性,提高了科學(xué)思維水平和科學(xué)探究能力。在“整合數(shù)據(jù)”環(huán)節(jié)，給學(xué)生提供文字形式的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,引導(dǎo)學(xué)生回顧過(guò)往的實(shí)驗(yàn)報(bào)告呈現(xiàn)方式，學(xué)會(huì)用數(shù)學(xué)方法進(jìn)行表達(dá)，讓他們認(rèn)識(shí)到數(shù)據(jù)的呈現(xiàn)形式是多樣的。在“拓展交流”環(huán)節(jié)，教師提出開(kāi)放性問(wèn)題，促進(jìn)學(xué)生概念理解，在解決與思考問(wèn)題的過(guò)程中,促進(jìn)學(xué)科知識(shí)的結(jié)構(gòu)化，將整個(gè)初中階段的相關(guān)知識(shí)融會(huì)貫通。

4.2 建立知識(shí)間聯(lián)系，在真實(shí)生活情境中促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí) 深度學(xué)習(xí)理論強(qiáng)調(diào)在知識(shí)理解的基礎(chǔ)上,學(xué)習(xí)者批判性地將新的問(wèn)題與原有知識(shí)進(jìn)行融合，并將已有的知識(shí)遷移到新情境中，尋找解決問(wèn)題的策略［3］。科學(xué)探究是初中生物學(xué)學(xué)習(xí)的重要內(nèi)容，也是學(xué)習(xí)的重要方式。本節(jié)課的復(fù)習(xí)教學(xué)中,教師為學(xué)生提供運(yùn)用概念解決的真實(shí)的生活問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生自主思考，尋求解決新問(wèn)題的方案。在這一過(guò)程中，教師引導(dǎo)學(xué)生基于新情境建立與學(xué)科知識(shí)的聯(lián)系尤為重要,霉變甘蔗對(duì)小鼠胃粘膜損傷的影響是一個(gè)陌生的問(wèn)題,自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案對(duì)于8年級(jí)的學(xué)生而言還是困難的,克服學(xué)生的畏難情緒,引導(dǎo)學(xué)生利用所學(xué)的知識(shí)解決問(wèn)題，能建立知識(shí)間的聯(lián)系，是教學(xué)的重要環(huán)節(jié)。結(jié)合7年級(jí)下冊(cè)“探究酒精對(duì)水蚤的影響”活動(dòng)，重溫科學(xué)探究的一般方法,建立2 個(gè)探究實(shí)驗(yàn)的關(guān)聯(lián)，引導(dǎo)學(xué)生在分析“探究酒精對(duì)水蚤的影響”設(shè)計(jì)方案的基礎(chǔ)上,進(jìn)行霉變甘蔗對(duì)小鼠胃粘膜損傷的影響的實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)。在這一過(guò)程中，教師特別強(qiáng)調(diào)，當(dāng)遇到新的問(wèn)題時(shí)，應(yīng)該基于自己的整個(gè)知識(shí)架構(gòu)進(jìn)行綜合的思考,捕捉過(guò)往學(xué)習(xí)經(jīng)歷中有利于解決新問(wèn)題的學(xué)科知識(shí)與方法,進(jìn)行類比或遷移。通過(guò)教學(xué)實(shí)踐，利用這一思維路徑進(jìn)行引導(dǎo)，絕大多數(shù)的學(xué)生都能很好地將“探究酒精對(duì)水蚤的影響”設(shè)計(jì)方案遷移到“探究霉變甘蔗對(duì)小鼠胃粘膜損傷的影響”實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中，教師取得了較好的教學(xué)效果，讓學(xué)生體驗(yàn)到學(xué)以致用的樂(lè)趣。更重要的是，在這一過(guò)程中，滲透了對(duì)學(xué)習(xí)方法的指導(dǎo)，提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)自信，對(duì)于落實(shí)生物學(xué)科核心素養(yǎng)目標(biāo)達(dá)成，訓(xùn)練科學(xué)解釋能力，體現(xiàn)科學(xué)教育價(jià)值均有重要意義。