培養科學思維的一次成功嘗試

劉敏

摘要：在“物質跨膜運輸的方式”一節教學中，筆者通過“概念圖填寫構建概念模型、示意圖繪制建構物理模型、坐標圖解讀理解數學模型、學以致用解決情境問題”四個活動設計來開展合作學習，從而發展了學生的“歸納與概括、模型與建模、演繹與推理”科學思維能力。

關鍵詞：科學思維;概念圖填寫;示意圖繪制;坐標圖解讀

中圖分類號：G633.91 文獻標識碼：A文章編號：1992-7711（2020）23-107

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。學生應該在學習過程中逐步發展科學思維，如能夠基于生物學事實和證據，運用歸納與概括、演繹與推理、模型與建模、批判性思維、創造性思維等方法，探討、闡釋生命現象及規律，審視或論證生物學社會議題。

一、教材分析與教學設計說明

“物質跨膜運輸的方式”是人教版普通高中生物學課程標準教科書《分子與細胞》模塊內容，是新課標（2017版）大概念2下的重要概念2.1下的一般概念2.1.2。

物質跨膜運輸的方式主要分為被動運輸和主動運輸。被動運輸是順濃度梯度運輸的過程，不需要消耗能量，包括自由擴散和協助擴散，但協助擴散需要載體蛋白協助。主動運輸，需要消耗能量，還需要載體蛋白協助，一般是逆濃度梯度運輸的過程。本節內容是細胞膜的功能之一，即細胞膜能控制物質進出細胞。本節課主要圍繞教學目標開展了四個學生活動，即概念圖填寫構建概念模型、示意圖繪制建構物理模型、坐標圖解讀理解數學模型、學以致用解決情境問題。通過“概念圖填寫”，發展學生的“歸納與概括”能力;通過“示意圖繪制”，發展學生“模型與建模”的科學思維能力;通過“坐標圖解讀”，培養學生“演繹與推理”的科學思維能力，通過“解決新情境問題”，培養了學生的演繹推理能力及社會責任感。在這節課中，我通過設計這四個學習活動，分別對應學業質量標準對科學思維的四個水平級別的要求，比較好的落實了核心素養中科學思維能力的培養，達成了教學目標。

二、教學目標的制定

依據新課標（2017版）并圍繞培養學生的核心素養的要求，制定了如下教學目標：

1.通過自主學習，填寫概念圖，構建概念模型，能舉例說明物質跨膜運輸的幾種方式及特點;能用“結構和功能觀”闡述主動運輸對細胞生活的意義。

2.基于“對三個問題的思考”的事實，能歸納與概括出被動運輸與主動運輸方式的異同點;在學習了三種跨膜運輸方式的基礎上，學生能夠進行物質跨膜運輸的模型建構，完成了知識和能力的遷移。

3.通過小組交流、討論，能恰當地用生物學的語言對“坐標圖”進行正確解讀，理解數學模型表達的生物學含義，闡釋生命現象和事物發展的規律，進一步完成知識和能力的遷移。

4.通過獨立思考、小組交流，能夠在新情境中，運用演繹和推理的方法解決生產和實踐中的具體問題。

三、教學活動設計及目標達成

四、教學設計流程及設計意圖

五、教學過程設計

1.創設教學情境

教師通過噴灑香水創設真實情境，讓學生體驗。

教師：請聞到香味的同學舉手。先是坐在第一排的同學舉手，然后第二排、第三排……

教師：我在前面噴灑了香水，你們依次可以聞到，說明了什么問題？

學生：氣體可以擴散。

教師質疑：在人體中，物質是怎樣進入每一個細胞的呢？（指著大屏幕體內細胞物質交換圖片）引出課題：物質跨膜運輸的方式

2.小組活動一：概念圖填寫構建概念模型

教師用一體機展示細胞膜的結構示意圖，請學生說出細胞膜的成分：蛋白質、脂質、糖類。

教師提問：細胞膜的結構特點？細胞膜的功能特點？學生積極思考、回答。

CO2、O2等小分子物質是怎樣進出細胞的呢？請自學課本p70～p72，填寫概念圖。

教師巡視課堂，參與部分學生學習;展示有代表性的學生完成的概念圖，請另一位同學評價。

根據概念圖，讓學生總結自由擴散、協助擴散、主動運輸概念。這樣，學生在比較、歸納中，概念模型就自然生成了。教師接著展示三個問題。

問題：（1）兩種被動運輸的方式有什么異同？

（2）主動運輸和被動運輸的區別是什么？

（3）主動運輸對于細胞的生命活動有什么意義？

通過這樣的對比，引發了學生深層次的思考。

教師質疑：主動運輸究竟是怎樣進行的呢？請看動畫。

教師播放主動運輸的Flash動畫，學生認真觀察，再次加深對主動運輸方式的理解。

3.小組活動二：示意圖繪制構建物理模型

教師展示提前畫好的圖，如下圖所示：讓學生分別畫出三種物質進出細胞的三種方式。

（1）細胞外O2的濃度>細胞內O2的濃度

（2）葡萄糖進入紅細胞

（3）小腸絨毛上皮細胞吸收氨基酸

教師參與學生繪制示意圖，并展示一位學生繪制的示意圖，請另一位同學評價，教師適時點撥。（注意方向、符號、箭頭是否從脂質縫隙穿過、載體、能量等）

這樣的活動設計，通過“模型與建模”，能讓學生真正學會這三種方式，理解它們各自的特點。

4.小組活動三：坐標圖解讀理解數學模型

教師展示代表三種物質跨膜運輸方式的坐標圖。

學生分小組討論，教師參與學生的討論，請幾位同學解讀，并適時糾正。

5.小組活動四：學以致用解決情境問題

教師展示新情境問題：紅樹林分布于熱帶亞熱帶海岸潮間帶，通常受到鹽脅迫。紅樹林植物為抵抗鹽脅迫，通過葉子和嫩枝可以將吸收到植物體內的鹽分排出，是強耐鹽植物。那么紅樹林從海水及土壤中吸收無機鹽的方式是主動運輸還是被動運輸，設計實驗進行探究。

發展學生的核心素養是黨中央“立德樹人”的基本要求，而核心素養的落實需要每一位一線教師精心設計每一節課，把生命觀念、科學思維、科學探究、社會責任落實在每一個具體的教學目標中。每一個教學目標可以側重發展一種核心素養，每一節課也可以側重一種核心素養，只有這樣，才可以做到讓核心素養真正落到實處。

（作者單位：江蘇省鎮江中學，江蘇 鎮江212001）