基于創新和遷移能力培養的“植物的一生”（第2課時）教學設計*

黃建林 （浙江省杭州市文海實驗學校 浙江杭州 310018）

生物學是一門以實驗為基礎的學科。實驗在生物學教學過程中起著舉足輕重的作用：培養學習興趣、提高實驗技能、促進思維發展等。在“植物的一生”（第2 課時）的教學中，讓學生對實驗方案進行設計、評價和優化，培養學生的創新思維、創新能力，注重對所學知識進行遷移應用，真正做到學以致用，促進其深度學習。

1 教材分析

“植物的一生”（第2 課時）是浙教版7年級《科學》第1 章第4 節的內容，是第1 課時“種子的結構”的延續。學生已具備種子結構的知識，對種子的萌發也不陌生，為本節課的學習打下了堅實基礎，但7年級學生的創新思維能力和遷移能力相對薄弱?？茖W探究是不斷地發現問題，通過多種途徑尋求證據，運用創造性思維、邏輯推理解決問題，通過評價與交流達到共識的過程［1］。因此，基于情境和問題解決的探究，在尋求多方案、多途徑并基于一定的情境應用于生活的解決問題的過程中，不但能培養解決問題的能力，還能培養創新思維能力，通過學以致用培養遷移能力。本節課將方案的設計、優化等創新思維和遷移能力培養作為重點和難點，從種子萌發視頻出發，通過萌發條件的提出，猜想及方案的設計、優化等不斷改進及將所學知識如何遷移應用而展開，在此過程中，培養學生的創新思維能力、批判性思維能力和遷移能力。

2 教學目標

1）理解植物生命運動是有條件和規律的，包括內部條件和外部條件。通過有、無完整胚的對比及胚的死、活和種子子粒飽滿程度對種子萌發的影響對比，理解結構與功能相統一的生物學生命觀。

2）通過實驗方案的設計、評價、優化改進及對所學知識的應用，培養創新思維和批判性思維及遷移能力。

3）通過種子萌發探究實驗，明確探究過程和步驟，明白自變量、無關變量和因變量的確立及控制變量法、比較法等科學方法的運用，并在探究過程中，培養團結協作、求真、實證、理性的科學態度和科學精神。

4）通過利用所學知識解決如何更好地保存種子等生活中的問題，培養社會責任感，牢記用所學知識造福人類的使命。

3 教學過程

3.1 情境激趣，提出問題 教師播放有關種子萌發的視頻，要求學生觀看視頻并提出感興趣的探究問題。學生提出以下問題：①種子為什么能萌發？②種子萌發需要什么條件？③是否所有的種子都能萌發？

以種子萌發視頻入手，開門見山，直接指出了探究的主題——種子萌發。不但激發了學生的求知欲，點燃了探究熱情，更提出了其感興趣的探究問題，為后續探究種子萌發條件做好了充分的準備。

3.2 依據經驗，合理假設 教師提問：大家猜測一下，種子萌發需要哪些條件？學生思考后認為：光、溫度、空氣、水、土壤和肥料。教師追問：根據生活經驗和課前的實驗，能否排除不必要的條件并說出相應的理由。最后，學生一致認為：種子萌發只與溫度、空氣和水分3 個因素有關，與光、土壤和肥料等無關。

根據探究問題提出假設，培養學生的發散性思維，讓學生根據課前實驗和生活經驗排除不必要的條件，一方面使得條件更精簡，有利于探究；另一方面培養學生的實證意識，即用相應的證據證明自己的想法。

3.3 設計優化，完善探究方案 教師首先強調多個因素影響的探究方案時，要用控制變量法研究實驗，即每一次設計只能改變其中一個變量（自變量），同時要控制其他變量不變（無關變量），從而研究種子萌發隨溫度、水分、空氣的變化而變化（種子萌發為因變量）。例如，若研究溫度對種子萌發的影響時，要控制水分和空氣2 個變量且均適宜種子萌發，同時只改變溫度這個變量。

3.3.1 設計評價，初定方案 學生先自行設計實驗方案（用簡圖呈現），再小組合作交流、討論。教師將小組討論的結果——簡圖，通過同屏技術呈現，主要問題是：變量不唯一，難以探究；種子只用1 粒，存在偶然性；溫度設置不合理等。通過討論后，最終學生比較認可的是如圖1所示的方案。

圖1 初步方案

3.3.2 質疑調整，優化方案 有一位學生質疑圖1中的方案——研究空氣對種子萌發的影響方案，變量應是空氣，但圖1中水的多少沒有保持相同，即一個是水分適量，一個是過量，存在2 個變量，不夠嚴謹。他認為優化的方案應改成如圖2所示較為合理。其他學生贊同此方案，但教師提出了一個新問題，能否在此方案的基礎上再進一步改進，使得方案更簡潔或所需的儀器、材料更少？

3.3.3 比較歸納，完善方案 又有學生思考后認為圖2中的對照組只需一組即可，這樣儀器總共只需4 套。教師表揚這位學生能從對照組中找出共同點，并將3 組對照組精簡成一組。

圖2 優化方案1

教師追問：是否還有其他優化方案？學生思考后認為，研究空氣影響的實驗組和對照組除種子放的位置不一樣，其他都一樣，2 個實驗可組合在一起。這時，又有學生認為，圖2中研究水分影響的實驗組也可將之前2 個實驗拼合在一起，變成圖3的第1 個實驗方案。

圖3 優化方案2

學生立刻想出了圖3的第2 個溫度為0℃的方案。教師提問：溫度一個為0℃，一個為20℃，從實驗的嚴謹性來說，是否合理？為什么？應怎么改進？學生認為已設置一個低溫，一個適宜溫度，還應設置一個高溫進行對比，否則有可能會出現低溫不適宜萌發而室溫和高溫都適宜萌發的現象，應該再加一個40℃的實驗組。教師追問：為什么是40℃，而不是70℃、80℃？學生回答：溫度太高，種子會死亡。教師繼續追問：圖3實驗中間排的種子，在裝置中如何固定？學生討論回答：有2 種方案，一種是找有過濾網的茶杯，可直接利用；另一種可用剪刀將石棉網剪成一定的圓形，然后卡在透明的一次性杯的中部即可。

讓學生通過設計方案、小組交流、全班評價交流、質疑，使方案從“單一變量設置對照組”到同一對照組對比不同實驗組，再優化到多變量進行多組對照，再從低溫、室溫、高溫3 檔溫度的對比，使得方案在質疑、評價、優化過程中趨于完美，使探究對比和分析的復雜問題簡單化、繁鎖問題簡便化、無序問題有序化，學生輕松掌握控制變量法設計的規律性，提高了實驗教學有效性，并在優化過程中，培養了學生的創新思維。

3.4 分析結果，得出結論 根據圖3的方案，讓學生預測結果并說明理由。學生認為：溫度為20℃且中間排的種子能萌發，其余都不會，理由是這一排種子具備萌發的幾個條件，即：適宜的溫度、充足的空氣、適量的水分。根據得出的結論，教師要求學生對比原來的課外實驗——種子萌發實驗，分析討論種子萌發與不萌發的原因。同時，應用所學知識回答：如果要播種，你會選擇在什么季節、什么樣的土壤、采取什么措施進行播種？

通過方案的對比，得出種子萌發的條件，根據結論，分析自己實驗組成功和失敗的原因，真正做到知其然更知其所以然。通過將所學知識應用于生產中，使學生明白，要學以致用，同時明白科學源于生活又用于生活。

3.5 探究條件，解密原因 有的學生提出：為什么我的這些種子都滿足萌發的條件，但未萌發？原來他的種子是大米。學生認為：可能是種子去皮后，不能萌發。這時，教師在PPT 上呈現去掉種皮的花生萌發的照片，同時呈現去掉胚后的花生和煮熟的花生均沒有萌發的照片圖，以及切除所有子葉的花生和切除所有胚乳的玉米種子未萌發的圖，讓學生結合所學知識得出：種子萌發除需要適宜的溫度、充足的空氣、適量的水分等外部條件外，還與是否有完整的胚、活的胚及發育成熟、飽滿程度及是否處于休眠期等有關。教師追問：為什么選種時要選擇飽滿的種子？播種時是否埋得越深越好？理由是什么？教師要求學生根據種子萌發的內部條件，再次優化方案，學生經思考后回答提出：種子萌發還需要具有完整且成熟的胚。

通過幾組實驗照片的強烈視覺沖擊的對照，學生得出種子萌發的內部條件，糾正了“沒有種皮不能萌發”的錯誤前概念，并用所學知識再次完善實驗方案，同時明白方案應在不斷改進、不斷優化中逐漸完善。

3.6 遷移拓展，學以致用 教師提問應如何貯存種子并說明理由。學生認為：根據種子萌發的3 個外部條件，只需去掉其中1 個條件即可，例如，干燥、低溫、真空保存即可。教師追問：哪種方法更方便？

應用所學知識解決貯存種子的問題，一方面是對所學知識的鞏固和應用；另一方面，也隱含地告訴學生，要學以致用，牢記用科學知識造福全人類的使命。

4 反思提高

反思這節課的教學設計，生物學教學要注重以下幾個方面：一是生物學教學應注重生活和知識密切聯系，特別要注重知識的遷移應用。在情感教學過程中要鼓勵和支持學生用所學知識解決生活中的問題。二是要注重探究，重點是實驗方案的設計及優化，在平時的課堂中一定要多加鍛煉和培養。當教材中的實驗方案或裝置不盡人意時，教師要鼓勵和支持學生質疑、評價和改進，用改進的方案進行探究，且探究過程要有所側重，不要面面俱到。例如，本節課主要是方案的設計、優化及應用，從而培養創新思維能力及批判性思維能力和遷移能力。三是要注重方法的指導，特別是像本節課中的控制變量法的指導，要讓學生明確什么是自變量、無關變量和因變量，在設計實驗時，要堅持變量的唯一性原則。四是生物學教學過程中，要多引導學生用簡圖表達實驗思維，用直接明了的簡筆畫呈現實驗步驟。當然，在教學設計中，要注重設計環節的環環相扣，設計問題的循序漸進。在教學過程中，要注重高階思維能力的培養，促進學生深度學習，從而培養其生物學學科核心素養。