指向科學思維發展的教學設計
——以“動物行為的生理基礎”為例

王靜宜

（南京市第一中學馬群分校 江蘇南京 210000）

科學思維是生物學學科核心素養之一。科學思維具有批判質疑、重實證、重邏輯等特點。在教學過程中，教師引導學生通過比較與分類、分析與綜合、歸納與演繹、模型建構、批判性思維等科學思維方法認識事物，解決生物學問題。

1 教材分析及設計思路

“動物行為的生理基礎”是蘇教版《生物學》八年級上冊第十八章“動物的行為”的第二節內容。本節課要求學生理解重要概念“動物的行為由先天遺傳或后天學習而獲得”，除此之外，還需認識兩種行為之間的聯系、意義和行為的生理基礎。本節內容抽象，對科學思維能力有一定要求。基于此，教師提供了豐富的事實資料，整合教學資源，引導學生運用科學思維構建概念，理解知識，養成尊重事實和證據，崇尚嚴謹和務實的求知態度。

2 教學目標

①通過比較、分析科學事實，歸納動物的先天性行為和學習行為的概念；通過邏輯推理，理解先天性行為和學習行為的聯系。

②通過辯論，理解動物行為的意義，培養批判性思維，養成尊重事實證據的科學思維態度和邏輯思維能力。

③通過閱讀分析相關資料，理解動物行為的生理基礎。

3 教學過程

3.1 對比行為，喚醒科學思維

教師播放2個視頻：①狗狗們瘋狂的搶奪食物；②訓練有素的狗狗等待著主人下令才開始進食。并提出問題：按照行為的類型區分，視頻展示了狗的何種行為？學生回答后，教師進一步闡述，引入教學：雖然同是覓食行為，但是視頻1和2展示的卻是不同的覓食行為。

設計意圖：在第十八章第一節，學生已經認識了動物行為的類型。教師在此基礎上，引導學生對比不同的覓食行為，激發學生的好奇心和求知欲。

3.2 分析歸納，建構概念模型

學生觀察兩組圖片：①角馬遷徙、螞蟻覓食、壁虎斷尾、黃蜂筑巢；②鸚鵡學舌、導盲犬帶領盲人走路、大象騎車、海豚轉呼啦圈。教師引導學生思考，組①的行為有什么共同特征？組②的行為有什么共同特征？教師進一步提問：對比組①和組②的行為，有什么不同？通過分析對比，學生理解：先天性行為是天生具有，學習行為是后天獲得的特點。

行為獲得途徑是本節的難點，教師首先展示資料1：家蠶天生就會吐絲，是因為其體內有一套結構精巧復雜的造絲系統，名叫“絲腺體”。家蠶將絲腺體中的絲液擠壓出來，與空氣接觸后變成細長的絲。學生閱讀資料1，并思考家蠶吐絲是何種行為。接著，教師展示資料2：據2018年8月8日的一則新聞報道，中國科學院利用基因替換的方法讓家蠶成功的“吐出了蜘蛛絲”。蜘蛛絲是自然界中機械性能最好的蛋白纖維，其強度甚至高于防彈衣纖維。但是，如何大量獲取蜘蛛絲是一直以來難以解決的問題。家蠶是唯一可以通過人工養殖大量獲取纖維的動物，所以科學家利用轉基因和基因組編輯等技術，將部分蜘蛛絲基因整合到家蠶基因內。在轉化后家蠶吐出的絲線中，檢測到35.2%蜘蛛絲蛋白。據此，學生思考動物先天性行為的決定因素。之后，教師展示以下圖片：①人們訓練狗狗握手，訓練大象表演節目；②黑猩猩根據經驗堆疊木箱，摘取香蕉；③幼年黑猩猩通過觀察，模仿成年黑猩猩，很快就學會用樹枝“釣”洞穴中的白蟻吃。據此，教師引導學生根據圖片分析學習行為的獲得途徑。學生歸納、概括出：動物學習行為不是生來就有的，而是在生活過程中，通過積累生活經驗和“學習”，逐漸建立起來的行為。最后，教師總結本節重要概念“動物的行為由先天遺傳或后天學習而獲得”。

設計意圖：概念教學本質上是思維教學。在教學中，教師將抽象的概念抽絲剝繭，引導學生在豐富的科學事實基礎上，通過抽象、概括等科學思維工具建構概念，形成“生物學概念是基于科學事實、經過論證形成的”思維意識。

3.3 邏輯推理，理解行為關聯

教師播放課前剪輯好的兩組視頻。

視頻1“松鴉的行為”：松鴉面前裝水的杯子里漂浮著美味的蟲子，然而水面太低，怎么也夠不著。研究人員為松鴉提供了輕重不同的物體（石子和軟木塞）。在嘗試過一塊沒用的軟木塞之后，松鴉能夠從錯誤中吸取經驗，學會只使用石子抬高水面，最終吃到了蟲子。

視頻2“蚯蚓的行為”：在實驗的T形槽兩端一端有電極，一端沒有。放入蚯蚓，蚯蚓爬向有電極的一端會受到電擊。多次實驗后，蚯蚓會正確選擇爬向無電極的一端。

教師提問：視頻展現了松鴉和蚯蚓的哪種先天性行為和學習行為？學生討論并完成表1。

表1 松鴉和蚯蚓的行為獲得途徑

教師提問：對比同一動物的兩種行為，先天性行為和學習行為之間有什么聯系？學生通過分析推理，可得出結論：學習行為建立在先天性行為基礎之上。

設計意圖：松鴉的行為類似于學生小學時接觸過的故事“烏鴉喝水”，蚯蚓的行為是經典的低等動物的學習行為。松鴉從嘗試取食昆蟲失敗到利用工具成功取食昆蟲，蚯蚓從碰到電擊后躲避到學會提前避開電極一端，行為層次上的遞進詮釋了行為之間的聯系。學生通過邏輯推理，可以自然而然地得出結論。

3.4 質疑批判，辯出行為意義

教師將全班學生分為兩組展開辯論。一組支持先天性行為更重要，一組支持學習行為更重要。

學生A認同“先天性行為更重要”，并提出論據：動物有覓食的本能，沒有這種先天性行為，將滅亡。學生B提出質疑：動物光有覓食的本能還不夠。例如，在上述“松鴉吃昆蟲”的例子中，如果沒有學習行為，松鴉將無法吃到食物。學生C辯駁：絕大部分時候，動物不會碰到這么復雜的情況，僅憑借本能就能吃到食物。學生D發表觀點：先天性行為只適合簡單的環境，不能應對復雜多變的環境。而動物的學習行為可以應對各種各樣的環境，所以學習行為更重要。

在這場辯論中，兩種行為并無重要與否之分，教師應更重視辯論的過程。例如，上述學生的發言就已經將先天性行為的意義和局限，學習行為的意義闡述清楚了。教師需要抓住學生思維的亮點，因勢利導。

設計意圖：從具象的行為上升到抽象的行為意義，對八年級學生而言并不容易。這場“沒有結果”的辯論伴隨著語言交鋒，發展了學生的邏輯思維和批判性思維，也讓學生對行為的意義有了更深刻的理解。

3.5 觀察分析，掌握生理基礎

教師播放雞繞道取食的實驗視頻，引導學生思考：下面是關于烏龜、雞、狗三種動物的繞道取食實驗的結果見表2。已知讓雞學會繞道取食需要嘗試22次，請推測A和B分別是哪種動物。

表2 三種動物繞道取食的實驗結果

學生根據日常經驗，猜測A是烏龜，B是狗，但對于其中的原因闡述不清。教師展示不同動物的腦的圖片（圖1），其中包括與上述三種動物相關的爬行動物、鳥類和哺乳動物。根據圖片，學生分析不同動物腦的結構、大小不盡相同，尤其是大腦皮層的結構區別很大。學生據此推斷：動物的學習行為主要是由神經系統調節的，大腦皮層越發達，動物的學習能力越強。

教師提問：動物越高等，其能展現的行為就越復雜。那么，動物行為的生理基礎是什么呢？在學生閱讀課本96頁孔雀生殖行為的相關內容后，教師提問：孔雀開屏是一種什么行為？動物的復雜行為受到哪些系統的調控？教師引導學生抓取關鍵詞，學生根據“繁殖季節”“跟隨”“展開”“起舞”等詞匯，分析出“動物的復雜行為受到神經系統和內分泌系統的調控”。

設計意圖：學生對于動物學習能力不同原因的認識是模糊的。圖1展示了脊椎動物腦的區別，可知魚類、兩棲類、爬行類和鳥類幾乎沒有大腦皮層或者大腦皮層相對平滑，而哺乳動物的大腦皮層出現了溝回。通過對圖片的觀察分析，學生可推理出大腦皮層與動物學習能力的關聯；再通過對課本內容的分析思考，理解動物行為的生理基礎。

4 教學反思

八年級學生正處于形象思維向抽象思維轉變的時期，本節教學內容較為抽象，教師用圖片、視頻等形象資料給與學生感官刺激，再以科學事實為基礎，引導學生歸納概括，自主構建概念。辯論可以培養學生批判質疑的精神，培養學生邏輯思維的嚴謹性，逐步提升學生的科學思維能力和品質。