指向科學(xué)思維培養(yǎng)的教學(xué)設(shè)計

摘 要：本文以“激素調(diào)節(jié)”一節(jié)內(nèi)容為例，在教學(xué)過程中創(chuàng)設(shè)運動會情境，激發(fā)學(xué)生探究興趣；開展糖尿病與胰島素相關(guān)的科學(xué)實驗探究，結(jié)合模型進行教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生獨立思考及分析問題的能力；利用小組合作探究，運用比較、歸納的方法，理解激素的概念、功能及失調(diào)癥，發(fā)展學(xué)生的生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)；回歸主題，分析并呈現(xiàn)腎上腺相關(guān)的反射途徑，厘清神經(jīng)調(diào)節(jié)和激素調(diào)節(jié)的關(guān)系，認識人體各系統(tǒng)的協(xié)調(diào)統(tǒng)一，理解其共同完成復(fù)雜生命活動的具體機制。

關(guān)鍵詞：生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)；科學(xué)思維；教學(xué)設(shè)計；激素調(diào)節(jié)

文章編號：1003-7586（2024）11-0023-04 中圖分類號：G633.91 文獻標識碼：B

初中

生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)包括生命觀念、科學(xué)思維、探究實踐和態(tài)度責(zé)任四個維度，其中生命觀念是貫穿生物學(xué)學(xué)科不同內(nèi)容的主線，是核心素養(yǎng)培養(yǎng)的首要目標；科學(xué)思維要求學(xué)生形成理性思維、批判質(zhì)疑、勇于探究等科學(xué)精神，是初中生物學(xué)教學(xué)的重要目標之一。因此，教師在課程教學(xué)中，應(yīng)以生命觀念為基點，在深刻理解大概念、重要概念及次位概念的過程中，尋找培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維的立足點，設(shè)計符合學(xué)生最近發(fā)展區(qū)的提問和課堂教學(xué)活動，進而培養(yǎng)學(xué)生的態(tài)度責(zé)任意識。

1 教材分析

“激素調(diào)節(jié)”是北師大版義務(wù)教育教科書《生物學(xué)·七年級·下冊》（以下簡稱“教材”）第4單元第12章第3節(jié)的內(nèi)容，對應(yīng)《義務(wù)教育生物學(xué)課程標準（2022年版）》（以下簡稱《義教課標》）課程內(nèi)容（五）“人體生理與健康”部分的內(nèi)容。

本章前兩節(jié)屬于神經(jīng)調(diào)節(jié)的內(nèi)容，第3節(jié)“激素調(diào)節(jié)”對應(yīng)《義教課標》相關(guān)的概念依次為：大概念“5 人體的結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)，各系統(tǒng)協(xié)調(diào)統(tǒng)一，共同完成復(fù)雜的生命活動”；重要概念“5.5 人體各系統(tǒng)在神經(jīng)調(diào)節(jié)和內(nèi)分泌調(diào)節(jié)下，相互聯(lián)系和協(xié)調(diào)，共同完成各項活動，以適應(yīng)機體內(nèi)外環(huán)境的變化”；次位概念“5.5.5 甲狀腺激素、胰島素等激素參與人體生命活動的調(diào)節(jié)”和“5.5.6 性激素能促進生殖器官的發(fā)育，對第二性征的發(fā)育和維持具有重要作用”。筆者對其進階概念的分析如圖1所示。

教材先介紹了內(nèi)分泌系統(tǒng)并引出激素的概念及特點，然后分板塊介紹了“生長激素”“性激素”“甲狀腺激素”和“胰島素”及其分泌部位、功能及失調(diào)癥。本節(jié)內(nèi)容涉及的新名詞多且抽象，為了降低學(xué)生的學(xué)習(xí)難度，讓學(xué)生能夠主動參與學(xué)習(xí)活動，培養(yǎng)他們的科學(xué)思維，在教學(xué)過程中，教師需要提供真實的運動情境、胰島素發(fā)現(xiàn)科學(xué)史及相關(guān)激素補充資料，引導(dǎo)學(xué)生在主動構(gòu)建概念的同時發(fā)展科學(xué)思維，同時樹立健康意識和態(tài)度責(zé)任意識。

2 學(xué)情分析

本節(jié)課為新授課程，授課對象為七年級學(xué)生，該時期學(xué)生好奇心強、樂于探索，具備一定的生物學(xué)知識，但對于激素的概念、種類、功能等抽象知識點理解不夠深入，科學(xué)思維不夠完善。為設(shè)計出更適合該階段學(xué)生的教學(xué)設(shè)計，教師需要深度分析學(xué)情，這樣才能預(yù)測并掌握學(xué)生在學(xué)習(xí)中會出現(xiàn)的狀況，從而在教學(xué)中盡量避免出現(xiàn)遺漏和疏忽，達到事半功倍的效果。筆者借助《深度學(xué)習(xí)設(shè)計模板及示例》^［1］，深度分析本節(jié)課程的學(xué)情（見表1）。

3 教學(xué)目標

（1）通過學(xué)習(xí)胰島素的發(fā)現(xiàn)史，設(shè)計與分析實驗，總結(jié)歸納胰島素的生理作用，樹立勇于質(zhì)疑、迎難而上的科研精神。

（2）通過對胰腺模型進行觀察與分析，區(qū)分內(nèi)分泌腺和外分泌腺，形成結(jié)構(gòu)與功能相統(tǒng)一的生命觀念。

（3）通過分析激素相關(guān)的資料與實驗，歸納總結(jié)各種激素的作用，構(gòu)建激素的概念，樹立結(jié)構(gòu)與功能觀。

（4）通過分析跑步時的機體變化，舉例說明人體生命活動的調(diào)節(jié)方式，厘清神經(jīng)調(diào)節(jié)與激素調(diào)節(jié)之間的聯(lián)系。

4 評價目標

（1）能夠依托科學(xué)史實與實驗現(xiàn)象，分析胰島素發(fā)現(xiàn)過程的相關(guān)實驗，層層深入并演繹推理，歸納總結(jié)胰島素的生理功能。

（2）能夠基于對胰腺模型的觀察，聯(lián)系舊知與新知，闡述胰島素和胰液的運輸途徑，辨析內(nèi)分泌腺和外分泌腺的特征。

（3）能夠通過小組合作探究，分析其他激素的相關(guān)資料和實驗，歸納概括其生理作用，運用結(jié)構(gòu)與功能觀對激素分泌異常的現(xiàn)象進行解釋，逐步構(gòu)建概念框架。

（4）能夠以日常生活中的現(xiàn)象為切入點，舉例說明人體生命活動的調(diào)節(jié)方式，準確表達神經(jīng)調(diào)節(jié)和激素調(diào)節(jié)之間的聯(lián)系。

5 教學(xué)過程

5.1 創(chuàng)設(shè)問題情境

教師創(chuàng)設(shè)運動會情境并提出問題：運動員等待發(fā)令槍響時有何感受？心跳和呼吸會發(fā)生什么變化？此時運動員的大腦精神高度集中，并沒有“下令”要加快心跳和呼吸頻率，為什么還會出現(xiàn)這種現(xiàn)象？

設(shè)計意圖：教師以學(xué)生熟悉的運動場景為例創(chuàng)設(shè)真實情境，提出相關(guān)問題，激發(fā)學(xué)生的探究興趣和好奇心。

5.2 發(fā)展科學(xué)思維

教師以糖尿病相關(guān)癥狀及19世紀對糖尿病的研究背景為閱讀材料，提出問題：糖尿病與什么結(jié)構(gòu)相關(guān)？能做出怎樣的假設(shè)？

教師進一步呈現(xiàn)科學(xué)家的實驗并追問：切除胰腺的糖尿狗注射胰腺提取物后仍出現(xiàn)了糖尿癥狀，能得出怎樣的實驗結(jié)論？教師及時引出班廷（S. F. G. Banting）的研究，并以此為主線任務(wù)推進學(xué)生分析探究實驗，完成相應(yīng)的實驗結(jié)論（見表2）。教師提供相應(yīng)的資料引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)實驗結(jié)論，歸納總結(jié)胰島素的功能：胰島素能夠調(diào)節(jié)糖類在體內(nèi)的吸收、利用和轉(zhuǎn)化。

設(shè)計意圖：教師提供糖尿病與胰島素的相關(guān)研究背景與資料，逐漸呈現(xiàn)胰島素發(fā)現(xiàn)史的實驗歷程，引導(dǎo)學(xué)生置身其中，演繹推理實驗過程，發(fā)展其科學(xué)思維。教師通過適當(dāng)營造認知沖突，引導(dǎo)學(xué)生大膽質(zhì)疑，培養(yǎng)其批判性思維。學(xué)生深度分析班廷的實驗過程，分析推理胰島提取物與糖尿病有關(guān)，以此培養(yǎng)自身的科學(xué)思維。

5.3 厘清混淆概念

教師根據(jù)教材相關(guān)內(nèi)容，解釋胰腺是一種非常特殊的腺體，含有兩種具有分泌功能的細胞——腺泡細胞和胰島細胞，胰腺分泌的胰液通過胰管注入十二指腸，在小腸中發(fā)揮消化作用，且胰腺中散布的胰島細胞可分泌胰島素。^［2］胰島素可進入組織周圍的毛細血管，隨血液循環(huán)送到全身。教師利用模型，向?qū)W生闡述胰液和胰島素的運輸途徑，引導(dǎo)其總結(jié)并填寫表格（見表3）。

學(xué)生通過聯(lián)系舊知，比較已經(jīng)學(xué)過的腺體相關(guān)知識進行判斷并闡述理由。教師據(jù)此提出問題：除胰島外，人體還有哪些內(nèi)分泌腺？

設(shè)計意圖：教師利用胰腺的物理模型，將胰腺腺泡與胰島結(jié)構(gòu)直觀形象地呈現(xiàn)，有助于培養(yǎng)學(xué)生的觀察和思考能力。學(xué)生通過構(gòu)建模型繪制胰液和胰島素的運輸途徑，將思維可視化與活動化，發(fā)展自身的實踐探究能力，厘清內(nèi)分泌腺和外分泌腺的易混淆概念。教師需要從學(xué)生的最近發(fā)展區(qū)出發(fā)，將已學(xué)知識從不同角度進行應(yīng)用，發(fā)展學(xué)生的遷移應(yīng)用能力。

5.4 突破疑難點

學(xué)生利用課本材料和掛圖，初步認知人體的主要內(nèi)分泌腺，并結(jié)合教師提供的閱讀資料和課本材料，組內(nèi)分工、合作探究，了解人體的主要激素及其功能，于組內(nèi)進行交流匯報。教師引導(dǎo)學(xué)生利用所學(xué)知識，診斷侏儒癥、呆小癥、巨人癥、肢端肥大癥等疾病的病因，著重區(qū)分侏儒癥和呆小癥兩種病癥的形成原因及差異。教師提問：激素如此重要，其在人體中是否大量存在？學(xué)生通過資料分析，了解激素作用具有高效性并完成激素的概念構(gòu)建。

設(shè)計意圖：教師利用合作探究的形式，啟發(fā)學(xué)生結(jié)合已有知識和生活經(jīng)驗對圖示和資料等信息進行觀察、閱讀和提取，理解內(nèi)分泌腺分泌的激素及其功能，進而理解該激素失調(diào)引發(fā)的癥狀。教師將分析失調(diào)癥的過程置于真實情況，培養(yǎng)學(xué)生歸納比較的科學(xué)思維能力。最后，教師通過多級資料層層分析概括，幫助學(xué)生逐漸構(gòu)建激素相關(guān)概念。

5.5 構(gòu)建重要觀念

教師展示情境并提出問題串：回顧百米沖刺的運動會，選手聽到槍聲響起，立刻飛奔出去，人體的哪些系統(tǒng)參與這個過程？完成這一運動過程的反射途徑是怎樣的？腎上腺分泌的腎上腺素可使人體運動過程中心跳加快，腎上腺的分泌功能受到什么調(diào)控？根據(jù)腎上腺相關(guān)的反射途徑，腎上腺作為反射弧的什么結(jié)構(gòu)？

學(xué)生歸納總結(jié)：人體在完成運動時，有運動系統(tǒng)、呼吸系統(tǒng)、循環(huán)系統(tǒng)等參與，由內(nèi)分泌系統(tǒng)和神經(jīng)系統(tǒng)進行調(diào)節(jié)。人體各系統(tǒng)在神經(jīng)調(diào)節(jié)和內(nèi)分泌調(diào)節(jié)下相互協(xié)調(diào)，共同完成各項生命活動，以適應(yīng)機體內(nèi)外環(huán)境的變化。

設(shè)計意圖：教師回歸情境，設(shè)置環(huán)環(huán)相扣的問題串，闡明人體在運動過程中的調(diào)節(jié)方式，厘清神經(jīng)調(diào)節(jié)與激素調(diào)節(jié)的聯(lián)系，生成人體生命活動的調(diào)節(jié)方式的重要概念。學(xué)生學(xué)會運用重要概念解釋具體生命活動的調(diào)節(jié)方式，深化對重要概念的理解。

6 教學(xué)啟示

教師在本節(jié)教學(xué)設(shè)計中，應(yīng)堅持以培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維為導(dǎo)向，引導(dǎo)其能夠像科學(xué)家一樣思考并解決問題。教師將真實的情境設(shè)置貫穿整個課程，以真實問題激發(fā)學(xué)生的探究興趣，促進學(xué)習(xí)深度、強化知識關(guān)聯(lián)性、提升教學(xué)綜合性，摒棄學(xué)習(xí)的淺顯化和碎片化。其次，深層探索胰島素發(fā)現(xiàn)史的情境涉及SOLO層級中的關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)水平，學(xué)生不僅需要理解科學(xué)家的實驗設(shè)計及操作，還需要能夠推理演繹相關(guān)實驗、分析實驗現(xiàn)象、論述實驗結(jié)果，在質(zhì)疑與批判中改進迭代實驗操作。在教學(xué)過程中，教師融合信息科技，運用AI技術(shù)將科學(xué)家的研究背景呈現(xiàn)于課堂教學(xué)，相較于平白直敘的科學(xué)史講述，更能充分調(diào)動學(xué)生興趣，推動其積極參與和主動探究。此課例是以學(xué)生為主體的探究性課程，師生積極互動，在多個教學(xué)活動中逐步發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維能力。

綜上所述，科學(xué)思維是生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的重要組成部分，啟示教師在教學(xué)過程中，應(yīng)該多維度地挖掘并整合資源，思考本節(jié)內(nèi)容主要培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維的類型，設(shè)計以學(xué)生活動為主體的探究式課程，構(gòu)建關(guān)聯(lián)生活的真實情境，創(chuàng)設(shè)有層次和深度的問題串，培養(yǎng)學(xué)生的高階思維，為教學(xué)帶來積極變化。

參考文獻

［1］李松林，賀慧.深度學(xué)習(xí)設(shè)計模板與示例［M］.成都：四川師范大學(xué)電子出版社，2020：44-52.

［2］高品，胡瑩.“人體的激素調(diào)節(jié)”一節(jié)教學(xué)設(shè)計［J］.生物學(xué)通報，2023，58（11）：37-40.