指向科學(xué)思維發(fā)展的初中生物學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：G633.91文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

科學(xué)思維是一種注重實(shí)證和邏輯，秉持求真務(wù)實(shí)態(tài)度的思維習(xí)慣和能力。《義務(wù)教育生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》（以下簡(jiǎn)稱《義教課標(biāo)》中明確指出，發(fā)展科學(xué)思維是培養(yǎng)學(xué)生理性思維、批判質(zhì)疑、勇于探索等科學(xué)精神的重要途徑。在教學(xué)過程中，教師應(yīng)運(yùn)用恰當(dāng)?shù)慕虒W(xué)方法，引導(dǎo)學(xué)生圍繞具有挑戰(zhàn)性的學(xué)習(xí)主題，運(yùn)用科學(xué)的思維方式認(rèn)識(shí)事物、解決實(shí)際問題，進(jìn)而促進(jìn)學(xué)生科學(xué)思維的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)核心素養(yǎng)的培養(yǎng)目標(biāo)。

1教材分析及設(shè)計(jì)思路

“驗(yàn)證綠葉在光下合成淀粉”是北師大版義務(wù)教育教科書《生物學(xué)·七年級(jí)·上冊(cè)》第4章第1節(jié)的內(nèi)容。經(jīng)過之前的學(xué)習(xí)，學(xué)生已經(jīng)掌握了光合作用的研究歷程，初步認(rèn)識(shí)了光合作用的原料、條件和產(chǎn)物。

本文以發(fā)展學(xué)生科學(xué)思維為出發(fā)點(diǎn)，通過創(chuàng)設(shè)真實(shí)的問題情境，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。在教學(xué)過程中，學(xué)生經(jīng)歷提出問題、做出假設(shè)、設(shè)計(jì)和實(shí)施方案等環(huán)節(jié)，獲取證據(jù)以驗(yàn)證綠葉在光下合成淀粉，發(fā)展自身觀察比較、分析概括、演繹推理等科學(xué)思維能力。此外，學(xué)生還基于邏輯分析所得證據(jù)進(jìn)行評(píng)價(jià)并得出結(jié)論，進(jìn)一步深化自身對(duì)光合作用產(chǎn)物和條件的理解，初步構(gòu)建次位概念“4.3.1植物能利用太陽(yáng)能（光能），將二氧化碳和水合成為貯存了能量的有機(jī)物”，發(fā)展分析論證、歸納總結(jié)、批判質(zhì)疑等科學(xué)思維能力，實(shí)現(xiàn)科學(xué)思維的激發(fā)、發(fā)展和提升。3具體教學(xué)設(shè)計(jì)思路如圖1所示。

2教學(xué)目標(biāo)

（1）能夠基于問題情境提出合理問題并做出科學(xué)假設(shè)，結(jié)合相關(guān)資料優(yōu)化實(shí)驗(yàn)方案；通過獲取的證據(jù)闡明綠葉制造的有機(jī)物是淀粉，發(fā)展觀察比較、分析概括、演繹推理等科學(xué)思維能力，提高獲取信息與解決問題的能力。

（2）能夠通過小組合作的形式，設(shè)計(jì)、評(píng)價(jià)并實(shí)施實(shí)驗(yàn)方案，驗(yàn)證光照是綠葉制造淀粉的必要條件；依據(jù)所得證據(jù)和邏輯推理，闡明綠葉在光下合成淀粉，培養(yǎng)分析論證、歸納總結(jié)、批判質(zhì)疑等科學(xué)思維能力，初步形成物質(zhì)與能量觀。

（3）能夠運(yùn)用本節(jié)所學(xué)知識(shí)，為甘薯增產(chǎn)提出切實(shí)可行的建議，并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證；結(jié)合評(píng)價(jià)量表對(duì)方案進(jìn)行評(píng)價(jià)與完善，發(fā)展批判性思維和綜合分析能力，提高解決實(shí)際問題的責(zé)任擔(dān)當(dāng)，增強(qiáng)社會(huì)責(zé)任意識(shí)。

3教學(xué)過程

3.1創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境，激發(fā)科學(xué)思維

教師展示學(xué)生在校內(nèi)勞動(dòng)基地種植的甘薯植株圖片，并提出問題：如何提高甘薯植株的產(chǎn)量？教師根據(jù)學(xué)生的答案進(jìn)一步提出問題串引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行思考：甘薯的產(chǎn)量主要與哪種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)有關(guān)？該種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)主要由植物體哪個(gè)器官制造？需要什么條件？如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行探究？學(xué)生逐步提出問題：綠葉制造的有機(jī)物是否為淀粉？光照是否為綠葉制造淀粉的必要條件？學(xué)生以此做出假設(shè)：綠葉制造的有機(jī)物是淀粉，光照是綠葉制造淀粉的必要條件。教師由此引出新課\"驗(yàn)證綠葉在光下合成淀粉”。

設(shè)計(jì)思路：教師以真實(shí)的問題情境導(dǎo)入新課，運(yùn)用問題串引導(dǎo)學(xué)生積極思考，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)學(xué)生的科學(xué)思維，為后續(xù)的教學(xué)活動(dòng)奠定良好基礎(chǔ)。

3.2開展實(shí)驗(yàn)探究，發(fā)展科學(xué)思維

3.2.1設(shè)計(jì)方案，初步質(zhì)疑

教師為學(xué)生提供新鮮的甘薯植株、碘液等實(shí)驗(yàn)材料。學(xué)生基于淀粉遇碘液變藍(lán)的實(shí)驗(yàn)原理，嘗試直接在葉片上滴加碘液，觀察葉片顏色變化，以此驗(yàn)證\"綠葉制造的有機(jī)物是淀粉\"這一假設(shè)。針對(duì)學(xué)生得出的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，教師提出疑問：若未能觀察到明顯的變藍(lán)現(xiàn)象，是否說明“綠葉制造的有機(jī)物是淀粉”的假設(shè)不成立？

學(xué)生反思實(shí)驗(yàn)過程，認(rèn)識(shí)到要驗(yàn)證該假設(shè)，需要先排除葉綠素對(duì)碘液染色的干擾。教師提供相關(guān)資料，組織學(xué)生結(jié)合資料優(yōu)化實(shí)驗(yàn)方案、分享設(shè)計(jì)思路并進(jìn)一步完善實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。最后，教師播放視頻，展示甘薯葉片酒精脫色處理過程及碘液染色結(jié)果。學(xué)生通過分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，依據(jù)所得證據(jù)得出結(jié)論：綠葉制造的有機(jī)物是淀粉。

設(shè)計(jì)思路：教師遵循問題導(dǎo)向一理論探索一實(shí)踐反思一方案優(yōu)化一結(jié)論驗(yàn)證的學(xué)習(xí)路徑，讓學(xué)生在掌握實(shí)驗(yàn)原理的基礎(chǔ)上開展實(shí)踐探究活動(dòng)，提升其科學(xué)探究能力、批判性思維及證據(jù)收集與分析能力。

3.2.2優(yōu)化方案，深入探究

教師進(jìn)一步提出問題：脫色后的葉片遇碘液變藍(lán)，能否據(jù)此確定淀粉是綠葉在光照條件下制造的？若不能，應(yīng)如何獲取證據(jù)加以證明？

學(xué)生進(jìn)行小組討論，利用實(shí)驗(yàn)材料設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案。隨后，小組代表介紹實(shí)驗(yàn)方案。在這一過程中，學(xué)生通過小組評(píng)價(jià)、學(xué)生質(zhì)疑、反思改進(jìn)等環(huán)節(jié)對(duì)方案進(jìn)行完善（見表1），最終確定實(shí)驗(yàn)方案：將葉片上下表面相同位置用大小相同的黑紙片進(jìn)行遮光處理，將同一葉片上遮光處理部分設(shè)為實(shí)驗(yàn)組，未遮光處理部分設(shè)為對(duì)照組，并預(yù)設(shè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

設(shè)計(jì)思路：教師在學(xué)生成功驗(yàn)證綠葉制造的有機(jī)物是淀粉的基礎(chǔ)上提出新問題，進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生的探究欲望。學(xué)生經(jīng)歷設(shè)計(jì)方案一評(píng)價(jià)方案一優(yōu)化方案的過程，深入思考實(shí)驗(yàn)方案的科學(xué)性和嚴(yán)謹(jǐn)性，提升比較分析、演繹推理、批判質(zhì)疑等科學(xué)思維能力，強(qiáng)化證據(jù)意識(shí)。

3.2.3 獲取證據(jù)，驗(yàn)證假設(shè)

教師基于學(xué)生設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案，進(jìn)一步提出問題：“需要獲取哪些證據(jù)才能判斷實(shí)驗(yàn)假設(shè)成立\"并引導(dǎo)學(xué)生通過完成實(shí)驗(yàn)來解答該問題。

學(xué)生以小組合作的方式，結(jié)合教師提供的實(shí)驗(yàn)材料，對(duì)葉片進(jìn)行漂洗染色，并記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果。隨后，學(xué)生展示實(shí)驗(yàn)結(jié)果并進(jìn)行分析，歸納總結(jié)得出結(jié)論：光照是綠葉制造淀粉的必要條件。

設(shè)計(jì)思路：學(xué)生通過漂洗染色一觀察比較一分析綜合一批判質(zhì)疑等一系列實(shí)踐活動(dòng)，經(jīng)歷獲取證據(jù)、驗(yàn)證假設(shè)的過程，掌握科學(xué)實(shí)驗(yàn)方法，提升比較歸納、分析綜合及批判質(zhì)疑等科學(xué)思維能力。

3.2.4再次質(zhì)疑，深化理解

教師基于實(shí)驗(yàn)結(jié)果引導(dǎo)學(xué)生提出疑問：葉片在遮光處理前是否含有淀粉？這是否會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生影響？應(yīng)如何處理？學(xué)生分組討論、分析，共同歸納得出：在進(jìn)行遮光處理前，需先將甘薯植株放在黑暗環(huán)境中進(jìn)行暗處理，將葉片中原有的淀粉轉(zhuǎn)運(yùn)或耗盡，消除葉片中原有淀粉對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響。在此基礎(chǔ)上，教師播放學(xué)生課前進(jìn)行暗處理操作的視頻，加深學(xué)生對(duì)暗處理的理解。最后，師生共同歸納“驗(yàn)證綠葉在光下合成淀粉”的實(shí)驗(yàn)方法和流程，有效突破教學(xué)難點(diǎn)。

設(shè)計(jì)思路：學(xué)生在實(shí)際操作中容易忽視暗處理這一實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)。教師通過質(zhì)疑、討論和觀看視頻等方式，引導(dǎo)學(xué)生深入思考暗處理的必要性，培養(yǎng)學(xué)生注重實(shí)驗(yàn)嚴(yán)謹(jǐn)性的態(tài)度及證據(jù)意識(shí)。學(xué)生在歸納總結(jié)的過程中，通過串聯(lián)證據(jù)鏈，建立知識(shí)之間的聯(lián)系，促進(jìn)知識(shí)體系的構(gòu)建。

3.3回歸問題情境，提升科學(xué)思維

教師再次展示學(xué)生種植的甘薯植株圖片，回歸“如何提高甘薯植株的產(chǎn)量”這一問題情境，引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合本節(jié)課所學(xué)內(nèi)容從光照的角度為甘薯植株增產(chǎn)提出建議，并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案驗(yàn)證。學(xué)生通過分組討論、分享實(shí)驗(yàn)方案、結(jié)合評(píng)價(jià)量表（見表2）對(duì)實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行評(píng)價(jià)與完善，體會(huì)到生物學(xué)與社會(huì)生產(chǎn)之間的緊密聯(lián)系。

最后，教師為學(xué)生布置課后選擇性拓展作業(yè)：① 查閱資料，繪制圖示解釋甘薯植株體內(nèi)有機(jī)物的產(chǎn)生和運(yùn)輸過程； ② 查閱資料，了解不同光照因素（如光照強(qiáng)度、光照時(shí)長(zhǎng)、光質(zhì)等）對(duì)植物生長(zhǎng)的影響，并制作科普小報(bào)； ③ 以小組為單位開展實(shí)驗(yàn)，探究某一光照因素對(duì)甘薯植株產(chǎn)量的影響，撰寫實(shí)驗(yàn)

報(bào)告。

設(shè)計(jì)思路：教師回歸“如何提高甘薯植株的產(chǎn)量\"這一真實(shí)情境，引導(dǎo)學(xué)生從光照這一關(guān)鍵因素出發(fā)，結(jié)合所學(xué)知識(shí)思考并提出具體的甘薯增產(chǎn)建議。學(xué)生在思考、交流、評(píng)價(jià)的過程中，發(fā)展科學(xué)思維能力，提升問題解決能力。同時(shí)，多層次的課后開放性學(xué)習(xí)內(nèi)容有助于學(xué)生加深對(duì)植物生命活動(dòng)基本過程的理解。

4教學(xué)反思

科學(xué)思維的顯著特征是尊重事實(shí)和證據(jù)，崇尚嚴(yán)謹(jǐn)和務(wù)實(shí)的求知態(tài)度，即注重實(shí)證。4學(xué)生科學(xué)思維的培養(yǎng)，需要教師長(zhǎng)期堅(jiān)持在教學(xué)過程中不斷滲透相關(guān)內(nèi)容。教師應(yīng)從多種途徑積極引導(dǎo)學(xué)生聚焦科學(xué)思維的特點(diǎn)一一實(shí)證、邏輯與質(zhì)疑，以概念、推理、論證、判斷等思維形式帶動(dòng)思維方法的學(xué)習(xí)和思維品質(zhì)的提高，切實(shí)實(shí)現(xiàn)科學(xué)思維的發(fā)展。5例如，在利用實(shí)物材料進(jìn)行遮光處理的實(shí)踐過程中，學(xué)生展現(xiàn)出多樣化的方法策略。相較于傳統(tǒng)教學(xué)中依賴觀看視頻或教師演示的被動(dòng)接受方式，這種親身實(shí)踐不僅豐富了學(xué)生的認(rèn)知體驗(yàn)，更在實(shí)質(zhì)上推動(dòng)了學(xué)生科學(xué)思維的發(fā)展，使其在動(dòng)手操作中學(xué)會(huì)從多角度、多維度審視問題。

同時(shí)，教師在組織小組活動(dòng)時(shí)，可借助評(píng)價(jià)量表引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行自評(píng)和互評(píng)，以促進(jìn)其科學(xué)思維的深度發(fā)展。例如，在為甘薯植株增產(chǎn)提出建議并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案驗(yàn)證時(shí)，學(xué)生通過自評(píng)和互評(píng)，發(fā)現(xiàn)部分學(xué)生對(duì)同一探究方案預(yù)期結(jié)果的描述存在差異，進(jìn)而引發(fā)學(xué)生深人思考，激發(fā)學(xué)生的探究興趣。學(xué)生在探討問題的過程中，不斷質(zhì)疑、反思和修正，實(shí)現(xiàn)了對(duì)科學(xué)知識(shí)的深入理解，同時(shí)也鍛煉了對(duì)科學(xué)思維方法的運(yùn)用能力。

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