基于科学思维培养的课堂教学实践与反思

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　　摘要结合初中生物优质课的观摩活动，阐述在“人体能量供给”一课中如何通过概念建构、活动设计以及联系生活体验发展学生的科学思维能力，同时也指出教师在课堂教学中的些许不足，建议教师唯有终身学习，才能发展自我、发展学生。
　　关键词 科学思维 重要概念 教学设计
　　中图分类号G633.91 文献标志码B
　　“科学思维”是人类思维的高级形式，是生物学学科核心素养的重要组成部分。为增强教师的教学创新意识，发展学生的科学思维，促进初中生物教师的专业发展，笔者所在的南京市秦淮区组织了初中生物优质课的评比活动，现结合本次课堂教学的观摩谈几点感受和启发。
　　1参赛内容的分析
　　本次参赛课题是苏教版生物学七年级下册第十章第五节“人体能量的供给”。在《义务教育生物学课程标准（2011年版）》中，本节课是第五个一级主题“生物圈中的人”的内容，具体内容标准是“说明能量来自细胞中有机物的氧化分解”，活动建议是“探究几种食物热价的差异”。
　　本节课安排在学生学习了人体的营养供给、人体内的物质运输以及人体的呼吸等内容之后，本节活动有讨论“人体能量的供给”和实习“测量体温”两项。人体能量供给的过程是由许多器官和系统共同完成的，是人体各项生理活动的基础。这个过程既复杂又抽象，教师需要采取有效的教学策略，引导学生将教材中前几个章节的知识有机串联起来，深刻理解上述各个系统功能之间的内在联系，以及人体能量供给过程与细胞呼吸作用之间的关系;同时，还要引导学生用所学的“能量”知识指导合理膳食，学习测量体温并说出维持体温稳定的意义等。本节课的学习不仅能有效地促进学生对重要概念的建立、理解和应用，而且有利于发展学生的科学思维能力，为学生在后续学习中逐步形成物质和能量观奠定基础。
　　2课堂教学的亮点
　　本次参赛教师的课堂教学各有特色，既彰显出个性与特长，也体现出科学思维能力的培养，具体有以下三大亮点。
　　2.1在重要概念的建构中培养科学思维
　　本节课要帮助学生形成的重要概念是“人体生命活动的能量来源于细胞中有机物的氧化分解”，围绕这一重要概念，参赛教师主要采用了以下两种策略开展教学（图1）。
　　策略1：教师先通过实验燃烧一粒花生，让学生观察试管中水温变化;然后以问题串引导学生思考：
　　①使水温升高的能量来自哪里？
　　②花生种子中的能量是如何被释放出来的？
　　③人体进行生命活动需要能量吗？能量来自哪里？
　　在学生直观体验到食物中有能量的基础上，教师继续提问：
　　①食物在人体内是否也能通过类似的“燃烧”来释放能量？
　　②根据生活经验，推知“燃烧”需要哪些物质参与？
　　③人体细胞是如何获得有机物和氧气的？
　　学生以“燃烧”进行类比联想，思维不断深入，分析推断出食物在体内分解也需要氧气;最后，学生通过小组合作学习将人体的营养供给、呼吸、物质运输等知识进行有机串联、归纳和整合，建构概念模型，小组代表进行汇报展示（圖2）。
　　策略2：教师先通过复习植物光合作用、呼吸作用的概念，引导学生由植物呼吸作用的实质迁移到人体呼吸作用的意义，推断人体内有机物分解、提供能量的方式与绿色植物基本相似;然后，引导学生回忆前面所学过人体的消化和吸收、人体的呼吸以及血液循环等知识，倒推细胞内分解的有机物、需要的氧气从哪里来;最后，学生通过小组合作学习建构概念模型，小组代表进行汇报展示（图3）。
　　从课堂教学效果看，两种教学策略都能有效引导学生通过分析、类比、推理、综合、归纳和整合等思维方法生成概念，促进了学生科学思维能力的发展，厘清了人体能量供给与消化系统、血液循环系统以及呼吸系统的关联，概念建构也水到渠成。
　　2.2在活动的创新设计中培养科学思维
　　本节课中，课标的活动建议是“探究几种食物的热价”，但是教材的活动安排是“讨论常见食物的热价”。如果，教师按照课标的建议开展实验探究，因要考虑能量的散失，课堂实验的难度大且没有足够时间完成。教师若按照教材直接开展讨论活动，学生不容易理解不同食物热价差异的原因，分析性思维和创新性思维亦得不到充分的发展和提升。为此，教师创新设计学生的活动：
　　①联系生活，提出探究问题。教师结合学生的生活经验提问：如果我们食用100g大白菜和100g猪肉获得的能量一样吗？为什么？在学生回答的基础上。教师引入“热价”这一概念，并继续提问：你如何设计实验来验证你的猜想，比较不同营养物质的热价呢？
　　②自选器材，设计探究方案。在学生讨论、分析、猜测的基础上，教师提供试管、温度计、酒精灯、蒸馏水、花生、腐竹、挂面、黄豆、玉米等各种器材的图片，组织学生分组讨论设计探究方案，并搭建模拟实验装置。学生在自主探究的过程中，抽象与概括的科学思维能力以及批判性思维能力得到了提高和发展。
　　③观察现象，得出实验结论。在学生汇报交流的基础上，教师和学生课堂互动演示挂面的燃烧实验，并展示课前录制的另外两种食材的燃烧实验微视频，学生通过观察、比较、分析、概括等思维过程，自主归纳出蛋白质、糖类、脂肪三种营养物质的热价的差异。
　　④解读数据，发展思维能力。由于课堂上开展的只是食物热价测定的定性实验，于是，教师继续呈现科学测定的蛋白质、糖类、脂肪的热价，引导学生阅读教材中的表1，学生在解读数据的过程中，不仅分析得出不同的食物由于所含营养物质不同，以及营养物质的量不同热价不同，而且思维的灵活性和深刻性也进一步得到了提高和发展。
　　2.3在联系生活体验中培养科学思维
　　“如何改进上次提出的一日食谱”也是教材中讨论活动的内容之一。大多数教师会提供一份不合理的文字食谱（或利用学生之前设计的食谱），让学生根据教材中“常见食物的热价表”计算该食谱的能量值，然后参考“从事不同劳动强度的人每天所需要的能量表”进行改进并设计一份新的文字食谱。教学实践表明，学生对文字食谱中提供的食材质量数值缺乏一定的感性认知，活动兴趣不高，课堂讨论往往会变成简单的数学计算，讨论活动也就成为了教学中的“鸡肋”。 　　“香辣鸡腿堡套餐”是学生普遍喜欢并经常食用的快餐。结合学生的真实体验，教师事先准备好一份“香辣鸡腿堡套餐”，组织学生讨论该套餐所需的原材料，然后以任务单的形式组织学生计算一份汉堡套餐的总能量值（教师预先通过APP“食物库”查找相关原料的热价）：
　　最后引导评价，促进学生自觉内化形成良好饮食习惯。真实、有意义的活动体验，使学生很快处于一种主动、积极的情境氛围中，驱动学生的好奇心，促进认知活动走向深入。学生不仅学会运用生物学知识去分析或评价、解释或解决生活中的问题，发展高阶思维能力，而且真切感受到生物学知识的价值，确立积极健康的生活态度，并提升社会责任。
　　3观摩后的反思与建议
　　反思本次初中生物优质课的评比，笔者发现目前有的教师的课堂教学仍停留在“形式化”的低阶层面——知识层，并未深入到“脑内”的高阶层面——思维层，具体表现为教学目标的形式化、自主学习方式的表面化、课堂师生对话的肤浅化等，“深度学习”没有在课堂真正发生。针对这一现象，笔者有三点建议。
　　3.1分析教材体系，促进概念的螺旋式发展
　　在“人体能量供给”这节课中，“能量来自于细胞中有机物的氧化分解”这一重要概念与课标中4个一级主题下的重要概念的形成都有关联（表3），对应七年级上册、八年级上册教材中相关内容。
　　因此，在本节课的教学中，教师要以系统、整体的观点统摄教材中多个章节的相关内容，引导学生深度建构，实现生物学重要概念的螺旋式发展。教师不仅要引导学生将七年级上册的光合作用和呼吸作用等相关知识进行逻辑加工，还要在八年级上册学习动物的运动和行为以及生态系统内容时，再引导学生将这一概念继续拓展，进而构建起生物界和自然界的物质和能量关系、生物体的新陈代谢和生态系统中能量流动关系的完整概念知识体系图。教师还要引导学生领悟到能量释放发生在细胞内，消化、呼吸、循环三大系统的功能也是通过细胞联系在一起，帮助学生真正理解在七上教材中学过的“细胞是生命活动的基本单位”这一概念，而不是让学生单纯的记忆这句话。这样的联接整合可以使学习内容具有“弹性化”和“框架式”特征，从而有利于学生进行有意义的知识建构，为知识的提取与加工、迁移与应用奠定坚实可靠的基础。
　　3.2重视活动的指导，发展学生的自主学习能力
　　“测量体温”是教材中一个实习活动，由于教材中的指导比较笼统，因此，在学生开展自主测量体温前，教师应基于学情进行规范的指导。例如，指导学生如何正确甩水银柱，指导学生如何准确快速读取温度等。此外，学生等待测量结果需要5min，如何有效组织好这一“空档时间”，也是教师在开展学生自主学习时应该考虑的细节问题。教师指导明确，引导到位，学生自主学习的效率才能得到有效保证，否则学生的科学探究能力和科学思维品质得不到应有的发展。
　　帕克·帕尔默在《教学勇气》一书中将教师在教室里的任务类比成牧羊犬的任務：学生一定要自己去喂饱自己——这被称为主动的学习。如果他们要这么做，我一定要把他们带到一个可以得到食物的地方：一本好的课本、一个预先计划好的练习、一个启发性的问题、一组纪律良好的对话。然后，当他们已经知道在那个地方能学到什么知识时，我一定要把他们转移到下一个牧场。我一定要把这个群体聚集在某个地方，对迷路或逃走的个人要给予特别的注意，在这个时候我还必须保护群体，使他们免受捕猎者带来的恐惧等。这些观点对教师如何在活动中发挥教师的主导作用，发展学生的自主学习能力，创造真正的学习共同体有一定的启发。
　　3.3夯实专业根基，设计有效的师生对话
　　以师生对话为标志的对话教学逐渐成为教师课堂教学的重要形式。令人担忧的是，有的师生对话反映出教师的专业知识储备已经不能很好地满足教学需要。如在本节课的教学中，为引导学生辩证地看待“发热”现象，理解维持体温的相对稳定是人体进行正常生命活动的基础，当学生回答“发热能杀死病菌”“体温过低会冻伤”“多穿衣服可以防止冻伤”等时，有的教师竟然对课堂对话中生成的这些观点予以认同，不能及时引导学生探究真知，获得科学的解释。实践证明，没有足够的知识储备，教师是无法在讲台上立足，更谈不上发展学生、提升自己，只有具备了深厚的知识积淀，教师才能厚积薄发，从容应对，机智的面对课堂的生成。所以，教师应该是终身学习者，唯有终身学习，才能扎下教学的生命根须，才能不断发展自我、发展学生。
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