基于单元教学培养学生科学思维的课堂教学初探

曾平 张秀珍

摘 要 以“稳态与调节”的单元教学为抓手，着力于其中的内环境、体温调节、植物激素调节这三个课时的教学，完成构建内环境概念、感悟体温调节过程、分析植物激素调节，层层递进地培养学生的科学思维能力，促进学生生物学科核心素养的发展。

关键词 单元教学 科学思维 生物学学科核心素养

科学思维是指尊重事实和证据，崇尚严谨和务实的求知态度，运用科学的思维方法认识事物，解决实际问题的思维习惯和能力。生命科学的科学思维是指能够基于生命科学事实和证据，运用一些科学思维的方法，探讨、阐释生命现象及规律，审视或论证生命科学社会议题的能力。教学单元通常是依据学科教学内容和任务的不同而区分的，形式上又多以章、节来区分。而《普通高中生物学课程标准（2017年版）》提出了模块化教学，如将人体的内环境与稳态、人和动物生命活动的调节以及植物激素的调节等内容归纳为一个模块——稳态与调节。由此可知，模块化教学与主题单元教学没有本质差异。那么，如何在主题单元教学中培养学生的科学思维能力，促进学生生物学学科核心素养的发展？下面以“稳态与调节”这一主题单元的教学为例，为培养学生科学思维能力，进行了如下尝试。

1 构建内环境概念，初步培养学生科学思维能力

内环境的概念非常抽象，学生往往较难理解。虽然《上海市高中生命科学学科教学基本要求（试验本）》对该内容要求只有A级水平，但是如果学生对内环境的概念理解不清晰，将会对后续知识（如人体的体温及其调节等）的学习造成不小的困难。因此，帮助学生构建内环境的大概念就显得尤为重要。

教师先是展示衣藻和人神经元细胞的图片，让学生思考这两种细胞的生活环境，引导学生答出衣藻的生活环境是水。但是，学生不能准确答出人神经元细胞的生活环境，一些学生猜测是不是也是水。此时，教师适时提出质疑：同学们不是坐在干燥的教室里学习吗，怎么会提出人的细胞也生活在水环境中？你们的猜测有什么依据吗？在激发学生思考的同时，教师再次展示神经元细胞图片，设问：细胞的边界是什么？它的基本组成及排列有什么特点？学生自然答出：细胞膜由磷脂组成磷脂双分子层的基本骨架。这时，教师可以再引导学生思考回答神经元细胞的生活环境是水環境的依据。如果学生仍未理解细胞膜结构与细胞的生活环境的关联时，教师可再进一步引导：细胞膜为什么会这么排列？学生就会茅塞顿开，分析出：因为磷脂的头部亲水，尾部疏水的特性，那么细胞膜是由磷脂双分子层组成的基本骨架，并且是疏水的尾部被包裹在细胞膜的中间，亲水的头部排列在两侧。这就是细胞生活在水环境的证据嘛。同时，学生也知道了细胞内也是液体环境。学生也会产生疑问：为什么由细胞组成的人就能生活在干燥的环境中，而不是水环境中？教师简单解释：人体的表层是角质层，都是死细胞，起到隔绝和保护的功能。可以说，只要是活细胞，那一定是生活在水环境中的，然后教师给出体液、细胞内液、细胞外液及组成等概念，学生也就非常容易接受和理解了。在内环境各组成间的相互关系的教学中，教师给出内环境各组成含有的物质（表1），分别让学生构建血浆与组织液、组织液与淋巴液、淋巴液与血浆的物质交换关系并说明原因。

学生依据表1，分析血浆与组织液、组织液与淋巴液、淋巴液与血浆之间的物质含量差异，推导出内环境物质交换关系（图1）。然后，教师进一步引导学生总结出内环境与细胞内液和外界环境的关系（图2），完成内环境这一概念的教学。

教师引导学生将熟悉的细胞膜结构与内环境的概念发生联系，铺设学习内环境概念的桥梁，进而使学生构建内环境中物质交换关系，完成内环境大概念的学习。通过内环境概念的构建过程，初步培养了学生的科学思维能力。

2 感悟体温调节过程，深入培养学生科学思维能力

体温调节在教学基本要求中为B级水平，要求学生能解释寒冷环境和炎热环境中人体体温调节的机制。如何通过该课时的教学，深入培养学生科学思维能力，笔者进行了如下尝试。

教师课前要求学生测量人体12h的体温（每th测量一次，记录数据），制得12h内人体体温曲线，促进学生感悟人体体温恒定的内涵：人体温度是在小范围波动，是保持动态平衡的稳定。然后，教师引导复习反射弧的基本结构，展示资料：科学家在实验中发现，如果动物的下丘脑及其以下神经结构完整，动物具有维持体温恒定的能力;如果破坏下丘脑，动物就不再具有维持体温恒定的能力。教师引导学生推断出调节体温的主要中枢在下丘脑，再举出生活实例：裸露的皮肤能感受到冷和热，黏膜和内脏能感受到喝下的水是冷还是热。教师引导学生理解温度感受器的种类和分布，接着要求学生讨论：炎热环境下，你身体有哪些反应？学生能答出大量出汗、静脉凸起等。教师肯定之余，适时引导学生完成炎热环境下体温的调节过程（图3），进一步引导学生总结出：炎热环境下体温的调节机制是通过增加散热来降低体温。

教师提出问题：寒冷环境下，你身体有哪些反应？学生亦能答出不会出汗、起鸡皮疙瘩、寒颤、皮肤上血管收缩等。教师引导学生结合炎热环境下体温调节过程，画出寒冷环境下体温调节机制。学生能准确答出：寒冷刺激，皮肤冷感受器将信号传到下丘脑体温调节中枢;然后，经传出神经，引起汗腺分泌减少、皮肤血管收缩、立毛肌收缩产生鸡皮疙瘩、骨骼肌不自主战栗。但是，学生未能全面分析，忽略了激素也参与寒冷环境下的体温调节。这时，教师及时提出：糖类物质的氧化分解产生的能量以热量的形式散失，维持体温的恒定。那么，新陈代谢的增加是否能有助于体温的升高呢？能促进新陈代谢的甲状腺激素和肾上腺素又是如何参与体温的调节？教师引导学生完善自己书所画寒冷环境下的体温调节机制（图4），进而引导学生总结出寒冷环境下机体通过增加产热和减少散热来维持体温。

学生通过参与课前实验，感悟体温恒定的内涵，结合自身生活经历，分析炎热与寒冷环境下自身的身体反应，层层深入地剖析体温调节过程，感悟人体的体温调节机制，深入培养了学生的科学思维能力。

3 分析植物激素调节，进一步培养学生科学思维能力

植物激素的调节在教学基本要求中为B级水平，要求学生能认识生长素对植物生长发育的调节与适应环境的关系。如何通过分析生长素的调节，促进植物生长发育与适应环境的关系，进一步发展学生科学思维能力，笔者进行了如下尝试。

教师先是引入了探究促进生根的最适生长素浓度的实验的，展示柳条生根的实验现象，给出实验数据（表2）。

教师引导学生分析实验数据，得出柳条生根数与生长素浓度的关系。为了更好地体现这一变化规律，引导学生依据表格中实验数据画出坐标曲线，以对照组数据为起点，得到植物的根对不同浓度生长素的反应曲线（图5）。数形的转化有利于学生分析实验数据和发现科学规律。

教师指导学生根据图5的变化趋势，找出曲线关键节点（关键点A、B、C、D）并对相应节点的含义做出准确的判断，分段描述曲线变化的含义。此时，学生自然得出植物生长素的两重性特点：合适濃度的溶液生长素促进生长;超过合适浓度就抑制生长;过高浓度会使植物受害、死亡。

紧接着，教师展示校园一角的松树照片以及树木模型（图6A），设置问题串：这棵树的树形是什么形状？这在生命科学中是什么现象？在植物光的利用方面有什么意义？然后，引导学生画出顶芽A点，侧芽B、C点（图6B），结合生长素的两重性作用特点分析侧芽B、C点的生长情况及原因，促进学生运用所学解决生活中实例的问题，提高问题分析、解决能力。

学生将数据转化为曲线的过程，完成图形转换;教师引导学生对得到的曲线进行分析和关键节点的含义的准确判断，达成理解生长素作用的两重性特点的学习目标。教师以学生熟悉的实例，构建教学模型，运用生长素对植物的调节作用原理解释顶端优势的形成原因，培养了学生分析问题的能力、数型转换的能力和解决实际问题的能力，进一步地促进了学生科学思维能力的发展。

4 小结

将人体的内环境与稳态、人和动物生命活动的调节以及植物激素的调节等内容归纳为一个主题单元——稳态与调节，以“稳态与调节”的单元教学为抓手，着力于其中的内环境、体温调节、植物激素调节这三个课时的教学，完成构建内环境概念、感悟体温调节过程、分析植物激素调节，层层递进地培养学生的科学思维能力，促进学生核心素养的发展。

参考文献：

[1]中华人民共和国教育部.普通高中生物学课程标准（2017年版）[s].北京：人民教育出版社，2018，1.

[2]林昭汝，陈秉初.高中生物学教学中单元教学目标的设计策略[J].生物学教学，2016，（II）：18-20.