“生物圈中的微生物”单元拓展探究教学设计*

陆心怡 高祥玉 朱晓燕

（1 南京师范大学教师教育学院 江苏南京 210000 2 福建省南平市教师进修学院 福建南平 353000）

《义务教育生物学课程标准（2011年版）》强调教师要帮助学生形成科学概念,发展科学探究能力。概念是理解其他信息的工具，能为学生在新情境下解决相关问题奠定基础；科学探究能力是学生探索世界本质的必备能力之一。学生将所学的科学概念，在提出问题、获取信息、寻找证据、检验假设、发现规律等主动学习过程中加以运用，是实现科学概念的深入理解、科学探究能力的进一步提升的有效途径。在真实的问题情境中，引导学生进行知识的联系与迁移；在思考的过程中，培养学生的批判性思维，发展学生的科学探究能力，从而深化概念理解,全面提升学生生物学核心素养。在完成北师大版《生物学》8年级上册“生物圈中的微生物”单元知识教学后，创设问题情境，运用本单元概念，通过推理线索、分析资料、整合数据等活动进行拓展探究,并灵活运用实验结论交流相关观点，实现概念的“活学活用”和科学探究能力的进一步发展。

1 教学背景分析

“生物圈中的微生物”位于北师大版《生物学》8年级上册第18 章，包括“微生物在生物圈中的作用”和“微生物与人类的关系”2 节内容。通过之前的学习,学生已初步掌握科学探究的一般步骤和基本的原则、方法，例如控制变量、设置对照实验等；本章学习结束后，学生还建立了一些重要概念及下位的次要概念。以下为本章学习后，学生建立的重要概念（KC）和次要概念（SC）。学生将运用这些概念和已有的科学探究能力进行本节课的拓展探究,以期实现对这些概念的深入理解和探究能力的进一步提升。

KC1 微生物通常个体微小，结构简单，在生物圈中分布广泛。

SC1.1 微生物通常包括真菌、细菌、病毒等类群。

SC1.2 不同类型的微生物形态、结构、繁殖方式各有不同。例如酵母菌主要通过出芽的方式进行无性繁殖,霉菌和蘑菇通过无性和有性孢子进行繁殖。

KC2 微生物在生物圈中有着不可替代的作用。

SC2.1 腐生性微生物属于生态系统中的分解者。

SC2.2 寄生性微生物、腐生性微生物属于生态系统中的消费者。

SC2.3 有些微生物例如蓝细菌、绿色硫细菌及硝化细菌等化能无机自养菌能利用光能或化学能将无机物转变为储能有机物,属于生态系统中的生产者。

KC3 微生物与人类有着密切的关系。

SC3.1 有些微生物例如寄生在人体中的痢疾杆菌或被人误食的黄曲霉、毒蘑菇，会使人患病。

SC3.2 微生物例如酵母菌、乳酸菌等广泛应用于发酵食品的生产及加工。

SC3.3 微生物例如放线菌等可产生抗生素，在医药工业中应用广泛。

SC3.4 微生物的应用前景广阔。

2 教学目标

1）根据教师提供的丽丽生病的相关线索，运用KC1 及SC1.1～SC1.2,初步判断甘蔗变质是霉菌感染引起的,实现对KC1 及SC1.1～SC1.2 的深入理解。

2）通过资料分析，设计“探究霉变甘蔗对小鼠胃粘膜损伤的影响”实验方案，进一步发展科学探究能力。

3）通过对实验数据的整合，运用图表方式表述实验结果。

4）结合实验结果和结论，运用KC2 及SC2.1～SC2.3、KC3 及SC3.1～SC3.4 进行表达与交流，认同微生物与人的密切关系,进而深化对KC2 及SC2.1～SC2.3、KC3 及SC3.1～SC3.4 的理解。

3 教学过程

3.1 情境激趣，基于任务展开新课教学 在课堂导入环节，创设问题情境：丽丽生病了，请大家根据线索，结合所学的知识，找出丽丽生病的“真凶”。激发学生兴趣，带着任务进行新课学习。

3.2 呈现线索，复习旧知提出合理假设 教师出示依据观察到的现象而获得的一系列线索,提出问题：根据以下线索思考，丽丽生病的原因可能是什么？

线索1：丽丽口渴的时候在学校旁边的饮品店买了一杯甘蔗汁，回家以后，丽丽出现了恶心、呕吐的症状。

线索2：医生诊断丽丽是急性食物中毒。前两天也发现了一起食用甘蔗后出现了恶心、呕吐症状的病例，而且症状比丽丽严重。

线索3：丽丽的爸爸找到了饮品店制作甘蔗汁所用的甘蔗，发现这些甘蔗瓤部比正常甘蔗深，呈棕红色，并且散发出霉味。

线索4：丽丽的爸爸带着变质的甘蔗到有关部门检测，工作人员将甘蔗制成装片在镜下观察，发现甘蔗细胞被长长的菌丝感染了,鉴定结果显示，这是一种霉菌，称为节菱孢霉菌。工作人员提及,最近很多食用甘蔗的人都出现了不同程度的恶心、呕吐症状。

出示显微镜下的菌丝图片，学生根据线索，回忆KC1 及SC1.1～SC1.2、SC3.1，进行推测：甘蔗瓤部成红棕色，并发出霉味，可能是感染了真菌，真菌在代谢过程中产生毒素,丽丽喝了带有毒素的甘蔗汁后，毒素对胃部造成伤害。

学生根据线索4 和SC1.2 进行分析,镜下观察到甘蔗被霉菌感染，证明甘蔗确实发生了霉变；不同人食用甘蔗后，出现的症状程度不同，这可能与甘蔗霉变程度有关，进而提出猜想：霉变甘蔗可能是丽丽生病的“真凶”，甘蔗霉变程度越大，毒性越大。

3.3 分析资料，小组合作设计实验方案 教师出示以下资料，提示学生回顾7年级下册中“探究酒精对水蚤的影响”活动相关内容，回顾科学探究基本步骤,引导学生关注控制变量,减小误差等环节，组织学生小组合作，制定实验计划，完成探究报告。

资料：小鼠是实验室检测物质毒性的常用动物，科学家在检验某种有毒物质对胃部影响的时候，通常会在给小鼠服用有毒物质一段时间后,制作并观察胃部装片，以此判断小鼠胃粘膜损伤程度。

各小组分析材料，组内合作，展示实验报告，通过小组间交流，确定最终实验计划，并以表1的形式呈现实验计划。

表1 “探究霉变甘蔗对小鼠胃粘膜损伤的影响”实验方案

3.4 整合数据，师生共同得出实验结论 教师以文字形式给出实验结果：20 d 后,显微镜观察小鼠胃粘膜的炎症程度,统计每组中有炎症感染的小鼠，发现低浓度组3 只，中浓度组5 只，高浓度组8 只，正常组1 只。布置任务：选择合适的方法表达实验结果并尝试得出结论。

学生经思考与讨论，绘制表2表示实验结果，得出结论：霉变甘蔗会对小鼠胃粘膜产生损伤，饲喂浓度越高，损伤越大。

表2 “探究霉变甘蔗对小鼠胃粘膜损伤的影响”实验结果［1］

3.5 回归生活，深化概念培养批判性思维 教师回归情境,提出问题：有关部门要求商家进行赔偿，可是商家却拒绝处罚，解释在制作甘蔗果汁的时候，已经将甘蔗变质的部分切除了，为什么还会“有毒”？

学生提出解决方案,应该将甘蔗变质的那部分切去后榨得的甘蔗果汁送去镜检,观察是否含有节菱孢霉菌感染，以获得证据。如果检测结果显示有菌丝,则可说明甘蔗边缘部分虽然看起来颜色正常，但细胞已经被菌丝感染，霉菌释放毒素，会对胃粘膜造成损伤，是不能食用的。

教师再次提出问题：微生物可释放毒素，对人体产生危害；还会导致食品腐败等，微生物对人类而言都是有害的吗？

学生根据KC2 及SC2.1～SC2.3、KC3 及SC3.1～SC3.4，进行交流与讨论，进一步理解微生物在生物圈中不可替代的作用及与人类的密切关系。

4 小结与反思

4.1 基于新情境的复习教学，有利于发展学生思维,达成概念的结构化 对概念的认知和学习是一个不断发展的过程［2］，而能力需要学生亲历探究过程才有可能得到提升。例如在 “提出合理假设”环节，教师引导学生观察，利用镜检图片，启发学生回顾图片中的菌丝符合哪一类微生物的结构特点,让学生根据这些线索,联系所学过的知识，提出假设。学生因为有前面学习的概念基础，大多能顺利完成学习要求。这个过程既复习了微生物的分类、结构与功能相关内容，又提供了新的情境，让学生运用已掌握的概念进行分析、判断，有效地促进了学生对概念的深入理解。在“设计实验方案”环节，教师联系7年级下册探究活动，通过教材回顾，组织学生以小组为单位合作探究。这个过程对学生来说具有一定的挑战性,教师通过学案上的示例为学生搭建支架,学生通过思考和讨论，顺利设计出科学的实验方案。这样的活动让学生更深刻地认识到在实验中控制变量、设置对照实验等方法的重要性,提高了科学思维水平和科学探究能力。在“整合数据”环节，给学生提供文字形式的实验结果,引导学生回顾过往的实验报告呈现方式，学会用数学方法进行表达，让他们认识到数据的呈现形式是多样的。在“拓展交流”环节，教师提出开放性问题，促进学生概念理解，在解决与思考问题的过程中,促进学科知识的结构化，将整个初中阶段的相关知识融会贯通。

4.2 建立知识间联系，在真实生活情境中促进学生深度学习 深度学习理论强调在知识理解的基础上,学习者批判性地将新的问题与原有知识进行融合，并将已有的知识迁移到新情境中，寻找解决问题的策略［3］。科学探究是初中生物学学习的重要内容，也是学习的重要方式。本节课的复习教学中,教师为学生提供运用概念解决的真实的生活问题，引导学生自主思考，寻求解决新问题的方案。在这一过程中，教师引导学生基于新情境建立与学科知识的联系尤为重要,霉变甘蔗对小鼠胃粘膜损伤的影响是一个陌生的问题,自主设计实验方案对于8年级的学生而言还是困难的,克服学生的畏难情绪,引导学生利用所学的知识解决问题，能建立知识间的联系，是教学的重要环节。结合7年级下册“探究酒精对水蚤的影响”活动，重温科学探究的一般方法,建立2 个探究实验的关联，引导学生在分析“探究酒精对水蚤的影响”设计方案的基础上,进行霉变甘蔗对小鼠胃粘膜损伤的影响的实验方案设计。在这一过程中，教师特别强调，当遇到新的问题时，应该基于自己的整个知识架构进行综合的思考,捕捉过往学习经历中有利于解决新问题的学科知识与方法,进行类比或迁移。通过教学实践，利用这一思维路径进行引导，绝大多数的学生都能很好地将“探究酒精对水蚤的影响”设计方案迁移到“探究霉变甘蔗对小鼠胃粘膜损伤的影响”实验设计中，教师取得了较好的教学效果，让学生体验到学以致用的乐趣。更重要的是，在这一过程中，渗透了对学习方法的指导，提升了学生的学习自信，对于落实生物学科核心素养目标达成，训练科学解释能力，体现科学教育价值均有重要意义。