初中生物实验教学中发展科学思维——以“节肢动物”内容为例

李鹏红

(福建省厦门第十中学 福建 厦门 361000)

科学思维作为生物学核心素养的主要内容，是尊重事实和证据，崇尚严谨和务实的求知态度，运用科学思维的方法认识事物、解决实际问题的思维习惯和能力[1]。生物学作为一门自然科学，实验是生物课程教学活动一部分，通过动手、观察等实践经历，主动参与概念的建构，养成科学思维的习惯，并能将这种习惯延续到生活中，解决与生物学有关的现象和实际问题，促成学生达成生物学科核心素养。

现存的生物课堂，教师仍然以讲授为主。信息时代下，教师备课素材丰富，形象生动，对于扑面而来的知识，教师不停的讲学生不停记。生物学与生活联系非常紧密，更多的知识源于生活，而实际的教学中我们往往脱离生活，学生在感知外界时，更多是通过视频、图片、文字想象，压抑初中生对知识探索好奇心，限制学生思维的发展。本文笔者将结合教学实例，谈谈如何通过实验教学构建重要概念，体验和领悟构建知识的过程和方法，进而培养学生科学思维。

1.教学过程

1.1 探究蝗虫适应陆地生活的结构特征。教师播放蝗灾小视频，引出本节课学习内容：以“蝗虫”为例，介绍节肢动物的主要特征。

学生四人一小组，在教师指导下，通过观察、分析资料等探究蝗虫的适应陆地生活结构特点。

活动1：观察蝗虫标本，结合课本P15页蝗虫结构示意图，完成蝗虫结构名称填写。小组成员间互相提问，在蝗虫标本上找出相应的结构。

设计意图：通过填图初步识别蝗虫各部分结构名称，利用蝗虫标本的观察，进一步加深对各部分结构名称的记忆。

活动2：小组通过观察和动手操作，回答问题：①轻轻触摸蝗虫的体表，有什么感觉？②数一数蝗虫有几对足？有什么特点？③动手伸展蝗虫的足，你发现了什么？④展开蝗虫翅，你发现了什么？⑤你知道蝗虫的哪些结构与生活环境相适应吗？

设计意图：感性的认知是人们通过感官直接接触外部世界，在大脑中形成感觉和印象，并初步认知事物表象的一种方式，是人们进行理性认知的前提和基础。有研究发现，如果基于多种感官对学习进行输入，能获得良好的教学效果[2]。让学生通过动手和思考，使其对蝗虫身体的结构有深层次了解，认同其身体结构与生活环境相适应，更好的理解“结构与功能观”。活动过程中，遵循学生的认知规律，通过亲自体验，在实践中发现知识，从而实现感性认知到理性认识的升华。不仅激发学生学习的兴趣，同时也发展学生对比较、分析等思维方法的运用。

活动3:观察蝗虫的腹部，你发现了什么？可能与什么有关？根据你的发现，你能尝试设计实验方案证明你的观点？

材料准备：试管、清水、活体蝗虫

学生围绕呼吸部位在头部和腹部进行方案设计，小组间进行实验方案交流，修正和完善实验方案。课下完成实验，下节课进行结果的交流与展示。

设计意图：“尊重事实和证据”是科学思维的前提，学生根据实践观察，发现蝗虫腹部的上下波动，推测可能与呼吸有关，进而对呼吸部位产生疑问。由此引出探究问题：蝗虫呼吸部位在哪里？这一探究问题的解决的主动权交到学生手里，抓住探究要研究和解决的“问题”的本身，而不是套用“提出问题、作出假设、制订计划、实施计划、得出结论、表达与交流”这几个固定环节[3]。实验方案的设计是个难点，需要小组成员的合作、讨论、确定初步方案，小组间交流实验方案，在原有基础上进行方案修正和完善。运用思维进行实验设计，同时在实验设计中发展学生思维，帮助学生逐步养成发现问题和解决问题的思维习惯。

1.2 昆虫的基本特征。

活动1：观察蝉和蜻蜓的标本，完成导学案任务二的表格，表格如下；

材料准备：蝉和蜻蜓的活体标本

活动2：根据观察结果，归纳三种动物共同特征。教师设疑：其他昆虫的特征都与这三种动物一样吗？

活动3：展示蚂蚁、苍蝇的图片，归纳昆虫的基本特征。

活动4：根据昆虫的特征，判断七星瓢虫、虾、蜘蛛、蜈蚣是否为昆虫，理由是什么？

设计意图：归纳是从个别中发现一般的推理形式和思维方式，学生对三种动物的观察，列表比较形态结构，归纳三种动物的共同特征。通过对蚂蚁和苍蝇的观察，进一步归纳出昆虫的基本特征。在概念建构的过程中，从学生认知规律出发：从感性到理性，从一般认识到特殊的规律，逐步发展学生的逻辑思维。活动4设计，一方面通过学生口头表述理由，监控评价学生对知识理解，一方面为引出其他节肢动物特征作铺垫。

1.3 节肢动物主要特征。

材料准备：虾的活体、镊子、培养皿

活动1：①轻轻的触摸虾的体表，你发现了什么？②观察虾的触角你发现了什么？③数一数，你发现虾有几对足？伸展虾的足，你发现了什么？④你能归纳出虾与昆虫的共同特征？

活动2：①观察蜘蛛的图片，你发现了什么？②你能归纳出节肢动物的主要特征？

活动3：教师设疑：外骨骼对于节肢动物有什么作用？观看蝉、螃蟹、蜘蛛三种生物动态蜕皮过程。

活动4:分析问题：在所有的动物类群中，节肢动物的种类和数量是最多的，想一想这与它们的哪些特征有关呢？

设计意图：这部分的活动建立前面实验的基础上，进行观察方法上迁移，快速找出动物共同特征和不同特征，总结节肢动物主要特征。教材中以学生熟悉昆虫介绍蜕皮现象，考虑到学生对其他节肢动物的蜕皮现象较为少见，所以提供螃蟹和蜘蛛的蜕皮视频，拓展学生的眼界，加深对外骨骼作用的理解。活动4目的引导学生认识节肢动物以不同形态结构来适应多种环境，这是是节肢动物分布广泛主要原因。

2.教学反思

对于节肢动物这个名词有点陌生，尽管它是生活中常见的动物，但是学生对节肢动物的了解不系统，特别是”昆虫“和”节肢动物“这两大类动物的特征及关系，这是本节课教学难点之一。布鲁纳强调要让学生主动进行探索，在探索中发现学习，因此教师必须有意识的在教学过程中发展学生的思维能力。本节课以“昆虫特征”和“节肢动物特征”为学习内容主线，通过准备动物的实物、标本代替图片，大大激发了学生学习的热情。同时对教学环节的精心设计，以问题进行引导，指导学生观察实物、标本，不仅动眼还要动手、动脑，通过亲身的体验，列表比较、分析、归纳和概括，构建“昆虫特征”和“节肢动物特征”概念。以学生发展为本，通过观察、分析、比较、归纳等环节，引导学生从已知到未知再到已知，深入学习，提高学生逻辑思维水平。

3.教学建议

基于实验教学中概念建构，通过让学生亲自体验知识发现过程，逐步探寻概念本质，加深对概念的理解，对知识的记忆将更为的牢固。例如：观察“种子的结构”，教师准备芸豆和玉米种子，关于种皮保护的作用，教学中我们经常一句带过，但实际教学组织学生观察未浸泡的芸豆的种皮，感受它的硬度，同时让学生扯一扯浸泡过芸豆种皮的韧度，推测种皮的作用。通过动手过程，从感性到理性的认识种皮的作用，更好理解“结构与功能观”。而玉米种子结构教学，只是简单对玉米种子的剖面滴加碘液进行观察，认识各部分的结构，学生没有真正掌握知识。实验中我们可以组织学生对玉米(煮熟)进行实物分离，教师引导学生进行种子分离：果皮和种皮→胚乳→子叶→(胚芽、胚轴、胚根)，从种子的整体性认识玉米各部分的结构，加深学生对知识的理解。知识的探寻即是思维的发展，“尊重事实和证据”是科学思维的前提，实验教学能让学生通过亲身体验，根据观察到生物学事实，运用正确的逻辑思维方法，对知识进行加工，从而达成对生物学重要概念的领悟。