以“人体内的物质运输”为例谈核心素养的培养

张培

摘 要 在“人体内的物质运输”单元教学中，设计探究实践活动，贯穿观察分析、推理判断等思维训练，引导学生在已知上逐步构建未知，在习得血液循环生物学概念的同时，建立生命观念，提升科学思维能力。

关键词 物质运输 探究实践 生命观念 科学思维

中图分类号 Ｇ633. 91 文献标志码 B

生物学学科核心素养，主要是指学生通过学习本课程而逐步形成的正确价值观、必备品格和关键能力，是生物学课程育人价值的集中体现，主要包括生命观念、科学思维、探究实践、态度责任。在培养学生学科核心素养的导向下，笔者以“人体内的物质运输”单元为例进行了教学探索实践。

1 单元内容分析

本单元内容位于北京版生物学七年级下册第五章第二节“人体内的物质运输”。从内容上看，本单元既承接“人的营养”，又因为人体的其他系统都需要血液循环系统的支持与协助，故对其后人体其他系统的学习具有重要铺垫作用。从核心素养上说，学生进一步整合呼吸系统、泌尿系统、神经系统等后续相关概念促进结构与功能观的发展，同时科学思维习惯的养成有助于培养并提升学生在理科课程学习甚至社会生活实践中的科学态度和理性程度。

《义务教育生物学课程标准（2022年版）》指出，本单元需要达成的重要概念为“人体通过循环系统进行体内的物质运输”，包含两个次位概念，分别是“血液循环系统包括心脏、血管和血液”以及“血液循环包括体循环和肺循环，其功能是运输氧气、二氧化碳、营养物质、代谢废物和激素等物质”。这些概念的形成建立在“血液具有物质运输的作用”“血管是血液循环流动的管道”“心脏搏动为血液循环提供动力”以及“物质运输主要是通过血液循环实现的”等多个事实的基础上。因此，本单元采用如下教学方式：整合多个事实、概念培养学生结构与功能观，搭建支架式台阶，帮助学生逐步发展科学思维。

2 主要活动设计

本单元核心问题为：人体如何通过血液循环实现物质运输？此教学设计以结构层次为主线，通过多个实验事实，由现象观察到本质探究，逐层深入，意图解决人体内物质运输的载体、通道和动力的相关问题，有助于建立生命观念。随后，通过自主探究和模拟活动，明确血液循环的途径和意义，发展科学思维。以下为本单元的5个主要活动设计。

2.1 活动1：观察鸡血凝块颜色变化实验和人血涂片

教师展示课前生物学小组的鸡血凝块实验，学生观察到鸡血凝块在空气中静置一段时间后，颜色由暗红色变为鲜红色。教师提出问题，鸡血凝块颜色变化的原因是什么？学生推测可能与红细胞结合氧气的功能有关。随后，学生在显微镜下观察红细胞，进行本质探究。学生观察发现显微镜下的红细胞平面结构为圆形，并且四周颜色较深中间颜色较浅，即四周厚中间薄，呈两面凹的圆饼状。教师提供资料：人体内红细胞成熟后失去细胞核和大部分线粒体等细胞器。学生思考体会，理解红细胞在组成、形态、结构上的特殊性，决定了它具有结合氧气并高效运输的功能，明白这是自然选择的结果，内化形成细胞层次的结构与功能观。

2.2 活动2：观察小鱼尾鳍内的血液流动和人的血管切片

学生进行实验，观察小鱼尾鳍内的血液流动。通过对比、分析观察结果，学生直观了解小鱼尾鳍不同血管内的血流方向、血流速度和管径粗细等（图1）。人的血管类型和特点与小鱼类似，学生可结合小鱼血管的观察结果，构建人体心脏与三种血管内的血液流动关系。学生产生疑惑并提出问题：不同血管的功能为什么存在差异？从而由现象观察深入到结构探究。通过观察动静脉的横切切片，阅读动静脉和毛细血管的结构数据，以及静脉瓣的存在证明等资料，学生对比分析、归纳概括三种血管的结构特点及其功能，明确血管功能的实现需要特定的结构支持，体会器官层次的結构与功能观。

2.3 活动3：观察心脏解剖结构并进行注水实验

血液在血管内循环流动，其动力来自于心脏。学生解剖观察哺乳动物的心脏，发现心脏由心肌构成。观看心肌细胞节律性收缩视频，认同心肌细胞和心肌组织与心脏这个动力器官的结构与功能相适应。对比观察心脏四个腔壁的厚薄，明确其与动力大小的关系。教师提问：心脏内的血流方向如何保证？学生观察心脏内的瓣膜，推测血流方向，并进行心脏注水实验，通过观察水流方向予以验证。随后教师播放心脏瓣膜结构异常导致血流异常的动画，反向证明瓣膜功能。如此通过观察、验证实验，学生认同心脏的结构特点与其为血液循环提供动力，保证血液定向流动的功能相适应。此时，教师引导学生再次思考，获得如图2所示的血液循环初步模型。在本活动结束后，教师布置绘制心脏结构示意图的作业，为下一活动自主构建血液循环模型提供抓手。

2.4 活动4：小组合作，自主构建血液循环模型

本活动流程如下：学生小组合作自主构建血液循环途径，随后各小组展示模型并相互交流、评价再对模型做出优化和修正，最后由教师提供循环动画，学生归纳总结，书写血液循环途径。其中，小组合作自主构建途径具有一定挑战性，是本单元教学的难点，所以在活动前教师要提供充分的抓手和依据以保证学生的推理有迹可循。抓手包括以下几点提示：①在初步模型的基础上进行新模型构建；②在心脏结构示意图的基础上进行绘制；③以一滴血的循环为例进行构建。基于上述提示，学生对循环的想象更为具体。此外，学生之前观察了小鱼尾鳍内的血液流动，那小鱼全身的血液是如何流动的？教师提供小鱼一心房一心室的血液单循环资料。如此，教师给足了资料和抓手，可以放手让学生自主构建（图3），从系统角度认识血液循环。

2.5 活动5：活动模拟，阐释血液循环意义

教师设置三个顺梯度、难度递进的小问题，引导学生继续观察血液循环模式图：① 血液在血管内除了循环流动，还发生了什么现象？学生很容易发现模式图中血液的颜色发生了改变。② 血液颜色改变，即血液的成分改变，这发生在哪些场所？③ 这些地方进行了怎样的物质交换？学生阅读资料，思考讨论。教师组织模拟活动：教室里一半学生模拟各种组织细胞，一半学生模拟肺泡，课桌间的通道模拟毛细血管，教师模拟流动的血液。在“体循环”中，教师游走在课桌间隙，将印有氧气或营养物质的卡片随机分发给学生，学生将印有二氧化碳或尿素的卡片随机递交给教师。教师从前排走到后排，引导学生查看卡片变化。在“肺循环”中，教师游走在课桌间隙，将印有二氧化碳的卡片随机分发给学生，学生将印有氧气的卡片随机递交给教师。教师从后排返回前排，引导学生查看卡片变化。此模拟活动使血液循环中的物质交换更加直观，有利于学生生动形象地理解血液循环的功能和意义。

3 单元教学反思

3.1 生命观念的建立

“生命观念”是对观察到的生命现象及相互关系或特性进行解释后的抽象，是人们经过实证后的观点，是能够理解或解释生物学相关事件和现象的意识、观念和思想方法。其中“生命现象及相互关系”是内容， “实证”是方法， “能够理解或解释生物学相关事件和现象”即抽提概括形成一般性理解后能够迁移解释，是对学生提出的学习要求。本单元中结构与功能观的内容要点可以拆解为“人体血液循环系统的结构是有层次的”“人体血液循环系统各层次的结构是有序的”和“人体血液循环系统各层次的结构与功能相适应”。因此，本单元教学设计以细胞、组织、器官和系统等不同层次的生物学事实为基础进行重要概念的建构和结构与功能观的培养。从细胞水平上，以红细胞为例，通过现象观察和资料分析等获得真实证据，认识红细胞结构的有序性，以及在组成、形态和结构上与其功能相适应的特点。从组织水平上，重点以肌肉组织为例，通过观察对比不同血管的肌肉层和心脏解剖结构，发现血管和心脏内肌肉组织排列有序，并认同动脉和心脏的泵血功能由肌肉组织的收缩提供动力，即特定功能的实现依赖于特定的结构支持。从器官水平上，通过对心脏由外向内的形态结构观察和注水实验，认识心脏由结缔组织膜包被，主要由肌肉组织构成，血管和神经分布其中，有四个腔，内有瓣膜等，体现了结构的有序性，同时明确其为血液循环提供动力并保证血流方向的功能。在系统这一层次，学生可以自行遷移理解血液循环系统主要由血液、血管和心脏组成，以此实现人体内物质运输的功能。

3.2 科学思维的培养

科学思维是指在认识事物、解决实际问题的过程中，尊重事实证据，崇尚严谨求实，基于证据和逻辑，运用比较、分类、归纳、演绎、分析、综合、建模等方法，进行独立思考和判断，多角度、辩证地分析问题，对既有观点和结论进行批判审视、质疑包容，乃至提出创造性见解的能力与品格。 “尊重事实证据”也就是重实证，这是科学思维的显著特点。“比较、分类、归纳、演绎、分析、综合、建模等”是科学的思维方法。科学思维是生物学概念形成和生命观念建立的重要工具。本单元设计了多个实践探究活动，如观察鸡血凝块颜色变化和红细胞、小鱼尾鳍内的血液流动和人血管切片，以及心脏解剖和注水实验等，由现象深入到本质，搭建台阶，逐步揭示血液循环系统的性质、结构和功能，发展学生比较、分类、归纳等能力，同时让每个次位概念的获得都有明确的事实证据支持，突出了科学思维的显著特点。此外，本单元在模型构建时强调从原有经验出发，在已知基础上构建未知。如在血管一节，通过对不同血管的认识，构建心脏和三种血管内的血液流动关系，完成初步的循环框架搭建；在心脏一节，将心脏各腔的联系补充进血液流动关系示意图，构建血液循环途径的初步模型；在血液循环一节，以上一节的模型为基础，自主构建完善的循环模型。在此活动的展示交流环节，可以发现学生有思维的碰撞和自我修正，如有的组将原本的单循环修正为双循环，有的组想到了物质交换，充分发展了学生的发散性思维和创造性思维能力。

生命观念是构成生物学学科核心素养的生物学特质，同时生物学作为一门科学教育类课程，强调实证和逻辑的科学思维。在生物学重要概念教学中，设计观察实践活动，通过探究、解释凸显概念的形成过程，既为学生知识的习得提供证据，形成上位的生命观念，又培养了他们科学思考、理性思维的能力。

参考文献：中华人民共和国教育部.义务教育生物学课程标准（2022年版）［S］. 北京：北京师范大学出版社，2022：4-5.