指向科学思维培养的初中生物学教学设计

兰岚

促进学生科学思维的发展，应让学生经历运用科学思维方法认识事物，运用证据和逻辑进行分析和判断，进而建构概念和解决问题的学习过程。学习活动应具有以下特征：问题提出要有情境，做出假设要有依据，基于证据和逻辑分析和判断，经过平等的讨论得出结论等。本文以人教版生物学七年级下册“血流的管道——血管”（以下简称“血管”）一课为例，呈现促进学生科学思维发展的教学设计过程，并探讨信息技术在教学中深度融合的关键作用。

一、关键：分析学生概念建构的思维过程

在初中生物学教学中，概念教学处于核心地位。生物学概念的建构，是以生物学事实为基础，围绕事实的共同属性和本质特征，开展抽象和概括活动，建立并正确表述生物学概念的过程。概念承载着思想观念和思维方式，概念教学承载着‘培根铸魂、启智增慧的育人价值。学生在学习活动中建构概念过程，就是逐渐形成生物学思维方式的过程。

课程标准聚焦大概念，建立了“大概念—重要概念—一般概念”的概念体系。据此，可具体化每一节课的概念目标。例如，表1呈现了关于“血管”一节内容的学习内容、课程标准的内容要求，以及在此基础上根据学情设计达成目标的具体途径和方式，形成的本节课概念目标。

概念教学的目标不仅让学生理解定义或获得知识，更重要的是发展学生的思维。概念教学目标1中，“通过对生活中相关现象的观察、分析和讨论”，描述了达成目标的情境和途径，情境就是生活中常见的与血管相关的现象，途径就是观察、分析讨论这些现象；“说出血管分为动脉、静脉和毛细血管”是行为目标，要求学生能够根据具体的情境判断出血管的类型。概念教学目标2中，“通过‘观察小鱼尾鳍血液流动实验，观察三种血管的实物、图片等”，同样描述了达成目标需要的情境和途径；“能用结构与功能相适应的观点”，是实现教学目标的先决条件，学生经由此前的学习已经初步形成相关的观点；“说出三种血管形态、结构和功能的差别”是行为目标。

以上概念教学目标中描述的路径为行为路径，关注学生科学思维的发展，还需要理清学生在学习活动中的思维路径。下页表2呈现了通过观察、实验等科学方法获得事实性知识，运用科学思维方法和逻辑分析，建构概念的过程。

二、基础：基于思维的逻辑设计学习过程设计

教的逻辑依据的是学的逻辑。本节教材设计了实验“观察小鱼尾鳍内血液的流动”，引导学生通过实验获得知识，如血液在不同血管中的流速、流动方向、毛细血管中红细胞流动的特点等；再通过观察“动脉和静脉横切面”“三种血管关系示意图”“血液与组织细胞之间物质交换示意图”“靜脉瓣活动示意图”，认识三种血管的结构和功能特点；在此基础上，引导学生对三种血管结构特点与功能进行比较，练习题2以表格的形式对此进行了考察；最后概括得出结论“动脉、静脉与毛细血管三种结构、功能各具特点的血管，共同构成了人体内血液流通的管道”。

学习目标需要学生在学习活动中完成一定的学习任务来达成。分析学习的前置条件，分解学习内容为学习任务，确定这些任务的顺序。那么根据什么确定这些学习任务的顺序呢？就是要符合学生的学习思维发展规律。图1和图2分别呈现了“血管”（2课时）的两种学习过程。

图1是按照“先建构概念，在以实验验证概念的正确性”建立的教学逻辑，体现了实证的思想。第一课时的目标是建构概念，在自主学习活动中，通过观察实物、图片，阅读教材等，通过观察和比较，归纳出三种血管的特点；再通过合作学习，从结构和功能的视角比较三种血管的形态结构和生理功能；初步形成结构与功能相适应的观念。第二课时，通过观察小鱼尾鳍的血液流动，观察三种血管中的血流方向、毛细血管中血液流动特点等，是对已有知识（概念）的“眼见为实”。

图2是“先建构概念，再解决实际问题”的教学逻辑。第一课时中，概念的建构采取的是探究的思路。观察小鱼尾鳍内血液在血管内的流动方向、流速等现象，尝试分辨血管的种类（比较和分类），初步形成对三种血管的认识。

以上两种教学过程设计的思路不同，但是学生的概念构建都经过了“观察（血管的实物、模型、图片）—实验（小鱼尾鳍内血液的流动）—归纳（动脉、静脉、毛细血管的形态结构）—比较（求同和求异：对三种血管的形态结构和生理功能等比较）—概括（得出结论，建构概念）—演绎（对其他相关生活现象推理，判断血管的类型）”学习过程。学习的路径很多，从知识到记忆是一种路径，从理论学习到实证是一种路径，从问题出发进行探究也是一种路径。是否有助于学生科学思维发展，应该成为教学活动设计的一个重要依据。

三、导思：提出有逻辑的问题促深度学习

科学思维是生物学科核心素养之一，发展学生科学思维的能力和品质是初中生物学课程和教学的重要育人目标。《义务教育生物学课程标准（2022年版）》指出，学生通过初中生物学课程的学习，应“初步掌握科学思维方法，具备一定的科学思维习惯和能力”。发展科学思维是培育学生严谨求实的科学态度，涵养理性思维、批判质疑、勇于探究等科学精神的重要途径。

在具体的教学活动中，设问是促进学生思维发展的关键。好的问题能够激发学习兴趣，活跃思维，促进学生的深度思考。问题设计的基本思路是以概念目标为核心，将概念转化为中心问题，再将中心问题分解为问题串；情境创设、前置学习活动是问题设计的必要支持条件。图3呈现了“血管”一课中，“毛细血管结构与功能相适应”这一学习活动的问题设计过程。

此学习活动的概念目标是建构毛细血管结构与功能相适应的概念（生命观念），首先将这一目标转化为中心问题“毛细血管便于血液与组织细胞进行物质交换的特点？”然后将中心问题分解为问题串。问题串的设计应符合“在内容上由浅入深，层层递进；在逻辑上顺理成章，环环相扣；在难度上由易到难，有一定梯度”的原则。下面以本节课“认识毛细血管的结构和功能”这一学习活动为例，呈现问题串的设计过程。分解的三个问题针对的都是事实性问题，是学生运用结构与功能相适应的观点进行思考和解决中心问题的支架。

问题1：人体的哪些地方有毛细血管分布？学生回答此问题需要有生活经验和已有知识，例如，体检时扎手指验血、运动后脸会变红等生活经验；已经学习过的胎盘绒毛、小肠绒毛内、肺泡周围有丰富的毛细血管等知识。因此，需要提供必要的学习资源作为学习支持。

问题2：毛细血管为何被称为“毛细血管”？这个问题针对的也是事实性知识，也就是毛细血管的形态和结构特点。学生经过“小鱼尾鳍实验、观察人体毛细血管形态结构、三种血管关系示意图等观察活动，能够比较容易地回答这一问题。

问题3：毛细血管中血液和组织细胞物质交换的过程？这一问题也需要调动学生已有的知识基础，如胎盘绒毛内毛细血管与脐带内血管相通，胎儿和母体通过胎盘上的绒毛进行物质交换；小肠绒毛腔内有丰富的毛细血管，营养物质随血液运往全身等，观察“血液与组织细胞之间的物质交换示意图”等，认识到“血液中的营养物质与氧，可穿过毛细血管壁到达组织细胞，最后被细胞利用；组织细胞产生的二氧化碳与其他废物，可穿过毛细血管壁进入血液被送走。

学生通过问题1和问题2认识毛细血管的形态结构特点，通过问题3了解物质交换的过程。上述三个问题层层递进，顺理成章地回答中心问题“毛细血管便于血液与组织细胞进行物质交换的特点”。问题设计的逻辑遵循的仍是学生思维的逻辑。

四、支持：信息技术与教学的深度融合

信息技术的发展改变了教学生态，教师要学习并熟练使用教育信息技术和工具，如数字化教学软件和硬件等；要能开发和运用新形式的数字化教学资源，如微课、虚拟实验等。实践表明，在有效的信息技术能力培训支持和实际教学环境变化下，大部分教师能够较快掌握技术。需要强调的是，并非所有的教学策略都必须应用信息技术解决。例如，学生缺乏生活经验，可以通过多媒体以图片、视频等方式创设情境，还可以设计直观体验活动，比如“把脉”、观察手臂的“青筋”、一手举高一手下垂一段时间比较两手的血色。观察、实验、调查等探究实践活动，更不能简单地用技术代替。在“血管”一课中，信息技术与学科教学的深度融合主要体现在三点。

1.数字化资源为建构概念提供生物学事实支撑。概念的建构起始于生物学事实。在“血管”一课中，学生要能“从结构和功能的角度，说明三种血管形态、结构和功能的差别”，建构血管的概念，首先要观察三种类型的血管，获得事实。信息技术能够为学生的科学观察提供丰富、生动和多样的材料，也增强了教学的直观性、生动性和丰富性。

数字化资源的选择，以形成概念的需要为依据。本节课对数字化资源的选择有两个维度：一是选择除鱼、人以外，其他动物，如牛、羊等的血管，二是同一种生物的三种不同类型的血管。资源的形式，除图片、视频等数字化资源外，也可以是实物。通过呈现以上两个维度的数字化资源，学生运用比较法，对血管概念的建构经历从特殊到一般，从具体到抽象的建构过程，有利于丰富学生对血管内涵的理解，符合生物学概念学习的特点。

2.信息技术工具为分析和讨论实验现象提供帮助。讨论和交流是科学探究过程中一个非常重要的环节，学生通过讨论，学会表达自己的观点和倾听他人的观点，能够基于事实，理性、包容地与同伴进行讨论，这也是科学学习过程中要形成的科学态度。显微镜观察实验中，由于难以与同伴共享自己的观察现象，讨论难以进行。另外，由于学生缺乏对血管的了解，实验技能不熟练，分析实验观察现象也有一定的难度，需要教师的指导和讲解。

信息技术对解决这一难题起了关键作用。数码显微镜可以将显微镜观察结果在一体机或投影上显示。若不具备数码显微镜的实验条件，教师也可以通过手机拍照或錄像，运用实时投屏技术，也能实现观察现象的共享。

3.微课等数字化资源为学生自主学习提供学习的资源。开发和运用微课，可以在课前或课后推送给学生自主学习，满足不同水平和兴趣特长学生的个性化学习需求。本节课中，可制作“小鱼尾鳍内的血液观察”实验微课，学生通过自主学习复习显微镜的操作技能，了解用显微镜观察小鱼尾鳍内血液流动的过程和操作要点等。

由于纸笔测试的形式一定程度上限制了对思维、能力、态度责任的考察，也容易使教师忽视学生的学习过程，将教学简化为对知识的记忆、背诵和做题训练，因而也就出现了多耗时、多做题等加重学习负担的现象。科学思维的发展是日积月累、潜移默化的过程。科学分析学生的认知规律，在此基础上设计教学过程，是发展学生科学思维的关键，需要落实在每一个学习活动的设计中。

注：本文系广东省基础教育教研基地项目（初中生物·中山）研究成果。