类比法在人体生命科学领域教学的应用

康争 _ 北京第一实验小学 贾欣 _ 北京教育科学研究院

《义务教育科学课程标准（2022年版）》明确指出，科学探究的目标之一是学生应掌握科学思维方法，其中包含类比法的学习。生命领域中，对人体开展探究活动，在概念构建上相对抽象，难于理解，并且不易直接进行观察。为了帮助学生构建概念，我们尝试用类比的思维方法进行教学的分析和设计。类比法是用本质相似的模型模拟现实中无法直接观察和实验的现象，还原事物的产生、变化的动态过程，借此帮助学生建构科学概念。采用类比方法，教师可以将学生无法直接、实际观察到的现象搬进课堂，不仅提高了学生的参与度，而且还有利于学生了解现象发生的本质原因。以人教鄂教版小学科学三年级教材中“呼吸器官”一课为例，论述如何运用类比法进行教学设计。

1.类比法在人体生命科学领域教学的适宜性

在人体生命领域的教学中，该培养学生什么思维方法，一直是我们思考的问题。我们的大部分器官位于身体内部，由于看不到，学生不能进行直观地观察，很难形成科学、系统的认知。以往的教学，只是让学生对身体外部进行观察，然后猜想身体内部的样子，这对于学生而言是非常困难的。

在前测中，我们发现，三年级学生对“呼吸器官”这个词还是比较陌生的，他们会说到鼻子、气管，会认为气管连到身体了就能呼吸了，有的学生可能会提到肺，但对于这些器官的位置、形状、大小、功能就不太清楚了。也就是说，学生对呼吸器官的前概念还仅仅只是停留在一些名词上，而对于器官的结构和功能并不了解。还有学生会提到心脏等与呼吸没有直接关系或根本不属于呼吸系统的器官，说明学生对于人体内部器官的认识是混乱无序的。对于自己呼吸时身体的变化，学生也很少会关注到，自然也就无法进行身体内外变化的联系。教师直接给出的人体内部结构图，对于学生而言也就只是一张静止的图片。学生很大程度上，并不理解人体在呼吸时，呼吸器官会发生哪些变化，以及是如何工作的。

基于以上的分析，本领域使用类比法建模就较为适合。在本课可以用本质相似的模型模拟呼吸系统进行呼吸的现象，还原呼吸的产生、变化的动态过程，借此帮助学生建构科学概念。

2.类比法在教学中的应用

在人教鄂教版小学科学三年级教材中“呼吸器官”一课里，共设计了五个环节，将类比法的思维方法贯穿始终。

环节一，关注原型。

让学生深呼吸，通过多种方式观察身体在吸气和呼气时分别有怎样的变化。例如，把手放在学生认为呼吸时身体有变化的位置进行感受或两人一组观察其他同学呼吸时身体的变化等。这个环节主要是让学生关注原型，即观察自己身体外部的变化，积累足够多的表象，对原型进行分析。

环节二，初建模型。

让学生初步建立模型，把自己通过观察原型得到的猜想记录下来，绘制成静态的模型，然后用静态模型与原型进行比较。学生要在绘制时，分别表现出吸气与呼气时身体外部的变化和内部器官可能发生的变化。

环节三，完善模型。

课堂上给学生准备了六种不同的模型（见图1），先让学生根据猜想挑选模型，也就是把绘制的静态模型和动态模型进行匹配。各组讨论后选择模型，然后操作模型解释猜想，也就是用动态模型来模拟原型。在这里，要让学生使用类比的方法进行学习，在模拟的过程中要说清楚模型的哪部分模拟了身体的什么部位或器官，从而解释呼吸器官在呼吸过程中的变化。在模拟过程中，允许学生对自己之前的猜想进行修改。

图1

学生在学习过程中体验、观察，从平面到立体，从建立静态模型到动态模型，在不断的类比过程中，寻找模型与原型的匹配程度，寻找两者之间关系的相似性，验证自己的想法，寻找支持自己或反驳他人的模型证据，进而促进学生对呼吸器官的认识和理解，形成认识。

然后，带领学生观看解剖图，明确各个呼吸器官的位置、结构、功能和气体流经的顺序，完善对于原型的认识。

最后，给学生出示新的模型（见图2），发现新问题：为什么新模型的底部有一层橡胶膜，它又模拟了人体的什么结构？引发学生的认知冲突，进而通过演示新的模型，认识隔膜肌的作用，完善原有认知。

图2

环节四，归纳总结。

带领学生再次体验呼吸，重新关注原型，感受呼吸时身体的变化，进而梳理所有参与呼吸的器官。

环节五，拓展提高。

针对模型未能模拟的结构，如肺泡、气管C型软骨等，进行资料的补充，让学生通过阅读和观看视频的方式，进行知识的扩展。

对于本课用到的类比法，最重要的是增加模型与原型的匹配程度，寻找两者之间关系的相似性。在本课上课过程中，先是对身体原型的充分观察，积累足够的表象，进而绘制静态模型，将之与原型进行匹配。然后，展示动态模型，让学生用自己的静态模型与动态模型进行匹配。学生拿到模型后，用模型演示呼吸过程，在这一步就是用动态模型与原型进行匹配。学生会发现，气球、吸管、瓶子分别模拟了身体的肺、气管和胸腔。在演示过程中，不断用模型与原型呼吸的过程进行匹配。学生有的会一边自己呼吸，一边让模型和自己同步来模拟自己的呼吸；有的会边观察同伴呼吸的样子，边用模型进行模拟。正是在这样的过程中，学生发现模型可以模拟人体的呼吸。虽然每个组选择的模型不同，但都通过模拟的过程，对呼吸的过程有了更深的认识。

选择①号、⑥号模型的学生会通过手捏和松开气球的方式，模拟身体呼气和吸气时的变化；选择②号、④号模型的学生会在模拟过程中尝试捏动瓶子，但会发现瓶子下端是剪开的，捏动瓶子也并不会引起瓶子内部气球的变化，所以，也只能通过手捏和松开气球的方式模拟身体呼气和吸气时的变化；选择③号、⑤号模型的学生，一开始会发现瓶子是密封的，无法用手操作气球进行模拟，于是会尝试捏动瓶子，在捏瘪瓶子的过程中，发现里面模拟肺的气球也跟着瘪了，进而发现这个过程和人体呼气时的身体变化是一致的，再松开瓶子时，会看到刚刚瘪了的气球此时又慢慢变鼓了，这和人体吸气时的身体变化一致。不论学生选择哪个模型，只要能说清楚，自己选择的模型每部分分别模拟了身体的什么呼吸器官或结构，又是如何模拟人体吸气和呼气时的变化的，即模型如何与原型进行匹配，就是成功的。

相比于传统教学过程中的直接展示身体内部器官，本课利用模型类比的方法显然更加突出了学生认识呼吸器官的思维过程，真正做到了从学生的思维过程出发，帮助学生建立和完善科学概念，最终形成科学认识或科学理论。

3.反思与展望

这节课的设计探索，是学校科学组开展北京市“十三五”课题“逻辑推理在小学生科学认识中应用的实践研究”的一部分。通过研究活动，笔者首先再次认识了不同的科学思维方法，理解了思维方法的模式，并与教材内容相比对，确认教材活动中蕴含的思维方法。这个过程让笔者对科学思维有了认识的基础。

在课题研究过程中，通过分析教材中的活动内容安排，从中确认探究活动中的科学思维方法，并以此确定思维过程与探究过程的关联，在此基础上展开教学过程的设计，我们把这样的教学分析过程称为“以思定教”。

本节课确定科学思维方法的过程并不复杂，只要对思维方法的基本模式有了解，就能通过对教材的活动分析确定思维方法。思维方法是一种既定的模式，是客观存在的。但在教学活动中，孩子们的思维是活的，我们需要思考的是怎样将思维方法的模式转化为过程，并设计好教学方案，促成学生运用思维方法的目标落实。

在这一点上，需要精细化每一步思维方法的进程，并通过对观察活动、记录活动、研讨活动、板书设计等促成每一步思维方法在更多学生身上落实下来。这一点是考验教师的教学设计能力和对科学探究的理解的。“以思定教”仅仅是科学教师将科学思维方法融入教学的开端，而学生是否能够得到思维能力的提升还需要在思维活动的运用和思维外化的角度去审视教学、设计教学。这还需要教师进一步开展研究，在实践中发展对科学教学的理解。