關(guān)芬芬 （泉州市培元中學(xué) 福建泉州 362000）

學(xué)習(xí)生物學(xué)的目的在于認(rèn)識(shí)自然，把握自然。在探索復(fù)雜多變的自然界時(shí)，可以遵循由簡(jiǎn)到繁、先易后難、循序漸進(jìn)、逐步深入的原則。當(dāng)研究對(duì)象不允許做實(shí)驗(yàn)材料時(shí)，可以設(shè)計(jì)使用替代物，人們因此創(chuàng)建了模型法。北師大版生物學(xué)7年級(jí)上冊(cè)的“細(xì)胞通過分裂而增殖”是初中生物學(xué)課堂教學(xué)中典型的模型教學(xué)課例，在解決“細(xì)胞體積為什么這么小”這一復(fù)雜問題時(shí)，可采取以物理模型教學(xué)法為主的多種教學(xué)方法。

1 教學(xué)任務(wù)及學(xué)情分析

通過前一節(jié)的學(xué)習(xí)，學(xué)生已具備細(xì)胞體積小的知識(shí)。預(yù)測(cè)學(xué)生提出“細(xì)胞為什么那么小”的可能性很低。本節(jié)的教學(xué)目標(biāo)是學(xué)生能解釋細(xì)胞為什么小的原因和認(rèn)識(shí)細(xì)胞保持較小體積的意義。7年級(jí)學(xué)生在微觀思維方面是比較弱的，目前只能運(yùn)用低倍鏡觀察細(xì)胞；了解細(xì)胞的基本結(jié)構(gòu)；認(rèn)識(shí)細(xì)胞是有活力的、是生命活動(dòng)的基本單位。此外，在“探究影響鼠婦分布的環(huán)境因素”活動(dòng)中，學(xué)生初步學(xué)會(huì)了探究活動(dòng)的一般步驟，具備了一定的實(shí)驗(yàn)探究能力。因此，對(duì)學(xué)情的分析除普遍性的了解外，還應(yīng)關(guān)注學(xué)生實(shí)際探究能力的水平。這些是學(xué)生學(xué)習(xí)的起點(diǎn)狀態(tài)，教師只有充分了解后，才能設(shè)計(jì)相應(yīng)的策略，盡可能地實(shí)現(xiàn)預(yù)設(shè)的教學(xué)目標(biāo)。

本節(jié)設(shè)計(jì)以模擬探究實(shí)驗(yàn)活動(dòng)的形式貫穿整個(gè)知識(shí)點(diǎn)，如圖1。

針對(duì)學(xué)生可能在提出問題和做出假設(shè)這2個(gè)環(huán)節(jié)中存在困難，可以設(shè)計(jì)安排2名體型差異較大的學(xué)生上講臺(tái)，形成明顯的視覺沖擊。幫助學(xué)生形成:細(xì)胞體積為什么??？再引導(dǎo)學(xué)生，經(jīng)過小組討論，形成假設(shè)：當(dāng)總體積相等時(shí)，細(xì)胞體積越小，數(shù)量增多，越有利于細(xì)胞與外界進(jìn)行物質(zhì)交換。當(dāng)作出合理的假設(shè)后，學(xué)生就有設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案的方向。通過借助教材，小組合作，教師及時(shí)引導(dǎo)，按步驟完成探究實(shí)驗(yàn)，最后得出結(jié)論。有了實(shí)際的感性認(rèn)識(shí)后，進(jìn)一步運(yùn)用物理模型的方式論證，最終達(dá)到預(yù)設(shè)目標(biāo)，學(xué)生嘗試將知識(shí)點(diǎn)從客觀事實(shí)上升到理論認(rèn)識(shí)的層面。此外，設(shè)計(jì)一些簡(jiǎn)單的課前問題，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，學(xué)生學(xué)習(xí)的意愿會(huì)比較強(qiáng)烈，這也是保證達(dá)到預(yù)設(shè)目標(biāo)的支持條件。

圖1 知識(shí)結(jié)構(gòu)分析

2 教學(xué)目標(biāo)

1）知識(shí)目標(biāo)：解釋細(xì)胞保持較小體積的原因。

2）能力目標(biāo)：①嘗試通過使用物理模型方法進(jìn)行生物學(xué)的研究；②通過體驗(yàn)完整的探究活動(dòng)，提升科學(xué)探究能力；③學(xué)會(huì)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)記錄表格、分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和現(xiàn)象，得出結(jié)論。

3）情感態(tài)度與價(jià)值觀目標(biāo)：①體驗(yàn)小組合作學(xué)習(xí)的快樂；②體驗(yàn)通過模型和分析數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)研究的方法，形成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度。

3 教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)分析

1）教學(xué)重點(diǎn)：探究細(xì)胞為什么保持較小的體積。

2）教學(xué)難點(diǎn)：探究活動(dòng)中提出問題和作出假設(shè)等步驟。

4 教學(xué)過程

4.1 導(dǎo)入新課 本節(jié)課為借班上課，正式上課前，教師設(shè)計(jì)了幾道與正方體的面積和體積有關(guān)的計(jì)算，學(xué)生都能順利完成，很快拉近了師生關(guān)系，學(xué)生帶著自信和熱情進(jìn)入生物學(xué)課堂。教師以壁虎斷尾后的變化為例，啟發(fā)學(xué)生從細(xì)胞水平上思考該問題，并分析原因。學(xué)生依據(jù)自己的知識(shí)儲(chǔ)備，回答了幾種可能：

①壁虎會(huì)重新再長出一條新的尾巴；②壁虎新長的尾巴是由細(xì)胞構(gòu)成的；③這些新的細(xì)胞是由壁虎身上的某些細(xì)胞產(chǎn)生的，細(xì)胞出現(xiàn)數(shù)量上的增多。

4.2 設(shè)置情境 教師邀請(qǐng)2位體型差異較大的學(xué)生（學(xué)生A是全班體型最高大的，學(xué)生B是全班體型最弱小的）到講臺(tái)前。引導(dǎo)學(xué)生思考，從細(xì)胞層面上分析2位學(xué)生出現(xiàn)體型差異巨大的原因。學(xué)生做出直觀回答，存在爭(zhēng)議，也提出了觀點(diǎn)：

①學(xué)生A體型大，體內(nèi)細(xì)胞的體積比較大；學(xué)生B體型小，體內(nèi)細(xì)胞的體積比較?。虎趯W(xué)生有不同的觀點(diǎn)：學(xué)生A和學(xué)生B的體內(nèi)細(xì)胞體積應(yīng)該差別不大。只是學(xué)生A體內(nèi)的細(xì)胞總數(shù)比較多；③科學(xué)數(shù)據(jù)支持2號(hào)學(xué)生，例如：一個(gè)新生兒的體內(nèi)大約有 1012個(gè)細(xì)胞，其父大約有1014個(gè)細(xì)胞，而成人的細(xì)胞體積并沒有比兒童的細(xì)胞體積大多少；④細(xì)胞是不能一直長大的；⑤為什么細(xì)胞不能無限長大？

教師從學(xué)生熟悉的2位同伴入手分析，容易激起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。改良了教材中以大象和小鼠比較的例子，更具有趣味性和吸引力，從而引入第1個(gè)探究活動(dòng)。教材中原有的第1個(gè)活動(dòng)屬于純數(shù)學(xué)計(jì)算，學(xué)生在進(jìn)行計(jì)算的時(shí)候并不能形象地感受到所進(jìn)行的計(jì)算活動(dòng)與生物學(xué)存在著怎樣的關(guān)系。教師通過對(duì)教材的理解適當(dāng)進(jìn)行調(diào)整，將主要精力放在開展第2個(gè)活動(dòng)，并提到前面完成。

4.3 活動(dòng)1：研究細(xì)胞大小與物質(zhì)擴(kuò)散的關(guān)系

教師介紹了生物學(xué)研究的一種方法：模型法（對(duì)有困難或不允許作為實(shí)際實(shí)驗(yàn)的研究對(duì)象，可通過設(shè)計(jì)或?qū)ふ移洹疤娲铩奔茨Ｐ?，并通過對(duì)模型的模擬實(shí)驗(yàn)，以獲取研究對(duì)象的信息和資料）。

4.3.1 提出問題，做出假設(shè) 安排學(xué)生回顧探究實(shí)驗(yàn)的步驟。引導(dǎo)學(xué)生形成假設(shè)：當(dāng)總體積相等時(shí)，細(xì)胞體積越小，數(shù)量增多，越有利于細(xì)胞與外界進(jìn)行物質(zhì)交換。對(duì)7年級(jí)學(xué)生來說這是難點(diǎn)，突破難點(diǎn)的關(guān)鍵是如何讓問題直觀化，可以采取更多甚至明確的指導(dǎo)。將2塊大小一樣的馬鈴薯塊作為實(shí)驗(yàn)材料，比用一大一小的馬鈴薯塊做材料更直觀，也降低了做出假設(shè)的難度。

4.3.2 分組討論，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)記錄表

教師巡視，查看各組的討論情況，解答學(xué)生的問題，學(xué)生形成方案后組織交流。

A組學(xué)生的實(shí)驗(yàn)：①取2塊邊長為4 cm的馬鈴薯立方體為實(shí)驗(yàn)材料，將其中一塊馬鈴薯切成邊長為2 cm的立方體，共有8塊。另一塊馬鈴薯作為對(duì)照。②分別將2份馬鈴薯塊放入燒杯中，加入紅墨水浸沒。③10 min后，用勺子取出馬鈴薯塊，放在紙巾上，用紙巾吸取表面的紅墨水。④分別取出邊長不同的馬鈴薯塊，用刀對(duì)半切開。觀察并用直尺測(cè)量每塊馬鈴薯上紅墨水的擴(kuò)散深度，并記錄測(cè)量結(jié)果，如表1。

表1 活動(dòng)1記錄表

B組學(xué)生與A組學(xué)生的方案相似，但表格設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單，教師建議使用A組設(shè)計(jì)的表格。在藥品選擇中，B組依據(jù)淀粉遇到碘液能顯藍(lán)色的原理，將馬鈴薯塊浸沒在碘液中，觀察實(shí)驗(yàn)效果。教師肯定了B組的設(shè)計(jì)方案，鼓勵(lì)學(xué)生在做探究實(shí)驗(yàn)的過程中，開拓思路，運(yùn)用原來掌握的知識(shí)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，即使失敗了，也會(huì)有一定的收獲。

C組學(xué)生認(rèn)同A組的實(shí)驗(yàn)方案。學(xué)生討論時(shí)發(fā)現(xiàn)，該實(shí)驗(yàn)使用的方法跟數(shù)學(xué)計(jì)算聯(lián)系緊密，期待能得出數(shù)據(jù)，用科學(xué)的數(shù)據(jù)論證假設(shè)。

教師組織學(xué)生進(jìn)行討論，形成假設(shè)。引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用物理模型切割方法，借助馬鈴薯塊的染色設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)過程。重點(diǎn)在于表格的設(shè)計(jì)，通過表格記錄測(cè)量結(jié)果，形成直觀對(duì)比。

4.3.3 實(shí)施實(shí)驗(yàn) 教師根據(jù)學(xué)生討論，合理安排任務(wù)，各小組依據(jù)制定的方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)臺(tái)上提供了自助餐式的實(shí)驗(yàn)用品，學(xué)生可以根據(jù)需要自選材料。在實(shí)驗(yàn)過程中，做好數(shù)據(jù)的測(cè)量和記錄，嘗試通過分析數(shù)據(jù)，驗(yàn)證假設(shè)，并推導(dǎo)實(shí)驗(yàn)結(jié)論（控制時(shí)間）。

4.3.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)束，教師組織交流

D組學(xué)生，以邊長為2 cm的馬鈴薯塊為材料，將實(shí)際測(cè)量結(jié)果記錄，如表2。

表2 活動(dòng)1記錄表

4.3.5 得出結(jié)論

①體積大的馬鈴薯被著色的總體積（較小）。

②體積小的馬鈴薯被著色的總體積（較大）。

實(shí)驗(yàn)結(jié)論驗(yàn)證了小組的假設(shè)：當(dāng)總體積相等時(shí)，細(xì)胞體積越小，數(shù)量增多，越有利于細(xì)胞與外界進(jìn)行物質(zhì)交換。

教師安排其他小組學(xué)生匯報(bào)情況。

B組學(xué)生選用的馬鈴薯塊邊長4 cm，用碘液染色，發(fā)現(xiàn)碘液擴(kuò)散的速度較快，用刀對(duì)切時(shí)，刀片上沾著的碘液迅速將切面的馬鈴薯染色，造成實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)測(cè)量不準(zhǔn)確，無法得出相關(guān)結(jié)論。

E組學(xué)生與D組的實(shí)驗(yàn)材料大小選擇不一樣，但是實(shí)驗(yàn)結(jié)果是一致的，也支持假設(shè)。

學(xué)生親自完成實(shí)驗(yàn)的操作過程，增加了很多趣味性，學(xué)生時(shí)刻關(guān)注著實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行。教師引導(dǎo)學(xué)生將切好的、大小均等的8塊小馬鈴薯塊和1塊總體積相等的大馬鈴薯塊同時(shí)浸泡在紅墨水中。在等待紅墨水?dāng)U散的時(shí)候，先通過計(jì)算，從理論上計(jì)算出作為對(duì)照的2塊馬鈴薯被染色的體積不一樣。能得出被切成小塊的那組馬鈴薯被染色的總體積較大，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與預(yù)期結(jié)果一致。其中一個(gè)小組依據(jù)淀粉遇到碘液會(huì)變藍(lán)的原理，將馬鈴薯浸沒在碘液中。在平均切成對(duì)半時(shí)，刀面上會(huì)沾有外層的少量碘液，造成將切面的馬鈴薯染色，無法測(cè)量實(shí)際擴(kuò)散的數(shù)據(jù)，建議重做實(shí)驗(yàn)。

學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)，將原來比較微觀抽象的內(nèi)容，用模型的方法直觀化。從各組學(xué)生的表達(dá)中發(fā)現(xiàn)，除B組學(xué)生外，其他小組的實(shí)驗(yàn)結(jié)論是一致的。引入下一個(gè)問題，為什么細(xì)胞體積越小，數(shù)量增多，細(xì)胞與外界的物質(zhì)交換就越多？

4.4 活動(dòng)2：研究細(xì)胞體積與表面積的關(guān)系

學(xué)生提出問題：物質(zhì)交換的多少，跟細(xì)胞與外界的接觸面積有關(guān)嗎？

教師解釋，細(xì)胞與外界進(jìn)行物質(zhì)交換，與細(xì)胞能跟外界接觸的面積有關(guān)，且接觸面積越大，交換的物質(zhì)就越多。啟發(fā)學(xué)生借用物理模型的方法，得出體積與表面積的關(guān)系。提示參考教材第49頁的活動(dòng)。

C組學(xué)生舉例說明，取邊長分別是1 cm、2 cm、3 cm、4 cm的正方體，依據(jù)教材提供的表格（如表3）進(jìn)行計(jì)算。

表3 活動(dòng)2記錄表

教師鼓勵(lì)學(xué)生，打開思路，設(shè)計(jì)其他方案。B組學(xué)生使用了活動(dòng)1的實(shí)驗(yàn)材料，驗(yàn)證當(dāng)總體積相等時(shí)，細(xì)胞體積越小，數(shù)量增多，細(xì)胞膜總表面積就越大。將計(jì)算結(jié)果填入表格，如表4。

表4 活動(dòng)2記錄表

通過計(jì)算，得出結(jié)論：當(dāng)總體積相等時(shí)，細(xì)胞體積越小，數(shù)量增多，細(xì)胞膜總表面積就越大。所以細(xì)胞需要保持較小體積，相對(duì)表面積就較大，更易于保證細(xì)胞與外界進(jìn)行物質(zhì)交換，才能保證細(xì)胞正常的生命活動(dòng)。

教師評(píng)價(jià)B組學(xué)生，雖然在第1個(gè)實(shí)驗(yàn)中沒有取得預(yù)期效果，但善于思考，探究能力也很強(qiáng)，樂于尋找一些新材料、新方法等，具有很好的創(chuàng)新意識(shí)，值得學(xué)習(xí)。通過2個(gè)活動(dòng)，運(yùn)用物理模型的方法，解決了生物學(xué)中的一個(gè)問題，即細(xì)胞體積為什么這么小。同時(shí)也啟發(fā)學(xué)生，在今后的學(xué)習(xí)中，遇到困難時(shí)，要開拓思路，借助其他學(xué)科的能力解決生物學(xué)科的問題。

通過以實(shí)物模型為載體，將微觀知識(shí)直觀化、形象化，學(xué)生體驗(yàn)到收獲知識(shí)和提高能力的樂趣，這是模型教學(xué)最大的優(yōu)點(diǎn)。本節(jié)內(nèi)容的設(shè)計(jì)涵蓋了模擬探究實(shí)驗(yàn)和物理建模活動(dòng)，有一定的特色，課堂靈動(dòng)而有樂趣，學(xué)生踴躍參與活動(dòng)，有效驅(qū)動(dòng)教學(xué)目標(biāo)的順利完成。當(dāng)學(xué)生完成第1個(gè)活動(dòng)后，已經(jīng)構(gòu)建了細(xì)胞體積越小，細(xì)胞與外界進(jìn)行的物質(zhì)交換反而越多的事實(shí)，解決了細(xì)胞為什么小的問題。若時(shí)間緊張，可省略第2個(gè)活動(dòng)，以節(jié)省時(shí)間。當(dāng)然本節(jié)的課堂生成亮點(diǎn)卻是在第2個(gè)活動(dòng)中，學(xué)生并沒有單純地使用教材內(nèi)容，而是有自己的考慮。其中有一組，借用第1個(gè)活動(dòng)的材料，雖然他們的第1個(gè)實(shí)驗(yàn)活動(dòng)是失敗的，但不影響他們積極思考、探索，最后取得意外的收獲。這與平時(shí)教師在處理教材時(shí)，經(jīng)?；钣靡恍┙滩膬?nèi)容和實(shí)驗(yàn)材料是有關(guān)系的。因此在日常的教學(xué)中，潛移默化培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，能收到意想不到的效果。

［1］中華人民共和國教育部．義務(wù)教育生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2011年版）．北京：北京師范大學(xué)出版社，2012:19．

［2］何嘉媛,劉恩山．論證探究式教學(xué)模型及其在理科教學(xué)中的應(yīng)用．生物學(xué)通報(bào)，2012,47（10）：27．

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