李云會(huì) （北京市團(tuán)結(jié)湖第三中學(xué) 北京 100025）

在當(dāng)前教育發(fā)展全球化的大背景下，各個(gè)國(guó)家和地區(qū)的科學(xué)教育都將培養(yǎng)學(xué)生能力作為首要目標(biāo)。中學(xué)生物學(xué)課程屬于科學(xué)課程，就能力培養(yǎng)而言，應(yīng)著力于培養(yǎng)學(xué)生的生物學(xué)學(xué)科能力。2018年高考《北京卷考試說(shuō)明》中將生物學(xué)學(xué)科能力要求概括為理解（包括辨認(rèn)、比較、解讀）、應(yīng)用（包括推理、歸因）、思辨（包括論證、評(píng)價(jià)）、創(chuàng)新（包括假設(shè)、設(shè)計(jì)）4 項(xiàng)內(nèi)容［1］。這 4 項(xiàng)內(nèi)容既是學(xué)科能力的不同類型，也代表能力水平的不同層級(jí)，其中理解能力是最低層次的能力，從理解到應(yīng)用、思辨、創(chuàng)新，層次水平不斷提升。《北京卷考試說(shuō)明》提醒生物學(xué)教師，在教學(xué)中要重視培養(yǎng)和發(fā)展學(xué)生的學(xué)科能力，不僅如此，還要注重能力培養(yǎng)的層次性，在學(xué)生理解的基礎(chǔ)上逐步培養(yǎng)高階能力水平。這種基于學(xué)科能力培養(yǎng)的教學(xué)思路同樣適用于初中生物學(xué)教學(xué)?；谝陨纤伎迹P者結(jié)合生物學(xué)學(xué)科能力要點(diǎn)，對(duì)北京版初中生物學(xué)教材“酒精對(duì)水蚤心率的影響”實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了精心設(shè)計(jì)。

1 教材分析

“探究酒精對(duì)水蚤心率的影響”是北京版初中生物學(xué)教材第15 章“健康地生活”第5 節(jié)“健康的生活方式”中的實(shí)驗(yàn)。通過(guò)本實(shí)驗(yàn)，學(xué)生能直觀感受到酒精的危害，從而自覺(jué)拒絕酗酒等不良行為，樹(shù)立健康生活的意識(shí)。本實(shí)驗(yàn)作為北京市高級(jí)中等學(xué)校招生考試《考試說(shuō)明》中的一個(gè)參考實(shí)驗(yàn)，在培養(yǎng)學(xué)生能力方面具有重要作用。

本實(shí)驗(yàn)由2 課時(shí)完成，第1 課時(shí)帶領(lǐng)學(xué)生按照科學(xué)探究的基本過(guò)程，歷經(jīng)提出問(wèn)題、作出假設(shè)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、完成實(shí)驗(yàn)各個(gè)環(huán)節(jié)完成實(shí)驗(yàn)操作。課堂中提供5%、10%、15%、20%等4 種濃度的酒精，將全班學(xué)生分為4 個(gè)大組，每個(gè)大組指定使用1 種酒精濃度進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。學(xué)生2 人一小組，挑選1 只每10 s心跳次數(shù)在32～36 之間的水蚤作為實(shí)驗(yàn)材料，先記錄水蚤在清水中10 s 心跳的次數(shù)，連續(xù)記錄3 次，再吸干清水，滴入指定濃度的酒精，3 min 后記錄水蚤在指定濃度酒精中10 s 心跳的次數(shù)，仍然連續(xù)記數(shù)3 次，獲得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。第2 課時(shí)帶領(lǐng)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，形成概念，并嘗試對(duì)概念進(jìn)行擴(kuò)展和應(yīng)用。本文是第2 課時(shí)的教學(xué)設(shè)計(jì)，重在培養(yǎng)學(xué)生的理解能力、應(yīng)用能力和思辨能力。

2 教學(xué)過(guò)程設(shè)計(jì)及分析

2.1 通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理分析形成概念，培養(yǎng)理解能力

2.1.1 制造矛盾沖突，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理 依次出示3個(gè)小組的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，分別詢問(wèn)該組學(xué)生: 你的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)是否可信？根據(jù)數(shù)據(jù)你能得出什么結(jié)論？與之前假設(shè)是否相符?

表1 3 組學(xué)生獲得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

3個(gè)小組的學(xué)生都認(rèn)為自己的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)很可信，并分別根據(jù)數(shù)據(jù)得出了10%的酒精能使水蚤心率加快、減慢、基本不變的結(jié)論。此時(shí)，學(xué)生一片嘩然。

教師追問(wèn)：同樣的實(shí)驗(yàn)，3 個(gè)小組得出了完全不同的結(jié)論，這是為什么？到底哪組的結(jié)論是正確的？ 應(yīng)如何作出判斷？

學(xué)生都認(rèn)為出現(xiàn)這樣相互矛盾的結(jié)果是水蚤數(shù)目和實(shí)驗(yàn)次數(shù)太少造成的，大部分學(xué)生提出應(yīng)重新實(shí)驗(yàn)，收集更多的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。個(gè)別學(xué)生突然醒悟：全年級(jí)都做了實(shí)驗(yàn)，應(yīng)根據(jù)全年級(jí)的數(shù)據(jù)分析才能得出正確結(jié)論。該提議得到了全體學(xué)生的認(rèn)同。教師課前已將所有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)錄入到Excel表中，此時(shí)現(xiàn)場(chǎng)計(jì)算出全年級(jí)數(shù)據(jù)的平均值，得到數(shù)據(jù)（表2）。

表2 年級(jí)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

學(xué)生對(duì)于表2 的數(shù)據(jù)結(jié)果都很驚訝，這與他們的經(jīng)驗(yàn)太不相符了。此前幾乎所有的學(xué)生都認(rèn)為酒精能加快水蚤的心率，他們作出假設(shè)的依據(jù)是人飲酒后常會(huì)出現(xiàn)情緒激動(dòng)、自控能力差等表現(xiàn)。本著尊重事實(shí)的原則，學(xué)生雖心存疑惑，但還是暫時(shí)將數(shù)據(jù)填寫(xiě)在了學(xué)案中。

2.1.2 用曲線圖表征數(shù)據(jù) 為直觀比較不同酒精濃度對(duì)水蚤心率的影響趨勢(shì)，教師指導(dǎo)學(xué)生在學(xué)案的坐標(biāo)圖中繪制曲線，并提醒學(xué)生：畫(huà)曲線圖時(shí)要注意橫坐標(biāo)、縱坐標(biāo)代表的含義，此外要特別注意清水應(yīng)該標(biāo)注的位置。

圖1 酒精濃度對(duì)水蚤心率的影響

大多數(shù)學(xué)生都能確定出橫坐標(biāo)代表酒精濃度、縱坐標(biāo)代表水蚤10 s 心跳次數(shù)，有部分學(xué)生不太確定清水的位置，在其他學(xué)生的幫助下也完成了曲線圖（圖1）。

2.1.3 解讀曲線，得出結(jié)論 根據(jù)曲線能得出什么結(jié)論？ 學(xué)生回答酒精濃度越高，水蚤心率越慢。教師提醒學(xué)生要注意清水的作用，學(xué)生都知道清水組是酒精組的對(duì)照組。結(jié)合對(duì)照組，能得出什么結(jié)論？ 最終師生對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)論達(dá)成共識(shí)：①酒精能減慢水蚤的心率；②酒精濃度越高，水蚤心率越慢。

教師補(bǔ)充：酒精引起水蚤心率減慢的原因是麻痹了其神經(jīng)系統(tǒng)。當(dāng)酒精的濃度達(dá)到20%時(shí)，水蚤的神經(jīng)系統(tǒng)會(huì)被完全麻痹而心跳停止，導(dǎo)致死亡。

同時(shí)進(jìn)行方法強(qiáng)調(diào)：分析數(shù)據(jù)時(shí)，要做到2 種比較：一是實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組比較，通過(guò)比較對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行定性；二是實(shí)驗(yàn)組之間相互比較，通過(guò)比較發(fā)現(xiàn)變化規(guī)律。

2.1.4 補(bǔ)充數(shù)據(jù)，完善概念 根據(jù)生活經(jīng)驗(yàn)，學(xué)生都知道酒精能使人興奮、心率加快，為什么酒精對(duì)水蚤心率的影響與對(duì)人體心率的影響不同？ 學(xué)生提出2 種解釋，一是水蚤心臟與人體心臟對(duì)酒精刺激的反應(yīng)不同；二是水蚤與人對(duì)酒精濃度的耐受度不同。對(duì)于第1 種解釋，很快被其他學(xué)生反駁，雖然生物種類不同，但生命具有統(tǒng)一性，水蚤和人的心臟都是由心肌細(xì)胞構(gòu)成的，2 種細(xì)胞的結(jié)構(gòu)及功能是相似的，從這個(gè)角度分析，兩者對(duì)酒精刺激的反應(yīng)也應(yīng)該類似。是因?yàn)閮烧邔?duì)酒精耐受度不同造成的嗎？ 教師出示了課外小組做的另一組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)（表3）。

表3 酒精濃度對(duì)水蚤心率的影響

圖2 不同濃度酒精對(duì)水蚤心率的影響

當(dāng)學(xué)生看到這組數(shù)據(jù)時(shí)，恍然大悟，立刻認(rèn)識(shí)到課堂得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果是因?yàn)榫凭珴舛冗^(guò)大造成的。將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為曲線，描述不同濃度酒精對(duì)水蚤心率的影響規(guī)律 ：當(dāng)酒精濃度小于0.2%時(shí)，隨著濃度增加，水蚤心率加快；當(dāng)酒精濃度大于0.2%時(shí)，隨著濃度增加，水蚤心率減慢。

教師進(jìn)行方法強(qiáng)調(diào)：當(dāng)曲線的趨勢(shì)發(fā)生變化時(shí)，應(yīng)找到拐點(diǎn)，分段描述。

以上4 個(gè)環(huán)節(jié)，重在帶領(lǐng)學(xué)生處理數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)、形成概念、完善概念。第1 環(huán)節(jié)，通過(guò)制造矛盾沖突，使學(xué)生認(rèn)識(shí)到重復(fù)實(shí)驗(yàn)的重要性，真正理解樣本量越大、實(shí)驗(yàn)重復(fù)的次數(shù)越多，實(shí)驗(yàn)誤差就越小，實(shí)驗(yàn)結(jié)果就更具說(shuō)服力。同時(shí)可看到，學(xué)生在平時(shí)分析試題的過(guò)程中，對(duì)“進(jìn)行重復(fù)實(shí)驗(yàn)”“求平均值”這樣的作答能脫口而出，但當(dāng)面對(duì)真實(shí)的數(shù)據(jù)情境時(shí)，卻往往無(wú)所適從?？梢?jiàn)，學(xué)生還不善于將所學(xué)用于生活實(shí)際，學(xué)習(xí)的知識(shí)內(nèi)容與解決真實(shí)問(wèn)題之間還存在脫節(jié)。第2 環(huán)節(jié)，通過(guò)改變數(shù)據(jù)的呈現(xiàn)形式，學(xué)生感受到科學(xué)探究不僅要獲得數(shù)據(jù)，還要能用適當(dāng)?shù)男问匠尸F(xiàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果。通過(guò)繪制曲線圖，加深學(xué)生對(duì)曲線圖的認(rèn)識(shí)，知道曲線表示自變量與因變量之間的關(guān)系，即縱坐標(biāo)隨著橫坐標(biāo)的變化而變化，因此讀圖時(shí)應(yīng)先看橫坐標(biāo)，再看縱坐標(biāo)。第3 環(huán)節(jié)，分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)不同濃度酒精對(duì)水蚤心率影響的規(guī)律，形成概念。第4 環(huán)節(jié)，補(bǔ)充低濃度酒精下的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，使學(xué)生全面認(rèn)識(shí)到酒精濃度對(duì)水蚤心率的影響，補(bǔ)充和完善了概念，同時(shí)學(xué)會(huì)有拐點(diǎn)曲線的解讀方法。至此，學(xué)生從數(shù)據(jù)處理到數(shù)據(jù)分析再到結(jié)論的得出，對(duì)本實(shí)驗(yàn)原型的理解及實(shí)驗(yàn)技能的訓(xùn)練基本到位，獲得了學(xué)科知識(shí)和活動(dòng)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)實(shí)驗(yàn)的理解能力得到提升。

2.2 根據(jù)所學(xué)知識(shí)經(jīng)驗(yàn)對(duì)相關(guān)現(xiàn)象做出推理、論證，培養(yǎng)應(yīng)用、思辨能力

2.2.1 其他因素對(duì)水蚤心率的影響 根據(jù)生活經(jīng)驗(yàn)判斷，還有哪些因素或物質(zhì)能影響心率？如何影響？ 學(xué)生猜測(cè)香煙、咖啡等能使心率加快，一些鎮(zhèn)靜藥物會(huì)使心率減慢。教師出示以下2 個(gè)情境實(shí)驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行分析，作出判斷，發(fā)展能力。

實(shí)驗(yàn)1：煙草浸出液對(duì)水蚤心率影響的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

實(shí)驗(yàn)小組在4 份等量的香煙煙絲中分別加入20 mL、30 mL、40 mL、50 mL 的蒸餾水浸泡 1 d，用浸出液做探究實(shí)驗(yàn)，得到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如圖3 所示［2］。下列分析正確的是（）。

圖3 煙草浸出液對(duì)水蚤心率的影響

A.該實(shí)驗(yàn)要研究的問(wèn)題是水蚤心率對(duì)煙草浸出液的影響

B.清水中不含煙草浸出液，該組沒(méi)有必要設(shè)置

C.實(shí)驗(yàn)水蚤心率越快，就越能說(shuō)明吸煙減輕了心臟的負(fù)擔(dān)

D.在一定濃度范圍內(nèi)煙草浸出液對(duì)水蚤心率有促進(jìn)作用

實(shí)驗(yàn)2：功能性飲料對(duì)水蚤心率影響的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

學(xué)習(xí)小組學(xué)生想探究長(zhǎng)期喝功能性飲料是否對(duì)健康有害，他們用甲、乙2 組水蚤作為實(shí)驗(yàn)材料，制作臨時(shí)裝片，計(jì)數(shù)在不同濃度的功能性飲料中水蚤的心率變化情況。表4 是記錄的結(jié)果。

表4 不同濃度功能性飲料對(duì)水蚤心率的影響（單位：次／min）

下列敘述正確的是（）。

A.所得數(shù)據(jù)是水蚤10 s 心跳的次數(shù)

B.同一組水蚤可在2 種濃度功能性飲料中重復(fù)使用

C.水蚤心率加快，是因?yàn)楣δ苄燥嬃下樽砹怂榈纳窠?jīng)系統(tǒng)

D.此實(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明，功能性飲料能促進(jìn)水蚤的心率，且濃度越大，影響越大

2.2.2 酒精對(duì)人體的影響

教師提出問(wèn)題：根據(jù)以上實(shí)驗(yàn)，能否推測(cè)出酒精對(duì)人的心率有什么影響？ 你能理解禁止酒后駕駛的原因嗎？

因?yàn)榫邆淞司凭珜?duì)水蚤心率影響的知識(shí)，學(xué)生順利回答出低濃度酒精使人的心率加快，高濃度酒精能夠麻醉神經(jīng)系統(tǒng)，使心率減慢，因此大量飲酒后駕車(chē)反應(yīng)能力慢等。教師強(qiáng)調(diào)：過(guò)量的酒精會(huì)麻痹人的腦和神經(jīng)系統(tǒng)，若一次性飲酒過(guò)多，甚至還可能出現(xiàn)心跳停止、導(dǎo)致死亡的嚴(yán)重后果。酒后駕車(chē)，由于酒精對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)的麻醉作用，造成大腦活動(dòng)遲緩，對(duì)刺激的反應(yīng)時(shí)間延長(zhǎng)，感覺(jué)器官和運(yùn)動(dòng)器官例如眼、手、腳之間的配合功能發(fā)生障礙等，很容易導(dǎo)致事故的發(fā)生。

酒精僅對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)有影響嗎？

補(bǔ)充資料：酒精進(jìn)入人體后，首先在胃部被迅速吸收，可能對(duì)胃粘膜造成損害，容易引起胃潰瘍、腹瀉、慢性胃炎等癥狀；肝臟是酒精的主要代謝器官，酒精的代謝產(chǎn)物乙醛能直接引起肝細(xì)胞的損傷，經(jīng)常性的酗酒可能造成脂肪肝，可能會(huì)惡化成肝炎、肝硬化甚至肝癌；乙醛對(duì)腦神經(jīng)組織有毒性作用，長(zhǎng)期過(guò)量飲酒會(huì)造成腦神經(jīng)細(xì)胞損傷，從而引起中樞神經(jīng)系統(tǒng)功能障礙，導(dǎo)致肌肉不協(xié)調(diào)、反應(yīng)遲鈍、注意力不集中、記憶力減退等，尤其是女性妊娠期飲酒可能導(dǎo)致胎兒神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育障礙。人體不能從酒精代謝中獲取有益的物質(zhì)，同時(shí)要排出產(chǎn)生的大量熱能、水和CO2，增加了肺、腎、心臟等器官的負(fù)擔(dān)。隨著社會(huì)的發(fā)展及人們生活水平的不斷提高，要用科學(xué)的態(tài)度對(duì)待酒文化，使社會(huì)健康發(fā)展［3］。

請(qǐng)回答問(wèn)題：

1）據(jù)資料可知，酒精可能對(duì)______、______、______、______等系統(tǒng)造成不良影響。

2）為什么過(guò)量飲酒會(huì)增加胃腸、肺、腎、心臟這些器官的負(fù)擔(dān)？

3）從以上酒精的吸收、代謝過(guò)程可看出，人體雖然有多個(gè)系統(tǒng)組成，但這些系統(tǒng)相互聯(lián)系和配合，使人體成為一個(gè)統(tǒng)一的整體，這主要是______系統(tǒng)調(diào)節(jié)的結(jié)果。

本部分旨在培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用、思辨的高階思維能力。

第1 環(huán)節(jié)，引入相近情境，由酒精擴(kuò)展到其他影響因素，通過(guò)分析每一個(gè)選項(xiàng)正確與否，學(xué)生運(yùn)用已掌握的概念分析其他相關(guān)實(shí)驗(yàn)，通過(guò)判斷推理得出新結(jié)論，進(jìn)行遷移訓(xùn)練。這其中既有對(duì)概念知識(shí)的應(yīng)用，又有對(duì)實(shí)驗(yàn)技能的考查，還有對(duì)讀圖讀表能力的檢核，對(duì)學(xué)生能力是一個(gè)全面的訓(xùn)練。教師提供的閱讀資料，以人體對(duì)酒精的吸收、代謝過(guò)程為主線，將神經(jīng)系統(tǒng)、消化系統(tǒng)、循環(huán)系統(tǒng)、泌尿系統(tǒng)、呼吸系統(tǒng)等的功能相聯(lián)系，從酒精對(duì)心率的影響擴(kuò)展到對(duì)全身各個(gè)器官的影響。學(xué)生論證酒精在被吸收、代謝的過(guò)程中對(duì)人體各器官系統(tǒng)造成的傷害，建立起知識(shí)之間的內(nèi)在聯(lián)系，理解人體各系統(tǒng)之間的統(tǒng)一協(xié)調(diào)關(guān)系，體會(huì)到人體是一個(gè)統(tǒng)一的整體。

3 基于生物學(xué)科能力教學(xué)設(shè)計(jì)的思考

3.1 理解能力是學(xué)科能力的基礎(chǔ) 理解能力是最基本的生物學(xué)學(xué)科能力，能力水平最低，是學(xué)習(xí)過(guò)程中信息輸入后所引起的認(rèn)知結(jié)構(gòu)變化，而應(yīng)用和思辨、創(chuàng)新則是在理解基礎(chǔ)上的信息輸出能力。因此，學(xué)生理解的程度直接影響著應(yīng)用和思辨、創(chuàng)新的質(zhì)量。本實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生只有對(duì)實(shí)驗(yàn)原理、操作過(guò)程、實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析理解到位，才能分析、判斷、推理其他相關(guān)實(shí)驗(yàn)。離開(kāi)理解能力，應(yīng)用和思辨、創(chuàng)新將會(huì)是空中樓閣。故而在教學(xué)中要切切實(shí)實(shí)地落實(shí)基礎(chǔ)知識(shí)、基本技能的教學(xué)，不可好高騖遠(yuǎn)，一味追求高階能力的訓(xùn)練而忽略基礎(chǔ)的落實(shí)。

3.2 學(xué)生的學(xué)習(xí)活動(dòng)是提升學(xué)科能力的途徑能力不是教出來(lái)的，而是學(xué)生在學(xué)習(xí)活動(dòng)中形成和發(fā)展的。本節(jié)課中，圍繞著實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)了一系列的學(xué)習(xí)活動(dòng)，例如處理數(shù)據(jù)、轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)呈現(xiàn)方式、解讀數(shù)據(jù)、分析資料、解釋推理其他相關(guān)實(shí)驗(yàn)等，學(xué)生在參與活動(dòng)、解決問(wèn)題的過(guò)程中，能力得到有效的訓(xùn)練和提升。

3.3 知識(shí)和活動(dòng)經(jīng)驗(yàn)是學(xué)科能力的基本構(gòu)成要素 學(xué)科能力是指學(xué)生順利進(jìn)行相應(yīng)學(xué)科的認(rèn)識(shí)活動(dòng)和問(wèn)題解決活動(dòng)所必需的、穩(wěn)定的心理調(diào)節(jié)機(jī)制，學(xué)科核心知識(shí)和活動(dòng)經(jīng)驗(yàn)是學(xué)科能力的基礎(chǔ)［4］。在指導(dǎo)學(xué)生的學(xué)習(xí)活動(dòng)時(shí)，教師不僅要重視知識(shí)的落實(shí)，同時(shí)還要重視學(xué)生學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)的獲得。本節(jié)課中，不僅通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的分析得出結(jié)論，更根據(jù)學(xué)習(xí)的需要強(qiáng)調(diào)了經(jīng)驗(yàn)技能，例如實(shí)驗(yàn)的操作原理、分析數(shù)據(jù)時(shí)的比較、畫(huà)曲線圖時(shí)橫、縱坐標(biāo)的含義、對(duì)有拐點(diǎn)曲線的分段描述等，這些經(jīng)驗(yàn)技能不僅是學(xué)科能力的重要組成部分，同時(shí)也是學(xué)生獲得知識(shí)、構(gòu)建概念的保障。