（北京師范大學(xué)昌平附屬學(xué)校 北京 102206）

當(dāng)今，人類社會(huì)正全面進(jìn)入信息時(shí)代，教育信息化促進(jìn)教育現(xiàn)代化已成為我國教育改革的重要戰(zhàn)略?，F(xiàn)代信息技術(shù)作為現(xiàn)代教學(xué)的有力支持，正越來越深入地影響課堂教學(xué)，給教師的教學(xué)方式、學(xué)生的學(xué)習(xí)方式、師生互動(dòng)、生生互動(dòng)等帶來變革。《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》中明確提出核心素養(yǎng)為宗旨的基本理念?！翱茖W(xué)思維”是生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)之一，是指尊重事實(shí)和證據(jù)，崇尚嚴(yán)謹(jǐn)和務(wù)實(shí)的求知態(tài)度，運(yùn)用科學(xué)的思維方法認(rèn)識事物、解決實(shí)際問題的思維習(xí)慣和能力。順應(yīng)當(dāng)今信息時(shí)代的背景，恰當(dāng)使用現(xiàn)代信息技術(shù)，提高學(xué)生科學(xué)思維值得研究。下面以北京版生物學(xué)七年級下冊第六章第四節(jié)“呼吸與呼吸作用”一課為例進(jìn)行探討。

1 教學(xué)目標(biāo)

①通過燃燒和呼吸作用的比較，描述呼吸作用的過程，闡明呼吸作用的實(shí)質(zhì)，從而理解呼吸作用這一核心概念。

②通過觀察演示實(shí)驗(yàn)、分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，提高對比分析、歸納概括、邏輯推理能力和批判性思維、創(chuàng)造性思維；通過呼吸作用在實(shí)際生活的應(yīng)用，提高演繹-推理能力。

③通過真實(shí)情境下呼吸作用概念的構(gòu)建，形成實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度和探索精神；通過學(xué)習(xí)呼吸作用的實(shí)質(zhì)和意義，認(rèn)同呼吸作用在生活中的科學(xué)價(jià)值。

2 課前實(shí)驗(yàn)及信息化資源準(zhǔn)備

課前，教師帶領(lǐng)生物小組學(xué)生完成有關(guān)綠豆種子燃燒和呼吸作用的相關(guān)實(shí)驗(yàn)。

搭建綠豆種子的燃燒裝置、萌發(fā)綠豆種子和煮熟綠豆種子的呼吸作用對比裝置，將其連接氧氣和二氧化碳傳感器，用數(shù)據(jù)采集器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集并導(dǎo)出，用Excel進(jìn)行處理，制作綠豆種子燃燒和呼吸作用過程中的氧氣變化曲線以及綠豆種子燃燒和呼吸作用過程中的二氧化碳變化曲線（圖1）。將此過程記錄制作視頻，準(zhǔn)備課上播放。

圖1 利用Excel將采集的數(shù)據(jù)繪制成的曲線圖

搭建綠豆種子的燃燒裝置、萌發(fā)綠豆種子和煮熟綠豆種子的呼吸作用對比裝置，將其連接溫度傳感器，用數(shù)據(jù)采集器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集并導(dǎo)出，用Excel進(jìn)行處理，制作綠豆種子燃燒和呼吸作用過程中的溫度變化曲線（圖2）。將此過程記錄制作視頻，準(zhǔn)備課上播放。

圖2 利用Excel將采集的數(shù)據(jù)繪制成的曲線圖

搭建萌發(fā)綠豆種子和煮熟綠豆種子呼吸作用對比裝置，記錄瓶壁水分變化。記錄萌發(fā)綠豆種子呼吸作用過程中豆瓣大小的變化（圖3），將不同萌發(fā)天數(shù)的綠豆種子烘干記錄干重，用Excel制作干重變化曲線（圖4）。將此過程記錄制作視頻，準(zhǔn)備課上播放。

圖3 綠豆種子呼吸作用過程中豆瓣的變化

圖4 利用Excel繪制的綠豆種子萌發(fā)過程中干重的變化曲線

3 教學(xué)過程及設(shè)計(jì)意圖

3.1 由呼吸引入，在已知上構(gòu)建未知

教師從呼吸是生物共同具有的生理活動(dòng)，提出問題：什么是呼吸？在這個(gè)過程中，有沒有發(fā)生本質(zhì)上的物質(zhì)改變？問題引發(fā)學(xué)生思考，在呼吸的過程中只是發(fā)生了氣體交換，并沒有發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。教師追問：那么，氧氣的利用和二氧化碳的產(chǎn)生在哪里進(jìn)行？過程是怎樣的？對于生物體來說，又有什么價(jià)值呢？這一系列問題引出本節(jié)課重點(diǎn)探索的課題——呼吸作用，從而促進(jìn)學(xué)生構(gòu)建本節(jié)新授知識和已有知識之間的聯(lián)系。

3.2 歸納概括，描述呼吸作用過程

課上，教師用平板電腦推送上述實(shí)驗(yàn)過程視頻及結(jié)果，提出問題：①呼吸作用和燃燒都消耗了什么物質(zhì)？②呼吸作用和燃燒都產(chǎn)生了什么物質(zhì)？③呼吸作用和燃燒過程中的能量以什么形式釋放？④呼吸作用和燃燒產(chǎn)生的能量來自于哪兒？學(xué)生分組進(jìn)行探究活動(dòng)，歸納概括呼吸作用過程中的物質(zhì)變化和能量變化，分析能量來源。然后，學(xué)生匯報(bào)結(jié)果，組間交流，從而得出結(jié)論：呼吸作用消耗有機(jī)物和氧氣，產(chǎn)生二氧化碳和水；呼吸作用釋放熱能，燃燒釋放光能和熱能；呼吸作用和燃燒產(chǎn)生的能量來自有機(jī)物。由此，學(xué)生開展探究性學(xué)習(xí)，完成對物質(zhì)變化和能量變化的分析，歸納概括得到呼吸作用的過程。

此環(huán)節(jié)過程中，學(xué)生在探究活動(dòng)時(shí)，運(yùn)用平板電腦反復(fù)翻看推送的視頻、圖表等資料，積極參與討論。當(dāng)小組交流得到結(jié)果后，通過拍照功能記錄并實(shí)時(shí)上傳至平臺，教師在終端及時(shí)查看每組學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況。學(xué)生各小組之間也在平臺上相互查看提交結(jié)果，有的小組會(huì)根據(jù)其他小組的結(jié)果重新完善自己的答案，進(jìn)行二次提交。例如，有的小組在探究呼吸作用過程中的物質(zhì)變化問題中，第一次提交的結(jié)果只展示了氧氣和二氧化碳的變化，通過參照平臺上其他小組的討論結(jié)果，繼續(xù)返回查看資料，發(fā)現(xiàn)遺漏信息，補(bǔ)充有機(jī)物的消耗和水的產(chǎn)生等內(nèi)容。在匯報(bào)結(jié)果環(huán)節(jié)，教師選取有代表性的學(xué)生作品進(jìn)行大屏幕展示分享并討論交流。

3.3 對比分析，闡明呼吸作用意義

教師引導(dǎo)學(xué)生充分挖掘溫度傳感器和電子天平采集的數(shù)據(jù)，可得到綠豆種子在燃燒和呼吸作用前后的質(zhì)量變化以及保溫瓶內(nèi)的溫度變化（表1、表2）。教師引導(dǎo)學(xué)生計(jì)算同樣分解1 g有機(jī)物，綠豆種子在呼吸作用時(shí)釋放的熱能小于燃燒時(shí)釋放的熱能，并提出問題：①種子呼吸作用釋放的能量，還有一部分沒有以熱能的形式散失，那些能量到哪里去了？②呼吸作用還可以為哪些生命活動(dòng)提供能量？學(xué)生進(jìn)行分組討論活動(dòng)，得出結(jié)論：生物體進(jìn)行各項(xiàng)生命活動(dòng)都需要能量，呼吸作用中有機(jī)物釋放的能量除了以熱能形式散失外，還有一部分用于生命活動(dòng)。

表1 綠豆種子在燃燒過程中的質(zhì)量變化和保溫瓶內(nèi)的溫度變化

表2 綠豆種子在呼吸作用過程中的質(zhì)量變化和保溫瓶內(nèi)的溫度變化

教師繼續(xù)挖掘溫度傳感器和電子天平采集的數(shù)據(jù)，引導(dǎo)學(xué)生得到實(shí)驗(yàn)時(shí)間內(nèi)綠豆種子在燃燒（表3）和呼吸作用前后的質(zhì)量變化（表4）。教師引導(dǎo)學(xué)生估算，同樣分解1 g有機(jī)物，呼吸作用比燃燒速度要緩慢得多，提問：燃燒時(shí)有機(jī)物中的能量被快速釋放，而呼吸作用則是將有機(jī)物中的能量逐步釋放出來，有什么好處？學(xué)生分析得出有機(jī)物緩慢釋放能量可以持續(xù)為生命活動(dòng)提供動(dòng)力。

表3 綠豆種子燃燒時(shí)間和質(zhì)量變化

表4 綠豆種子呼吸作用時(shí)間和質(zhì)量變化

學(xué)生在此環(huán)節(jié)中處理采集的數(shù)據(jù)，對比分析燃燒和呼吸作用，認(rèn)識到呼吸作用與細(xì)胞的能量供應(yīng)關(guān)系密切，有著專屬于生命的獨(dú)特特點(diǎn)，從而理解呼吸作用的意義。

3.4 呼吸作用概念形成

教師引導(dǎo)學(xué)生形成呼吸作用概念：呼吸作用是發(fā)生在細(xì)胞內(nèi)的有機(jī)物氧化分解，形成二氧化碳和水，并且釋放出有機(jī)物中儲(chǔ)存的能量，為生命活動(dòng)提供動(dòng)力。利用前幾個(gè)環(huán)節(jié)中的學(xué)生活動(dòng)做鋪墊，在本環(huán)節(jié)中教師只要適當(dāng)引導(dǎo)，學(xué)生自己總結(jié)得到呼吸作用概念比較容易。

3.5 演繹推理，學(xué)以致用

學(xué)生嘗試對生活中常見現(xiàn)象進(jìn)行解釋。教師出示資料，提出問題：①人在劇烈運(yùn)動(dòng)時(shí)為什么呼吸頻率較高，呼吸深度較大？②蘿卜放久了為什么會(huì)糠心？③甜玉米放久了為什么甜味會(huì)變淡？學(xué)生通過閱讀資料，推理回答生物體的各個(gè)器官都在進(jìn)行呼吸作用，呼吸作用是生物界的共同特性。

4 教學(xué)反思

4.1 現(xiàn)代信息技術(shù)在本節(jié)教學(xué)設(shè)計(jì)中的優(yōu)勢

在本節(jié)教學(xué)中，學(xué)生通過現(xiàn)代信息技術(shù)手段在實(shí)驗(yàn)室采集數(shù)據(jù)，在大量真實(shí)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，以問題驅(qū)動(dòng)的方式進(jìn)行分析概括，獲得呼吸作用的過程和意義，符合當(dāng)下倡導(dǎo)的概念教學(xué)方式。

應(yīng)用傳感器檢測呼吸作用過程中氧氣和二氧化碳的含量變化，改進(jìn)了傳統(tǒng)教學(xué)中利用氣體特有化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行檢測的方法，實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的創(chuàng)新；可以實(shí)時(shí)定量采集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，學(xué)生能夠直觀觀察到呼吸作用過程中氣體變化的過程；配套軟件可以將采集到的數(shù)據(jù)以數(shù)字、曲線等多種方式實(shí)時(shí)顯示；可以在同一裝置中同時(shí)檢測兩種氣體，操作簡便快捷。

生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)在重視定性實(shí)驗(yàn)的同時(shí)，也應(yīng)重視定量實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生在量的變化中了解事物的本質(zhì)。本節(jié)課中，教師引導(dǎo)學(xué)生將傳感器采集的溫度變化數(shù)據(jù)進(jìn)行對比計(jì)算，分析得出呼吸作用釋放能量的去向。對數(shù)據(jù)進(jìn)行充分挖掘，能夠?qū)⒍繉?shí)驗(yàn)的優(yōu)勢在課堂上發(fā)揮得更加充分，與傳統(tǒng)的理論講解獲得概念相比，有利于增強(qiáng)學(xué)生尊重事實(shí)和證據(jù)的意識，養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)和務(wù)實(shí)的求知態(tài)度。

教師在課堂上借助平板電腦，可以增加學(xué)生獲取信息的途徑及效率，有利于學(xué)生的個(gè)性化學(xué)習(xí)，使學(xué)生的探究性學(xué)習(xí)更加充分和深入。借助平板電腦平臺，還可以提高課堂反饋的針對性和時(shí)效性，實(shí)現(xiàn)學(xué)生之間學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)的有效分享和交流。本案例中的傳感器連接電腦終端采集數(shù)據(jù)，可以換成傳感器連接平板電腦終端，即使用平板電腦對應(yīng)的數(shù)據(jù)采集軟件，連接OTG轉(zhuǎn)換線，直接將傳感器采集的數(shù)據(jù)上傳平板電腦，方便教學(xué)。同時(shí)，有條件的學(xué)?？梢栽趯W(xué)生的分組實(shí)驗(yàn)中，每組配備一套傳感器設(shè)備和數(shù)個(gè)平板電腦，完全放手讓學(xué)生進(jìn)行科學(xué)探究。

4.2 科學(xué)思維在本節(jié)教學(xué)設(shè)計(jì)中的落實(shí)

本節(jié)教學(xué)設(shè)計(jì)以新課程強(qiáng)調(diào)的“提高科學(xué)素養(yǎng)”“倡導(dǎo)探究性學(xué)習(xí)”理念為依據(jù)，以現(xiàn)代信息技術(shù)為手段，以真實(shí)情境下的實(shí)驗(yàn)事實(shí)為主線，設(shè)計(jì)學(xué)生活動(dòng)，由學(xué)生自主構(gòu)建呼吸作用這一核心概念。在構(gòu)建核心概念的同時(shí)，重點(diǎn)將生物學(xué)科核心素養(yǎng)中的科學(xué)思維滲透其中，并適時(shí)地予以外顯和總結(jié)。

在描述呼吸作用的過程這一環(huán)節(jié)，教師以平板電腦為技術(shù)手段，輔助學(xué)生的分組探究、互評、表達(dá)交流等活動(dòng)，促進(jìn)學(xué)生依據(jù)真實(shí)實(shí)驗(yàn)情境下的視頻圖表資料，自己構(gòu)建有機(jī)物氧化分解的概念，描述呼吸作用的過程，鍛煉了學(xué)生的圖表分析能力、表達(dá)傾聽能力，以及合作意識等，重點(diǎn)進(jìn)行了科學(xué)思維中的歸納概括思維訓(xùn)練。

在闡明呼吸作用的意義環(huán)節(jié)，教師引導(dǎo)學(xué)生對比分析呼吸作用和燃燒的差異，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)呼吸作用屬于生命的獨(dú)特特點(diǎn)，激發(fā)學(xué)生對呼吸作用的意義進(jìn)行思考，涉及科學(xué)思維中的對比分析、批判性思維和創(chuàng)造性思維等思維訓(xùn)練。

最后，學(xué)以致用環(huán)節(jié)，教師通過資料分析，既將本節(jié)課知識與實(shí)際生活進(jìn)行了聯(lián)系，又檢測了學(xué)生對于呼吸作用的理解和應(yīng)用情況，即科學(xué)思維中的演繹-推理思維訓(xùn)練。

通過對“呼吸與呼吸作用”一節(jié)的探索發(fā)現(xiàn)，恰當(dāng)使用現(xiàn)代信息技術(shù)，可以有效提高學(xué)生的科學(xué)思維能力。不過，本節(jié)課還有一些待解決的問題，如全班每人1臺平板電腦，推送視頻資源時(shí)對網(wǎng)絡(luò)的要求較高，視頻若太大可能會(huì)有緩沖的現(xiàn)象。此外，每人1臺平板電腦，數(shù)目眾多，前期充電、連網(wǎng)等也有一定工作量。相信隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，以上問題很快會(huì)得到解決。教師還是需要更新自身教學(xué)觀念，適應(yīng)信息時(shí)代背景下教育的必然變革。