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        “水進(jìn)出細(xì)胞的原理”教學(xué)中的科學(xué)思維培養(yǎng)

        2021-12-02 10:00:08倪曉華
        中學(xué)生物學(xué) 2021年4期
        關(guān)鍵詞:課型生物學(xué)科學(xué)

        倪曉華

        (上海大學(xué)市北附中 上海 200072)

        “水進(jìn)出細(xì)胞的原理”是《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版)》中概念2的內(nèi)容,教學(xué)提示中有“通過模擬實驗探究膜的透性”“觀察植物細(xì)胞的質(zhì)壁分離和復(fù)原”兩個實驗。許多教師在教學(xué)設(shè)計時,將教學(xué)目標(biāo)重點放在科學(xué)探究中的觀察、提問、實驗設(shè)計、方案實施以及對結(jié)果的交流與討論,而忽略了各教學(xué)環(huán)節(jié)之間的邏輯關(guān)系、教學(xué)內(nèi)容對學(xué)生科學(xué)思維的培養(yǎng)。

        1 本節(jié)教學(xué)常見課型的分析

        生物學(xué)是一門實驗科學(xué),實驗是生物學(xué)研究中最基本、最常用的方法。在生物學(xué)教學(xué)中,常常出現(xiàn)“實驗課”的說法,即整節(jié)課在實驗室里進(jìn)行動手操作,與之對應(yīng)的“常態(tài)課”是在普通教室里進(jìn)行,沒有實驗操作環(huán)節(jié)。不同的課型對學(xué)生科學(xué)思維培養(yǎng)有不同的效果。如果將演示實驗與分組實驗、探究實驗與驗證實驗都統(tǒng)稱為實驗,將沒有實驗材料和儀器設(shè)備的教學(xué)過程稱為講授,本節(jié)教學(xué)的課型一般有4種。

        (1)只講授無實驗。這是非常傳統(tǒng)的課型,學(xué)習(xí)的過程是一個被動接受過程,即使運用了多媒體技術(shù)的輔助,或者對教材中的實驗進(jìn)行分析,但是缺少體驗過程。學(xué)生頭腦中生成的概念是模糊的,甚至可能是錯誤的,如將質(zhì)壁分離和復(fù)原實驗中的“質(zhì)”理解為細(xì)胞質(zhì)的“質(zhì)”。

        (2)先講授后實驗。這是比較常見的課型,將生物學(xué)教學(xué)分為常態(tài)課與實驗課兩種模式,基本上能夠完成課程標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計的內(nèi)容要求和學(xué)業(yè)要求,但講授過程缺少真實情境,學(xué)生活動缺少任務(wù)驅(qū)動,滯后完成的實驗是將“探究植物細(xì)胞的吸水和失水”的探究實驗變成了驗證實驗,仍然屬于接受學(xué)習(xí)。

        (3)邊實驗邊講授。這是與新課程理念相吻合的課型,體現(xiàn)生物學(xué)課程性質(zhì)和基本理念,以實驗為情境和任務(wù),激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和主動性。學(xué)生通過對感性材料進(jìn)行分析、抽象、歸納與概括,可以形成科學(xué)概念,通過問題的提出和解決,在活動中提升生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

        (4)先實驗后講授。這是一種少見的課型,學(xué)生帶著任務(wù)走進(jìn)實驗室進(jìn)行探究活動,可能出現(xiàn)多種結(jié)果,如在活動過程中生成新的問題并繼續(xù)探究、在活動中出現(xiàn)失誤等。教師根據(jù)學(xué)生活動點評、分析,最后達(dá)成教學(xué)目標(biāo)。這種教學(xué)設(shè)計的課堂組織難度高,甚至有人會質(zhì)疑課堂效率低。但是,學(xué)生完整地體驗了科學(xué)研究的全過程,深入理解科學(xué)的本質(zhì),是達(dá)成生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的重要途徑。

        2 本節(jié)教學(xué)中的科學(xué)思維分析與教學(xué)建議

        “水進(jìn)出細(xì)胞的原理”一節(jié)教學(xué)中,科學(xué)探究是顯性的素養(yǎng),而科學(xué)思維是隱性的??茖W(xué)思維以生物學(xué)事實、概念為基礎(chǔ),同時,在嘗試獲取證據(jù)、運用證據(jù)與邏輯形成生物學(xué)概念和規(guī)律的過程中,需要進(jìn)行實驗,需要科學(xué)思維。

        2.1 類比推理

        類比推理是從兩個或兩類對象有某些共有或相似屬性,推出一個對象可能具有另一類對象所具有的屬性的方法。類比推理是將抽象思維和形象思維融為一體的一種獨特的思維方法,一些特殊事物往往具有鮮明的形象,人們應(yīng)用類比方法,就能使其對抽象、微觀對象的思維具有形象思維的特征。例如,物理學(xué)家研究光的性質(zhì)時,將光與聲進(jìn)行類比,遺傳學(xué)家薩頓將看不見的基因與看得見的染色體行為進(jìn)行類比等。

        探究膜的透性模擬實驗中,教師引導(dǎo)學(xué)生觀察漏斗管內(nèi)的液面變化,發(fā)現(xiàn)滲透現(xiàn)象,理解發(fā)生滲透現(xiàn)象的條件,從而概括出滲透作用的概念。細(xì)胞是生物體結(jié)構(gòu)和功能的基本單位,當(dāng)學(xué)生理解了滲透作用的概念后,就可以進(jìn)行推理。教師將微觀、抽象的細(xì)胞生命活動與宏觀、形象的滲透現(xiàn)象進(jìn)行類比,提出問題,激發(fā)學(xué)生開展科學(xué)探究的欲望:水分子通過細(xì)胞膜進(jìn)出細(xì)胞也是滲透作用嗎?細(xì)胞膜相當(dāng)于一層半透膜嗎?

        開展探究膜的透性模擬實驗時,教師可以讓學(xué)生提前選擇玻璃紙、魚鰾、膀胱、雞蛋卵殼膜等多種材料,也可以將漏斗與燒杯中的溶液互換,構(gòu)建滲透裝置,以便課堂上觀察滲透現(xiàn)象。滲透現(xiàn)象是一個真實的情境,既激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣,又是培養(yǎng)學(xué)生歸納與概括、類比推理等科學(xué)思維的載體。

        2.2 演繹推理

        演繹推理是從一般規(guī)律出發(fā),運用數(shù)學(xué)的演算或者邏輯的證明,得出特殊事實應(yīng)遵循的規(guī)律,即從一般到特殊的邏輯推理方法。在科學(xué)研究中,演繹方法常常與假說方法結(jié)合在一起,在觀察和分析的基礎(chǔ)上提出問題,通過推理和想像提出解釋問題的假說,根據(jù)假說進(jìn)行演繹推理,再通過實驗檢驗演繹推理的結(jié)論。如果實驗結(jié)果與預(yù)期相符,證明假說是正確的,反之,假說不成立。

        教師將滲透現(xiàn)象與細(xì)胞吸水和失水現(xiàn)象進(jìn)行類比:哺乳動物的紅細(xì)胞形狀特殊,取材容易,是一種理想的實驗材料,將紅細(xì)胞放入不同濃度的氯化鈉溶液中一段時間后,會出現(xiàn)失水皺縮、吸水膨脹甚至脹破的現(xiàn)象。引導(dǎo)學(xué)生提出水進(jìn)出動物細(xì)胞的原理是滲透作用的假說。教師可提醒學(xué)生注意:如果這個假說成立,人們可以演繹推理水進(jìn)出植物的規(guī)律,并通過實驗來檢驗,這是植物細(xì)胞質(zhì)壁分離和復(fù)原實驗與紅細(xì)胞形態(tài)變化實驗之間的邏輯聯(lián)系,也是區(qū)分植物細(xì)胞質(zhì)壁分離和復(fù)原實驗是探究實驗還是驗證實驗的要素。

        課堂教學(xué)過程中,教師引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)生活經(jīng)驗和對動植物細(xì)胞結(jié)構(gòu)差異的認(rèn)知,選擇紫色洋蔥、黑藻等植物作為實驗材料,預(yù)見植物細(xì)胞在不同濃度氯化鈉或蔗糖溶液中的變化,然后設(shè)計并完成實驗,分析實驗結(jié)果并得出結(jié)論。演繹推理能夠作出科學(xué)的預(yù)見,這樣的教學(xué)設(shè)計可以讓學(xué)生充分體驗演繹推理的魅力,即只要推理的前提真實、推理形式符合邏輯,那推理的結(jié)論必然是真實的。

        2.3 模型與建模

        模型是對客觀事物的形態(tài)、特征和本質(zhì)的描述、模仿和抽象,被反映和代替的客觀對象稱為模型的原型。建模是一種基于模型的建構(gòu)性學(xué)習(xí)活動,泛指人類在認(rèn)識自然界的過程中,把認(rèn)識對象進(jìn)行概念化的過程。建模是獲得知識的一條重要途徑或方法,超越了對科學(xué)事實的簡單記憶。

        教師引導(dǎo)學(xué)生建構(gòu)模型:成熟的植物細(xì)胞由于中央液泡占據(jù)了細(xì)胞大部分空間,細(xì)胞內(nèi)的液體環(huán)境主要指的是液泡中的細(xì)胞液,科學(xué)工作者將細(xì)胞膜和液泡膜以及兩層膜之間的細(xì)胞質(zhì)稱為原生質(zhì)層。原生質(zhì)層相當(dāng)于一層半透膜。教師簡化和理想化地再現(xiàn)了原型與研究目的有關(guān)的基本因素,略去次要的、非本質(zhì)的細(xì)節(jié),如這兩層膜之間的各種細(xì)胞器、細(xì)胞核等,突破了語言描述的局限,使學(xué)生一下子獲得植物細(xì)胞吸水和失水的整體印象。

        教學(xué)時,教師可以先進(jìn)行探究植物細(xì)胞吸水和失水的實驗,學(xué)生在解釋中央液泡大小變化的原因時,會反復(fù)提及水經(jīng)過細(xì)胞膜和液泡膜以及兩層膜之間的細(xì)胞質(zhì)。此時,教師提出建立原生質(zhì)層的概念模型,避免了學(xué)生對概念的死記硬背,并將植物細(xì)胞的失水和吸水現(xiàn)象稱為“質(zhì)壁分離和復(fù)原”,從而使語言表達(dá)的臃腫與簡潔形成鮮明對比。

        科學(xué)思維是概念形成的工具,是生命觀念建立和科學(xué)探究的基礎(chǔ);同時,科學(xué)思維依托概念來進(jìn)行,并在科學(xué)探究中得到發(fā)展。核心素養(yǎng)是跨課時、跨學(xué)段、跨學(xué)科的,生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)教學(xué)中的落實是一個漫長的過程,每一節(jié)課、每一個活動都是學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)生成的一部分。

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