王麗

〔摘? ? 要〕? “結(jié)構(gòu)與功能”是《義務(wù)教育科學課程標準（2022年版）》提出的4個跨學科概念之一，體現(xiàn)出跨界育人的重要導(dǎo)向，要求教師引導(dǎo)學生在學習課程設(shè)置的13個學科核心概念的基礎(chǔ)上，從跨學科研究的角度，幫助學生逐漸理解結(jié)構(gòu)與功能之間的關(guān)系，實現(xiàn)學科核心素養(yǎng)的深度發(fā)展。本文概述“結(jié)構(gòu)與功能”跨學科概念的設(shè)置意義，明確教學原則，并以小學科學課程中的生命科學板塊作為教學研究對象，探索“結(jié)構(gòu)與功能”跨學科概念導(dǎo)向下的教學活動設(shè)計策略，以期通過適切的教學調(diào)整，增強小學科學教學深度，拓寬教學廣度，促進學生整體科學觀念的形成。

〔關(guān)鍵詞〕? 小學科學；結(jié)構(gòu)與功能；生命科學；教學活動

〔中圖分類號〕? G424? ? ? ? ? ? ? ? 〔文獻標識碼〕? A? ? ? ? ?〔文章編號〕? 1674-6317? ? （2024）? 09? ? 052-054

新課程改革深入推進以來，跨學科學習逐漸成為教學改革的熱點話題。挖掘?qū)W科間知識關(guān)聯(lián)性，鏈接生活現(xiàn)象衍生探究課題，為學生創(chuàng)造多學科知識綜合應(yīng)用的平臺，這是進一步落實立德樹人根本任務(wù)的有力舉措。深入應(yīng)用“結(jié)構(gòu)與功能”跨學科概念施行小學科學教育，能夠有效弱化生命科學研究的抽象感，便于學生從生命系統(tǒng)的功能或特點，反向分析、猜測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，揭開現(xiàn)實生活中生命的神秘面紗，從而實現(xiàn)高階思維發(fā)展，提升發(fā)明創(chuàng)造能力。作為一線教師，應(yīng)將理論概念和教學實踐有機結(jié)合，善于從以生為本的角度建構(gòu)知識體系，站在概念前沿引領(lǐng)學生開展研究性學習活動，促進學生科學核心素養(yǎng)的發(fā)展。

一、“結(jié)構(gòu)與功能”跨學科概念的意義

物體的形狀和結(jié)構(gòu)決定了其主要的特性和功能，“結(jié)構(gòu)”與“功能”之間具有密切的聯(lián)系，對這種聯(lián)系進行研究，是實現(xiàn)科學發(fā)明創(chuàng)造的基本前提。“結(jié)構(gòu)與功能”是科學領(lǐng)域重要概念之一。通常情況下，系統(tǒng)功能外顯而結(jié)構(gòu)內(nèi)隱，科學研究的很大一部分工作，便是根據(jù)系統(tǒng)外顯的功能或特性，猜測和驗證其內(nèi)隱的結(jié)構(gòu)，從而逐步了解掌握系統(tǒng)運行的規(guī)律。《義務(wù)教育科學課程標準（2022年版）》（以下簡稱《課程標準》）強調(diào)，在引導(dǎo)學生學習本學科核心概念的基礎(chǔ)上，逐漸向著跨學科領(lǐng)域過渡，在新的情境中檢驗學生對知識的理解和掌握，并將科學觀念、科學思維、探究實踐、態(tài)度責任等核心素養(yǎng)的培養(yǎng)有機融入學科概念學習過程中，促使學生養(yǎng)成用科學素養(yǎng)看世界的宏觀思維?！敖Y(jié)構(gòu)與功能”既是一種科學研究觀念，也是一種跨學科教育概念。從這一概念著手設(shè)計科學教育活動，引領(lǐng)學生通過不同領(lǐng)域?qū)W習，逐漸意識到任何系統(tǒng)的功能都與其結(jié)構(gòu)有著直接關(guān)系，掌握“功能”反推“結(jié)構(gòu)”的一般科學探究方法，這不僅是鍛煉學生發(fā)明創(chuàng)造能力的有效舉措，還有利于教師從各領(lǐng)域整合教育資源，設(shè)計“結(jié)構(gòu)與功能”導(dǎo)向下的跨學科教育活動，從而豐富課程育人的深度與廣度。

二、“結(jié)構(gòu)與功能”跨學科概念導(dǎo)向下的生命科學活動設(shè)計原則

“結(jié)構(gòu)與功能”跨學科概念導(dǎo)向下的生命科學活動設(shè)計，需要教師掌握“教”與“學”的一般規(guī)律，立足以生為本，確定活動設(shè)計原則，以此保障教學針對性、高效性和趣味性。具體而言，第一，以學生認知需求與認知特點為設(shè)計基礎(chǔ)。小學階段學生的思維水平還處于感性的具體運算階段，需要在真實、具體實物的支持下進行邏輯推理解決問題。因此，教師設(shè)置生命科學活動時，亟須關(guān)注學生個性需求，滿足學生感性的認知特點，并積極創(chuàng)設(shè)與現(xiàn)實生活有關(guān)的問題情境，在真實問答中引導(dǎo)學生逐步建立適宜的認知框架，主動參與科學實踐，以此提高科學探究興趣，獲得內(nèi)在發(fā)展動力。第二，以學生理解跨學科概念為設(shè)計目標。只有學生真正理解了“結(jié)構(gòu)與功能”這一跨學科學習概念，才能主動地探究生命系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能之間的關(guān)系，從而在高階思維作用下，完成“功能”向“結(jié)構(gòu)”的反推理，實現(xiàn)多維素養(yǎng)發(fā)展。因此，教師在設(shè)計生命科學教學活動時，要關(guān)注學生概念的轉(zhuǎn)化過程，善于用各種支架引導(dǎo)學生利用跨學科概念探究問題歸因，體驗“結(jié)構(gòu)與功能”這一概念的高級用途，以此降低學生從宏觀到微觀的認知坡度，更為順利地幫助學生構(gòu)建認知閉環(huán)。第三，以學生有意義的學習為設(shè)計宗旨。有意義的學習是高效課堂構(gòu)建的基本原則。在“結(jié)構(gòu)與功能”跨學科概念活動設(shè)計中，教師所設(shè)計的活動要具有一定結(jié)構(gòu)性，如由表及里、由易到難、由理論到實踐等，并多關(guān)注學生主體的情感參與，賦予學生充分討論和驗證的時間，層層反饋、步步提升，最終促進學生有意義學習的發(fā)生和發(fā)展。

三、“結(jié)構(gòu)與功能”跨學科概念導(dǎo)向下的生命科學活動設(shè)計

人體可視為一種生命模型，關(guān)于人體模型結(jié)構(gòu)的研究是小學生命科學中的重要內(nèi)容。人體模型在學習過程中無法打開，也不能透視，我們可將之比作一個“暗箱”，學生的學習過程便是解暗箱的過程，而且學生每一次解暗箱的內(nèi)化經(jīng)歷和獲得的知識都可轉(zhuǎn)換成一組編碼，這組編碼能幫助學生更為清晰地在腦海重構(gòu)人體模型。以四年級《我們是怎樣聽到聲音的》一課為例。這個問題也是學生“解暗箱”的主線。首先，教師以建構(gòu)認知沖突、修正認知偏差、初步建立模型的教學邏輯作為活動導(dǎo)入，激活學生探究生命科學的激情；再設(shè)置模擬實驗，拋出驅(qū)動任務(wù)，引領(lǐng)學生深入探究耳的功能；最后再聯(lián)系生活，升華暗箱功能，踐行知行合一。

（一）暴露認知，修正偏差

教師首先以“聽鼓”聲作為導(dǎo)入活動，借助實物快速聚焦活動研究對象“耳”，并拋出核心問題“耳是怎樣聽到聲音的？”以此讓學生發(fā)覺暗箱，產(chǎn)生興趣；然后，組織學生互相觀察耳朵，從耳的結(jié)構(gòu)特點引發(fā)對耳功能的思考，在思考中暴露出前認知的不足之處，通過認知沖突促使學生產(chǎn)生更大的探究動能；最后，教師適時干預(yù)，用圖文展示和組裝實驗的手段幫助學生糾正偏差，并衍生更多探究問題。例如，教師展示真實的耳結(jié)構(gòu)示意圖，組織學生自主從書本尋找答案，辨認圖中耳的各部分結(jié)構(gòu)，在探討中初步建立耳的暗箱模型。接著，教師組織學生進行小組合作，分發(fā)耳結(jié)構(gòu)模型，讓小組動手組裝，在組裝中思考如下問題：耳的各部分結(jié)構(gòu)分別發(fā)揮什么作用？由這一問題開啟后續(xù)探究活動，促使學生帶著疑惑進行深度學習。

（二）任務(wù)驅(qū)動，深入暗箱功能

學生對耳功能認識建立在模型研究基礎(chǔ)上，在活動導(dǎo)入階段，學生對于耳郭和鼓膜的關(guān)注度較高，這兩類耳結(jié)構(gòu)的認知成為打開暗箱的關(guān)鍵切口。為了幫助學生從感官層面進一步認識耳郭和鼓膜的功能，可通過兩個模擬實驗并輔以任務(wù)驅(qū)動，在開放化、層次化問題探討中，帶領(lǐng)學生以小組的形式揭開功能暗箱的面紗。

1.實驗一：自制紙喇叭，進行模擬體驗

紙喇叭的制作相對簡單，這一體驗實驗主要是借助外物將耳郭模擬放大，讓學生反復(fù)戴上、取下，在兩種狀態(tài)下聽一段相同音頻的鈴聲，認真體會聲音的不同，思考耳郭的作用。此外，讓學生朝向不同的方向聽鈴聲，再次體會聲音的變化，思考人在發(fā)言時為何要面向?qū)Ψ竭@一問題。小學生更多依賴感官體驗來認識事物，通過這個模擬體驗實驗，不僅可以激發(fā)學生探究興趣，而且，學生經(jīng)歷戴上喇叭、去掉喇叭、面向不同方向聽聲音等各類真實情境，能夠更輕松地總結(jié)出耳郭結(jié)構(gòu)與其功能之間的關(guān)系，得出“耳郭具有收集聲波的作用”這一科學事實。當然，用紙喇叭驗證耳郭結(jié)構(gòu)與功能之間的關(guān)系還不夠嚴謹，教師要繼續(xù)深化實驗，對耳郭、鼓膜功能做進一步驗證。

2.實驗二：自制耳模型，進行對比實驗

教師組裝出示實驗裝置，實驗裝置由一個可拆卸的喇叭口、一個L型PVC管（喇叭口裝在L型PVC管的長管端）、一個透明罩、可更換的橡皮膜、泡沫小球、小鼓等材料組成。首先拋出第一個任務(wù)，讓學生指認實驗裝置各部分分別對應(yīng)耳的哪些結(jié)構(gòu)？經(jīng)歷前期鋪墊，學生很快可以得出結(jié)論：喇叭口代表耳郭，PVC管代表耳道、橡皮膜代表鼓膜、泡沫小球跳動情況模擬聲波大小。然后在組織學生開展對比實驗的過程中拋出第二個任務(wù)，通過模擬實驗驗證耳結(jié)構(gòu)中耳郭和鼓膜之間的關(guān)系。具體任務(wù)可細化為四個問題方便學生探究，問題一：擊鼓時泡沫小球跳動劇烈，說明了什么？問題二：拆掉喇叭，再擊鼓，發(fā)現(xiàn)小球跳動減弱，說明什么？問題三：改變擊鼓的位置，小球跳動也發(fā)生變化，說明什么？問題四：更換橡皮膜為薄塑料膜或者厚橡皮膜，再次擊鼓，分別發(fā)生什么現(xiàn)象？說明什么？整個對比實驗過程建立在小組合作探究的基礎(chǔ)上，組內(nèi)成員交流討論、集思廣益，記錄實驗現(xiàn)象，分析實驗結(jié)論，解決探究問題。在小組思維碰撞中，學生能夠更為高效和輕松地落實任務(wù)：耳郭特殊結(jié)構(gòu)賦予了它具有收集聲波的作用，而鼓膜通過其薄而有彈性的結(jié)構(gòu)特點，具有將聲波轉(zhuǎn)化為振動向大腦傳遞聲音信號的功能，振動強弱決定了其向大腦發(fā)出的聲音信號的差異。整個實驗通透后，學生基本揭開了耳郭和鼓膜功能暗箱的神秘面紗，收效顯著。在此基礎(chǔ)上，教師還可以鏈接生活，衍生更多問題，進一步深化學生體驗：水會流進鼓膜嗎？鼓膜會破嗎？為什么要定期清潔耳朵？通過對這類問題的釋疑，加強科學與生活的聯(lián)系，從結(jié)構(gòu)與功能概念層面幫助學生樹立保護耳朵的意識。

（三）拓展學習，發(fā)揮暗箱功能

在探究過耳郭和鼓膜的結(jié)構(gòu)與功能后，教師出示拓展閱讀資料卡讓學生閱讀學習，建立對耳結(jié)構(gòu)功能暗箱的整體認知。如聽小骨、耳蝸、聽覺神經(jīng)相關(guān)資料，并在閱讀了解基礎(chǔ)上為學生播放人聽到聲音的動畫視頻，并讓學生歸納總結(jié)聲波在耳中的傳遞過程：聲波由耳郭收集傳遞至耳道引發(fā)鼓膜振動，鼓膜振動再引發(fā)聽小骨振動，隨后由耳蝸形成聽覺信號，信號由聽覺神經(jīng)傳遞至大腦，完成整個轉(zhuǎn)化過程。同時，在結(jié)構(gòu)與功能概念認知基礎(chǔ)上，教師繼續(xù)鏈接生活，升華耳的暗箱功能，從更多角度完成本課次的研究，拓展學生學習經(jīng)驗，并助力其完成知識遷移運用，踐行知行合一。例如，哪些生活行為會導(dǎo)致鼓膜損傷？制作一個保護耳朵的建議書。觀察醫(yī)生聽診器的結(jié)構(gòu)，解釋其工作原理，課下搜集相關(guān)資料，自制一個聽診器。這些實踐任務(wù)，不僅可以進一步凸顯結(jié)構(gòu)與功能概念學習的現(xiàn)實價值，還能深入激發(fā)學生科學探究興趣，促進其科學核心素養(yǎng)發(fā)展。

四、結(jié)語

綜上所述，從“結(jié)構(gòu)與功能”大概念教學角度整合生命科學教育資源，生成由表及里、由易入難的結(jié)構(gòu)化探究活動，在實驗探究、任務(wù)驅(qū)動中幫助學生了解生命系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能之間的關(guān)系，鍛煉其反向推理、對比驗證等諸類科學探究思維和能力，在彰顯科學課程魅力的同時，還能為學生核心素養(yǎng)發(fā)展搭建多元支架，這是《課程標準》指導(dǎo)下一線科學教師亟須掌握的教學方法。

參考文獻

[1]朱凱.5E教學模式培養(yǎng)結(jié)構(gòu)與功能觀的實踐設(shè)計[J].中學課程輔導(dǎo)，2022（31）：51-53.

[2]高云峰.科學教育中的跨學科概念：結(jié)構(gòu)與功能[J].湖北教育（科學課），2022（9）：5-9.