生物重要概念教學中培養學生科學思維的策略

葉桂賢

【摘要】? 本文以“人體內廢物的排出”一節為例，通過制作模型、資料分析、視頻和過程圖、解題練習等教學活動，讓學生主動建構和理解“尿液的形成過程”這一重要概念，培養學生科學思維。

【關鍵詞】? 生物重要概念 科學思維 教學策略

【中圖分類號】? G633.91? ? ? ? ? ? ? ?? ? 【文獻標識碼】? A 【文章編號】? 1992-7711（2020）07-125-02

科學思維是生物學核心素養的重要內容?？茖W思維是指尊重事實和證據，崇尚嚴謹和務實的求知態度，運用科學的思維方法認識事物、解決實際問題的思維習慣和能力。著名物理學家勞厄曾說，在學習過程中，發展思維能力比獲得知識更為重要。教育給予人們的應是當一切已學知識都被遺忘的時候仍然留在腦海中幫助人們解決問題的那種科學思維能力。在教學中如何培養學生的科學思維呢？重視生物重要概念教學就是一個很好的載體。因為概念是人們在對事物從感性認識上升到理性認識的過程中，把事物的本質屬性和特點加以抽象、概括后形成的。生物學重要概念處于學科中心位置，它包括了對生命基本現象、規律、理論等理解和解釋，因此，對生物重要概念的構建、理解過程貫穿著科學思維。教師依托教材，借助各種教學手段，從不同角度、以不同方式，幫助學生建構概念，理解和應用重要概念，同時，更好地提升學生的思維品質，將科學思維培養落到實處。

下面以“人體內廢物的排出”一節為例，嘗試在“腎單位中的腎小球和緊貼著它的腎小囊內壁起過濾作用;腎小管起重吸收作用”即“尿液的形成過程”這一重要概念的教學中運用如下幾點策略培養學生的科學思維。

一、利用制作模型，建構概念，培養科學思維

模型是學生學習科學知識的重要手段。生物模型的建立使許多抽象的生物問題變得直觀、具體、形象。在教師的引導下，讓學生通過建模的方法可內化自己的認知模式，在“做“中發現，“做“中感悟，“做“中理解，從而獲得認知水平的躍進。這促進了學生主動探究知識，并在探究中培養和提升建模思維和建模能力。

為了建構“腎單位中的腎小球和緊貼著它的腎小囊內壁起過濾作用;腎小管起重吸收作用”這重要概念，必須先了解腎單位的結構，因為腎單位是腎臟的結構和功能的基本單位。所以，課堂上先引導學生自主學習：閱讀教材相關的內容，細心觀察教材里的腎單位結構平面圖，嘗試理解腎小球、腎小囊、腎小管三者之間的關系和結構特點。再讓學生小組合作制作“腎單位的結構模型”：學生動手制作模型之前，先引導學生根據自己對腎單位結構的理解，充分發揮空間想象力，把教材的平面結構圖轉換成腦海里的立體圖像，然后根據教師提供的材料（廢棄的不同顏色的飲料吸管、不同顏色的毛衣線和大小不同的一次性碗等），把想象的立體圖以制作模型方式呈現出來（如圖1）。并用這模型來檢驗自己的立體空間想象是否正確，從而加深對腎單位結構的理解：腎小球是一個毛細血管球、腎小管外有很多毛細血管包繞著，腎小球、腎小管、腎小囊三者的壁都是由一層上皮細胞構成的。再結合毛細血管的結構特點及功能等知識，引導學生大膽推測：當血液經過腎小球和腎小管時，血液成分必然會發生變化。這樣，學生通過制作模型，建構了“腎單位的結構”這一概念，并為后續學習“尿液的形成”埋下伏筆。

通過自主學習和小組合作，讓學生親身體驗并參與了模型建構的過程，不但使學生深刻地掌握了有關的生物知識，建構概念，還增強了學生閱讀、觀察、模仿、想象等能力和變廢為寶、節約資源、愛護環境的環保意識，又提高了他們的動手實踐能力，培養了學生科學思維。

二、利用資料分析，建構重要概念，培養科學思維

在生物重要概念教學中，事實是形成概念的基礎。事實越豐富，越有代表性，越有利于形成概念?！百Y料分析”中有很多實證內容，教師可基于這些實證，設置問題引導學生閱讀、對比與討論分析，然后根據結果綜合推理，得出結論。這樣學生習得知識，建構概念，并養成科學思維的習慣。

在學生掌握腎單位的結構后，教師采用“某健康人腎動脈中的血液、腎小囊中的液體（原尿）和尿液三者的成分（表1）為事例，讓學生小組合作開展“資料分析”探究活動，對數據事實進行分析比較，并討論以下問題：1.血液和原尿的成分有何變化，說明腎小球和腎小囊內壁有什么作用？2.在原尿中出現葡萄糖而在尿液中并沒有，這說明腎小管有什么作用？針對第一個問題，在教師的引導下學生分析出：與血液相比，原尿中有極少的蛋白質，沒有血細胞。進而，結合新舊知識——腎小球是一個毛細血管球和毛細血管結構特點，學生推測出：腎小球起過濾作用，血液中的血細胞和大分子蛋白質不能過濾，其余如部分水、無機鹽、葡萄糖和尿素等物質都被過濾到腎小囊腔內形成原尿。然后，讓學生觀看腎小球通過過濾作用形成原尿的動畫，使學生對腎小球的過濾作用加深理解。針對第二個問題，學生討論分析出：腎小管重新吸收全部葡萄糖，再結合新舊知識——腎小管外面包繞著豐富的毛細血管和毛細血管結構特點，從而學生推測出腎小管具有重吸收作用，重新吸收全部的葡萄糖，還有大部分的水和部分的無機鹽。然后，讓學生觀看腎小管通過重吸收作用形成尿液的動畫，使學生對腎小管的重吸收作用加深理解。

通過小組合作探究活動，對資料的分析與討論，判斷與推測，主動構建了“腎單位中的腎小球和緊貼著它的腎小囊內壁起過濾作用;腎小管起重吸收作用”的重要概念，建立了生物體的生理結構與其功能是相適應的生物學觀點。同時培養學生的綜合分析、判斷、推理、歸納等科學思維能力。

三、利用視頻和過程圖，建構重要概念，培養科學思維

思維品質的提高離不開學生概括能力的培養，概括是一切思維品質的基礎。歸納概括是在知識間建立聯系，實現對知識的再建構。

經過前面的學習，學生對腎小球的過濾作用和腎小管的重吸收作用已有所了解。為了幫助學生形成一個整體的概念，讓學生觀看尿液形成的整合視頻，把尿液的形成過程形象、完整地展現在學生眼前，其實，這也是一個思維可視化的過程。然后引導學生分析“尿液形成的過程圖”（圖2），概述尿液的形成過程。

經過小組討論，學生歸納概括出尿液形成的兩個過程：⑴腎小球和腎小囊內壁起過濾作用。血液流經腎小球時，除血細胞和大分子的蛋白質外，血液中其他成分都能過濾進入腎小囊中，形成原尿;⑵腎小管的重吸收作用。在原尿流經腎小管時，原尿中對人體有用的物質，如全部的葡萄糖、大部分的水、部分的無機鹽被重新吸收回血液，不能重新吸收的液體就形成了尿液。這樣，學生不知不覺中完成了“尿液的形成過程”這一重要概念的建構和理解。

在教師的引導下，學生利用視頻和過程圖，將豐富的生物知識濃縮為自己內化的知識，并進行抽象、概括，然后組織語言，準確地表達出來。這樣學生主動建構和理解了重要概念，培養了語言表達能力，歸納和概括能力等科學思維能力。

四、巧用解題練習，應用重要概念，培養科學思維

練習是思維能力的主要載體。解題是使學生牢固掌握所學基礎知識和基本技能的重要手段，解題過程中的情景分析和解題方法上的思維訓練是培養學生科學思維能力的有效途徑。生物學是來源于生活實踐的一門科學，因此很多題目與人們的生活密切相關。學生解答出一道題，就好像解決了生活中一道難題一樣，從中獲取了不少生活實踐的知識，科學思維能力也能得到鍛煉。

當學生完全建構好重要概念后，讓學生分析某醫院提供的幾個樣本的原尿和尿液的化驗數據（表2），并回答幾個問題。在教師的引導下，學生通過對數據的對比和分析，運用“尿液形成的過程”這新的概念新的知識進行綜合解答。通過綜合分析和解答，學生真正掌握了正常尿液只有三種成分：水、尿素、無機鹽，原尿比尿液多了一種成分：葡萄糖。加深理解了因為原尿流經腎小管時，在腎小管內發生重吸收作用，吸收全部葡萄糖、大部分的水和部分無機鹽，所以尿液中不含有葡萄糖且尿素含量會增加;腎小球和腎小囊內壁具有過濾作用，如果腎小球發生病變，原尿會出現大分子的蛋白質和血細胞。通過分析學生領悟到：腎單位中那一部分結構有問題就可能會出現相應的病癥，所以通過尿液檢查可能知道一個人的健康狀況。

新課結束后，恰當的練習，讓學生學以致用，嘗試應用新概念分析生活中出現的不同問題，使新概念有機會得到應用，從而加深理解。同時提高學生應用所學知識分析解決問題等科學思維能力。

建構概念是一個去粗取精，去偽存真，由表及里，由此及彼的思維過程。因此，重視生物重要概念教學，采取有效的教學策略，更有利于培養學生的科學思維。

[ 參? 考? 文? 獻 ]

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