在概念教学中培育学生的科学思维素养

王琼辉

摘 要：文章以“细胞生活的环境”教学为例，从教学内容分析、学情分析、教学过程和教学反思等方面展示笔者在高中生物的概念教学中是如何培育学生的科学思维核心素养的。

关键词：科学思维;生物学科核心素养;概念教学

中图分类号：G633.91 文献标识码：A 收稿日期：2020-09-05 文章编号：1674-120X（2020）31-0094-02

一、教学内容分析

“细胞生活的环境”是必修三第1章第1节的内容，包括细胞生活在细胞外液中、细胞外液的成分、细胞外液的渗透压与酸碱度、内环境是细胞与外界环境进行物质交换的媒介四部分内容，是学习第2节“内环境稳态的重要性”的基础，也是学习第二章“动物和人体生命活动的调节”的基础。但本节内容抽象、复杂。为了帮助学生理解上述概念，在本节课教学中，将“体内细胞生活在细胞外液中”和“内环境是细胞与外界环境进行物质交换的媒介”“细胞外液的成分”和“细胞外液的渗透压与酸碱度”内容分别进行整合。

二、学情分析

（一）学生学习的知识、经验、技术基础

对“单细胞生物的生活环境，血细胞生活在血浆中，血浆的基本成分”等内容，学生在初中阶段已经有了一定的认识。比如，手、脚等部位有时候会磨出“水泡”，“体内细胞离开了适合生存的环境就会死亡，人体体温的相对稳定及其重要性，人体需要摄入营养物质、氧气和水，排除废物”等内容，学生也有一定的认识。这些已有的知识和经验，尽管比较浅显，但有利于构建“内环境”和“稳态”的概念。学生经过初中阶段的学习，对“人体内几大系统的功能”也有了基本的认识。在此基础上，结合图示，总结出内环境是如何与外界环境进行物质交换的并不难。有关细胞生活的环境，和必修1中“细胞的物质输入和输出”等内容有密切联系。学生通过必修1和必修2的学习，科学思维有了进一步的发展，能运用归纳和概括、模型和建模等思维方法进行生物学科的学习。

（二）学生在学习过程中遇到的困难

高二学生还没有学习“物质的水解”和“电离化学平衡基础知识”这部分内容;资料分析、图形整合能力还有待于提高;部分学生的课堂学习仍停留在浅表层次，以完成外在任务、避免惩罚为取向，以机械记忆和反复操练为主，缺少深度思维加工。学生的学习成果多以识记和记忆为主，难以迁移和深化。

三、教学过程

（一）导入新课

（1）教师活动：多媒体展示本章题图的三张图片，启发学生思考本章题图中的问题，得出在复杂多变的环境中，人体通过自身调节来维持体内部环境的相对稳定，为体内的细胞提供了稳定而适宜的存活条件。（引出本章）生物个体生活的环境复杂多变，最基本的生命系统——细胞的生活环境是怎样的呢？（引出本节）

（2）学生活动：观看媒体展示，思考并回答问题。

（3）设计意图：让学生进入学习情境，激发学生的学习热情。

（二）体内细胞生活在细胞外液中

（1）教师活动：单细胞生物和多细胞生物体的细胞生活环境是不同的，单细胞生物直接生活在外界环境中，多细胞生物体内的细胞生活在什么样的环境中？我们以草履虫和人体为例来认识细胞生活的环境。出示装有血液（已分层）和草履虫培养液的试管，再展示草履虫和人体血细胞的图片，提问：①我们看到的都是什么细胞？②它们分别生活在什么样的环境中？两者的生活环境有何异同？③哪种细胞生活的液体环境更为稳定？教师补充血液与血浆的区别和联系。

（2）学生活动：观察、思考后回答“草履虫是单细胞生物，生活在水中。血细胞生活在血浆中。草履虫生活在外界环境中，可直接与外界进行物质交换。血细胞不能直接与外界进行物质交换，只能与血浆进行物质交换。两者都是液体环境，血浆更稳定。”

（3）设计意图：从生命系统的个体层次和细胞层次来认识不同层次的生命系统的生活环境，在“细胞外液”和“生物进化”两个核心概念间建立了联系。

（三）内环境是细胞与外界环境进行物质交换的媒介

（1）教师活动：我们体内其他细胞生活在什么环境？我们体内细胞是如何通过这个环境与外界环境进行物质交换的？教师总结：①人体内大量以水为基础的液体，叫体液。体液包括细胞外液和细胞内液，血浆、淋巴、组织液等组成细胞外液。②多媒体展示细胞与三种细胞外液物质交换的动画，更直观地展示了物质交换的过程。③从模型中归纳出三种细胞外液的联系，得出全身的细胞外液是一个有机统一的整体，共同构成细胞生活的内环境。④点评学生构建细胞与外界进行物质交换的概念模型，并进一步整合为一个概念模型，让学生体悟到模型是对认识对象的简化描述。⑤师生一起总结内环境是细胞与外界进行物质交换的媒介。

（2）学生活动：认真阅读教材P2-3的内容，尝试构建人体细胞与外界环境的物質交换的概念模型，以及人体细胞外液各组分间关系的概念模型，交流讨论并展示评价。

（3）设计意图：根据学生的实际情况和目标导向设置一系列问题，问题难度应有梯度，以引发学生的深度学习并构建概念模型。形成细胞是通过内环境与外界环境进行物质交换的媒介，细胞外液是一个有机整体的生命观念。这一设计是为了发展学生的科学思维。

（四）细胞外液的成分和理化性质

（1）教师活动：内环境作为细胞与外界物质交换的媒介，应该含有哪些物质？内环境与外界环境有哪些差别呢？多媒体展示P4血浆的化学组成。要求学生进行资料分析，思考和讨论下列问题：①请将表中物质按化学性质分类并在表中标记出来。②除了表中所列成分外，你觉得血浆中还会有哪些成分？③血浆、淋巴和组织液是一个有机的统一整体，他们的成分完全相同吗？如果有异议你能否给予合理的解释？教师总结：血浆中90%为水，其余10%分别为无机盐、蛋白质、各种营养物质、各种代谢产物、气体等。组织液、淋巴的成分和含量与血浆相近，但又不完全相同，最主要的差别在于血浆还有较多的蛋白质。细胞外液本质上是一种盐溶液，类似于海水，在一定程度上反映了生命起源于海洋。

（2）学生活动：分析P4血浆的化学组成，思考讨论问题，交流并展示各组讨论的结果，形成“细胞外液本质上是一种盐溶液”的生命观念。

（3）设计意图：根据学生的实际情况和目标导向设置一系列问题，进行资料分析，帮助学生了解细胞外液的化学成分，理解细胞外液具有相对稳态的因素，如营养成分和代谢废物等，为机体细胞提供适宜的生存环境。

（五）细胞外液的成分和理化性质

（1）教师活动：渗透压是溶质分子对水分子的吸引力，其大小取决于溶液中溶质微粒的数目，即取决于单位体积中溶质的分子密度，而不是溶质的质量浓度。蛋白质虽然含量高（7%-9%）， 但是有机大分子物质，相对分子质量大，分子密度小。而无机盐虽然质量浓度比蛋白质小（不到1%），但由于分子小，单位体积的血浆中分子密度却要比蛋白质大得多。所以在维持血浆和血细胞之间渗透压平衡的作用中，无机盐的贡献远比蛋白质大得多。但是，对血浆与组织液之间的渗透压平衡，无机盐却很难发挥作用。原因是无机盐能够自由地进出毛细血管，血浆和组织液的无机盐浓度基本是一致的。而蛋白质却不能轻易从血浆中进入组织液，因此，蛋白质的含量就成了血浆和组织液之间水分渗透方向的决定性因素。

（2）学生活动：细胞外液渗透压的相对稳定是细胞正常生活的必要条件之一。学生思考讨论问题，表达与交流：HCO3-和HPO42-通过水解与电离产生OH-和H+，分别是酸性物质和碱性物质反应，产生的物质可以通过呼吸系统和泌尿系统等排出体外。体温的相对稳定是机体具有体温调节机制，使体内产热与散热保持平衡，参与体温调节的器官和系统有皮肤、肝脏、骨骼肌、神经系统、内分泌系统、呼吸系统等。

（3）设计意图：结合化学知识、联系旧知和生活体验，初步形成内环境pH和温度稳态的维持是多个器官、系统参与下完成的，理解内环境为机体细胞的生活提供了适宜的环境条件。细胞不仅依赖于相对稳定的内环境，也参与了内环境的形成与维持。

（六）课堂总结

（1）教师活动：通过多媒体显示本节开篇题诗，并向学生提问：“学过这节内容后，你对这首诗有没有更深的理解？”从宏观到微观，生命系统的各个层次都生存在一定的环境中，人体的内环境即细胞外液为机体细胞提供了适宜的生存环境，机体细胞通过内环境与外界环境进行物质交换。相对稳定的内环境是机体存活的条件。它让每一个细胞分享，又靠所有细胞共建。生物圈是所有生物个体生存的环境，生物圈的相对稳定是所有生物的生存与发展必要条件，所以习总书记提出“绿色”發展理念;和谐稳定的国际环境是人类社会健康发展的前提，习总书记率先提出建立人类命运共同体的“共建共享”发展理念。

（2）学生活动：学生结合本节开篇题诗进行总结，并补充完成相关概念图。

（3）设计意图：归纳总结本节所学内容，让学生理解并认同共享共建的理念。

四、教学反思

新课标的基本理念是：着眼学科核心素养，聚焦大概念，关注学生学习过程中的实践经历，以评价促进学生的学习与发展，用科学的观点、知识、思维与方法解决现实生活中的某些问题。本节课正是在新课标的理念指引下设计的，在这节课上，学生的思维是活跃的，课堂是生动的，基本达到了笔者所期望的教学效果。

在教材内容处理方面，遵循学生认知规律，将“体内细胞生活在细胞外液中”与“内环境是细胞与外界环境进行物质交换的媒介”进行整合，以问题为导向，通过模型构建活动着重培养学生的科学思维方法。在教学方式上，通过创设情境，小组自主合作探究建模，以及教师精讲点拨，来激发学生的学习兴趣和积极性，最大限度地发挥学生的主体作用，从而有效地实现了本课的教学目标。

参考文献：

[1]刘恩山，曹保义.普通高中生物学课程标准（2017年版）解读[M].北京：高等教育出版社，2018.

[2]王玉红.探究教学法做好高中生物教学[J].亚太教育，2015（4）：70.