聚焦核心素养培养科学思维

谢秀雁 危宝华

摘 要 以人体体温调节及维持体温平衡的调节机制为主线，借助多元化教学手段，聚焦核心素养，崇尚真知、尊重事实和证据、讲求逻辑分析、质疑和批判、创新，发展学生判断性思维、质疑思维、探究思维、逻辑思维、建模思维等多方面的科学思维，使学生形成稳态与平衡的生命觀念。

关键词 体温平衡  科学思维

中图分类号 G633.91                    文献标志码 B

科学思维具体可分为科学思维方法和科学思维品格，前者是认知方式和能力的体现，后者是认知品格的体现。科学思维品格可分为崇尚真知、尊重事实和证据、讲求逻辑分析、质疑和批判、创新5个方面。《普通高中生物学课程标准（2017年版）解读》的提出，将学生科学思维的发展聚焦在质疑是思考的视角、实证是判断的尺度、逻辑是论证的准绳。

下面以“人的体温及其调节”为例，聚焦学科核心素养，让学生在深刻领悟学科知识过程中，联系现实生活，通过质疑思考、实证判断、逻辑论证，在情境活动中解答问题，训练学生的科学思维，在由事实或证据中经科学思维方法而得出概念的过程中，渗透科学思维，从而提升学生科学思维能力，发展学生的生物学学科核心素养。

1  教材分析

“人的体温及其调节”是人教版高中生物教材《必修3·稳态与环境》第二章第三节的内容，作为人体内环境稳态与调节的实例补充。在学习本节内容之前，学生已经初步掌握了内环境稳态的概念及意义、内环境稳态的调节机制、反射及反射弧、激素及激素调节等内容，但对“体温与平衡”中平衡观的质疑、“体温调节程序”中的逻辑构建、“事例应用”中的实证判断等，还需进一步的深化学习。教师需要引导学生从事实和实证出发去分析解决问题，形成相应的思维逻辑。

2  教学思路

教师从情景案例入手，多维度链接实践，合理重构教学内容，以学生思维拓展为引领，引入学生熟悉的诗词，将诗词描述的情景作为主线融入教学中，促进学生质疑思考、联系实证判断、建构模型和实验探究、构建知识体系中的逻辑论证思维，让学生在动手与动脑的同时发展科学思维。具体设计思路如图1所示。

本节课由情景、实例、建模、应用来体现学科核心素养的社会责任和科学探究以及生命的观念，从而培养学生的质疑思维和判断思维，以及逻辑思维和探究思维的科学思维。

3  承载的科学思维

从认识论的角度看，通过分析科学事实或证据，进行逻辑推理而获得结论，这种认识就体现了上述科学思维品格。教学过程中的“事实或证据——问题——结论”就是帮助学生形成这种品格的过程。本案例里有对诗词意境的判断性思维，对新冠病毒侵染后的体温曲线的质疑思维，对人体散热、产热调节的逻辑思维，有“体温平衡”稳态的生命观，有“寒冷和炎热环境下”的合理建模的实证思维，有“体温失调引起的失衡”现象的探究性思维，分别体现了科学思维的方法。同时，学生开展活动的过程中，逐步形成“尊重事实和证据、严谨求实、重逻辑”的科学思维。

4  教学目标

①通过学习体温的概念和维持体温平衡的意义，建立稳态与平衡的生命观念。

②通过模型建构掌握寒冷和炎热环境下的体温调节过程，培养科学思维的能力。

③通过分组研究讨论因体温失调引起的中暑现象，发展科学探究能力，关注体温失调的预防措施。

5  教学过程

5.1 创设诗词意境，激趣判断思维

教师展示节选自《白雪歌送武判官归京》的一段诗“北风卷地白草折，胡天八月即飞雪。忽如一夜春风来，千树万树梨花开。散入珠帘湿罗幕，狐裘不暖锦衾薄。将军角弓不得控，都护铁衣冷难着”和节选自《观刈麦》的一段诗“足蒸暑土气，背灼炎天光，力尽不知热，但惜夏日长”。这两段诗分别描述了在冬日的寒冷和夏日的炎热环境下人体的变化。这些诗句不仅蕴含了丰富的生物知识，而且还隐藏了具有中国特色的文化沉淀，抒发了作者的人文情怀。教师立德树人，从古代文化的传承里，寻找生物情境创设的切入点，将趣味性诗词应用于生物教学中，利用诗词中的意境，引起学生对不同环境下体温调节的关注并做出相应的判断，满足学生好奇心，扣其心弦，达到共鸣的效果。

5.2 再现生活场景，激发质疑思维

教师分发体温计。学生两人一组在2 min 内测体温。全班汇总每组数据，作出曲线图。随后，教师提问：根据调查结果，可以得出什么样的结论？又可以提出什么问题？认真观察曲线图，你能发现什么？学 生回答：正常人体温约为36.5℃。教师追问：人体如何在不同环境温度维持正常体温呢？教师以测体温的活动引导学生分析曲线、得出结论，引导学生探讨人体维持体温平衡调节机制，使学生在质疑的思辨中发展科学思维素养。

5.3 搭建多重支架，引导逻辑思维

逻辑思维在学生学习理科知识中的作用很大。理顺事件的本质和推理事实的过程，是学生需要掌握知识生成的一个逻辑建构。教师需要给学生搭成多重支架，帮助学生学习。

5.3.1 运用观察类比，预设人体产热和散热途径的支架

教师以生活经常使用的热水器为例，提出一连串的问题：① 我今天出门前看到家里的热水器显示的是42℃，等到下班回家时，可能看到的温度是多少？② 水温升高的原因是什么？水温降低的原因是什么？③ 要使热水器温度始终恒定在42℃，需要满足什么条件？教师通过类比，引导学生得到结论：在产热量与散热量相等的情况下，热水器可以达到恒温的状态。

教师再根据“北风卷地白草折，胡天八月即飞雪”“足蒸暑土气，背灼炎天光”这两句诗描述的场景，提  出问题：将热水器比作人体，在极寒极热的天气人体  能维持体温平衡也需要满足产热量等于散热量这一  条件。人体的产热途径有哪些？散热途径有哪些？  这样从而引入人体产热途径并以表格的形式（表1）展  现出来。学生利用表格分析总结安静状态和运动状  态下产热方式的区别。

5.3.2 利用生活体验，感知人体产热和散热调节方式支架

通过类比以及思考相应的问题，学生预设了人体产热和散热途径的支架，形成了一种思维构像。教师可以组织活动，促进学生利用亲身体验，认识散热。一名学生手握冰袋，同时另一名学生原地高抬腿跳50下。随后，教师请这两名学生各自说出手握冰袋或原地高抬腿跳50下后的感觉，并让学生分组讨论出现这些感觉的原因。最后，教师作出总结：起鸡皮疙瘩是因为立毛肌收缩;发抖的原因是骨骼肌战栗;手心发红是因为毛细血管舒张;另外，手心出汗是由于汗腺分泌增多。以上所提到的结构都属于效应器。教师使学生深刻理解在寒冷刺激和炎热刺激下人体的散热情况变化。

教师利用生活中常见的电热水器为例，促使学生运用观察比较的方式，从电热水器维持温度恒定的工作模式过渡到人体维持36.5℃是神经-体液共同调节下维持产热量与散热量动态平衡的结果。教师再引导学生分析得出结论，同时展开亲身体验的活动，让学生对产热和散热途径有深刻的理解。学生通过自主观察，体验交流，感知了产热和散热调节方式，在逐步深入学习中形成逻辑思维模式。

5.4 建构层进深度，建立模型思维

5.4.1 动手制作，实证建模

从问题实例到动手论证，这是科学思维的一个基本过程。教师组织学生分组讨论在诗句“将军角弓不得控，都护铁衣冷难着”所描述的情景，探究战士在极寒天气下机体如何维持体温平衡，并以概念模型的形式展现讨论结果。模型完成后，学生展示各自的模型（图2）。

通过动手建模，学生的思维进一步可视化，在锻炼动手能力的同时，也进一步培养了科学思维。

5.4.2 讨论思辨，概念建模

（1）建立反射弧的概念模型。

建模思维还需要进一步的修正和完善，教师可以对照不同小组展示的模型，引导学生分析：① 人体哪一个器官最先感受到寒冷刺激的？② 人体的产热与散热保持动态平衡，是由什么器官来调节控制的呢？③ 上述描述的过程是属于神经调节，还是激素调节？④ 若是神经调节，请分组在该模型的基础上构建反射弧的概念模型（图3）。

（2）建立神经-体液调节的概念模型。

学生动手动脑，深度理解寒冷刺激下维持体温平衡的神经调节机制。在对比不同小组展示结果的过程中，教师总结寒冷刺激引起机体反射活动的反射弧所包括的结构，并追问：①边疆战士冷得瑟瑟发抖，弓都拉不開的时候，机体除了神经调节维持体温平衡外，还有激素调节吗？请举例。②促进新陈代谢、增加机体产热的激素有哪些？学生通过分组讨论，尝试在上述概念模型的基础上补充激素调节的概念模型并展示结果（图4）。

教师提出问题：肾上腺素和甲状腺激素分泌的调节过程有何不同？请尝试总结神经调节和体液调节之间的关系。然后，教师要求学生结合教材51页，参考寒冷刺激下机体维持体温平衡的概念模型，分组合作，补充绘制炎热刺激下机体体温调节的概念模型。

教师根据学生的认知进度，由浅入深，逐步递进，引导学生构建寒冷和炎热刺激下机体维持体温平衡的神经调节和体液调节的概念模型，在课堂教学中渗透科学思维中“模型与建模”的核心素养，锻炼学生用概念模型准确表达思维过程的能力。

5.5 关注生活实际，渗透探究思维

探究的本质就是提出问题并解决问题。提出的问题可以通过实验或实践活动等方式来解决，也可以通过提供事实或证据（科学实验的过程、现象、结果），由学生分析、讨论和交流，进行逻辑推理来完成。探究的本源是提出问题，探究的结果是解决了问题，提出问题从本质上看就是对生命活动规律的一种探寻设问，解决问题则是对生命活动规律的找寻和确认。在探究中形成的思维是一种探究思维。

教师应以问题为导向，带动学生去探究：①“力尽不知热，但惜夏日长”，农民长时间不顾暑热继续耕作可能会导致中暑，请分析出现中暑的原因是什么？若中暑后，农民的体温是升高还是降低？② 出现中暑现象后，机体能否进行正常的生命活动？以中暑现象为例，机体通过复杂的调节机制维持体温平衡的意义是什么？③ 有什么对策可以让农民避免出现中暑现象？

学生建构产热与散热一种动态的平衡观，同时迁移到如何预防高温酷暑、如何抵挡严寒。教师引导学生从人体的机能出发探究，利用小鼠分组探究小鼠体内的激素含量与散热产热的关系，同时用实验探究避热和抵抗寒冷的机制。

从探究中，教师引导学生从散热和产热的角度分析：中暑是因为长期处于高温状态，导致散热障碍而体温升高。教师引导学生联系已学过酶活性的内容，总结出：当体温高于或低于正常体温时，酶活性会降低，从而导致新陈代谢无法正常进行，机体内系统和器官功能紊乱。

教师通过引导学生关注生活，利用科学知识解决实际问题，培养知识迁移的能力。学生通过自主探讨中暑的成因和危害等，深刻理解“稳态和平衡”的生命观念，渗透了社会责任意识，养成探究思维。

6  教学反思

本节课以探讨寒冷和炎热环境的维持体温平衡机制为主线，从分析实验现象到提取实验结论，从分析生活实际问题到提出解决问题的方法，进而培养学生判断质疑能力。学生通过观察比较，分析综合、搭建多重支架建模等多元化方式，建构有逻辑关系的概念图示，经过联系事实的逻辑论证，崇尚真知、尊重事实和证据、讲求逻辑分析、质疑和批判、创新，发展科学思维。教师结合社会实际问题，激发学生社会责任感，理解生命观念，从而将核心素养渗透整节课的教学设计。

参考文献：

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[4] 张祥.基于深度学习培养学生核心素养的高中生物学设计[J].中学生物学，2020，（8）：33-35.