順應認知順序，建構科學概念
——以“被子植物體的結構層次”教學為例

應良西

(浙江省臺州市路橋區桐嶼街道中學 318053)

科學概念是初中科學學習的重要內容。課堂教學應該順應學生認知順序，精選學習內容，在真實的情景中因學施教，引導學生從整體上認識自然，主動建構科學概念，進而形成科學觀念。筆者在平時的觀課和議課中，發現課堂教學存在如下一些問題： 教學中過于關注學科邏輯，忽視學生心理邏輯而追求知識的整體性和連貫性。這種忽視學生學習心理發展特點的教學，拘泥于教材安排順序，不僅難以達到理想的教學效果，而且不利于改善學生學習方式，甚至會使他們因體會不到學習的價值而喪失學習興趣。為此，筆者以“生物體的結構層次——被子植物體的結構層次”為例，在單元整體學習規劃的指導下，通過激活經驗，溝通學科邏輯與心理邏輯設計教學并投入課堂教學實踐，嘗試引領教師轉變教材觀、學生觀和教學觀，讓學生體會學習的價值，激發學習的興趣，改善學習生物學的方式。

1 大單元學習背景分析

有效的單元學習離不開大單元學習背景分析。大單元學習背景分析就是在整體思想的指導下，依據一個單元、一章或一冊乃至整個初中學段學習的要求，結合學生原有的認知水平、學習心理發展的特點及學習疑難點等，進行多角度地系統分析。然后據此統籌規劃學生學習內容的先后順序，選擇合適的教學策略指導學生有效學習。

結構與層次是客觀世界存在的基本形式，是復雜自然系統的重要組成部分。建立“結構與層次”的觀念，有利于人們認識紛繁復雜的客觀世界。在初中科學中，“結構與層次”學習的內容主要包括生命系統的結構層次、宇宙的結構與層次、物質的結構與層次，這些內容學習時間橫跨七、八、九三個年級。科學教材(七上)的“生物體結構層次”，是學生學習和認識復雜生命系統結構層次的起始課。教材先后從以下4個方面進行闡述： ①細胞的分裂、生長和分化；②組織；③器官和系統；④結構與層次。

從內容看，本節課涉及概念較多，既有細胞分裂、細胞生長、細胞分化、組織、器官、系統、結構與層次等核心概念，尤其是組織概念中又有“機械組織、輸導組織、分生組織、保護組織、營養組織”等植物組織和“上皮組織、結締組織、肌肉組織、神經組織”等動物組織，這些概念掌握不僅有結構特點要求，更有功能作用的要求。因此，教師在教學中，引導學生學什么、如何學、甚至學得怎么樣，將直接關系到今后生態系統的結構層次學習，同時對宇宙結構與層次、物質結構與層次的學習也會產生一定的影響。

教師依據教材編寫順序，引導學生通過觀察、比較平衡推進，一一落實具體知識點，再歸納總結形成系統的結構與層次知識。這樣的學科邏輯貌似有利于在比較異同中掌握知識、培養能力，提升科學素養，但實際上如此關注知識點落實的碎片化學習，難以引發學生的學習興趣；而且教師如此順序的教學，往往會使學生在同一課時中，既學植物體組織又學動物的組織，既學植物的各種器官又學動物的各種器官，既學植物體的結構層次又學動物體的結構層次。學生在同一課時中，學習如此相似的概念，常常會發生概念混淆，不利于概念的理解和建構，因為腦科學研究表明： 如果概念之間非常相似，腦就會建立相同的學習路徑，造成概念混淆。

2 教學改進思路及學情分析

基于上述問題，在原計劃3課時不變的情況下，對教學內容的順序進行調整，其中第1課時細胞的分裂、生長和分化不變，第2課時為植物體的結構層次，第3課時為動物體的結構層次。這樣既可以避免了在同一課時采用相同學習路徑學習相似概念而造成概念混淆，又能加深對組織、器官和系統概念的理解和建構，促進“結構與功能相適應”和“生物體各個組成部分是相互協調、統一的整體”的科學觀念形成。在此單元整體規劃下，針對具體的學習內容，分析學生認知起點，精心設計并落實課時教學方案。

學生學習被子植物體結構層次的認知起點是： ①有強烈的學習心向。對于七年級學生來說，他們在學習細胞的形態、結構、功能以及細胞的分裂、生長和分化等知識后，結合使用顯微鏡觀察到各種動植物的細胞，有進一步想解決“形態各異的細胞是如何組合成生物體”的學習心向。②有建構新概念的知識和能力。七年級學生除了有前面細胞形態、結構和功能，細胞分裂、細胞分化及其意義，顯微鏡正確使用等建構基礎外，小學科學中已經認識過各種植物，觀察過植物體的各種器官。③有正向遷移的生活經驗。學習生活中每個學生都經歷過“少先隊”組織，觀察過學校中各管理部門的組成和功能，知道學校是由各部門組成，具有教育功能系統等，學生這些生活經驗中“組織”“器官”和“系統”等雛形概念，為建構和理解科學中“組織”“器官”“系統”等概念，提供了有利的支撐。

依據學生具備上述的知識建構的認知起點，把教材中與植物體結構層次相關內容，抽提出來并進行重組，以如下的總體思路設計教學： 現象入手，聚焦問題→作出猜想，引領實驗→實驗觀察，收集證據→分析論證，作出解釋。

3 教學實踐進程

課堂教學實踐是檢驗教學設計合理性的重要一環。通過觀摩教學具體的實踐進程，分析其中的利弊可以改進教學，提高教學效率。

3.1 備學前置任務 在學生學完細胞分裂、生長、分化知識之后，學習動植物結構層次之前，筆者布置了如下任務： 觀察番茄植株(圖1)，指出其各組成部分的名稱(寫在相應方框內)，說說各自有何功能？

圖1 番茄植株

布置該前置任務的意圖是： 基于整體事物的觀察，激活學生原有認知結構，為學生認同解決本課時“構成生物個體的細胞是隨意堆砌還是按照一定層次組成”這一大問題作心理的鋪墊。

3.2 引入聚焦大問題 課堂開始，播放“豐富多彩的自然界”視頻，隨后問： 同學們，豐富多彩的自然界生機盎然、生命不息，這一切的一切都離不開有生命的物體——生物。動、植物是生物界中兩類最主要的生物，它們都是由細胞構成的。那么，構成植物體或動物體的細胞一樣嗎？(不一定一樣。)接著，引領學生聚焦大問題： “這些形態各異的細胞是隨意堆砌，還是按一定層次組成生物體的？”學生在遲疑中堅信： 應該是按一定層次的。但又拿不出有力證據。于是，展示與學生共同培養的番茄、菜豆和綠豆等植株。并請學生思考它們屬于種子植物中的哪一類(被子植物。)接著教師引出本節課的主題：“被子植物——番茄”的結構層次。

3.3 交流前置任務，初建器官概念 隨著學生興趣的激發,筆者出示一株盆栽番茄植株，讓他們組內交流前置任務。在此基礎上讓各組選出代表展示交流結果。隨后，有一組學生上臺馬上指出： 番茄植株的根、莖、葉、花、果實五大部分。其他學生補充道： 還有里面的種子。緊接著，讓其他組的學生說說各部對植物體有何作用？在師生交流評價的互動中初步建構“器官”概念(生物體中有特定機能的結構)。隨后，讓學生針對功能相似特點，把六大器官分成兩類： 根、莖、葉為營養器官，花、果實、種子為生殖器官。

3.4 觀察具體器官，建構“組織”概念 在學生初建器官概念及其功能交流中，有學生提出： 番茄的各個器官是由什么構成的？于是我將此問題拋給全班學生，馬上有學生回答“細胞”。順水推舟地追問： 你看到組成的細胞了？隨機又表揚道： 不過，你的想象力真豐富，很有科學家的潛質。接著，引導說： 研究整個植物體比較復雜，教師選取其中一個器官——番茄的果實。引導學生一起用解剖刀縱向把番茄切成兩部分，先從外到內仔細觀察，說出它可以分成幾部分、試著給出各組成部分的名稱，想想它們各自有何作用。各組學生按要求切開番茄后，觀察討論、分析中理解表層的果皮有保護作用；內部的果肉有營養功能；白色的筋絡有輸送水分、無機鹽和營養物質的作用。

接著，讓學生把視野轉向番茄果柄，讓他們彎一彎、折一折，說一說有何感覺。有學生說： 很難折斷，韌性很好。于是繼續引導： 它里面有木纖維，你們知道它對番茄果實來說有何作用？經過教師拿著果柄把番茄果實提起的暗示，學生意識到： 這些木纖維確實有支撐作用。

經過師生、生生對切開番茄果實的宏觀觀察、研究，最后得出番茄果實的各組成部分名稱及作用。

隨后，教師總結： 這些組成部分有各自不同的功用，諸如這些層次比細胞大，但又比器官小。我們把它們稱為“組織”。“究竟什么是組織？”讓各組學生用顯微鏡觀察組成番茄果實的表皮、果肉“筋絡”的細胞。然后，把它們分別放在電子目鏡下，用大屏幕投影他們觀察的細胞及其結構(圖2)。

引導學生觀察、比較并思考回答： 不同組織的細胞形態、結構和功能不同；同種組織的細胞形態相似、結構和功能相同。在此基礎上，初步建構科學的“組織”概念： 組織是多個形態、結構和功能相同的細胞組合而成的。為了進一步讓學生認同植物體其他器官也是由不同組織構成，讓學生用顯微鏡觀察南瓜莖縱切和迎春葉橫切的永久裝片，從外到內組成細胞的形態，并說出各部分組織的名稱和結構特點。

組成表皮的細胞

組表果肉的細胞

組成“白色筋絡”的細胞

在大量事實的觀察中，使學生領悟“組織在其他植物中也有不同程度的存在”。最后，學生在回顧觀察、討論和歸納中，建構“組織是由細胞按一定層次構成的，不同組織的細胞形態和功能不同”的概念。

3.5 激活經驗舊知，在鏈接中感悟被子植物體結構層次 在學生成功建構并理解組織這一概念的興奮之余，追問激思： 這么多種組織是怎樣形成的？組織學生討論并激活他們原有的舊知“細胞分裂、分化”，并讓他們說出推理的依據。學生在比較中得出： 組織由細胞分裂、分化而來。接著，教師提出： 從一個細胞發育成幼苗，植物還要生長，生長過程中還需要更多細胞從哪里來？于是順利地引出“分生組織”的概念，完善植物體五大組織概念的建構。最后，讓學生通過讀圖3，嘗試說出組織與器官的區別和聯系，明晰細胞、組織、器官的概念及關系。

圖3 組織與器官的關系

3.6 從微觀到宏觀描述植物體的結構層次,檢測核心概念建構 在課即將結束之時，讓小組內同學互相說說： 從一個細胞(受精卵)變成一株植物需要經歷哪些變化過程？同時讓各小組推薦一位代表展示，全班同學聆聽，作出評價。最后總結，完善被子植物體結構層次的知識和概念的建構(圖4)。

圖4 植物體結構層次概念圖

這樣的設計，既順應了學生心理邏輯，有利激發學習興趣，增強學習自覺性和主動性，同時又讓學生學習回歸到學科邏輯，有利于形成結構化系統的知識。

4 討論與反思

4.1 基于學生實際的單元整體規劃 教學設計是課堂教學進程的前期規劃，尤其單元教學的整體規劃直接影響教師教什么、怎么教，影響學生的學什么、怎么學、學得怎么樣，進而會影響學生的學習狀態和學習方式。本節課的設計基于腦科學研究成果和學生原有知識經驗，對本節課教學內容安排做了合理的調整，使之更加符合學生認知心理發展邏輯，從觀察具體植物體番茄植株開始，鏈接“生物體結構和功能的基本單位——細胞”舊知識，深入思考“細胞是如何構成植物體各部分結構的”這一大問題，激發學生解決這一真實問題探究欲望，為學生積極主動參與學習及后續學習方式做好了鋪墊。

4.2 在活動中解決真實問題 本課時的真實問題的解決擺脫了機械的灌輸，從肉眼直接觀察到借助顯微鏡進行深入觀察具體事物，思辨討論認同細胞有序組成植物體、不同部位的細胞形態和功能有所差異，使“組織”和“器官”的概念呼之欲出，使學習活動從枯燥的文本解讀走向有趣的意義建構，使抽象的科學概念在學生認知發展的情感需要中得以有效生成。

4.3 在激活經驗中建構科學概念 本課時的設計通過觀察番茄植株、番茄果實及其縱切等整體事物，引發思考想象，設計參與顯微鏡觀察比較等活動，順應了學生學習從宏觀到微觀、從具體到抽象的心理發展邏輯，使學習活動變得有意義。讓學生描述從微觀到宏觀被子植物體的結構層次，順應了“細胞→組織→器官→植物體”的學科邏輯，形成了結構化的植物體的結構層次系統知識。尤其在解決“一個細胞怎么會變成具有不同組織和器官的植物體”時，使從微觀到宏觀的學科邏輯與從宏觀到微觀的學生心理發展邏輯得到了有效的溝通。