基于科學史素材與核心素養(yǎng)深度融合的教學設計

李明　楊友聯(lián)

摘 要：本文以人教版初中生物學教材“細菌”一節(jié)為例，充分利用細菌發(fā)現(xiàn)的科學史素材，以問題為引導，以生物學科核心素養(yǎng)為綱領進行教學設計。該設計的目的旨在引導學生對“細菌”一節(jié)的內容開展探究，幫助學生了解科學方法、發(fā)展科學思維能力，培養(yǎng)學生的科學精神，樹立社會責任，構建唯物的生命觀，從而形成生物學科核心素養(yǎng)。

關鍵詞：科學史素材 核心素養(yǎng) 細菌

1 教材分析及學情分析

1.1 教材分析

《細菌》歸屬于課標“生物多樣性”和“生物技術”兩個一級主題的共同內容。課標對本節(jié)內容的要求是“描述細菌的主要特征”，內容是從微觀生命體的角度對生物多樣性的補充。細菌的形態(tài)結構有其獨特性和共性，其獨特性為原核生物，這點有別于前面學過的動、植物細胞的特征;其共性特征是與動、植物細胞的大部分結構相同，體現(xiàn)了生命的統(tǒng)一性。本節(jié)內容是后期《人類對細菌和真菌的利用》一節(jié)教學的基礎[1]。

科學史中蘊含著豐富的探索精神和探究方法，在教學實踐中充分應用科學史，有利于培養(yǎng)學生了解科學研究的一般方法，養(yǎng)成科學精神。本節(jié)教學可拓展使用細菌發(fā)現(xiàn)的科學史素材，采用探究性教學模式，引導學生系統(tǒng)地探究細菌的發(fā)現(xiàn)過程，學習細菌的相關知識，有助于加強學生對細菌這一概念的理解，培養(yǎng)學生的科學精神和思維能力。

1.2 學情分析

學生在小學階段的科學課程中對細菌已有簡單的了解，在初中生物學課程體系中，之前對生物多樣性中的動、植物從宏觀的裸眼可見的結構到微觀的動、植物細胞的結構都進行了系統(tǒng)的學習，為學習細菌的形態(tài)結構奠定了基礎。本節(jié)內容是生物多樣性中微生物知識學習的起點。在當下的素質教育背景下，在教學中落實核心素養(yǎng)是新課改中提出的要求。鑒于學生對生物知識的認知程度較淺，因此在教學中結合細菌的探索發(fā)現(xiàn)過程，重走前人的探索歷程，帶領學生以發(fā)現(xiàn)的眼光開展對《細菌》這一知識內容的學習，以生物學科核心素養(yǎng)要求為綱領，有助于學生對知識更好的吸收理解，樹立科學精神，增加科學的人文意義，提高生物教學質量[2]。

2 基于核心素養(yǎng)的教學目標

通過帶領學生對細菌形態(tài)和結構的系統(tǒng)學習，掌握原核生物的本質特征，能區(qū)分細菌細胞和動、植物細胞的本質差異和共性特征;同時了解細菌的營養(yǎng)方式，認識其在生態(tài)系統(tǒng)中分解者的作用;學生對細菌生殖方式的掌握，并且通過正確計算細菌的繁殖數(shù)量，熟悉這一生物的生命體系，建構細菌的整體結構和功能相統(tǒng)一的生命觀，讓學生深入理解生命現(xiàn)象的個性與共性，培養(yǎng)學生的生命觀念。

在教學過程當中，以巴斯德實驗為抓手，開展對《細菌》的探索學習，通過結合巴斯德實驗原理及結果，深化學生對細菌這一生物生命特征的理解，進而建構正確的唯物主義的生命觀，培養(yǎng)學生的科學探究能力。

巴斯德在微生物研究方面的重大貢獻，這是生物科學史中重要的里程碑，帶領學生對細菌發(fā)現(xiàn)過程的科學史進行學習，通過第一視角辯證認識生物科學的發(fā)展，掌握相關的實驗方法，建立學生的科學思維。

通過對《細菌》這一內容的學習，有助于學生在日常生活中養(yǎng)成良好的衛(wèi)生習慣，對這節(jié)課的學習拓展，有助于學生認識到濫用抗生素的危害，在一定程度上起到督促學生行為的作用，實現(xiàn)培養(yǎng)學生社會責任的目的[3]。

3 教學重、難點

3.1 重點

（1）通過對細菌的形態(tài)結構及其與動、植物細胞結構的比較學習，了解其在生物圈中的作用，掌握原核生物的本質特征。

（2）掌握細菌的生殖方式及其繁殖數(shù)量的計算，了解芽孢的獨特生命特征。

3.2 難點

學生掌握以細菌為代表的原核生物的本質特征，以及在生物圈中的作用。

4 教學過程

4.1 課前準備環(huán)節(jié)

4.1.1 確定教育目標

在開展教學工作前，確定最終的教學目標是開展教學的前提，也是保證整體教學成果和學生學習質量的關鍵，更是在教學開展中的方向以及課后反思的參考。

（1）教學內容目標。

在對學生開展教學中，《普通高中生物課程標準》中提出了相應的教學要求。在教學中要以對學生的思維培養(yǎng)為核心，以實現(xiàn)提高學生科學素養(yǎng)為在最終目標開展相應的教學工作。教學中加強對學生分析、領悟能力的培養(yǎng)，并在此過程中滲透科學方法的教學，令其能在探索中掌握的科學方法實現(xiàn)嵌以應用。在生物教學匯中，要加強對學生生本本質的理解深度，同時建立起科學的學習方法[4]。

（2）目標層次。

細菌這一節(jié)課的教學中，想要實現(xiàn)將生物科學史與教學內容的融合，通過生物科學史來對學生開展綜合方面的培養(yǎng)，在目標層次設立環(huán)節(jié)中，就要基于《課程標準》中對生物科學史的相關要求，同時基于學生當前的認知特點，基本學情等實際需求，在目標的分層設計中，可以將其分為四個層次，分別是了解、理解一一應用和評價。了解水平指的是學生能對學過的科學思維方法有基礎的便是能力，同時能列舉說出相應的實際案例等。例如在“細菌”進行遺傳中，其遺傳因子是什么？同時能結合其他所學的知識進行對比，如細菌的遺傳因子與病毒的區(qū)別等。理解水平指的是對某種科學思維方法的理解，并且掌握該方法的一般過程。例如“請概述假說-演繹法的步驟”等。學生達到應用水平的標志是對掌握的科學方法有基礎的應用能力。例如在假說演繹法學習后，能夠通過觀察現(xiàn)象提出問題，并且根據(jù)問題通過該方法做出相應的假說，同時基于問題進行推理，恰當?shù)膶υ撍季S方法進行使用。評價水平是學生在掌握科學思維方法的基礎上，能對其使用情況進行思考，做出相應的評價，如“該科學思維方法的使用是否正確？存在哪些步驟需要進一步完善？”

4.1.2 生物科學史內容選擇策略

在人教版高中生物教材當中有十分豐富的生物科學史內容，但并非所有的內容都適用于教學分析，能起到對學生科學思維的培養(yǎng)。因此在案例選擇前，要對結合教學目標對科學史的內容進行分析，選擇合適的科學史內容。在進行選擇中還要注重以下幾方面的問題：

首先要對教材中的科學史內容進行重新梳理整合。在一般情況下，高中整個階段的教學進度十分緊湊，因此生物課時比較緊張。不僅如此，涉及到科學史的內容大多比較長，由此導致在具體應用中難以全面遷移到課堂中國。而且部分科學史的內容并不適用于對學生的思維培養(yǎng)。為了保證課堂效率的最大化，保障學生的學習效果和質量，教師需要對科學史內容進行重新整理，適當?shù)淖龀鰟h減整合，以期實現(xiàn)對學生思維能力培養(yǎng)的作用。

在對科學史內容進行整合中，重點在于保留能起到對學生科學思維訓練的材料內容，其次是要尊重歷史的真實性，保證內容的科學習性。在選定科學史素材內容后，教師可以通過對內容進行適當補充，細化教材中的科學史介紹。在教材編寫中，其中含有的科學史內容很多都是經(jīng)過刪減的，部分內容無法體現(xiàn)出該學科的思維方法，因此教師在具體應用當中，需要結合既定的教學目標對其內容進行補充，保證學生的學習過程更加流暢，學生在完成學習后能切實的得到思維的培養(yǎng)。

最后在選擇科學史內容時，要結合學生的身心發(fā)展特點。選擇科學史內容包保證其在學生的最近發(fā)展區(qū)內，尊重學生思維能力發(fā)展的不同過程階段，避免內容難度過大，超過學生理解的能力范圍，對學生生物學習的信心造成不良的影響。在高中教學中，課堂大多都是枯燥的，因此在科學史內容選擇中，盡量保證其具有一定的趣味性，對原本枯燥的課堂氛圍起到一定的調劑作用，保證學生的注意力能長時間集中，讓學生處于一種較為愉悅的狀態(tài)，開展生物學科知識的掌握學習[5]。

4.2 以學生真實的生活情境，引入新課

教師：拿出課前在菜場購買的本地烙鍋配菜“臭豆腐”。

設問：同學們吃烙鍋的時候肯定都點過臭豆腐吧，臭豆腐表面黏黏的，還有些不同顏色的斑點，這些斑點怎么形成的呢？

設計意圖：結合學生的真實生活經(jīng)歷，通過設問，引發(fā)學生思考，吸引注意力，激發(fā)學生學習興趣。在細菌的發(fā)現(xiàn)中，比較著名的試驗是巴斯德實驗。在整個實驗中是通過假說-演繹法的方式對細菌的存在進行探究證實的。因此在實驗內容選擇中以巴斯德實驗為主，重點通過生活化的角度帶學生對實驗進行探討，其目的在于培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)科學的視角，培養(yǎng)學生加強對生活中不同現(xiàn)象的關注，讓生物教學最終回歸到學生的日常生活中，落實生物學科核心素養(yǎng)的教學要求。

4.3 科學史素材的深度拓展使用，展開新課——細菌的發(fā)現(xiàn)

4.3.1 細菌發(fā)現(xiàn)的過程

教學策略 讀故事，講故事

教師：人們最初是不知道細菌的存在的，那么科學家們是怎么發(fā)現(xiàn)細菌存在的呢？今天我們結合本節(jié)課內容，來一起探索生命的奧妙。提問：1.是什么原因導致肉湯變得渾濁？2.巴斯德實驗當中，科學家們是如何進行探索的？為什么打斷瓶頸后一天，肉湯就渾濁了？

學生活動：學生閱讀“細菌的發(fā)現(xiàn)”相關科學故事，向全班同學講述細菌發(fā)現(xiàn)過程中的有關人物和事件，學生之間相互補充完善，以培養(yǎng)學生閱讀、歸納、總結的能力。

學生歸納預設：

（1）17世紀前葉，人們不知道有細菌的存在;

（2）17世紀后葉，荷蘭人列文虎克，制作了能放大200-300倍的顯微鏡看到了很多“微小生物”，后來證實是細菌;

（3）19世紀中葉，人們不知道細菌從哪兒來的，人們一直認為細菌是“自然發(fā)生”的;

（4）1864年，法國的巴斯德用實驗證明了細菌的存在。

教師活動 教師根據(jù)學生歸納的情況，給予及時的評價和引導。教師幫助學生建構細菌發(fā)現(xiàn)的科學研究過程，理清楚17世紀到19世紀細菌發(fā)現(xiàn)的四個階段，注重生物學史教學，然后過渡到巴斯德實驗的分析。

4.3.2 引導學生重點分析巴斯德實驗的過程和實驗結果

學生活動：學生獨立思考，然后生生互動討論交流

設計意圖：通過問題引導學生進行思考，首先通過肉湯變渾濁的原因引發(fā)學生思考，結合科學史素材，以第一視角帶入學生開展探究實驗，帶領學生以巴斯德實驗的方式對生命的起源探索進行分析，培養(yǎng)學生的生命觀念和科學精神。在此之后對巴斯德實驗進行系統(tǒng)性的分析，分析歸納巴斯德實驗設計的目標以及設計的作用，充分認識到生物科學實驗的作用，以及如何設計科學實驗，認識到生物科學的研究中儀器設備的作用。通過結合巴斯德實驗的結果，以批判性的思維分析其最終的結果，理解科學的批判性與統(tǒng)一性，以此來培養(yǎng)學生的科學思維。通過這種方式開展教學，實現(xiàn)基于科學史與核心素養(yǎng)的融合，提高生物的教學質量。

4.3.3 生本互動、生生互助達成結構與功能相統(tǒng)一的生命觀——細菌的形態(tài)和結構

教學策略：教師設計學習任務，學生自己閱讀72-73頁的文本內容，結合文本、圖片和“觀察思考”的素材，以及前面學過的動、植物細胞結構的比較，學生系統(tǒng)的掌握細菌的形態(tài)和結構。

教師在副板書上手繪動、植物細胞結構，引導學生充分利用教材中的各種素材。

學生任務單：

（1）細菌的結構有什么特點？（單細胞、形態(tài)、共性結構、特殊結構、營養(yǎng)方式）

（2）細菌細胞與動物細胞結構最大區(qū)別是什么？（擬核、細胞壁、無葉綠體）

（3）細菌細胞與植物細胞結構最大區(qū)別是什么？（擬核、無葉綠體、鞭毛、莢膜）

（4）細菌細胞與動、植物細胞比較特殊的結構是什么？（擬核、莢膜、鞭毛）

學生活動：學生根據(jù)學習任務單的問題，結合教材文本、圖片和“觀察與思考”素材，系統(tǒng)了解細菌的形態(tài)和結構以及與動、植物細胞的區(qū)別，同時掌握以細菌為代表的原核生物的特點和細菌的營養(yǎng)方式以及在生態(tài)系統(tǒng)中的作用。

教師：教師和學生同步生成板書，第一個問題教師同步板書，把細菌的形態(tài)結構根據(jù)學生的回答板書在黑板上。第二個問題關注擬核——原核生物。第三個問題關注無葉綠體——異養(yǎng)——分解者。第四個問題關注特殊結構：莢膜——致病部位——抗生素作用機制。

拓展討論：我們生病了（有時打針輸液）會使用青霉素，青霉素的作用機理是什么呢？

教師：講解青霉素的作用機理，同時拓展引入“超級細菌”的素材。

設計意圖：結合教材的內容，以問題為引導，指導學生開展學習。通過圍繞問題開展討論，讓學生對問題進行深入思考，落實生本理念下的課堂建設，達到建構結構與功能相統(tǒng)一的生命觀的作用。通過“超級細菌”的內容拓展，引導學生理解生活中科學使用抗生素的原因，達到STS教育目的。

4.3.4 數(shù)學模型建構達成教學——細菌的生殖

教學策略：設問過渡。七年級時我們學過了單細胞生物，細菌也是單細胞生物，那么它又是怎樣繁殖的呢？引導學生思考，然后學生自主閱讀教材文本，了解細菌的生殖方式，以及芽孢的特殊生命特征，同時完成“技能訓練”。

學生活動：閱讀文本，計算細菌繁殖數(shù)量。學生通過計算，建構細菌繁殖數(shù)量計算的數(shù)學模型，同時了解芽孢的特殊生命特征。學生樹立健康的生活習慣。

5 教學反思（再設計）

教育并不僅僅是知識的傳授，培養(yǎng)科學思維和科學精神也是教育教學的重要內容。通過基于科學史素材內容與學科素養(yǎng)之間的有機結合，引導學生建構唯物的生命觀，樹立科學精神，發(fā)展科學思維和社會責任。帶領學生以第一視角對細菌發(fā)現(xiàn)過程的科學史的系統(tǒng)學習，認識到生命科學的發(fā)展需要科學家持續(xù)的努力。同時在探究的過程當中，認識到相關的技術、儀器設備的作用，引導學生辯證的看待生物科學的進步。在整個教學的環(huán)節(jié)當中，以問題引導學生進行思考，通過問題激發(fā)學生的好奇心。在教學中結合細菌的科學史進行有力的補充，拓展學生的知識的同時，培養(yǎng)學生的社會責任。

項目來源：六盤水師范學院微生物學教學團隊、中學生物學卓越教師培養(yǎng)計劃項目研究成果。

參考文獻：

[1] 黃悅.生物實驗教學的問題與對策分析[J].集成電路應用，2021，38（05）：174-175.

[2] 馬艷華，鄧秀玲，葉書梅，苑紅，娜琴，李冠華，扈瑞平，薛慧婷.混合式教學在生物化學教學中的探索[J].中國中醫(yī)藥現(xiàn)代遠程教育，2021，19（08）：16-17.

[3] 李紅梅，姜成哲，崔明勛.混合式教學法在生物化學實驗中的教學模式研究[J].化工管理，2021（04）：19-20.

[4] 張明慧，馬爽.“微課+PBL+互聯(lián)網(wǎng)+”三位一體在生物化學實驗教學中應用[J].農(nóng)家參謀，2020（16）：183.

[5] 劉雪芹.巧妙設疑 提高生物教學效率[J].生物技術世界，2016（03）：245.

通訊作者：

楊友聯(lián)：微生物學博士、教授，主要從事教育教學和微生物學研究。