指向科學思維培養的概念教學設計

尹卓

摘 要 在“生物進化的原因”一節的教學中，以達爾文的環球科學考察史為主線，通過比較、分析、建模、歸納和演繹等方法幫助學生自主建構、理解并運用自然選擇學說的概念，旨在培養學生的證據意識、邏輯推理、批判質疑等科學思維能力。

關鍵詞 概念教學 模擬探究 生物進化 科學思維

中圖分類號 Ｇ633. 91 文獻標志碼 B

《義務教育生物學課程標準（2022年版）》 （以下簡稱《課程標準》）提出： “學生通過生物學課程的學習，能夠初步掌握科學思維方法，具備一定的科學思維習慣和能力。”生物學教學不僅要注重學生習得生物學基本概念，還應注重學生習得概念的方式和過程。教師在教學中應避免生硬地直接灌輸概念，而要通過事實與證據的呈現，引導學生進行比較、分析、建模、歸納和演繹，主動建構生物學概念，在此過程中培養學生的證據意識、邏輯推理、批判質疑等科學思維能力。下面以“生物進化的原因”一節為例，闡述如何在概念教學中發展學生的科學思維。

1 教學分析及設計思路

“生物進化的原因”是蘇科版初中《生物學·八年級·下冊》第二十三章第三節的內容，學生之前已經學習了生命的起源和生物進化的歷程，體悟過生命發展歷史長河的源頭、延續和演變，這是探尋生物進化原因的重要支點。本節的重難點是概述以自然選擇學說為核心的現代生物進化理論，認同生物進化的觀點。生物進化的原因較為復雜，有部分學術觀點尚在探索中，因此對初中生而言較抽象、難理解。

本節教學設計以達爾文的環球科學考察為背景，教師引導學生通過模擬實驗進行探究學習，構建自然選擇學說的概念；通過分析多個實例深化概念，在不同情境中歸納出共性，發展歸納與演繹能力；運用概念解釋生活現象，完成從概念的螺旋建構到知識遷移運用的轉變，逐步提升學生在真實情境中解決相關問題的能力。

2 教學目標

（1）通過分析科學史資料和實驗結果，概述以自然選擇學說為核心的現代生物進化理論，能用進化與適應觀解釋生物界的一些現象，發展歸納與演繹能力。

（2）在問題驅動下進行模擬“自然選擇”實驗，如實記錄數據，并對實驗過程和數據進行分析，建構自然選擇學說解釋生物進化的模型，提升建模的思維能力。

（3）了解達爾文的事跡，認同科學研究的艱辛，形成尊重證據和事實的科學思維品質；明確環境變化可以導致生物數量變化的事實，增強環保意識。

3 教學過程

3.1 游戲激趣，感知概念

教師展示四種現代生物及其遠古祖先的圖片并提問：誰能迅速找出這四種現代生物的祖先？作出判斷的依據是什么？學生借助多媒體進行匹配并說明理由。教師引導學生說出不同時期的同種生物體在形態結構上有較多相似之處。由此引出探究問題：推動生物不斷進化的原因是什么？

設計意圖：通過“尋找祖先”活動，比較、分析同種生物體在不同時期的形態特征，初步感知生物進化的概念，激發學生的學習興趣和主動思維。

3.2 自主探究，建構概念

3.2.1 創設情境，提出問題

教師出示資料：達爾文在考察南美洲的加拉帕戈斯群島時，發現島上棲息著13種地雀，經過長時間的考察，他推測它們由共同的祖先進化而來。教師展示13種地雀的圖片，指導學生通過觀察說出這些地雀形態相似，但喙的形狀、大小、長短差異顯著，進而提問：出現上述現象的原因是什么？可用什么方法研究？設計意圖：通過對科學史的分析，學生領悟科學家勇于探索及堅持真理的精神，進而引導學生像科學家一樣進行探究。

3.2.2 分工合作，模擬探究

受時間和空間限制，本次教學采用模擬實驗進行探究。教師將全班分為6組，每個小組模擬加拉帕戈斯的一個島嶼，島上有典型性食物。教師展示實驗中可能用到的材料：尖頭鑷子、晾衣夾、扁嘴夾、塑料袋、黃豆、夏威夷果等，并提出問題：① 實驗研究的變量是什么？實驗材料分別模擬什么？② 地雀的取食時間如何設置？③ 若食物發生改變，地雀的喙形會變化嗎？④ 如何進行雀鳥繁衍后代的模擬？

學生討論后形成比較完善的實驗方案：① 本實驗的變量是地雀的不同喙形；各種夾子模擬地雀不同的喙，塑料袋模擬地雀的嗉囊；② 小組成員分工合作，選出1人為觀察記錄員，3名同學扮演“小鳥親本”，其余人扮演親本后代；③ 第一輪，計時30 s，“小鳥”可用喙將食物放入自己的嗉囊中，每次只能取食1粒，須取得15粒以上種子才能存活并繁殖后代，每個幸存者繁衍2個后代；第二、第三輪，分別由上一輪的幸存者及其后代進行取食，規則不變；④ 每組的觀察記錄員將不同喙形雀鳥的開始和最后幸存的數目計入表格（表1）。

設計意圖：基于科學史創設實驗情境、以問題為導向，引導學生分組設計實驗方案并親歷探究過程，初步掌握模擬實驗的一般方法，為建構模型作鋪墊。

3.2.3 問題驅動，建構模型

模擬實驗結束后，學生整合、分析數據，在理解活動意義的基礎上逐步建構概念，并思考：① 若第3代幸存者繼續繁殖，且都存活，后代數目依次為多少？此現象說明了什么？② 在實驗中，規定時間、控制食物數量模擬自然界中的什么情境？③ 生物的什么生命現象導致了地雀有不同喙形的個體？④ 基于統計數據，當島嶼上的食物是小型種子，經過3代，哪種喙形的地雀幸存數目最多？若環境發生改變，食物變成菜葉，情況會發生變化嗎？

教師展示相關資料，引導學生在問題串的驅動下進行推理、論證，建構“自然選擇學說”解釋地雀進化的模型（圖1）。學生討論交流達成共識：在自然界中，生物具有過度繁殖的傾向，由于食物、空間等資源的限制，個體間存在著生存競爭，且生物的變異現象使地雀產生不同喙形，幸存者的喙部結構與其所吃食物相適應。教師小結：自然界中的生物，通過激烈的生存競爭，適者生存，不適者被淘汰的過程就是自然選擇。

設計意圖：學生通過資料分析獲得過度繁殖、遺傳變異等事實性知識，為概念形成提供支撐；基于模擬實驗，搜集并提煉證據，在論證中建構自然選擇的概念，發展邏輯思維和辯證思維；學生可利用圖1模型解釋自然界中其他物種的進化過程，獲得“實例——模型——實例”的概念學習法，提升歸納與演繹的科學思維能力。

3.3 豐富例證，深化概念

教師在此部分通過“尋找樺尺蛾”和“辯論長頸鹿長頸的形成原因”兩個活動，幫助學生深化概念理解。

對于第一個活動，教師簡單介紹英國的工業革命，展示1890年和1960年曼徹斯特城樹干上棲息的深淺兩色樺尺蛾的圖片，選出10位學生輪流上臺尋找并迅速圈出圖片中的樺尺蛾，結束后清點剩余數量。隨后，教師補充歷年采集的樺尺蛾數量變化情況的柱狀統計圖，提問：① 10位學生在活動中扮演了什么角色？（模擬樺尺蛾的天敵——小鳥）② 1890-1960年間，曼徹斯特地區的兩種體色的樺尺蛾數量發生了什么規律性變化？原因是什么？③ 若要重新恢復淺色樺尺蛾為該區域常見類型，怎么做？ （治理環境等）

對于第二個問題，教師出示拉馬克的觀點：由于長頸鹿要夠到高處的樹葉，脖子越伸越長，經過世代相傳，便進化出長脖子。鼓勵學生說出不同觀點甚至辯論，引導學生辯證看待拉馬克、達爾文的進化學說。

設計意圖：分析“樺尺蛾的工業黑化”、 “長頸鹿的進化”兩個實例，讓學生由“個別”到“一般”的角度深入理解自然選擇學說，進一步螺旋建構“遺傳變異和環境因素的共同作用導致了生物的進化”這一核心概念，滲透進化與適應觀；通過探討長頸鹿長頸的形成原因，訓練學生的批判性思維，認同科學是在爭論和修正中向前發展的。

3.4 解釋現象，應用概念

最后，教師引導學生梳理課堂內容，厘清概念間的關系，構建概念圖（圖2），并運用概念解釋相關生活現象：① 農業害蟲猖獗，用殺蟲劑消滅害蟲，開始時藥效顯著，一段時間后效果逐漸下降。為什么？② 近年來，“超級細菌”的出現讓包括青霉素在內的許多抗生素對其失去作用，由“超級細菌”引發的感染和導致的死亡人數上升。此類事件產生的主要原因是什么？

設計意圖：通過構建概念圖，使零碎的知識結構化，培養歸納與概括的科學思維能力；運用進化與適應觀解釋生活實例，對概念教學的效果進行鞏固和評價，凸顯概念教學的實效性。

4 教學反思

在中學生物學教學中，概念教學處于核心地位。長期以來，部分教師在教學實踐中習慣將概念直接灌輸給學生，這極大地違背了學生的發展需求。新課標指出，教師應注重引導學生主動建構概念，促進學生在多種學習活動中提升科學素養。在本節內容中，學生先在模擬實驗操作中積累感性認識，隨后通過分析推理、質疑論證等科學方法自主建構概念，思維由低階的認知上升到高階的“理性思維”，較好地突破了教學上的重、難點。新課標背景下，教師不僅要傳授生物學知識和思想，更要注重科學思維的培養，關注生物學學科核心素養的發展，發揮生物學課程的育人功能。

參考文獻：

［1］中華人民共和國教育部. 義務教育生物學課程標準（2022年版）［M］. 北京：北京師范大學出版社，2022：6.

［2］趙占良. 生物學概念教學論［M］. 廣西：廣西教育出版社，2021：1.