在模擬實(shí)驗(yàn)中優(yōu)化學(xué)生的科學(xué)思維

張鳳敏

一、案例實(shí)施背景

葉瀾教授曾說(shuō)過(guò)：“任何一門學(xué)科的教學(xué)，都要認(rèn)真分析本學(xué)科對(duì)于學(xué)生而言獨(dú)特的發(fā)展價(jià)值。”生物學(xué)能帶領(lǐng)學(xué)生不斷地認(rèn)識(shí)生命、關(guān)注生命、探索生命、親身感受生命的美麗與珍貴。教師應(yīng)該在教學(xué)中努力挖掘教材文本中涉及的生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)，即生命觀念、科學(xué)思維、探究實(shí)踐和社會(huì)責(zé)任，通過(guò)有效的教學(xué)活動(dòng)讓學(xué)生感受并內(nèi)化生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

“血液和血型”是蘇教版生物學(xué)教科書七年級(jí)下冊(cè)第10章“人體內(nèi)的物質(zhì)運(yùn)輸和能量供給”第一節(jié)的內(nèi)容。本節(jié)課計(jì)劃兩個(gè)課時(shí)完成，第二課時(shí)的教學(xué)目標(biāo)是：（1）說(shuō)出血型的類型和血型鑒定的過(guò)程。（2）舉例說(shuō)出無(wú)償獻(xiàn)血的有關(guān)知識(shí)。（3）認(rèn)同我國(guó)的無(wú)償獻(xiàn)血制度，并形成自己成年后愿意無(wú)償獻(xiàn)血的觀念。教學(xué)難點(diǎn)是說(shuō)出血型鑒定過(guò)程，理解血型與輸血的關(guān)系，認(rèn)同我國(guó)的無(wú)償獻(xiàn)血制度。

課本上對(duì)于血型和輸血的描述不多，模擬血型鑒定的實(shí)驗(yàn)也比較抽象，學(xué)生只靠閱讀文字難以理解，但是血型、輸血和無(wú)償獻(xiàn)血與人類生活有著密切關(guān)系，學(xué)生對(duì)這部分內(nèi)容很感興趣，渴望獲得相關(guān)知識(shí)的欲望在第一課時(shí)就已經(jīng)體現(xiàn)。基于此，教師可以鼓勵(lì)學(xué)生課前查閱和收集血型、輸血和無(wú)償獻(xiàn)血的相關(guān)知識(shí)，并計(jì)劃在課堂上開展模擬實(shí)驗(yàn)來(lái)進(jìn)行血型鑒定和輸血。希望通過(guò)豐富的感性體驗(yàn)、理性歸納與深刻的感悟，把科學(xué)思維、生命觀念和社會(huì)責(zé)任滲透學(xué)生心中，從而提升學(xué)生的生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。下面以本節(jié)課中的幾個(gè)教學(xué)片段為例，淺談如何在模擬實(shí)驗(yàn)中滲透并提升學(xué)生的科學(xué)思維。

二、案例描述

（一）穿越到18世紀(jì)目睹“模擬實(shí)驗(yàn)”

教師播放導(dǎo)入視頻：18世紀(jì)末，婦女產(chǎn)后出血死亡讓人意識(shí)到血液的重要性，英國(guó)婦產(chǎn)科醫(yī)生詹姆斯·布倫德爾萌生輸血救人的想法。1818年，布倫德爾通過(guò)輸血成功挽救了一位產(chǎn)后大出血婦女，欣喜之余，輸血實(shí)驗(yàn)開始用于治療產(chǎn)后出血或受傷出血病人。令布倫德爾無(wú)法理解的是，病人進(jìn)行輸血后，病人的死亡率高于成功率。

教師提問(wèn)：為什么布倫德爾給病人輸血后出現(xiàn)病人死亡的現(xiàn)象呢？人與人的血液不同嗎？學(xué)生在課前預(yù)習(xí)和生活常識(shí)的基礎(chǔ)上，爭(zhēng)先恐后地?fù)尨穑狠斿e(cuò)血型了；病人和獻(xiàn)血者的血型不同；人有四種血型，A型、B型、AB型、O型，紅細(xì)胞不同，不能輸入不同血型的血……

教師順勢(shì)而問(wèn)：那常見的血型系統(tǒng)中的四種血型有何差異？血液中究竟暗藏著什么秘密？學(xué)完今天這節(jié)課，你就能幫布倫德爾解開疑惑。

（設(shè)計(jì)意圖：該視頻是血液發(fā)展科學(xué)史中的片段，內(nèi)容真實(shí)且所涉及的現(xiàn)象與本節(jié)要學(xué)習(xí)的內(nèi)容非常貼切。學(xué)生仿佛穿越到了18世紀(jì)，目睹了布倫德爾醫(yī)生的輸血實(shí)驗(yàn)及輸血后的結(jié)果。學(xué)生看完“視頻模擬實(shí)驗(yàn)”不禁驚嘆，血型的不同竟然引發(fā)這么嚴(yán)重的后果！加上學(xué)生現(xiàn)在的知識(shí)水平和好奇心，更想幫助布倫德爾解開疑惑，學(xué)生已經(jīng)迫不及待想要進(jìn)入血型學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)了。）

（二）手腦并用組建血型模型

關(guān)于“血型類型”知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)，教師可以采用“文材轉(zhuǎn)化”的教學(xué)方法，即先讓學(xué)生閱讀課本和PPT中描述血型的文字段落，然后利用材料包內(nèi)的材料模擬四種血型。每個(gè)材料包內(nèi)有40個(gè)紅色磁扣（模擬紅細(xì)胞）；若干個(gè)不同形狀的磁片：“凸”形磁片（模擬凝集原A），“凹”形磁片（模擬凝集素A），“回”形磁片（注：該“回”形有一處連接，不會(huì)脫離）（模擬凝集原B），“口”形磁片（模擬凝集素B）；四個(gè)培養(yǎng)皿（用于盛放紅細(xì)胞和凝集素），標(biāo)簽紙。

1.文：學(xué)生帶著問(wèn)題閱讀文字。例如，四種血型的紅細(xì)胞上分別有什么凝集原？血漿中有什么凝集素？

2.材：學(xué)生以小組為單位，探討各材料可以用來(lái)模擬血液中的何種組分。

教師示范轉(zhuǎn)化操作過(guò)程，將1片“凸”形磁片（模擬凝集原A）與1枚磁扣相吸，模擬紅細(xì)胞及其凝集原，制作10對(duì)，放入杯子，2片“口”形磁片（模擬凝集素B）放入杯子，標(biāo)簽紙寫“A型”，貼在培養(yǎng)皿上，A型血液建模完成。貼心小提示：血液中凝集素屬于血漿蛋白，含量極少，故凝集素放2片磁片即可。

3.轉(zhuǎn)化：小組分工合作建立血液模型，標(biāo)注好血液類型A型、B型、AB型、O型。在學(xué)生建模的過(guò)程中教師巡視并及時(shí)給予指導(dǎo)。

（設(shè)計(jì)意圖：“文材轉(zhuǎn)化”的教學(xué)方法，讓學(xué)生手腦并用，不僅激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，還反饋了學(xué)生是否理解文字意思。如果學(xué)生不理解文字意思，那模型構(gòu)建就無(wú)從下手，還要回頭對(duì)照文字來(lái)構(gòu)建模型。如果學(xué)生理解了文字意思，那么加上教師的示范與提示，小組分工合作可以在三分鐘內(nèi)正確組建四種血型的模型，培養(yǎng)了學(xué)生對(duì)知識(shí)的整合、轉(zhuǎn)化和輸出的能力，也發(fā)展了學(xué)生的建模科學(xué)思維。）

材料與形狀的選擇目的：（1）吸附的特性可以使凝集原與紅細(xì)胞組建在一起，相同凝集原和凝集素可以吸附在一起。（2）“凸”和“凹”形狀磁片可以相互吻合并吸附在一起，可以模擬紅細(xì)胞凝集現(xiàn)象，為下一環(huán)節(jié)的模擬血型鑒定做好鋪墊。“回”和“口”形狀磁片同理。（3）凝集原與凝集素結(jié)合的本質(zhì)是蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)的吻合，“凸”“凹”“回”“口”相吻合的形狀可以讓學(xué)生對(duì)抽象的凝集反應(yīng)有更形象的理解，也為以后學(xué)習(xí)酶的催化、免疫中的抗體抗原識(shí)別打下基礎(chǔ)。

（三）歸納概括，成就血型鑒定師

教師播放臨床鑒定血型的視頻；講解A型標(biāo)準(zhǔn)血清的提取過(guò)程：A型血除去血細(xì)胞，再除去纖維蛋白原，剩余成分即為血清，血清中包含該型血的凝集原。B型標(biāo)準(zhǔn)血清同理。教師提問(wèn)：根據(jù)我們剛剛組建的血型模型，A型標(biāo)準(zhǔn)血清應(yīng)該怎么模擬呢？請(qǐng)舉起磁片。那B型標(biāo)準(zhǔn)血清呢？學(xué)生迅速高高地舉起“口”形磁片來(lái)表示A型標(biāo)準(zhǔn)血清。“凹”形磁片表示B型標(biāo)準(zhǔn)血清。這時(shí)教師給每組分發(fā)A型標(biāo)準(zhǔn)血清和B型標(biāo)準(zhǔn)血清，布置任務(wù)：讓四種血型分別與A型標(biāo)準(zhǔn)血清和B型標(biāo)準(zhǔn)血清混合，觀察現(xiàn)象，注意當(dāng)出現(xiàn)相互吻合吸附的磁片時(shí)表示紅細(xì)胞凝集，完成導(dǎo)學(xué)案中的表格。三分鐘后小組匯報(bào)模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果，通過(guò)組間討論歸納出血型鑒定原理。最后選一位學(xué)生到講臺(tái)，作為血型鑒定師為大家檢驗(yàn)血型，學(xué)生拿著撕去標(biāo)簽的未知血型去鑒定。

（設(shè)計(jì)意圖：先用A型標(biāo)準(zhǔn)血清和B型標(biāo)準(zhǔn)血清與已知血型進(jìn)行模擬鑒定，讓學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，這時(shí)學(xué)生可以歸納出血型鑒定原理。再拿未知血型去鑒定，看到標(biāo)準(zhǔn)血清與未知血型的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，學(xué)生就能立馬判斷出血型類型。如果沒(méi)有進(jìn)行歸納血型鑒定原理這一步，那么跨度太大，學(xué)生難以理解。所以模擬血型鑒定分兩步走，分解難點(diǎn)，為學(xué)生成為合格的血型鑒定師搭建橋梁。）

（四）模擬輸血情境，形成輸血原則

在模擬血型鑒定實(shí)驗(yàn)的末尾，一位學(xué)生被攙扶過(guò)來(lái)。醫(yī)生鑒定血型，然后說(shuō)：“經(jīng)鑒定病人血型是A型，病人急需輸血，有人來(lái)獻(xiàn)血嗎？”學(xué)生（假設(shè)是成年人）：“我是O型血，我來(lái)，未知血型的同學(xué)也上來(lái)幾位。”醫(yī)生鑒定血型后，選擇可以進(jìn)行獻(xiàn)血的學(xué)生（A型和O型）。醫(yī)生解釋原因后，不能獻(xiàn)血的學(xué)生（B型和AB型）回到座位。

此時(shí)，部分學(xué)生對(duì)醫(yī)生的決定表示質(zhì)疑：O型血的血漿中含有凝集素A，病人紅細(xì)胞上有凝集原A，那O型血輸?shù)讲∪梭w內(nèi)也會(huì)發(fā)生紅細(xì)胞凝集反應(yīng)嗎？這時(shí)教師詢問(wèn)：“哪位同學(xué)可以回答這個(gè)問(wèn)題？”并提示學(xué)生：“想一想凝集素在血液中的含量。”這時(shí)學(xué)生的質(zhì)疑逐漸消除，紛紛表示贊同。教師進(jìn)一步解釋：“血漿蛋白的體積分?jǐn)?shù)占血漿的7%～9%，而凝集素更少，但依舊會(huì)出現(xiàn)少數(shù)紅細(xì)胞凝集的情況。所以在緊急情況下，如缺少A型血的情況下，才會(huì)選擇輸少量的O型血。”最后在小組討論中，總結(jié)出輸血原則。

教師拓展：隨著科技的發(fā)展，人類為了更好地利用血液，把血液制成成分血，根據(jù)病人情況輸入成分血。例如，A型病人患有溶血性貧血（紅細(xì)胞含量較低）急需輸血，這時(shí)可以輸入A型血，也可以輸入O型血中的紅細(xì)胞；O型病人嚴(yán)重?zé)齻枰a(bǔ)充血漿，此時(shí)可以輸什么？學(xué)生爭(zhēng)相回答：“O型血；O型血的血漿；A型血的血漿；B型血的血漿；AB型血的血漿也可以。”反應(yīng)快的學(xué)生直接回答“可以輸四種血型的血漿”。

（設(shè)計(jì)意圖：模擬輸血實(shí)驗(yàn)在血型鑒定之后，無(wú)縫連接，過(guò)渡自然。情景表演與實(shí)際生活相關(guān)，在獻(xiàn)血者中選取應(yīng)該接受的血型、緊急情況下可以接受的血型、排除不能接受的血型的過(guò)程中，學(xué)生已經(jīng)形成了輸血原則。一直以來(lái)O型血作為萬(wàn)能血的地位堅(jiān)不可摧，而學(xué)生的質(zhì)疑恰好體現(xiàn)了學(xué)生的科學(xué)思維在提升，批判性思維逐漸形成。教師借此機(jī)會(huì)解釋“O型血是萬(wàn)能血”的說(shuō)法已經(jīng)過(guò)時(shí)，只有在緊急情況下可以輸入少量O型血。）

教師應(yīng)緊跟科技的發(fā)展，拓展當(dāng)代的臨床輸血手段，進(jìn)一步開拓學(xué)生思維，想象如何更好地利用血液拯救生命，如何合成人工血液，并樹立為之奮斗的夢(mèng)想。

三、案例評(píng)價(jià)

生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)中的科學(xué)思維可以幫助學(xué)生理解本節(jié)所涉及的抽象知識(shí)，而科學(xué)思維與科學(xué)探究相互作用，科學(xué)思維的形成與發(fā)展有助于科學(xué)探究的進(jìn)行，科學(xué)探究的結(jié)果進(jìn)一步促進(jìn)思維的形成。模擬血型鑒定是本節(jié)的重難點(diǎn)，教師在設(shè)計(jì)模擬實(shí)驗(yàn)中滲透科學(xué)思維，可以培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維。

本節(jié)教學(xué)的導(dǎo)入視頻中含有實(shí)驗(yàn)及實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，學(xué)生觀看的過(guò)程相當(dāng)于學(xué)生在腦海中模擬了該實(shí)驗(yàn)。視頻中出現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象讓學(xué)生產(chǎn)生疑問(wèn)：人與人的血液不同在哪里？如何劃分血型？這就表示“視頻模擬實(shí)驗(yàn)”觸發(fā)了學(xué)生的科學(xué)思維，而這一科學(xué)思維激發(fā)了學(xué)生探究的欲望。這類“視頻模擬實(shí)驗(yàn)”的導(dǎo)入，不僅能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，還可以快速在新舊知識(shí)之間建立橋梁，使之成為學(xué)生學(xué)習(xí)新知識(shí)的起點(diǎn)。在選擇上，“視頻模擬實(shí)驗(yàn)”應(yīng)當(dāng)在內(nèi)容上呈現(xiàn)出事情的前因后果、實(shí)驗(yàn)的過(guò)程與結(jié)果，然后拋出問(wèn)題，這樣才能引發(fā)學(xué)生的思維活動(dòng)進(jìn)而探其究竟。

建模既是形成科學(xué)思維的手段，又是科學(xué)思維的轉(zhuǎn)化輸出成果。初一年級(jí)是學(xué)生形象思維轉(zhuǎn)變抽象思維的關(guān)鍵期。一方面，組建形象、直觀的物理模型可以讓看不見、摸不著的知識(shí)變得形象、具體，降低了學(xué)習(xí)難度。另一方面，模型的選材與組建要與事實(shí)盡可能貼合，才能使學(xué)生更好地發(fā)展抽象思維。如案例中選擇紅色磁扣模擬紅細(xì)胞，不同形狀磁片模擬不同空間結(jié)構(gòu)的凝集原與凝集素，最后以形狀吻合、磁性吸附表示紅細(xì)胞凝集反應(yīng)。在構(gòu)建模型時(shí)，以學(xué)生為主體，以建模為主線，讓學(xué)生去思考、探索、交流和學(xué)習(xí)，所有學(xué)生都積極參與其中，手腦并用組建出正確模型標(biāo)志著抽象知識(shí)體系的順利建構(gòu)。

四種血型模型建好之后，進(jìn)一步“制備”標(biāo)準(zhǔn)血清，然后利用血清與血液模擬血型鑒定實(shí)驗(yàn)，最后利用血液與血液進(jìn)行模擬輸血實(shí)驗(yàn)。無(wú)縫銜接的模擬實(shí)驗(yàn)，步步遞進(jìn)，易化難點(diǎn)，促使學(xué)生形成縝密的科學(xué)思維。所以，在O型萬(wàn)能血的使用上學(xué)生才能夠提出質(zhì)疑，在教師的提示與解釋后，學(xué)生完善知識(shí)體系并成功發(fā)展了批判性思維。

四、案例反思

課本中關(guān)于血型的描述只有三句話，直接告訴學(xué)生血型分為A型、B型、AB型、O型，沒(méi)有說(shuō)明劃分的依據(jù)。如果不同血型之間紅細(xì)胞和血型的差異不講清楚，那么后續(xù)的血型鑒定和輸血就不能很好地理解，所以教師設(shè)計(jì)“文材轉(zhuǎn)化”環(huán)節(jié)組建血型模型，占用了一部分時(shí)間。模擬血型鑒定和情境輸血環(huán)節(jié)時(shí)，學(xué)生的參與度非常高，超出原計(jì)劃用時(shí)。本節(jié)教學(xué)過(guò)程中，學(xué)生比較興奮、愉悅，思維活躍，回答學(xué)生的疑問(wèn)超出預(yù)計(jì)時(shí)間。所以，原計(jì)劃在課堂最后三分鐘解釋學(xué)生感興趣的“熊貓血”，結(jié)果沒(méi)有時(shí)間解釋，只能留給學(xué)生課外自行查閱，希望以后可以更好地把控課堂時(shí)間。

編輯：趙文靜

注：本文系江蘇省“十四五”規(guī)劃重點(diǎn)課題“基于學(xué)習(xí)進(jìn)階的初中生物學(xué)核心概念教學(xué)研究”（項(xiàng)目編號(hào)：C-b/2021/02/82）。