“結(jié)構(gòu)與功能”概念導(dǎo)向下的教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)

王麗

〔摘? ? 要〕? “結(jié)構(gòu)與功能”是《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》提出的4個(gè)跨學(xué)科概念之一，體現(xiàn)出跨界育人的重要導(dǎo)向，要求教師引導(dǎo)學(xué)生在學(xué)習(xí)課程設(shè)置的13個(gè)學(xué)科核心概念的基礎(chǔ)上，從跨學(xué)科研究的角度，幫助學(xué)生逐漸理解結(jié)構(gòu)與功能之間的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)學(xué)科核心素養(yǎng)的深度發(fā)展。本文概述“結(jié)構(gòu)與功能”跨學(xué)科概念的設(shè)置意義，明確教學(xué)原則，并以小學(xué)科學(xué)課程中的生命科學(xué)板塊作為教學(xué)研究對(duì)象，探索“結(jié)構(gòu)與功能”跨學(xué)科概念導(dǎo)向下的教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)策略，以期通過(guò)適切的教學(xué)調(diào)整，增強(qiáng)小學(xué)科學(xué)教學(xué)深度，拓寬教學(xué)廣度，促進(jìn)學(xué)生整體科學(xué)觀念的形成。

〔關(guān)鍵詞〕? 小學(xué)科學(xué)；結(jié)構(gòu)與功能；生命科學(xué)；教學(xué)活動(dòng)

〔中圖分類號(hào)〕? G424? ? ? ? ? ? ? ? 〔文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼〕? A? ? ? ? ?〔文章編號(hào)〕? 1674-6317? ? （2024）? 09? ? 052-054

新課程改革深入推進(jìn)以來(lái)，跨學(xué)科學(xué)習(xí)逐漸成為教學(xué)改革的熱點(diǎn)話題。挖掘?qū)W科間知識(shí)關(guān)聯(lián)性，鏈接生活現(xiàn)象衍生探究課題，為學(xué)生創(chuàng)造多學(xué)科知識(shí)綜合應(yīng)用的平臺(tái)，這是進(jìn)一步落實(shí)立德樹(shù)人根本任務(wù)的有力舉措。深入應(yīng)用“結(jié)構(gòu)與功能”跨學(xué)科概念施行小學(xué)科學(xué)教育，能夠有效弱化生命科學(xué)研究的抽象感，便于學(xué)生從生命系統(tǒng)的功能或特點(diǎn)，反向分析、猜測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，揭開(kāi)現(xiàn)實(shí)生活中生命的神秘面紗，從而實(shí)現(xiàn)高階思維發(fā)展，提升發(fā)明創(chuàng)造能力。作為一線教師，應(yīng)將理論概念和教學(xué)實(shí)踐有機(jī)結(jié)合，善于從以生為本的角度建構(gòu)知識(shí)體系，站在概念前沿引領(lǐng)學(xué)生開(kāi)展研究性學(xué)習(xí)活動(dòng)，促進(jìn)學(xué)生科學(xué)核心素養(yǎng)的發(fā)展。

一、“結(jié)構(gòu)與功能”跨學(xué)科概念的意義

物體的形狀和結(jié)構(gòu)決定了其主要的特性和功能，“結(jié)構(gòu)”與“功能”之間具有密切的聯(lián)系，對(duì)這種聯(lián)系進(jìn)行研究，是實(shí)現(xiàn)科學(xué)發(fā)明創(chuàng)造的基本前提。“結(jié)構(gòu)與功能”是科學(xué)領(lǐng)域重要概念之一。通常情況下，系統(tǒng)功能外顯而結(jié)構(gòu)內(nèi)隱，科學(xué)研究的很大一部分工作，便是根據(jù)系統(tǒng)外顯的功能或特性，猜測(cè)和驗(yàn)證其內(nèi)隱的結(jié)構(gòu)，從而逐步了解掌握系統(tǒng)運(yùn)行的規(guī)律。《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》（以下簡(jiǎn)稱《課程標(biāo)準(zhǔn)》）強(qiáng)調(diào)，在引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)本學(xué)科核心概念的基礎(chǔ)上，逐漸向著跨學(xué)科領(lǐng)域過(guò)渡，在新的情境中檢驗(yàn)學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解和掌握，并將科學(xué)觀念、科學(xué)思維、探究實(shí)踐、態(tài)度責(zé)任等核心素養(yǎng)的培養(yǎng)有機(jī)融入學(xué)科概念學(xué)習(xí)過(guò)程中，促使學(xué)生養(yǎng)成用科學(xué)素養(yǎng)看世界的宏觀思維。“結(jié)構(gòu)與功能”既是一種科學(xué)研究觀念，也是一種跨學(xué)科教育概念。從這一概念著手設(shè)計(jì)科學(xué)教育活動(dòng)，引領(lǐng)學(xué)生通過(guò)不同領(lǐng)域?qū)W習(xí)，逐漸意識(shí)到任何系統(tǒng)的功能都與其結(jié)構(gòu)有著直接關(guān)系，掌握“功能”反推“結(jié)構(gòu)”的一般科學(xué)探究方法，這不僅是鍛煉學(xué)生發(fā)明創(chuàng)造能力的有效舉措，還有利于教師從各領(lǐng)域整合教育資源，設(shè)計(jì)“結(jié)構(gòu)與功能”導(dǎo)向下的跨學(xué)科教育活動(dòng)，從而豐富課程育人的深度與廣度。

二、“結(jié)構(gòu)與功能”跨學(xué)科概念導(dǎo)向下的生命科學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)原則

“結(jié)構(gòu)與功能”跨學(xué)科概念導(dǎo)向下的生命科學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)，需要教師掌握“教”與“學(xué)”的一般規(guī)律，立足以生為本，確定活動(dòng)設(shè)計(jì)原則，以此保障教學(xué)針對(duì)性、高效性和趣味性。具體而言，第一，以學(xué)生認(rèn)知需求與認(rèn)知特點(diǎn)為設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。小學(xué)階段學(xué)生的思維水平還處于感性的具體運(yùn)算階段，需要在真實(shí)、具體實(shí)物的支持下進(jìn)行邏輯推理解決問(wèn)題。因此，教師設(shè)置生命科學(xué)活動(dòng)時(shí)，亟須關(guān)注學(xué)生個(gè)性需求，滿足學(xué)生感性的認(rèn)知特點(diǎn)，并積極創(chuàng)設(shè)與現(xiàn)實(shí)生活有關(guān)的問(wèn)題情境，在真實(shí)問(wèn)答中引導(dǎo)學(xué)生逐步建立適宜的認(rèn)知框架，主動(dòng)參與科學(xué)實(shí)踐，以此提高科學(xué)探究興趣，獲得內(nèi)在發(fā)展動(dòng)力。第二，以學(xué)生理解跨學(xué)科概念為設(shè)計(jì)目標(biāo)。只有學(xué)生真正理解了“結(jié)構(gòu)與功能”這一跨學(xué)科學(xué)習(xí)概念，才能主動(dòng)地探究生命系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能之間的關(guān)系，從而在高階思維作用下，完成“功能”向“結(jié)構(gòu)”的反推理，實(shí)現(xiàn)多維素養(yǎng)發(fā)展。因此，教師在設(shè)計(jì)生命科學(xué)教學(xué)活動(dòng)時(shí)，要關(guān)注學(xué)生概念的轉(zhuǎn)化過(guò)程，善于用各種支架引導(dǎo)學(xué)生利用跨學(xué)科概念探究問(wèn)題歸因，體驗(yàn)“結(jié)構(gòu)與功能”這一概念的高級(jí)用途，以此降低學(xué)生從宏觀到微觀的認(rèn)知坡度，更為順利地幫助學(xué)生構(gòu)建認(rèn)知閉環(huán)。第三，以學(xué)生有意義的學(xué)習(xí)為設(shè)計(jì)宗旨。有意義的學(xué)習(xí)是高效課堂構(gòu)建的基本原則。在“結(jié)構(gòu)與功能”跨學(xué)科概念活動(dòng)設(shè)計(jì)中，教師所設(shè)計(jì)的活動(dòng)要具有一定結(jié)構(gòu)性，如由表及里、由易到難、由理論到實(shí)踐等，并多關(guān)注學(xué)生主體的情感參與，賦予學(xué)生充分討論和驗(yàn)證的時(shí)間，層層反饋、步步提升，最終促進(jìn)學(xué)生有意義學(xué)習(xí)的發(fā)生和發(fā)展。

三、“結(jié)構(gòu)與功能”跨學(xué)科概念導(dǎo)向下的生命科學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)

人體可視為一種生命模型，關(guān)于人體模型結(jié)構(gòu)的研究是小學(xué)生命科學(xué)中的重要內(nèi)容。人體模型在學(xué)習(xí)過(guò)程中無(wú)法打開(kāi)，也不能透視，我們可將之比作一個(gè)“暗箱”，學(xué)生的學(xué)習(xí)過(guò)程便是解暗箱的過(guò)程，而且學(xué)生每一次解暗箱的內(nèi)化經(jīng)歷和獲得的知識(shí)都可轉(zhuǎn)換成一組編碼，這組編碼能幫助學(xué)生更為清晰地在腦海重構(gòu)人體模型。以四年級(jí)《我們是怎樣聽(tīng)到聲音的》一課為例。這個(gè)問(wèn)題也是學(xué)生“解暗箱”的主線。首先，教師以建構(gòu)認(rèn)知沖突、修正認(rèn)知偏差、初步建立模型的教學(xué)邏輯作為活動(dòng)導(dǎo)入，激活學(xué)生探究生命科學(xué)的激情；再設(shè)置模擬實(shí)驗(yàn)，拋出驅(qū)動(dòng)任務(wù)，引領(lǐng)學(xué)生深入探究耳的功能；最后再聯(lián)系生活，升華暗箱功能，踐行知行合一。

（一）暴露認(rèn)知，修正偏差

教師首先以“聽(tīng)鼓”聲作為導(dǎo)入活動(dòng)，借助實(shí)物快速聚焦活動(dòng)研究對(duì)象“耳”，并拋出核心問(wèn)題“耳是怎樣聽(tīng)到聲音的？”以此讓學(xué)生發(fā)覺(jué)暗箱，產(chǎn)生興趣；然后，組織學(xué)生互相觀察耳朵，從耳的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)引發(fā)對(duì)耳功能的思考，在思考中暴露出前認(rèn)知的不足之處，通過(guò)認(rèn)知沖突促使學(xué)生產(chǎn)生更大的探究動(dòng)能；最后，教師適時(shí)干預(yù)，用圖文展示和組裝實(shí)驗(yàn)的手段幫助學(xué)生糾正偏差，并衍生更多探究問(wèn)題。例如，教師展示真實(shí)的耳結(jié)構(gòu)示意圖，組織學(xué)生自主從書本尋找答案，辨認(rèn)圖中耳的各部分結(jié)構(gòu)，在探討中初步建立耳的暗箱模型。接著，教師組織學(xué)生進(jìn)行小組合作，分發(fā)耳結(jié)構(gòu)模型，讓小組動(dòng)手組裝，在組裝中思考如下問(wèn)題：耳的各部分結(jié)構(gòu)分別發(fā)揮什么作用？由這一問(wèn)題開(kāi)啟后續(xù)探究活動(dòng)，促使學(xué)生帶著疑惑進(jìn)行深度學(xué)習(xí)。

（二）任務(wù)驅(qū)動(dòng)，深入暗箱功能

學(xué)生對(duì)耳功能認(rèn)識(shí)建立在模型研究基礎(chǔ)上，在活動(dòng)導(dǎo)入階段，學(xué)生對(duì)于耳郭和鼓膜的關(guān)注度較高，這兩類耳結(jié)構(gòu)的認(rèn)知成為打開(kāi)暗箱的關(guān)鍵切口。為了幫助學(xué)生從感官層面進(jìn)一步認(rèn)識(shí)耳郭和鼓膜的功能，可通過(guò)兩個(gè)模擬實(shí)驗(yàn)并輔以任務(wù)驅(qū)動(dòng)，在開(kāi)放化、層次化問(wèn)題探討中，帶領(lǐng)學(xué)生以小組的形式揭開(kāi)功能暗箱的面紗。

1.實(shí)驗(yàn)一：自制紙喇叭，進(jìn)行模擬體驗(yàn)

紙喇叭的制作相對(duì)簡(jiǎn)單，這一體驗(yàn)實(shí)驗(yàn)主要是借助外物將耳郭模擬放大，讓學(xué)生反復(fù)戴上、取下，在兩種狀態(tài)下聽(tīng)一段相同音頻的鈴聲，認(rèn)真體會(huì)聲音的不同，思考耳郭的作用。此外，讓學(xué)生朝向不同的方向聽(tīng)鈴聲，再次體會(huì)聲音的變化，思考人在發(fā)言時(shí)為何要面向?qū)Ψ竭@一問(wèn)題。小學(xué)生更多依賴感官體驗(yàn)來(lái)認(rèn)識(shí)事物，通過(guò)這個(gè)模擬體驗(yàn)實(shí)驗(yàn)，不僅可以激發(fā)學(xué)生探究興趣，而且，學(xué)生經(jīng)歷戴上喇叭、去掉喇叭、面向不同方向聽(tīng)聲音等各類真實(shí)情境，能夠更輕松地總結(jié)出耳郭結(jié)構(gòu)與其功能之間的關(guān)系，得出“耳郭具有收集聲波的作用”這一科學(xué)事實(shí)。當(dāng)然，用紙喇叭驗(yàn)證耳郭結(jié)構(gòu)與功能之間的關(guān)系還不夠嚴(yán)謹(jǐn)，教師要繼續(xù)深化實(shí)驗(yàn)，對(duì)耳郭、鼓膜功能做進(jìn)一步驗(yàn)證。

2.實(shí)驗(yàn)二：自制耳模型，進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)

教師組裝出示實(shí)驗(yàn)裝置，實(shí)驗(yàn)裝置由一個(gè)可拆卸的喇叭口、一個(gè)L型PVC管（喇叭口裝在L型PVC管的長(zhǎng)管端）、一個(gè)透明罩、可更換的橡皮膜、泡沫小球、小鼓等材料組成。首先拋出第一個(gè)任務(wù)，讓學(xué)生指認(rèn)實(shí)驗(yàn)裝置各部分分別對(duì)應(yīng)耳的哪些結(jié)構(gòu)？經(jīng)歷前期鋪墊，學(xué)生很快可以得出結(jié)論：喇叭口代表耳郭，PVC管代表耳道、橡皮膜代表鼓膜、泡沫小球跳動(dòng)情況模擬聲波大小。然后在組織學(xué)生開(kāi)展對(duì)比實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中拋出第二個(gè)任務(wù)，通過(guò)模擬實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證耳結(jié)構(gòu)中耳郭和鼓膜之間的關(guān)系。具體任務(wù)可細(xì)化為四個(gè)問(wèn)題方便學(xué)生探究，問(wèn)題一：擊鼓時(shí)泡沫小球跳動(dòng)劇烈，說(shuō)明了什么？問(wèn)題二：拆掉喇叭，再擊鼓，發(fā)現(xiàn)小球跳動(dòng)減弱，說(shuō)明什么？問(wèn)題三：改變擊鼓的位置，小球跳動(dòng)也發(fā)生變化，說(shuō)明什么？問(wèn)題四：更換橡皮膜為薄塑料膜或者厚橡皮膜，再次擊鼓，分別發(fā)生什么現(xiàn)象？說(shuō)明什么？整個(gè)對(duì)比實(shí)驗(yàn)過(guò)程建立在小組合作探究的基礎(chǔ)上，組內(nèi)成員交流討論、集思廣益，記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，分析實(shí)驗(yàn)結(jié)論，解決探究問(wèn)題。在小組思維碰撞中，學(xué)生能夠更為高效和輕松地落實(shí)任務(wù)：耳郭特殊結(jié)構(gòu)賦予了它具有收集聲波的作用，而鼓膜通過(guò)其薄而有彈性的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，具有將聲波轉(zhuǎn)化為振動(dòng)向大腦傳遞聲音信號(hào)的功能，振動(dòng)強(qiáng)弱決定了其向大腦發(fā)出的聲音信號(hào)的差異。整個(gè)實(shí)驗(yàn)通透后，學(xué)生基本揭開(kāi)了耳郭和鼓膜功能暗箱的神秘面紗，收效顯著。在此基礎(chǔ)上，教師還可以鏈接生活，衍生更多問(wèn)題，進(jìn)一步深化學(xué)生體驗(yàn)：水會(huì)流進(jìn)鼓膜嗎？鼓膜會(huì)破嗎？為什么要定期清潔耳朵？通過(guò)對(duì)這類問(wèn)題的釋疑，加強(qiáng)科學(xué)與生活的聯(lián)系，從結(jié)構(gòu)與功能概念層面幫助學(xué)生樹(shù)立保護(hù)耳朵的意識(shí)。

（三）拓展學(xué)習(xí)，發(fā)揮暗箱功能

在探究過(guò)耳郭和鼓膜的結(jié)構(gòu)與功能后，教師出示拓展閱讀資料卡讓學(xué)生閱讀學(xué)習(xí)，建立對(duì)耳結(jié)構(gòu)功能暗箱的整體認(rèn)知。如聽(tīng)小骨、耳蝸、聽(tīng)覺(jué)神經(jīng)相關(guān)資料，并在閱讀了解基礎(chǔ)上為學(xué)生播放人聽(tīng)到聲音的動(dòng)畫視頻，并讓學(xué)生歸納總結(jié)聲波在耳中的傳遞過(guò)程：聲波由耳郭收集傳遞至耳道引發(fā)鼓膜振動(dòng)，鼓膜振動(dòng)再引發(fā)聽(tīng)小骨振動(dòng)，隨后由耳蝸形成聽(tīng)覺(jué)信號(hào)，信號(hào)由聽(tīng)覺(jué)神經(jīng)傳遞至大腦，完成整個(gè)轉(zhuǎn)化過(guò)程。同時(shí)，在結(jié)構(gòu)與功能概念認(rèn)知基礎(chǔ)上，教師繼續(xù)鏈接生活，升華耳的暗箱功能，從更多角度完成本課次的研究，拓展學(xué)生學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)，并助力其完成知識(shí)遷移運(yùn)用，踐行知行合一。例如，哪些生活行為會(huì)導(dǎo)致鼓膜損傷？制作一個(gè)保護(hù)耳朵的建議書。觀察醫(yī)生聽(tīng)診器的結(jié)構(gòu)，解釋其工作原理，課下搜集相關(guān)資料，自制一個(gè)聽(tīng)診器。這些實(shí)踐任務(wù)，不僅可以進(jìn)一步凸顯結(jié)構(gòu)與功能概念學(xué)習(xí)的現(xiàn)實(shí)價(jià)值，還能深入激發(fā)學(xué)生科學(xué)探究興趣，促進(jìn)其科學(xué)核心素養(yǎng)發(fā)展。

四、結(jié)語(yǔ)

綜上所述，從“結(jié)構(gòu)與功能”大概念教學(xué)角度整合生命科學(xué)教育資源，生成由表及里、由易入難的結(jié)構(gòu)化探究活動(dòng)，在實(shí)驗(yàn)探究、任務(wù)驅(qū)動(dòng)中幫助學(xué)生了解生命系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能之間的關(guān)系，鍛煉其反向推理、對(duì)比驗(yàn)證等諸類科學(xué)探究思維和能力，在彰顯科學(xué)課程魅力的同時(shí)，還能為學(xué)生核心素養(yǎng)發(fā)展搭建多元支架，這是《課程標(biāo)準(zhǔn)》指導(dǎo)下一線科學(xué)教師亟須掌握的教學(xué)方法。

參考文獻(xiàn)

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