指向科學思維發展的初中生物學教學設計

中圖分類號：G633.91文獻標識碼：B

科學思維是一種注重實證和邏輯，秉持求真務實態度的思維習慣和能力。《義務教育生物學課程標準（2022年版）》（以下簡稱《義教課標》中明確指出，發展科學思維是培養學生理性思維、批判質疑、勇于探索等科學精神的重要途徑。在教學過程中，教師應運用恰當的教學方法，引導學生圍繞具有挑戰性的學習主題，運用科學的思維方式認識事物、解決實際問題，進而促進學生科學思維的發展，實現核心素養的培養目標。

1教材分析及設計思路

“驗證綠葉在光下合成淀粉”是北師大版義務教育教科書《生物學·七年級·上冊》第4章第1節的內容。經過之前的學習，學生已經掌握了光合作用的研究歷程，初步認識了光合作用的原料、條件和產物。

本文以發展學生科學思維為出發點，通過創設真實的問題情境，激發學生學習興趣。在教學過程中，學生經歷提出問題、做出假設、設計和實施方案等環節，獲取證據以驗證綠葉在光下合成淀粉，發展自身觀察比較、分析概括、演繹推理等科學思維能力。此外，學生還基于邏輯分析所得證據進行評價并得出結論，進一步深化自身對光合作用產物和條件的理解，初步構建次位概念“4.3.1植物能利用太陽能（光能），將二氧化碳和水合成為貯存了能量的有機物”，發展分析論證、歸納總結、批判質疑等科學思維能力，實現科學思維的激發、發展和提升。3具體教學設計思路如圖1所示。

2教學目標

（1）能夠基于問題情境提出合理問題并做出科學假設，結合相關資料優化實驗方案；通過獲取的證據闡明綠葉制造的有機物是淀粉，發展觀察比較、分析概括、演繹推理等科學思維能力，提高獲取信息與解決問題的能力。

（2）能夠通過小組合作的形式，設計、評價并實施實驗方案，驗證光照是綠葉制造淀粉的必要條件；依據所得證據和邏輯推理，闡明綠葉在光下合成淀粉，培養分析論證、歸納總結、批判質疑等科學思維能力，初步形成物質與能量觀。

（3）能夠運用本節所學知識，為甘薯增產提出切實可行的建議，并設計實驗驗證；結合評價量表對方案進行評價與完善，發展批判性思維和綜合分析能力，提高解決實際問題的責任擔當，增強社會責任意識。

3教學過程

3.1創設真實情境，激發科學思維

教師展示學生在校內勞動基地種植的甘薯植株圖片，并提出問題：如何提高甘薯植株的產量？教師根據學生的答案進一步提出問題串引導學生進行思考：甘薯的產量主要與哪種營養物質有關？該種營養物質主要由植物體哪個器官制造？需要什么條件？如何設計實驗進行探究？學生逐步提出問題：綠葉制造的有機物是否為淀粉？光照是否為綠葉制造淀粉的必要條件？學生以此做出假設：綠葉制造的有機物是淀粉，光照是綠葉制造淀粉的必要條件。教師由此引出新課\"驗證綠葉在光下合成淀粉”。

設計思路：教師以真實的問題情境導入新課，運用問題串引導學生積極思考，充分調動學生的學習興趣，激發學生的科學思維，為后續的教學活動奠定良好基礎。

3.2開展實驗探究，發展科學思維

3.2.1設計方案，初步質疑

教師為學生提供新鮮的甘薯植株、碘液等實驗材料。學生基于淀粉遇碘液變藍的實驗原理，嘗試直接在葉片上滴加碘液，觀察葉片顏色變化，以此驗證\"綠葉制造的有機物是淀粉\"這一假設。針對學生得出的實驗結果，教師提出疑問：若未能觀察到明顯的變藍現象，是否說明“綠葉制造的有機物是淀粉”的假設不成立？

學生反思實驗過程，認識到要驗證該假設，需要先排除葉綠素對碘液染色的干擾。教師提供相關資料，組織學生結合資料優化實驗方案、分享設計思路并進一步完善實驗設計。最后，教師播放視頻，展示甘薯葉片酒精脫色處理過程及碘液染色結果。學生通過分析實驗現象，依據所得證據得出結論：綠葉制造的有機物是淀粉。

設計思路：教師遵循問題導向一理論探索一實踐反思一方案優化一結論驗證的學習路徑，讓學生在掌握實驗原理的基礎上開展實踐探究活動，提升其科學探究能力、批判性思維及證據收集與分析能力。

3.2.2優化方案，深入探究

教師進一步提出問題：脫色后的葉片遇碘液變藍，能否據此確定淀粉是綠葉在光照條件下制造的？若不能，應如何獲取證據加以證明？

學生進行小組討論，利用實驗材料設計實驗方案。隨后，小組代表介紹實驗方案。在這一過程中，學生通過小組評價、學生質疑、反思改進等環節對方案進行完善（見表1），最終確定實驗方案：將葉片上下表面相同位置用大小相同的黑紙片進行遮光處理，將同一葉片上遮光處理部分設為實驗組，未遮光處理部分設為對照組，并預設實驗結果。

設計思路：教師在學生成功驗證綠葉制造的有機物是淀粉的基礎上提出新問題，進一步激發學生的探究欲望。學生經歷設計方案一評價方案一優化方案的過程，深入思考實驗方案的科學性和嚴謹性，提升比較分析、演繹推理、批判質疑等科學思維能力，強化證據意識。

3.2.3 獲取證據，驗證假設

教師基于學生設計的實驗方案，進一步提出問題：“需要獲取哪些證據才能判斷實驗假設成立\"并引導學生通過完成實驗來解答該問題。

學生以小組合作的方式，結合教師提供的實驗材料，對葉片進行漂洗染色，并記錄實驗結果。隨后，學生展示實驗結果并進行分析，歸納總結得出結論：光照是綠葉制造淀粉的必要條件。

設計思路：學生通過漂洗染色一觀察比較一分析綜合一批判質疑等一系列實踐活動，經歷獲取證據、驗證假設的過程，掌握科學實驗方法，提升比較歸納、分析綜合及批判質疑等科學思維能力。

3.2.4再次質疑，深化理解

教師基于實驗結果引導學生提出疑問：葉片在遮光處理前是否含有淀粉？這是否會對實驗結果產生影響？應如何處理？學生分組討論、分析，共同歸納得出：在進行遮光處理前，需先將甘薯植株放在黑暗環境中進行暗處理，將葉片中原有的淀粉轉運或耗盡，消除葉片中原有淀粉對實驗結果的影響。在此基礎上，教師播放學生課前進行暗處理操作的視頻，加深學生對暗處理的理解。最后，師生共同歸納“驗證綠葉在光下合成淀粉”的實驗方法和流程，有效突破教學難點。

設計思路：學生在實際操作中容易忽視暗處理這一實驗環節。教師通過質疑、討論和觀看視頻等方式，引導學生深入思考暗處理的必要性，培養學生注重實驗嚴謹性的態度及證據意識。學生在歸納總結的過程中，通過串聯證據鏈，建立知識之間的聯系，促進知識體系的構建。

3.3回歸問題情境，提升科學思維

教師再次展示學生種植的甘薯植株圖片，回歸“如何提高甘薯植株的產量”這一問題情境，引導學生結合本節課所學內容從光照的角度為甘薯植株增產提出建議，并設計實驗方案驗證。學生通過分組討論、分享實驗方案、結合評價量表（見表2）對實驗方案進行評價與完善，體會到生物學與社會生產之間的緊密聯系。

最后，教師為學生布置課后選擇性拓展作業：① 查閱資料，繪制圖示解釋甘薯植株體內有機物的產生和運輸過程； ② 查閱資料，了解不同光照因素（如光照強度、光照時長、光質等）對植物生長的影響，并制作科普小報； ③ 以小組為單位開展實驗，探究某一光照因素對甘薯植株產量的影響，撰寫實驗

報告。

設計思路：教師回歸“如何提高甘薯植株的產量\"這一真實情境，引導學生從光照這一關鍵因素出發，結合所學知識思考并提出具體的甘薯增產建議。學生在思考、交流、評價的過程中，發展科學思維能力，提升問題解決能力。同時，多層次的課后開放性學習內容有助于學生加深對植物生命活動基本過程的理解。

4教學反思

科學思維的顯著特征是尊重事實和證據，崇尚嚴謹和務實的求知態度，即注重實證。4學生科學思維的培養，需要教師長期堅持在教學過程中不斷滲透相關內容。教師應從多種途徑積極引導學生聚焦科學思維的特點一一實證、邏輯與質疑，以概念、推理、論證、判斷等思維形式帶動思維方法的學習和思維品質的提高，切實實現科學思維的發展。5例如，在利用實物材料進行遮光處理的實踐過程中，學生展現出多樣化的方法策略。相較于傳統教學中依賴觀看視頻或教師演示的被動接受方式，這種親身實踐不僅豐富了學生的認知體驗，更在實質上推動了學生科學思維的發展，使其在動手操作中學會從多角度、多維度審視問題。

同時，教師在組織小組活動時，可借助評價量表引導學生進行自評和互評，以促進其科學思維的深度發展。例如，在為甘薯植株增產提出建議并設計實驗方案驗證時，學生通過自評和互評，發現部分學生對同一探究方案預期結果的描述存在差異，進而引發學生深人思考，激發學生的探究興趣。學生在探討問題的過程中，不斷質疑、反思和修正，實現了對科學知識的深入理解，同時也鍛煉了對科學思維方法的運用能力。

參考文獻

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