基于猜想一論證式的教學設計

文章編號：1003-7586（2025）03-0030-04 中圖分類號：G633.91文獻標識碼：B

1教材分析及設計思路

“魚\"是人教版義務教育教科書《生物學·七年級·上冊》第二單元第二章第二節的內容。本節內容主要包含多種多樣的魚、魚的主要特征和魚與人類的關系等。本節課的教學任務是幫助學生在認識魚如何適應水中生活的基礎上，形成結構與功能相適應、結構與環境相適應的生命觀念。

在教學過程中，教師應基于學生的生活經驗，提出問題“魚如何適應水中生活”，并引導學生分析水生環境與陸生環境的差異，通過運用交叉學科知識、探究實驗、支架式教學、科學資料分析等方式進行論證，培養學生的探究實踐和科學思維能力，教學設計如圖1所示。

2教學目標

（1）通過分析水生環境和陸生環境的區別，初步猜想魚適應水生環境的結構特點，形成結構與環境相適應的生命觀念。

（2）通過運用交叉學科知識、探究實驗、科學資料分析等方式，論證魚在水中呼吸和運動的結構適應性的猜想，培養科學思維和探究實踐能力，形成結構與功能相適應的生命觀念。

（3）通過分析環境污染對魚類生存的影響，認識到生物圈是統一的整體，培養愛護環境、治理環境污染的社會責任意識。

3教學過程

3.1水生環境與陸生環境的區別

教師提出問題：水生動物與陸生動物存在差異的根本原因是什么？學生根據生活經驗，經過討論后推測可能是生活的環境不同。教師追問：魚應該具備什么結構特點才能適應水生環境？學生經過討論后提出：魚能夠通過流線型體型減小在水中運動時受到的阻力；運動器官能夠維持身體平衡并實現前進等動作；具有能夠在水中呼吸、不依賴眼睛感知外界信息的器官。

設計意圖：學生結合已有知識及經驗，分析陸生環境和水生環境的區別，猜想魚的結構特點，初步認識生物體的結構與生活環境相適應的生命觀念。

3.2交叉學科論證魚如何減小在水中運動時受到的阻力

生物體的結構符合現代力學原理，綜合運用生物學知識和物理公式可以有效論證生物體的結構與功能相適應的生命觀念，尤其適用于解釋生物體結構與環境相適應的問題。

3.2.1猜想

首先，學生觀察魚的體型和體色，觸摸魚的體表，并總結其特點。教師提出問題：這些特點對魚在水中生活有何意義？學生經過討論得出以下結論：魚的體型前尖、中寬、后窄，呈流線型，推測可能有利于減小阻力；體色背深腹淺，這種保護色能保護其不易被天敵捕食；體表覆蓋的鱗片起保護作用，且鱗片表面光滑，推測可能也有利于減小阻力。鑒于阻力屬于物理學范疇，學生提出可以從物理學的角度進行證明。

3.2.2交叉學科論證

教師提供計算水中物體阻力的公式。學生根據公式得出，魚能夠通過流線型體型減小其垂直于運動方向的橫截面積，并通過光滑體表降低阻力系數，進而減小魚在運動時受到的阻力。

設計意圖：學生通過力學公式解釋魚能減小受到的阻力的原因，提高科學思維和運用知識解決實際問題的能力，理解生物體的結構與環境相適應的生命觀念。

3.3試錯式猜想論證魚如何感知環境的變化

3.3.1論證錯誤的猜想—眼睛是魚的主要感知器官

大部分陸生動物依靠視覺感知外界環境，而在水深 200m 以下的區域，光線極其微弱甚至無光。教師提出問題：魚如何感知周圍環境？學生提出魚依靠眼睛感知環境的猜想，并設計實驗進行證明：選擇兩條大小、形態、生活狀態基本相同的鯽魚，將其中一條魚的眼睛用太空泥進行遮蓋處理，另一條不做處理；放入同一水缸中，用玻璃棒順時針攪拌，觀察兩條魚的狀態。實驗結果顯示，兩條魚的狀態基本相同，由此證明眼睛不是魚的主要感知器官。實驗結束后學生需要將太空泥取下。

3.3.2論證正確的猜想 一側線是魚的主要感知器官

學生繼續觀察魚的體表，推測可能具備感知環境能力的結構。學生經過仔細觀察后發現，魚身體兩側的側線可能是魚的感知器官。學生設計實驗：選擇兩條大小、形態、生活狀態基本相同的鯽魚，將其中一條魚的側線用太空泥進行遮蓋處理，另一條不做處理；放入同一水缸中，用玻璃棒順時針攪拌，觀察兩條魚的狀態。實驗結果顯示，側線被遮蓋的魚在水中毫無規律地游動，而側線未被遮蓋的魚逆時針游動。由此證明側線是魚的主要感知器官。

設計意圖：教師通過兩次猜測一論證活動，引導學生探究魚的感知器官，培養學生創新、探究實踐和科學思維能力。

3.4支架式論證魚如何獲得氧氣

在學生對認知差距較大的內容進行猜想時，教師可采用支架式教學方式，即帶領學生對結構和功能進行初步探討，并引導其在此基礎上進一步進行猜想論證。

3.4.1認識魚的口和鰓蓋后緣交替張合的意義

教師提出問題：魚如何獲取氧氣？學生根據生活經驗及魚的外部形態提出：魚通過鼻子獲得氧氣。教師補充知識：魚的兩個鼻孔中間有瓣膜，可以感知水流從而判斷環境變化，但不具備呼吸功能。教師提示學生觀察魚的口和鰓蓋后緣交替張合的現象，并提出問題：魚在進行什么活動？學生觀察到：有食物時，魚在攝食；無食物時，口和鰓蓋后緣雖然仍在交替張合但沒有物質從鰓蓋后緣排出。教師追問：魚是否在喝水？學生通過觀察發現魚的口和鰓蓋后緣一直在交替張合，猜想魚不是在喝水。

教師引導學生設計實驗證明魚不是在喝水。學生將火龍果汁直接滴入魚口中，觀察到紅色物質從魚的鰓蓋后緣流出，由此證明當魚的口和鰓蓋后緣交替張合時不是在喝水。

3.4.2鰓具備進行氣體交換的結構特點

學生掀開魚的鰓蓋，觀察到鰓內分布著豐富的、鮮紅色的鰓絲。學生將一小部分鰓絲剪下并放置在顯微鏡下觀察，發現鰓絲中密布著毛細血管，推測魚的呼吸器官可能是鰓。

3.4.3論證魚的呼吸器官是鰓

經過以上活動，學生了解到魚與外界相通的結構是口、鰓蓋后緣和肛門，而肛門是排便器官，與呼吸無關。為證明魚的呼吸器官是鰓，學生設計以下實驗：準備兩個滴入溴麝香草酚藍溶液的燒杯A和B，在燒杯A中放人一條魚，燒杯B不做處理（未放置魚前，溶液顏色均呈淺藍色）。 3～5h 后可觀察到：燒杯A的溶液顏色變成黃綠色，燒杯B無變化，說明燒杯A中的二氧化碳濃度升高，在魚鰓處發生了氣體交換。為了保證實驗效果，學生在實驗前需要對魚進行饑餓處理，防止其排出糞便影響實驗結果。

教師組織學生觀察鰓絲的結構，討論其有利于進行氣體交換的特點。經小組討論后學生指出：鰓絲數量較多、排列緊密且較細，增大了其與水接觸的表面積。教師提出問題：魚離開水為什么會迅速死亡？教師引導學生觀察毛筆在放人水中和離開水后的形態變化，并以此類比魚離開水前后的變化。學生觀察發現：毛筆的毛在水中是離散的，離開水后全部粘連在一起，與外界的接觸面積變小，一段時間后水分蒸發；以此類推，當魚離開水后，其鰓絲會粘連在一起并變干，與空氣的接觸面積變小，最終魚因無法正常呼吸而死亡。

3.5探究實驗論證

當部分猜想無法通過觀察直接論證時，學生可以通過設計科學且有效的探究實驗進行論證，依托實驗結果的論證更具有說服力。探究實驗的設計應遵循以下過程：學生提出探究問題、設計實驗方案、學生和老師共同評價與修訂、實施實驗、觀察并得出實驗結論、論證猜想等。

3.5.1猜想魚的運動器官

教師組織學生觀察鯽魚的運動方式。學生觀察到魚在運動時會擺動魚鰭、軀干部、尾部，據此猜想魚的運動器官可能是魚鰭，并進一步認識魚鰭的結構。

3.5.2探究實驗論證魚的運動器官

教師引導學生設計實驗證明魚的運動器官是魚鰭。部分學生提議通過剪掉魚鰭來觀察魚的運動變化，而有學生質疑剪掉魚鰭后會導致魚不能繼續生活；另一部分學生指出將魚鰭捆綁起來觀察其運動的變化。學生制訂實驗方案：將全部的魚鰭用紗布包裹，再用曲別針固定，觀察魚在運動過程中的變化。

學生提出疑問：魚在運動的過程中需要改變方向、控制自身前進和維持身體平衡等，不同的魚鰭作用是否相同？學生設計實驗分別觀察背鰭、胸鰭、腹鰭和臀鰭：取兩條大小相同的魚a和b，將a的背鰭用紗布包裹并用曲別針進行固定處理，b不做處理，觀察兩條魚的變化；用同樣的方法處理后觀察胸鰭、腹鰭、臀鰭。此外，學生還設計了觀察尾鰭的實驗：取兩條大小相同的魚a和b，將a的尾鰭用紗布包裹，再用兩塊大小合適的塑料板將尾鰭固定，b不做處理，放入水中，觀察其在運動過程中的變化。

實驗結果顯示，將背鰭、胸鰭、腹鰭、臀鰭全部捆綁后魚不能保持平衡，由此可知背鰭、胸鰭、腹鰭、臀鰭的主要作用是維持身體平衡；單獨綁住背鰭后魚會發生側翻，因此表明背鰭的主要作用是控制左右平衡；分別綁住胸鰭、腹鰭、臀鰭后，雖對魚的平衡影響較小，但能夠明顯觀察到魚的運動不靈活，表明胸鰭、腹鰭、臀鰭的作用是協助維持魚體平衡；綁住尾鰭后，魚不能靈活前進，說明尾鰭的作用是控制自身前進。

3.6科學資料論證

當觀察和探究實驗無法論證部分猜想時，學生可搜集科學家的研究資料進行論證。科學資料既可以由教師提供，也可以安排在學生課前收集。

3.6.1 魚運動的動力

教師提出問題：魚前進的動力來自哪里？學生依據生活經驗知道動物運動的動力來自肌肉，然而魚鰭內并無肌肉，魚的軀干部肌肉含量較高，由此推測動力可能來自軀干部的肌肉。

學生將教師準備的魚抓握在手中，發現魚的軀干部和尾部擺動劇烈，易從手中掙脫，據此猜測魚游泳的動力可能來自軀干部和尾部的擺動。科學資料顯示：魚軀干部的肌肉借助連續的肌節收縮與舒張，使收縮波傳向尾部，尾部將收縮的力傳給水，水的反作用力作用于尾部，是魚向前運動的主要推進力。[

設計意圖：學生通過實驗設計、資料分析等活動，增強愛護動物、保護動物的意識，理解動物的結構與運動相適應的生命觀念。

3.7 小結

（1）學生以思維導圖的形式總結魚適合在水中生活的特點，并分析魚的篆體字的造字規律（見圖2）。

（2）學生列舉生活中常見的魚類，總結魚的共同特征。

（3）教師展示日本傾倒核污水、北極冰雪融化等相關視頻，組織學生討論以上現象可能對魚類造成的影響，并嘗試撰寫一份環境保護倡議書。

設計意圖：通過分析魚的篆體字的由來，認識到古人的造字智慧；了解環境污染可能對動物產生的影響，培養熱愛環境、保護環境的社會責任意識。

4教學反思

本節課摒棄了“魚”一節內容的常規授課方式，運用猜想一論證式教學，讓學生基于自身經驗猜想魚的結構及功能，并引導學生對自己的猜想進行論證。該教學設計能夠有效培養學生的演繹歸納、邏輯推理等科學思維。鑒于本節課的論證較多，教師在進行課堂教學時可根據教學需要靈活調整。

參考文獻

[1]劉凌云，鄭光美.普通動物學（第4版）M].北京：高等教育出版社，2009：331-341.