關(guān)注重要概念學(xué)習(xí)的論證教學(xué)設(shè)計
——以“細胞的生活”（第1課時）為例*

陳 欣 （福建教育學(xué)院 福建福州 350025）

根據(jù)《義務(wù)教育生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2011年版）》（下文簡稱課程標(biāo)準(zhǔn)）“倡導(dǎo)探究性學(xué)習(xí)”“提高學(xué)生生物科學(xué)素養(yǎng)”等課程理念，以及“關(guān)注重要概念的學(xué)習(xí)”教學(xué)建議，圍繞重要概念，設(shè)計與實施論證探究活動，旨在充分利用各種學(xué)習(xí)資源，創(chuàng)設(shè)真實的問題情境，讓學(xué)生在合作、探究中構(gòu)建、理解與應(yīng)用重要概念，學(xué)習(xí)生物科學(xué)方法，提高論證能力、批判性思維能力，形成生物學(xué)基本觀點，促進生物學(xué)核心素養(yǎng)的提高。本文以人教版《生物學(xué)》7年級上冊第2單元第1章第4節(jié)“細胞的生活”（第1課時）教學(xué)設(shè)計為例，應(yīng)用逆向教學(xué)設(shè)計（backward design）教學(xué)目標(biāo)為起點；評價設(shè)計先于教學(xué)活動設(shè)計；使得目標(biāo)、評價與教學(xué)相一致等觀點，探討關(guān)注重要概念學(xué)習(xí)的論證教學(xué)設(shè)計［1］。

1 教學(xué)分析

1.1 教材分析 “細胞的生活”包括“細胞的生活需要物質(zhì)和能量”“細胞核是控制中心”2部分內(nèi)容。本課時的教學(xué)內(nèi)容是“細胞的生活需要物質(zhì)和能量”。

根據(jù)美國教育專家肖瓦爾特（Showalter）的科學(xué)內(nèi)容知識分類觀點［2］，“細胞的生活”（第1課時）知識類型分析如圖1。以此明確教學(xué)內(nèi)容中哪些知識是事實性知識，哪些是概念性知識，以便提供足夠的、有代表性的事實，促進學(xué)生基于對細胞生活現(xiàn)象等事實性知識的感性認識，開展論證探究活動，建構(gòu)、理解與應(yīng)用重要概念。

圖1 “細胞的生活”（第1課時）知識類型分析

1.2 重要概念分析 本課時教學(xué)應(yīng)達成課程標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于“闡明細胞是生命活動的基本結(jié)構(gòu)和功能單位”的要求。據(jù)此進一步梳理重要概念及其與一般概念、事實性知識的相互關(guān)系如圖2。

圖2 “細胞的生活”（第 1課時）概念圖

分析重要概念及其與一般概念、事實性知識的相互關(guān)系，使得教師明確本課時教學(xué)重點是“細胞的生活需要物質(zhì)和能量”這一重要概念。為此，需要以構(gòu)建“細胞中的物質(zhì)可以分為無機物和有機物兩大類”“細胞膜控制物質(zhì)的進出”“葉綠體和線粒體是細胞的能量轉(zhuǎn)換器”等概念為基礎(chǔ)。同時應(yīng)促進學(xué)生進一步建立“細胞是生命活動的基本結(jié)構(gòu)和功能單位”的認識與“生物體結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)”的生物學(xué)觀點。以便確定本課時教學(xué)目標(biāo)與學(xué)生的學(xué)習(xí)任務(wù)。

1.3 學(xué)情分析 學(xué)生已具有動、植物細胞的基本結(jié)構(gòu)與“細胞是構(gòu)成生物體的基本單位”的認識。初步具有發(fā)現(xiàn)問題、提出問題、作出假設(shè)或推測、觀察、探究等技能。

由于學(xué)生缺乏有關(guān)物質(zhì)的組成、性質(zhì)、分類與能量形式及其相互轉(zhuǎn)換等知識，因此重要概念“細胞的生活需要物質(zhì)和能量”及“細胞中的物質(zhì)可以分為無機物和有機物兩大類”“細胞膜控制物質(zhì)的進出”“葉綠體和線粒體是細胞的能量轉(zhuǎn)換器”等概念是學(xué)生的學(xué)習(xí)難點。需要利用觀察實驗、演示實驗、多媒體動畫及真實的問題情境等，引導(dǎo)學(xué)生觀察、實驗、討論與論證，多感官配合，促進構(gòu)建、理解重要概念，提高論證探究能力。

2 教學(xué)目標(biāo)設(shè)計

1）知識目標(biāo)：①說出細胞中物質(zhì)的種類及細胞膜具有控制物質(zhì)進出的功能，并說明細胞的生活需要物質(zhì)。②說出線粒體和葉綠體是細胞的能量轉(zhuǎn)換器，并說明細胞的生活需要能量。③闡明細胞是生命活動的基本結(jié)構(gòu)和功能單位。

2）能力目標(biāo)：通過觀察實驗、演示實驗及微課預(yù)習(xí)，嘗試使用類比、推理、論證等方法。

3）情感態(tài)度與價值觀目標(biāo)：認同生物體結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的的生物學(xué)觀點。

設(shè)計清晰的教學(xué)目標(biāo)，既有利于學(xué)生明確學(xué)習(xí)要求，也有利于教師設(shè)計相應(yīng)的學(xué)習(xí)任務(wù)、評價標(biāo)準(zhǔn)、選擇合適的教學(xué)方法，彰顯教學(xué)為學(xué)生學(xué)習(xí)服務(wù)的教育理念。

3 學(xué)習(xí)評價設(shè)計

3.1 學(xué)習(xí)任務(wù)

1）以2人為小組完成觀察橘子實驗和花生印油跡實驗。通過小組討論，推測：①橘子皮細胞中存在哪些物質(zhì)？②花生細胞中存在哪些物質(zhì)？

2）觀察花生燃燒演示實驗。小組討論、說明產(chǎn)生實驗現(xiàn)象的原因，并嘗試總結(jié)“細胞中物質(zhì)的類型與特性”。

3）小組討論、分析浸泡在冷水中的莧菜和浸泡在沸水的莧菜有何不同？并說明理由。

4）根據(jù)課前學(xué)習(xí)的“細胞的能量轉(zhuǎn)換器”的微課，小組討論：①能量有哪些形式？能量是如何轉(zhuǎn)換的？②人體細胞所需的能量來自哪里？為什么？③“葉綠體是植物細胞的能量轉(zhuǎn)換器，線粒體則是動物細胞的能量轉(zhuǎn)換器”，正確嗎？請說明理由。

開展上述4項小組論證探究活動時，要對本組主張進行辯護、對他組不同主張進行質(zhì)疑，并修正、完善主張。

3.2 論證探究活動評價

表1 論證探究活動評價單

學(xué)習(xí)評價能幫助學(xué)生明確本課時要學(xué)習(xí)什么、發(fā)現(xiàn)自己學(xué)習(xí)與目標(biāo)要求的差距。同時有利于教師收集學(xué)生是否達成教學(xué)目標(biāo)的證據(jù)，使得教學(xué)活動設(shè)計與組織聚焦于教學(xué)目標(biāo)的實現(xiàn)，促進目標(biāo)、評價及教學(xué)相一致，這也是逆向教學(xué)設(shè)計的出發(fā)點與歸宿。

4 教學(xué)組織策略選擇

根據(jù)學(xué)生實際水平，借鑒美國當(dāng)代著名思想家圖爾敏（Toulmin，1922—2009）提出的 TAP 模式［3］，設(shè)計與實施論證探究活動如圖3。旨在促進學(xué)生基于資料提出主張、應(yīng)用論據(jù)相互質(zhì)疑與辯護并修正主張，通過批判性思考、小組討論，構(gòu)建、理解與應(yīng)用科學(xué)概念。

圖3 論證探究活動一般過程

5 教學(xué)活動設(shè)計

5.1 新課導(dǎo)入 指導(dǎo)學(xué)生觀看《細胞的生活》視頻，讓學(xué)生初步了解細胞生活時要進行物質(zhì)的吸收、運輸、合成及分解，能量的轉(zhuǎn)換、利用，信息的轉(zhuǎn)錄、表達；體驗“細胞的生活是物質(zhì)、能量和信息變化的統(tǒng)一”觀點，蘊含、滲透“細胞是生物體結(jié)構(gòu)與功能的基本單位”這一生物學(xué)概念與思想，從而導(dǎo)入本節(jié)課的學(xué)習(xí)。

5.2 論證探究“細胞生活需要物質(zhì)” “細胞生活需要物質(zhì)”是本課時學(xué)習(xí)重點與難點。為此引導(dǎo)學(xué)生開展觀察、實驗、討論、推測等論證探究活動，使其能夠說出細胞中物質(zhì)的種類，說明細胞的生活需要物質(zhì)。

5.2.1 觀察橘子實驗 要求學(xué)生2人為一組開展觀察橘子實驗：①剝開橘子，擠壓橘子皮，感受氣味的變化。②推測橘子皮細胞中存在哪些物質(zhì)？

通過觀察橘子實驗，學(xué)生感受到教室里彌漫著橘子特有的香味，為構(gòu)建“物質(zhì)由分子組成的”認識埋下“伏筆”。學(xué)生小組討論后推測橘子皮細胞細胞中可能存在水及有香味的物質(zhì)。鑒于學(xué)生水平，教師指導(dǎo)學(xué)生根據(jù)實驗現(xiàn)象、生活經(jīng)驗進行推測，讓學(xué)生了解“細胞中存在多種物質(zhì)”，為后續(xù)的推測與“細胞中有機物和無機物的類型與特點”的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。

5.2.2 紅墨水?dāng)U散演示實驗 引導(dǎo)學(xué)生觀察紅墨水?dāng)U散演示實驗、觀察分子運動動畫。通過形象、生動的演示實驗與動畫，學(xué)生直觀地了解物質(zhì)是由分子組成的，分子是不斷運動的，以彌補相應(yīng)化學(xué)知識的不足。

5.2.3 花生印油跡實驗與花生燃燒演示實驗學(xué)生2人一組，在干凈的白紙上按壓干燥的花生瓣，進行花生印油跡實驗。小組討論、推測花生細胞中存在哪些物質(zhì)？學(xué)生討論后，產(chǎn)生2種推測：①認為花生細胞中存在脂質(zhì)和水；②認為存在脂質(zhì)。教師指出：生物學(xué)是一門科學(xué)，要求通過實驗驗證推測是否正確。

接著，教師用鑷子夾取一顆干燥的花生置于酒精燈火焰上燃燒。要求學(xué)生觀察、小組討論：觀察到什么現(xiàn)象？請說明原因？仔細觀察的學(xué)生發(fā)現(xiàn)干燥花生置于酒精燈火焰上燃燒片刻后，有液體滴落，引起火焰劇烈燃燒并發(fā)出“噼噗”聲響。同時，花生由磚紅色變成黑色，最后呈現(xiàn)灰白色，燃燒停止。小組討論后產(chǎn)生2種不同的主張：1）認為干燥花生燃燒后滴落的液體是水；2）認為主要是脂質(zhì)。雙方展開質(zhì)疑與辯護，分別陳述各自的論據(jù)。例如后者以生活經(jīng)驗和已有的科學(xué)知識為論據(jù)，認為水是不能助燃的，而干燥花生燃燒后滴落的液體能引起火焰劇烈燃燒，可見是脂質(zhì)。在教師的指導(dǎo)下，學(xué)生全面分析花生燃燒時的顏色變化，形成“細胞中的物質(zhì)可以分為水、氧氣和無機鹽等無機物和糖類、脂質(zhì)、蛋白質(zhì)和核酸等有機物兩大類”的認識，以此克服學(xué)生缺乏相關(guān)化學(xué)知識而產(chǎn)生的困難，為建立“細胞的生活需要物質(zhì)”奠定知識基礎(chǔ)，同時讓學(xué)生知道科學(xué)重視實證。

5.3 論證探究“細胞膜控制物質(zhì)進出細胞” 細胞膜的功能是本課時學(xué)習(xí)的重點與難點，通過創(chuàng)設(shè)真實的、生活情境中的問題，讓學(xué)生在分析問題、解決問題中構(gòu)建、理解與應(yīng)用“細胞膜控制物質(zhì)進出細胞，并使得細胞擁有較穩(wěn)定的內(nèi)部環(huán)境”這一概念，強化“細胞的生活需要物質(zhì)”的認識。

5.3.1 觀察、比較圖片 指導(dǎo)學(xué)生觀察分別浸泡在冷水和沸水中莧菜的圖片，思考、討論：浸泡在冷水中的莧菜和浸泡在沸水的莧菜有何不同？并嘗試說明原因。

學(xué)生觀察后發(fā)現(xiàn)，浸泡在冷水中的莧菜直挺，水的顏色不變。浸泡在沸水中的莧菜萎縮了，水變紅色。但學(xué)生說不出原因。以此激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)細胞膜功能的興趣與好奇心。

5.3.2 觀察“細胞膜控制物質(zhì)進出細胞”動畫 指導(dǎo)學(xué)生觀察“細胞膜控制物質(zhì)進出細胞”動畫，教師分析、講解細胞膜的功能。通過形象、生動的動畫，學(xué)生直觀地了解細胞膜具有控制物質(zhì)進、出細胞，并使得細胞擁有較穩(wěn)定的內(nèi)部環(huán)境等功能。

5.3.3 討論、論證 教師再次呈現(xiàn)浸泡在冷水中的莧菜和浸泡在沸水的莧菜的圖片，要求學(xué)生討論、說明浸泡在冷水中的莧菜和浸泡在沸水的莧菜有所不同的原因。

學(xué)生小組討論后嘗試分析：浸泡在冷水中的莧菜，其細胞膜能夠控制物質(zhì)進出，故水的顏色不變，莧菜直挺。沸水破壞了莧菜細胞膜，導(dǎo)致其細胞內(nèi)物質(zhì)流出，使得水變成紅色。教師指導(dǎo)學(xué)生得出：“活細胞的細胞膜控制物質(zhì)進出”的主張。再次回到原先創(chuàng)設(shè)的問題情境中，目的是引導(dǎo)學(xué)生以新學(xué)習(xí)的概念為論據(jù)，論證探究生活中的生物學(xué)現(xiàn)象，加深對“細胞膜控制物質(zhì)進出”的認識。

5.4 論證探究“細胞生活需要能量” “細胞生活需要能量”是本課時的學(xué)習(xí)重點與難點，同時為了節(jié)約有限的課堂教學(xué)時間，要求學(xué)生課前學(xué)習(xí)“細胞的能量轉(zhuǎn)換器”的微課。課堂教學(xué)時，針對學(xué)生微課學(xué)習(xí)產(chǎn)生的疑惑與前科學(xué)概念，創(chuàng)設(shè)問題情境，①能量有哪些形式？能量是如何轉(zhuǎn)換的？②人體細胞所需的能量來自哪里？為什么？③“葉綠體是植物細胞的能量轉(zhuǎn)換器，線粒體則是動物細胞的能量轉(zhuǎn)換器”，正確嗎？說明理由。

教師提供有關(guān)能量及其相互轉(zhuǎn)換、有關(guān)食物的圖片，幫助學(xué)生舉例說出能量有熱能、光能、化學(xué)能等形式，它們可以相互轉(zhuǎn)換。學(xué)生小組討論后，對人體細胞所需的能量來源產(chǎn)生2種主張：①認為 “人體細胞所需的能量來自食物中的有機物”，②認為“人體細胞所需的能量來自太陽能”。學(xué)生分別以生活經(jīng)驗“進食后，人就恢復(fù)體力、有精神了”與已學(xué)過的“植物是生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)者”這一重要概念為論據(jù)進行相互的質(zhì)疑與辯護，達成“人體細胞所需的能量來自太陽能”的共識，并認識到“細胞生活需要能量”。教師組織學(xué)生再次觀看有關(guān)“細胞的能量轉(zhuǎn)換器”的微課視頻，指導(dǎo)學(xué)生討論、分析：植物細胞中的葉綠體能將光能轉(zhuǎn)變成化學(xué)能，并將化學(xué)能儲存在所制造的糖類等有機物中。動物細胞是靠線粒體實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換的。進一步明確葉綠體是植物細胞特有的細胞器，動物細胞沒有葉綠體。動、植物細胞都有線粒體。由此，學(xué)生意識到“葉綠體是植物細胞的能量轉(zhuǎn)換器，線粒體則是動物細胞的能量轉(zhuǎn)換器”的認識是錯誤的，應(yīng)修正為 “葉綠體和線粒體是植物細胞的能量轉(zhuǎn)換器，動物細胞的能量轉(zhuǎn)換器是線粒體”，從而構(gòu)建和理解“細胞生活需要能量”這一重要概念。

最后，通過課堂練習(xí)不僅幫助學(xué)生理解與應(yīng)用“細胞的生活需要物質(zhì)和能量”重要概念與“細胞膜控制物質(zhì)的進出”“葉綠體和線粒體是細胞的能量轉(zhuǎn)換器”等概念，明確細胞的生活靠細胞各結(jié)構(gòu)的分工合作。更重要的是促進學(xué)生建立“細胞是生命活動的基本結(jié)構(gòu)和功能單位”的認識與“生物體結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)”的生物學(xué)觀點。

6 教學(xué)反思

本課時對教與學(xué)雙方皆是難度較大且重要的內(nèi)容，由于能夠深入分析教學(xué)內(nèi)容的知識類型、根據(jù)學(xué)生認知水平、圍繞重要概念與學(xué)生學(xué)習(xí)難點，引導(dǎo)學(xué)生開展觀察、實驗、討論、推理、質(zhì)疑與辨駁等論證探究活動，并提供充足的學(xué)習(xí)資源、創(chuàng)設(shè)真實的問題情境，幫助學(xué)生逐一化解學(xué)習(xí)難點。分析學(xué)生對論證探究活動的自評、互評及其完成學(xué)習(xí)任務(wù)情況可發(fā)現(xiàn)，絕大多數(shù)學(xué)生能夠達成預(yù)期的教學(xué)目標(biāo)。今后教學(xué)中應(yīng)加強組建論證學(xué)習(xí)共同體、制定論證學(xué)習(xí)規(guī)則等論證探究活動的組織策略研究與實施，并根據(jù)學(xué)生實際水平、教學(xué)具體內(nèi)容與教學(xué)目標(biāo)，循序漸進地提高論證探究活動的要求與難度，切實發(fā)揮論證教學(xué)促進學(xué)生習(xí)得科學(xué)概念、提高論證探究能力、體驗科學(xué)方法、發(fā)展批判性思維等教育價值。

［1］葉海龍.逆向教學(xué)設(shè)計簡論.當(dāng)代教育科學(xué)，2014（4）:23.

［2］張穎之，劉恩山.科學(xué)教育中科學(xué)教學(xué)內(nèi)容知識的結(jié)構(gòu).課程·教材·教法，2013（10）:47.

［3］楊寧芳.圖爾明論證邏輯思想研究.北京：人民教育出版社，2012：80.

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