发展学生科学思维的实验教学设计

摘要

在新课标教学过程重实践的课程理念下，初中生物学学科的教学目标、教师的教学方法、学生的学习方式等需要更新改变，才能适应学生不断发展的需求。以“饮食与营养”一课为例，通过“初识营养物质”“再识营养物质”“深识营养物质”3大环节的构建，形成一个循序渐进的学习过程，有效突破了重难点，并在学生自主探究中，发展了科学思维，继而逐步加深了学生对营养物质的认识。

Graphical abstract

关键词

科学思维 / 饮食与营养 / 合作探究 / 合理膳食

当前“饮食与营养”这一节实验课多停留在“知识验证”阶段，学生在课堂上更多的是按部就班做实验，缺少对思维的激发、引导与发展。为了促进学生的思维发展，教师需要让思维生长在课堂，让课堂向“探究型”“问题解决型”转型，同时需要加强实验安全指导、生活化延伸及多元评价等方面，才能让学生更加关注身体健康，从而形成良好的生活习惯，有效落实“健康意识”这一素养目标。

1 教学分析

1.1 教材分析

“饮食与营养”选自苏科版生物学七年级上册第5章第1节，依据《义务教育生物学课程标准（2022年版）》，属于第五个一级主题“人体生理与健康”下的重要概念“营养物质”的相关内容。通过第四章“绿色植物是有机物的生产者”的学习，学生对淀粉、无机盐，包括两者的验证方法都有了一定的了解。在此基础上，本节课主要分为“初识营养物质”“再识营养物质”“深识营养物质”3大部分。本课通过自主阅读与小组交流设计实验，锻炼学生分析、处理资料的能力，再通过自主探究，观察实验现象，从而得出结论。在实验的过程中，学生可以得出所给的食物有一种营养物质或有多种营养物质的结论，侧重发展学生的探究能力，从而形成科学、创新与探究的思维。学生对知识的获取与认知由易到难，层层递进，由浅入深，是一个有深度的课堂。本节课不仅是对前有知识的巩固、拓展与延伸，更是在了解食物可以给人提供各种各样的营养物质后，为学习营养物质的作用、消化和吸收打下基础。因此，本节课在本章乃至整个教材中都占有十分重要的地位。

1.2 学情分析

初中生的思维发展迅速，对周围事物充满兴趣和好奇心。在学习了第四章“绿色植物是有机物的生产者”后，学生已掌握淀粉的验证方法，并初步具备实验操作、资料分析和合作探究的能力。但学生对其他营养物质的了解相对较少，自主学习和探究能力有待提高。为此，结合教材与课标，本课主要让学生经历实验操作、观察现象、得出结论的完整探究过程，教师在此过程中给予适当评价与纠正，以锻炼学生的科学思维和数据处理能力。

2 核心素养目标

依据新课标，围绕培养学生生物学学科素养的要求，制订如下核心素养目标。

（1） 通过“探究所给食物中的营养物质”实验，了解食物中含有糖类、蛋白质、脂肪、无机盐、水、维生素等营养物质，初步形成物质和能量观，从而逐渐形成生命观念。

（2） 通过自主学习资料卡、小组设计并实施实验、小组分享实验现象与结论等活动，逐步提高运用资料解决问题的能力，以此提升学生的科学思维能力。

（3） 通过“探究所给食物中的营养物质”实验，进一步掌握科学探究的基本过程与思路，提升科学探究的能力。

（4） 通过观察“点燃薯片与烘干的土豆片”的实验现象，关注青少年饮食健康，从而进一步关注家人和自己的一日三餐，逐步养成良好的饮食习惯。

3 教学过程

3.1 情境创设，贯穿始终

展示办公室一位教师的早餐：自制的卷饼，包裹着肉片、蔬菜等，还搭配着鸡蛋、坚果与橙子。提问：早餐要吃得好，吃得有营养，这一天才会精力充沛，元气满满，那么这些食物中究竟有哪些营养物质？

3.2 初识营养物质

（1） 探究所给食物中的营养物质。

【分配食物】将早餐分配给6个小组，第1组有蛋清、蛋白，第2组有核桃、花生，第3组有面饼，第4组有杏仁、开心果，第5组有橙子、橙子干片，第6组有豆芽菜、萝卜。

【制订计划】各小组阅读资料卡，对所给食物形成初步印象和了解，再依据资料提示，小组讨论交流，按照科学探究的基本过程，制订实验计划。接着随机选取两组分享实验方案，教师进行适当补充，为其他小组提供示范。如有问题，再进行适当修改。

【实施实验】各小组开始探究实验。教师巡视，作适当引导与补充，记录各组的实验现象，拍摄照片和视频以备后续交流使用。若发现学生在实验中存在不规范行为或者有疑问的地方，教师可以及时暂停实验，对学生进行适当的指导与纠正，再继续实验，以确保实验顺利进行。

【发现问题】在自主探究的过程中，学生会不断发现问题并尝试解决。

①橙子中的水分可以通过“挤一挤、捏一捏”直观观察到，但花生中的水分如何验证？将花生倒入试管加热，观察内壁是否有水珠形成；②燃烧花生、核桃、开心果和杏仁时，这些食物燃烧的时间有长有短，这就促使学生进一步思考哪种食物所含的能量更多？在同等质量下点燃这些食物，比较燃烧时间；③将萝卜与豆芽菜汁液倒入稀碘酒溶液中，碘酒褪色说明含有维生素C。学生进一步思考，在稀碘酒溶液浓度相同的情况下，萝卜和豆芽菜中哪个维生素C含量更高？比较滴数的不同，滴数越少维生素C含量越高。橙子中的维生素C能用这种方法验证吗？橙汁的颜色与稀碘酒颜色相近，会对实验观察有影响。④高温使蛋白质变性，除了倒入热水，还有什么方法能使效果更明显？将食物直接放入试管加热。

这些问题在实验中不断涌现，不同小组间也会相互借鉴方法，尝试应用于不同食物，无形中提升了学生的科学思维和探究能力。

【得出结论】最后，各小组选派代表分享本组的实验现象和得出的结论。通过各小组的自主探究活动，共同得出食物中所含营养物质的种类。

（2） 建构概念模型。

如图1所示，从6组学生的探究性实验中，得出所给食物中含有的营养物质，以此搭建概念模型，对生物学概念的学习由浅层学习发展到深度学习，在学习过程中建构生命观念，发展科学思维^［1］。

3.3 再识营养物质

（1） 分析营养成分表。

如表1所示，在食物营养成分官网查询实验中涉及食物所含的营养成分，通过表格横向与纵向的比较，得出结论：①同种营养物质在不同食物中的含量不同；②同一种食物中含有多种营养物质，以此让学生进一步认识食物中的营养物质。

（2） 尝试给食物分类。

通过为生活中常见的食物分类，认识哪些食物中淀粉含量多、哪些食物中脂肪含量多、哪些食物中蛋白质含量多、哪些食物中维生素和无机盐含量多等，让学生对生活中常见的食物有更详细的了解。

3.4 深识营养物质

（1） 比较点燃薯片与烘干土豆片的实验现象。

由于办公室这位教师，平时也喜欢吃些薯片、虾条等膨化食品，向学生提问：多吃这些食物好不好？通过点燃薯片与烘干的土豆片，让学生观察实验现象，得出薯片等零食中含有过多的脂肪，吃多了对身体不利，从而引出现阶段青少年的饮食习惯，“三高”人群越来越年轻化，以此告诫学生要合理膳食，均衡营养，多运动锻炼，以此树立正确的饮食习惯。

（2） 选择一日三餐。

通过本节课的学习，学生对食物中的营养物质有了更全面与深入的认识，在此基础上，再为家人与自己设计一份更为合理的一日三餐食谱。

4 结语

本节课将鉴定与演示实验转变为学生自主探究，从自主阅读资料卡，到小组讨论交流，再到设计实验方案、实施方案、观察实验现象，包括得出实验结论，整个过程均由学生自主完成，充分锻炼了学生分析和处理资料的能力，培养了科学探究的思维，提高了动手操作的能力。将科学思维能力的提升落实到解决问题之中，是帮助学生形成“初步具有科学探究和跨学科实践能力”的有效途径之一^［2］。从初识营养物质，到再识营养物质，再到深识营养物质，内容层层递进，逐层深入。本课充分体现了教学过程重实践的课程理念，提升了学生的探究实践与科学思维的核心素养，帮助学生初步形成严谨求实的科学态度，激发了他们探索生命奥秘的兴趣^［3］。但也存在些许不足，例如小组活动与实验存在不可控性，容易出现课堂哄闹混乱现象，因此，如何更好地把控课堂、引导学生，仍需进一步探索和改进。

参考文献

[1] 陆伶俐.“易学课堂”教学范式下的生物课例研究：以苏科版第5章第1节“饮食与营养”为例［J］.中学生物学，2024（03）：35-36，39.

[2] 朱卫娉.指向科学思维训练的初中生物学跨学科实践：以“蒸腾作用”为例［J］.实验教学与仪器，2024，41（11）：16-18.

[3] 中华人民共和国教育部. 义务教育生物学课程标准（2022年版） ［S］.北京：北京师范大学出版社，2022.

基金资助

江苏省教育科学“十三五”规划课题“模型构建：聚焦中学生物学科探究式教学的研究”(JS/2019/ZX1315-08484)

苏州市教育科学“十四五”规划课题“科学思维导向下的跨学科实践活动设计研究”(2024/LX/01/019/04)

苏州市教育学会“十四五”教育科研重点课题“自制教具对中学生物学高质量课堂构建的研究”(Sjh0099)