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1.科學方法教育的概念
科學方法教育,指教育者根據學生的認知水平、特點及學生的心理發展情況,應用現代化的教育思想和手段,有目的、有意識、有步驟地傳授和滲透某門學科的科學方法,讓學生感受到科學方法的訓練和熏陶,逐步掌握最為基本和最為主要的某門學科的方法,以達到促進知識的有效學習、實踐操作能力的提高以及創新精神的培養,進而提高所有學生的科學素養。
2.初中生物科學方法教學的含義
生物是研究生命起源和發展規律的一門學科。初中生物教學中的科學方法教育就是在日常的生物教學活動中,以一定的生物學理論知識作為載體,以自然科學的基本理論和方法作為依據,應用一定的教學手段,讓學生系統性地學習生物學知識,進而培養他們的創新能力和生物科學素養,促進學生的個體性發展。如:調查法旨在倡導學生就某個與生物學有關的問題進行調查,培訓其實踐能力。調查的內容可以是“校園內的植物種類”,也可以是本班同學某種生物性狀如單雙眼皮情況調查,學生有了參與調查的體驗,進而對調查法加以運用,延伸擴展到對其他選題的調查。3.初中生物科學方法教學的選擇原則初中生物科學方法教育的教學,應根據不同的教學內容,選取不同的科學方法,其選擇原則是:(1)從初中生物課程的教學內容出發,生物學具有很強的實驗性,幾乎所有的生物學理論知識都是由無數的實驗得出的,這就決定了每一個生物知識點都具有相對應的科學方法。學生學習不僅要了解生物學知識,還要掌握相關的科學方法。因而科學方法的選擇必須建立在生物的具體知識的基礎上。(2)從學生的知識水平出發,生物學知識對應的科學方法是多種多樣的,但不是每一種科學方法都適合生物課程的教學,尤其是初中階段,該階段的學生開始形成認知觀和世界觀,對于科學方法的概念還是不夠清晰,仍以形象思維為主,所以必須根據學生的個體差異、實際的知識水平等方面進行科學方法的選擇。
二、我國初中生物科學方法教育的現狀
1.對科學方法的具體內容不夠清晰
目前我國生物教師對于觀察法、科學實驗法、對比法等一般普通的科學方法較為了解,但是對于模擬比較法、假說法及想象與創新思維等方法則較為陌生,甚至有些教師認為學習方法和教學方法就是科學方法。由于教師對科學方法的內容認識不到位,很難在實際教學中建立科學完整的科學方法體系。
2.科學方法還處于自發階段
大部分初中生物教師在教學活動中,都是憑其感覺和以往的經驗應用科學方法。沒有從教育心理學等方面思考教學方法的適用性,大部分初中生物教師對于科學方法的選擇和使用還處在自發操作階段,沒有很好地將科學方法和理論相結合。
3.科學方法的應用缺乏計劃性、層次性和系統性
雖然說初中生物教師對于科學方法教育有一定程度的認識,也在實際的教學活動中有所注意,但是沒有相對應的理論作為基礎,并且沒有形成系統性的知識,使得科學方法教育失去了完整的體系,缺乏完整性的安排,在使用科學方法教育時存在很大的隨意性和盲目性,但實際的教學效果卻不是很理想。
三、科學方法及初中科學方法教育在教學中的作用
1.初中生物教學中的科學方法
結合教育心理學、生物學等相關理論知識,從學生的已有知識水平出發,常用的初中生科學方法包括:(1)觀察法。就是在自然發生的條件和一定的理論基礎上,進行有目的、有計劃、有步驟的考察研究,從而獲得被觀察事物現象的一種科學方法。如:觀察花的結構。(2)科學實驗法。為了達到一定的研究目的,應用一定的科學儀器、設備等,人為地進行操作和改變客觀物質和過程,以求進一步認識自然生物規律。如,制作并觀察植物細胞臨時裝片;(3)資料分析法。給學生提供圖文資料,讓學生進行分析,得出結論。(4)比較法。將研究對象的現象個別部分、個別方面和特征進行比較,確定比較對象異同點的方式。這四種是較為常用的科學方法,還有數學方法、假說方法、想象與創造性思維等科學方法。
2.科學方法教育對于學生的作用
新時期,教育有著不斷的改革和發展,隨著新課改的不斷推進,極有必要對中學生進行科學方法的教育,讓學生自己動手進行生物相關的實驗,激發學生的興趣和求知欲,讓學生達到主動學習的目的,促進學生對新知識的接受能力。如,在探究非生物因素對動物的影響的教學內容,生物教師可引導學生對生物生存需要的因素做出總結,再進行假設、設計實驗及開展實驗,讓學生進行自我組織討論。如此不僅可以讓學生了解實驗其實很普通,并非只有科學專家才可使用,還可以極大地滿足學生求知欲和好奇心,在實驗的過程中感受學習的樂趣。對于學生而言,在觀察生物表象、認識生物形成和構建、了解生物規律及分析解決實際的生物科學問題的過程當中,所有的認知結構及相關生物知識和方法都和科學方法教育有著密切的聯系。
3.科學方法教育對于教師的作用
科學方法教育對于初中生物教師而言,主要是在教學設計中,需要積極地對學生的學習內容有所了解,針對每一個教學知識點和單元內容作出詳細的科學方法目標,并且可以在恰當的時候把科學方法教育融入初中生物的教學活動中。如,植物的綠葉在光照作用下制造有機物的教學,生物教師需要根據教材內容找出可進行試驗的素材,比如天竺葵,其他植物也可進行實驗。但是菠菜葉是不可以進行的,因為其不可積累淀粉,所以不能進行相關實驗,所以對于初中生物的教學,教師需要做足功課。
四、科學方法教育的教學模式意義
科學方法教育在初中生物教學中,需要確立學生在教學中的主體地位,根據學生的實際認知水平和思維方式,在教學中設計問答、思考、討論等形式的教學活動。將科學方法教育融入實際的生物教學中,可進一步提高學生的生物科學素養,提高教師的教學效率,為學生的終身發展及應對未來發展奠定基礎,為建設學習型、創新型、合作型的學習提供良好的方法支持。如,種子萌發條件的教學,教師可根據科學方法教育的理論,設計出以實驗和討論為形式的教學,讓學生主動參與教學活動中,教師積極引導學生進行觀察、思考、討論。最后教師對種子萌發的條件及內部變化進行歸納闡述。根據初中生物教學內容和初中生的思維特點,教師需要把科學方法教育貫徹到整個教學活動中,包括教學設計、教學準備、教學開展和教學評價等環節,隨著科學方法教育的開展,把科學方法教育和初中生物教學科學有機地結合起來。
【關鍵詞】高中生物;模型建構教學;初探
在教學高中生物中,學生往往覺得高中學習的生物學知識與初中學習的生物學知識有質的不同,學生初中學習的生物學知識是可以看得見、摸得著的、很直觀的知識,而高中學習的生物學知識則有太多比較專業的概念,學生在學習時,光記背概念就容易記錯,而且常常記混,應用的時候更是張冠李戴。過于抽象的概念給學生學習時造成障礙,如果學生始終覺得生物學習太困難,就會容易對這門科學產生消極抵抗的情緒。學生不能學好生物,很重要的一個原因是因為學生沒有掌握科學的思維方法,學生在高中生物學習時還在用感性的方式去理解知識、用記背大量零碎概念的方法去掌握知識。而高中生物學生需要掌握的知識遠遠比初中學習的概念知識要多,同時這些知識概念性更強。如果學生不能用一套更科學的思維方法學習高中生物,將會學習得非常吃力。
模型建構的方法是一種科學的思維方法,所謂的模型建構是指找出一個知識的關鍵知識點,然后根據它的知識點進行構建一個系統,然后研究系統各個部分之間的關系,這個模型建構的過程學生可能一開始不能馬上劃分準確,但是當學生可以對系統分類進行最優化、每個系統的關系可以最簡練概括、只要看到這個系統就可以直觀的了解這套知識的全貌時,這就等于學生建立了一個知識的模型。當學生能準確建立一套知識的模型時,學生就等于不知不覺的吃透這套模型里涉及的所有知識,此時學生就已經把課本上相關的知識轉化為自己的理解。
一、模型建構能直觀的描述一個知識的系統
一個模型的建構有很多種方式,但是以高中生物要涉及的模型建構來說,它有點像一個樹型的流程圖,學生找出一個知識的關鍵詞,然后對它分類描述,學生通過不斷的分類,直到這個分類既能最簡練也能最完整時,它就是這套知識的全部系統。而學生只要看到這套系統,就能知道這套知識的全貌。
比如在教學高中生物蘇教版必修一關于細胞的知識時,如果零散的記背細胞相關的知識,會感覺到概念太多、知識零碎、分類困難,難以記背,于是學生在學習時,以細胞這個核心,開始對每個學習的時逢開始畫樹型分類圖,等到每一個概念都有最準確的分類,而且不重復分類時,即已建立好模型建構圖。學生再觀看自己建立的模型建構圖,就能俯覽所有關于細胞的知識,由于學生心中已經建立了細胞系統的知識概念,那么無論提出細胞知識中的哪一個概念,學生都能詳細的做出自己的解釋。
二、模型建構能準確描繪這套系統的實質
高中學生在學習生物的時候,常常在困惑一個問題:我們到底在學什么?雖然學生從概念的理解上能知識生物學知識,就是對一個生命體進行研究,研究它生存的條件、生活的狀態、繁殖的方法、繁殖的規律、死亡的時間、死亡的條件、生命的轉化等等過程,可是高中生物學習的知識與初中生物學習的知識有太大的不同。學生在初中學習時,看到的生物、植物都是活生生的,學生能直觀的了解他們的從出生到死亡的過程,而在高中時,無論談到細胞還是DNA,學生都看不到,只能跟著概念去學習,學生甚至難以理解我們正在學習生物嗎?它們真的是活生生的生命體存在嗎?而模型建構能夠揭示高中生物學的本質。
依然以以上教學高中生物蘇教版必修一關于細胞的知識為例,學生在建構知識模型時,就會發現原來細胞與普遍的生物一樣,它也是有生存的條件、有生存的方式,同樣它也有繁殖的方式,也有死亡的方式,縱觀一個細胞的生存,它不是孤立的一個概念,它就是一個生物,只是像小動物這類的生殖方式我們能看到,而細胞這個生物太小了,我們看不到。于是,我們就能通過以往學習的知識找出生物的共性對細胞進行了解,當能最本質的了解細胞的生存和死亡時,學生就會發現高中生物的學習并不困難,它不過就是換了一個學習的領域,換了很多新名詞。
三、模型建構能指向知識和知識的聯系
在學習高中生物學知識時,如果學生以直觀的、死記硬背的方法學習生物,學生就會被知識與知識之間大量的關系弄糊涂,由于要記背的概念太多、要理清的關系太多,學生很容易就會混淆概念。比如細胞、分子、原子的概念是什么,它們分別代表的意義是什么?
而建模的方式在劃分模型建構時,能準確的指向每個概念之間的聯系,它能用轉化的方式描述兩者之間的關系,當學生描繪出整個模型建構的指向圖時,學生就能清晰明了的理清這些概念之間的關系。
比如以以上細胞的模型建構圖來說,它就能準確的指定癌癥轉化的條件,學生通過縱觀整個模型建構圖能得出得癌癥的必要條件,同時也可以得出對得癌癥的幾個必要條件進行控制就能控制癌癥的發生。
高中教學的生物學知識其實并不像學生想像的那么困難,學生之所以感覺很困難,是因為被一堆堆抽象的名詞、被一堆堆字母描述給嚇倒,模型構建的方式是一種科學的思維方式,它需要學生總結、分類、歸納、聯想等,學生完成一幅生物模型構建就等于用科學的方式把這項知識思索了一遍。教師要引導學生學會這套科學的思維方法,它能讓高中生物教學達到事半功倍的效果。如果高中的學生學到新的生物知識就習慣性的去畫模型構建,并能準確的描述這套知識時,那么對學生來說,他就能用一套科學的思維方法輕松的掌握這種知識的本質。
【參考文獻】
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一、案例呈現,提出問題
在選擇教學案例后,教師應該綜合利用圖片、文字、視頻、聲音等形象、生動地呈現案例,給學生帶來全方位的感官刺激,讓他們產生身臨其境之感,隨后引導學生按照自己的理解,結合已有知識,深入挖掘案例隱含信息,自主提出科學性問題。
例如,為了幫助學生理解蒸騰作用,筆者準備了一個測定植物光合作用的小實驗。在課堂上,先用多媒體展示了實驗的準備步驟,圖片配以解說的形式將實驗的準備情況講清,接著,我拿出已經在陽光下放置了幾個小時的兩組實驗植株,請學生觀察實驗現象。學生發現,套在帶有葉片的植株上的塑料袋充滿了水蒸氣,錐形瓶中的液面明顯下降,而另一株卻沒有相同的現象產生。隨后我請學生從兩個實驗裝置設計的異同點入手,結合實驗現象提出問題。學生的思維非常活躍,很快他們便提出了很多有價值的問題。這些是學生思維火花的閃現,通過提問學生掌握了學習的主動權。
二、分析探究,得出結論
對案例的分析和探究是解決問題的金鑰匙。教師要有目的地引導學生關注案例重點,加深認識和理解,感受案例設計的獨特用心,初步理解案例中所包含的知識點,關注思維的發展和延續。教師的主導作用是這個環節順利進行的關鍵。教師要有目的地引導學生關注重點與難點,并巧妙分解難點,帶領學生各個擊破。不僅如此,教師更要關注學生思維的延續性,把握各個問題間的內在聯系,鼓勵學生相互交流,在思維的碰撞過程中激發更多的潛能。
例如,在學習人體對食物的消化與吸收時,筆者設計了一個有關暴飲暴食的教學案例。首先播放了家喻戶曉的某健胃消食片的廣告,隨后播放了自己制作的一個小動畫:春節到了,家中的美食、零食不斷,張同學每天正餐狂吃,零食不斷,可是兩天后他就吃不下了,肚子脹得難受,一直打飽嗝,而且帶有一股酸酸的氣味,還排便不暢。好在家里還備著一些健胃消食片,在父母的提醒下,張同學服用消食片,調整飲食結構,過了幾天身體終于恢復了正常。筆者請學生根據這個案例探討:暴飲暴食是怎樣影響消化系統的?消食片又是怎樣發揮作用的?這是一個探究性很強的案例,在筆者的引導下,學生分組合作,做出合理假設,探究原因。為了幫助學生探究,筆者還提供了健胃消食片的主要成分,供他們分析參考,并提醒將各消化器官的主要功能和消食片的主要成分結合起來分析。最終,各組學生通過查找資料,深入分析案例,成功解決了問題。
三、發散反饋,理論升華
教學不止是信息的傳遞與獲取過程,更是知識的同化與輸出過程。要推進知識的同化和輸出,實現知識的主體化和個性化,課堂教學就要引入科學的發散與反饋機制。盡管案例讓教學變得生動活潑,目的明確,但卻往往只能說明一個方面的問題,無法做到面面俱到。要涵蓋教材所有的知識點,教師還需要對案例進行適當的發散與反饋,總結知識點,引導學生對本節課的知識點進行全面概括,形成一個系統的理性認識,掌握原理、方法與規律。
在筆者的實際教學過程中,學生對生物學的學習存在不少問題,大多數學生認為生物學很難,很多學生的學習處于云里霧里的狀態,也有部分學生已經逐漸對生物學失去興趣,個別學生甚至放棄學習生物學。總之,學生對生物學的學習普遍存在困難,認為高中生物較難、較復雜、不易理解。鑒于此,教師必須去思考如何引導學生、幫助學生學習,使之化難為易,化繁為簡。建構主義理論認為,學習者不是被動的接受信息,而是在主動改造和重組原有經驗的基礎上建筑新信息的意義。生物學本身具有前沿性和復雜性,再者,學生能力有限,往往并不能夠很好的找到新信息與原有信息直接的契合點。這就要求教師必須作好引導,幫助學生聯系新舊知識,理解、明白學習新知識的意義。要做好知識和學習的引導和梳理,教師首先要從態度上充分認識到問題的本質和嚴重程度,并能對課程標準和教材有充分的學習和思考,建立起完整的知識框架、知識體系;能夠明白編者的意圖并能把握每一章每一節所處的地位和價值。然后,在此基礎上,掌握足夠的教學、學習理論,結合豐富的實踐、生活經驗,運用多種手段,幫助學生聯系、總結、整合知識,并逐步建立知識體系;最終,教會學生自主學習,聯系前后,構建知識體系。便可以實現輕松快樂的學習,實現化難為易,化繁為簡。
我校進行新課改,實行“271”高效課堂模式,該模式主要由學生課前自主學習,課上通過學生合作探究解決疑難問題,突破學習重點和難點;課堂流程主要是教師導入、學生討論、展示、點評和教師總結。然這種情況本身導致了知識的零散化、片段化。實際教學中,學生自學、歸納能力有限,教師為了達到學習目標,主要將自我發揮時間用在了突破重難點上,雖有導入環節和總結環節,但很多情況,教師忽視導入,甚至沒有導入,總結也以完成教學目標情況為主。所以這進一步導致了知識之間的脫節,學生只是在學習知識點,并不理解知識點之間的聯系。學習停留在了表面層次,缺乏深層次的貫通、理解,這顯然不利于知識的掌握和記憶,也不符合教學和學習理論。所以學習起來難度很大。
筆者認為,在教學引導過程中,可以通過以下方式幫助學生建構知識,進而構建知識體系。
一、導入環節必不可少、極其重要
奧蘇貝爾說過:“如果我不得不將所有的教育心理學原理還原為一句話的話,我將會說,影響學習的最重要因素是學生已經知道了什么,根據學生的原有知識狀況進行教學。”那么,教師首先必須通過一定的方法了解學生的“現有發展區”,然后再基于“現有發展區”,找到新舊知識的銜接點、聯系點,通過課堂導入,去接近“最近發展區”。一個豐富多彩、聯系前后、邏輯嚴密、體現知識價值的導入不僅可以吸引學生興趣、調動學生積極性,更能幫助學生學習知識、構建知識體系。所以導入環節必不可少,并且至關重要,教師要用心思考,認真設計導入。聯系生活、聯系常識、聯系初中生物,將導入作為學習的第一扇大門。
二、教學中貫穿先“林”后“樹”的思想
在實際的課本編排和教學中,多是先“樹”后“樹”,“樹”到“林”是一個由從小到大的過程,“樹”是“林”的基礎,符合邏輯過程。但是,首先呈現“樹”,往往限制了學生的思維和視野,在沒有看到“林”的美景的情況下,學生往往缺乏興趣,找不到學習“樹”的意義。故而,在組織和引導過程中,有意識地先給學生“林”,激起學生興趣,構建起大局觀,整體感,然后再深入“林”中探個究竟。更有利于知識的學習、銜接、完善和網絡體系構建。
三、抓住核心概念教學
核心概念是生物學的主干,是對同一類生物學問題的本質特征的概括,具有統領具體概念和事實概念的作用。在課堂教學中,要把握核心概念,明確核心概念的地位。聯系本學科甚至其他學科相關概念進行辨析、歸類、分析主次,糾正前概念。在核心概念掌握的基礎上,綜合建立本學科甚至各學科統一的認識和知識體系。
四、巧妙利用概念圖、系譜圖、流程圖、表格、曲線、模型
圖形、圖像、模型具有直觀、具體、清晰的特點,可以將復雜、抽象的知識化繁為簡,化難為易,也利于知識的對比、歸納、整合。教師在教學中應當注重有意挖掘和繪制相關圖形、圖像、圖表,運用自己的知識積累,發揮自己的創新能力,幫助理解,理清脈絡,構建知識體系。其中,構建知識樹是主動對知識進行歸納和整合的有效方法;在教學中,可以構建《課時知識樹》、《章節知識樹》、《學期知識樹》,教師應指導學生以個人、學習小組、科研小組為單位構建知識樹。這樣學生不僅逐漸的學會了知識、構建起了知識體系,更養成了良好的習慣,提高了整合歸納能力。
五、課堂上要注重情感態度價值觀的培養,
課程標準要求有明確的三維教學目標,很多教師僅僅注重的是知識目標和能力目標,忽視情感態度價值觀,覺得其沒有實際作用,考試不會考到,也不是老師要教的內容,所以其往往形同虛設或者沒有。其實,每節課相關的情感態度價值觀都是對知識的深化和升華,情感態度價值觀的培養不僅利于學生科學思維,健康成長,更利于學生建構知識網絡。
六、平時注意有意識培養學生聯系前后知識、總結和歸納知識的能力
在一線教學活動中,教師組織教學、進行提問、拓展延伸、總結歸納等環節中應有意加強對學生聯系前后、歸納整合,綜合思考能力的培養。例如:指導學生讀書中,要教會學生看目錄和緒論;提問中盡量聯系新舊知識,使學生找出知識之間的共性和連接點。再者,在訓練和命題時,也應適量選擇和創設一些綜合題目,亦可以滲透一些高考題。有的教師覺得高考題太綜合,太難,學生還沒有能力解決。然而,等到學生把知識都學完,臨近高考時,再構建知識體系,培養解綜合題目的能力,未免太過匆忙,為時過晚了。
七、注重科學史教學和聯系實際、實踐教學
《人體生命活動的調節》是蘇教版必修三第二章“生物個體的穩態”的第二節,包括神經調節和體液調節兩大部分,是第一節“人體的穩態”的延續。本節課為第一課時,內容涉及興奮在神經纖維上的傳導、興奮在神元之間的傳導、神經調節的結構基礎――反射弧的組成和功能。按照教材編寫順序,開篇講述興奮在神經纖維上的傳導,一下就把學生帶入到一個微觀世界,學生沒有感性認識,接受起來難度較大,考慮到反射和反射弧的知識,學生在初中已學過,由舊知識人手進行過渡,能很快把學生帶人新的知識情境中,所以把教材的內容順序做了一個調換,由膝跳反射實驗人手,先講反射弧,再由神經元的結構和功能過渡到興奮的傳導,做一個自然銜接。
二、學情分析
本課時出現的許多知識,如神經元的結構功能、反射、反射弧的五個環節等生物學知識,以及電位差即電壓,是形成電流的原因等物理知識,學生在初中階段的學習過程中已經涉及,因此在教學設計中要特別注意初、高中知識的自然銜接。經過一學年的課堂訓練,學生的讀圖識圖能力有了很大提高,因此教師要充分利用教材上的圖與圖群,引導學生的觀察、分析、思考、整合,達到自主建構知識的目的。
三、教學策略
課堂教學過程是教師向學生提供學習環境和經驗,組織、指導和參與學生學習的過程,是學生主動學習、自主構建的過程。因此本節課的教學策略是:在課堂教學過程中注意設計巧妙的學習情境,在學生原有的知識、經驗基礎上,提供豐富的資料信息,組織、指導和參與學生學習的過程。引導學生自主建構知識,充分發揮學生的主體作用,真正培養學生具有自主性的學習品質。
四、教學片段回顧
1.神經調節的結構基礎和反射弧
這部分內容主要是對初中有關知識的回顧,教學時設計問題串充分調動學生已有知識的回顧,可采用師生的談話、學生實驗、結合討論的方式進行。建議采用宏觀到微觀的學習順序,先由反射和反射弧開始,隨后由興奮的本質引出神經元的結構。
設計相關的思考題:(1)神經系統調節人體各種活動的基本方式是什么?(2)什么是反射?請舉例說明;(3)反射活動的結構基礎是什么?它由哪幾個部分組成?(4)做膝跳反射實驗,并嘗試解釋反射過程。在師生相互交流的過程中用實例:草履蟲能夠趨利避害,含羞草葉被觸碰后會下垂,這屬于反射嗎?用針刺激離體蛙的腓腸肌,肌肉會收縮,這屬于反射嗎?來強調反射必須在中樞神經系統的參與下進行。
學生饒有興趣地做完膝跳反射實驗后,回憶初中學過的反射弧的五個環節,分析產生膝跳反射的全過程。教師則設置問題情境:如果某人縮手反射的傳人神經受到了損傷,那么感受器受到刺激后,人還會有感覺嗎?如果損傷的是傳出神經或脊髓相應的中樞呢?引發學生的討論,強調反射弧必需完整,反射才能發生。
反射弧是宏觀的結構,神經元是微觀結構,如何讓兩個概念間發牛巧妙過渡?可以用一個小知識來銜接:據測定,傳導速度最快的坐骨神經每秒鐘“行走”速度是120m,細而無髓鞘的神經傳導速度每秒鐘只有0.5-2cm,盡管傳導速度相差懸殊,但在“滴答”一聲中,人體的任何部分的刺激和感覺都能立即傳到“司令部”(如釘子扎到腳的縮腳反射,僅需要幾十分之一秒)。學生對小知識非常感興趣,產生疑惑“是什么在神經上傳導?”這時教師拋出有關興奮的話題:興奮的本質是什么?興奮如何產生又如何傳導?學生帶著強烈的學習欲望進入新階段的學習過程。
教師這時用一個自然過渡,威爾遜曾經說過:“一切生物學問題都需要到細胞中尋找答案。”在什么細胞中能尋找到神經調節的奧秘呢?出示神經元圖片和結構模式圖,并向學生提供科學史實①:1873年,意大利科學家卡米洛?高爾基采用鉻酸鹽――硝酸銀染色法揭開了神經元的神秘面紗。學生根據示意圖學習神經元的結構,并對軸突、樹突、神經纖維和神經末梢做進一步認知。
播放展示神經元上的興奮以生物電的形式傳導的Flash,并向學生提供科學史實②:1771年,伽爾瓦尼用兩種金屬導體在肌肉和神經之間建立起回路,肌肉就會產生顫抖,即發生收縮。于是他認為這種收縮是由于從肌肉內部流出來并沿著神經到達肌肉表面的電流刺激引起的。這時學生能說出神經元上的興奮是以生物電的形式傳導的,興奮的本質是一種電信號,這種電信號也Ⅱq神經沖動,從而為下而的學習做鋪墊。
教學過程以科學史的發展為線索,使前后連貫,在激發學生興趣的同時,更能讓學生體驗著人們對科學概念的認識過程,感受科學探究的發展歷程。
2.興奮在神經纖維上的傳導
教師首先要向學生提供這一部分內容的學習思路:神經元接受刺激,能產生興奮,即引起電流的產生,那么必定引起了電位差的變化。在靜止的時候神經纖維的電位是怎樣的?接受刺激時會引起什么樣的變化?為什么會出現這種變化呢?
給學生布置一個學習任務:請設計實驗探究神經纖維在未受刺激時膜內外是否存在電位差?提供實驗材料:(1)槍烏賊的巨大神經纖維(軸突直徑可達1毫米);(2)一個玻璃微電極(能直接插入神經纖維內部);(3)一個電流表。
這個探究的目的主要是幫助學生從事實人手理解靜息電位,所以要淡化探究的全過程,給予一些特定的實驗材料,也是為了幫助學生在短時間內設計出方案,減少探究花費的時間。學生已有的物理知識是可以很快設計出方案的,在學生匯報設計方案的基礎上,展示科學家對“靜息電位”的探究過程:
①用電流表在神經元外側檢測
②用電流表在神經元內外檢測
把知識的傳授過程優化成一個科學探究過程,讓學生在探究中學習科學知識與科學研究方法,在設計、探究、剖析的過程中體會著科學家的探索方式。學生發現自己的設計方案與科學家的研究相吻合,體會至Ⅱ成功的喜悅,有助于增加學習信心。
接下來要求學生閱讀教材,觀察“神經纖維的傳導模式圖”,通過完成表格對神經纖維在受刺激前后膜電位的變化和原因進行初步認知。
閱讀后學生能做出歸納,但識記的成分更多一些,教師要做的是幫助學生以直觀的方式去理解這段抽象的敘述。通過展示科學家對“靜息電位”和“動作電位”的探究過程,引導學生分析實驗現象,再以兩個Flash模擬神經元細胞膜內外兩側形成電位差的過程和動作電位的形成機制,直觀地演示微觀現象,在此基礎上教師進行精講。
由于興奮以神經沖動的形式傳導,是一個連續的過程,因此在分析完靜息電位和動作電位的形成過程之后,一定要讓學生建立一個興奮傳導的完整過程。Flash可以幫助學生實現這學習過程,因此播放“局部電流的形成及興奮的傳導”的動畫,并做出講解:興奮部位與相鄰的未興奮部位出現電位差,導致局部電流回路的產生,該電流回路對鄰近的部位又形成一個新的刺激,引起相鄰部位依次發生電位變化,原來興奮部位迅速恢復,沿著神經纖維不斷向前移動的電流回路就是一個不斷向前傳導的神經沖動。同時讓學生發現并歸納:膜內電流方向與興奮傳導方向相同;膜外電流方向
與興奮傳導方向相反。
所有的圖示和Flash都存在一個小遺憾,沒有能反映興奮在神經纖維上的雙向傳導,因此借助一個反饋訓練,幫助學生建立起這樣的整體概念:由于興奮部位與相鄰兩側的未興奮部位之間都存在著電位差,因此神經沖動在神經纖維上的傳導方向應該是雙向的,從而歸納出興奮在神經纖維上雙向傳導的特點。
附反饋訓練:在一條離體神經纖維的中段施加電刺激,使其興奮。如圖表示刺激時的膜內外電位變化和所產生的神經沖動傳導方向(橫向箭頭表示傳導方向),正確的是
(C)
3.興奮在神經元間的傳遞
從膝跳反射的反射弧人手,引發學生思考:一個完整的反射活動僅靠一個神經元能完成嗎?至少需要幾個?并質疑:一個神經元產生的興奮是如何向下―個神經元傳遞的?高爾基認為,神經元構成神經系統類似血管構成循環系統,是完全貫通的,那么,事實是否如此呢?
出示神經元之間的連接示意圖和科學史實③:拉蒙?卡哈爾在高爾基工作的基礎上發現了突觸結構。學生觀察發現神經元之間在結構上并沒有原生質相連,興奮在神經元與神經元之間不可能通過神經沖動的形式傳遞,必然以其他方式傳遞興奮。
充分利用教材中“興奮在神經元之間的傳導”的積極思維活動,提出問題串:(1)什么叫突觸?(2)指圖說出突觸的結構;(3)突觸小體內有較多的線粒體,說明什么問題?(4)神經沖動如何從前膜經間隙傳到后膜?(5)興奮為何不能從樹突傳到軸突?(6)突觸傳遞的特點怎樣?學生可以小組為單位討論交流。
教師提供科學史:1970年,卡茨(英),奧伊勒(瑞典),阿克塞爾拉德(美),發現神經末梢的體液傳遞物質――神經遞質。并通過連續播放兩個反映興奮在神經元之間傳導的Flash,揭示神經遞質和突觸后膜上的受體相結合,使鈉離子通道打開,從而使突觸后膜上的電位發生變化。并用“神經驛道上的秘密信使”來形容神經遞質的作用,有很好的喻意。
對于神經遞質的類型,教材中并沒有提及,因此提供小資料:迄今為止,已經發現了幾十種遞質,有傳遞興奮的,如乙酰膽堿、去甲腎上腺素;有傳遞抑制的,如甘氨基酸、γ-氨基丁酸,但同一個神經元的末梢只能釋放一種遞質,或是興奮的,或是抑制的。引發學生思考:若遞質不被水解,將會出現什么結果?讓學生對神經遞質的作用機制有一個深入的理解。
能解決日常生活中的問題是對所學知識的最好的檢驗,因此用三個生活小常識讓學生自由討論:事實1:α-銀環蛇毒能與突觸后膜上的神經遞質受體牢固結合;事實2:有機磷農藥能抑制膽堿酯酶的活性,而膽堿酯酶的作用是清除與突觸后膜上受體結合的神經遞質。討論:當發生α-銀環蛇毒與有機磷農藥中毒時,相應肌肉出現的癥狀分別是什么?事實3:臨床上用藥物局部麻醉的機理是藥物抑制突觸小泡釋放遞質,興奮不能傳遞。學生通過思考體會到學以致用的樂趣。最后讓學生歸納有關神經遞質相關知識點,從而建構有關神經元之間的聯系特點。
興奮在神經纖維上的傳導和在神經元之間的傳遞內容,對學生來說是全新的,而且比較抽象,不容易理解,故是本章教學的難點。處理這部分內容時要充分調動學生自主學習,給予一定的學習任務,通過小組匯報交流,初步建構知識,教師要做出充分的資料準備,盡量用Flash把靜態的圖形動態化,把平面的圖形立體化,并通過精講點撥幫助學生理解透徹。
五、案例反思
1.充分調動學生的知識經驗
關于神經調節的結構基礎和反射及反射弧的環節,學生在初中生物課已學過,教學中要注意引導學生回顧初中階段所學相關內容,充分調動學生的知識經驗,以問題探究為線索,通過不斷地質疑和推測,逐步建立新知。
2.充分發揮學生的主體作用
在教學過程中,教師要盡量創設學生活動的機會,讓學生成為學習活動的主體,教師只是為學生的學習提供必要的指導和知識鋪墊。教學過程以科學史的發展為主線,在激發學生興趣的基礎上,讓學生對神經調節的本質有一個全面而清晰的認識過程。
在學習興奮在神經纖維上的傳導時,引導學生自主學習的基礎上,嘗試設計實驗探究神經纖維在未受刺激時膜內外是否存在電位差?教師給學生提供一定的探究材料,降低實驗設計的難度,學生現有的物理知識足以設計出方案,與展示的科學家的探究實驗一致,嘗到成功的喜悅,激發學習興趣。另外一些常見題型通常都會以此實驗為原型,要求判斷電流表中指針的偏轉情況,有了實驗設計的經歷,對解題很有幫助。
在學習興奮在神經元之間的傳導時,充分利用教材中的積極思維活動,編制問題串幫助學生學會閱讀圖群,引導學生一步步地深入思考。
3.提供多媒體素材,幫助學生建立感性認知