顺应认知顺序，建构科学概念——以“被子植物体的结构层次”教学为例

应良西

(浙江省台州市路桥区桐屿街道中学 318053)

科学概念是初中科学学习的重要内容。课堂教学应该顺应学生认知顺序，精选学习内容，在真实的情景中因学施教，引导学生从整体上认识自然，主动建构科学概念，进而形成科学观念。笔者在平时的观课和议课中，发现课堂教学存在如下一些问题： 教学中过于关注学科逻辑，忽视学生心理逻辑而追求知识的整体性和连贯性。这种忽视学生学习心理发展特点的教学，拘泥于教材安排顺序，不仅难以达到理想的教学效果，而且不利于改善学生学习方式，甚至会使他们因体会不到学习的价值而丧失学习兴趣。为此，笔者以“生物体的结构层次——被子植物体的结构层次”为例，在单元整体学习规划的指导下，通过激活经验，沟通学科逻辑与心理逻辑设计教学并投入课堂教学实践，尝试引领教师转变教材观、学生观和教学观，让学生体会学习的价值，激发学习的兴趣，改善学习生物学的方式。

1 大单元学习背景分析

有效的单元学习离不开大单元学习背景分析。大单元学习背景分析就是在整体思想的指导下，依据一个单元、一章或一册乃至整个初中学段学习的要求，结合学生原有的认知水平、学习心理发展的特点及学习疑难点等，进行多角度地系统分析。然后据此统筹规划学生学习内容的先后顺序，选择合适的教学策略指导学生有效学习。

结构与层次是客观世界存在的基本形式，是复杂自然系统的重要组成部分。建立“结构与层次”的观念，有利于人们认识纷繁复杂的客观世界。在初中科学中，“结构与层次”学习的内容主要包括生命系统的结构层次、宇宙的结构与层次、物质的结构与层次，这些内容学习时间横跨七、八、九三个年级。科学教材(七上)的“生物体结构层次”，是学生学习和认识复杂生命系统结构层次的起始课。教材先后从以下4个方面进行阐述： ①细胞的分裂、生长和分化；②组织；③器官和系统；④结构与层次。

从内容看，本节课涉及概念较多，既有细胞分裂、细胞生长、细胞分化、组织、器官、系统、结构与层次等核心概念，尤其是组织概念中又有“机械组织、输导组织、分生组织、保护组织、营养组织”等植物组织和“上皮组织、结缔组织、肌肉组织、神经组织”等动物组织，这些概念掌握不仅有结构特点要求，更有功能作用的要求。因此，教师在教学中，引导学生学什么、如何学、甚至学得怎么样，将直接关系到今后生态系统的结构层次学习，同时对宇宙结构与层次、物质结构与层次的学习也会产生一定的影响。

教师依据教材编写顺序，引导学生通过观察、比较平衡推进，一一落实具体知识点，再归纳总结形成系统的结构与层次知识。这样的学科逻辑貌似有利于在比较异同中掌握知识、培养能力，提升科学素养，但实际上如此关注知识点落实的碎片化学习，难以引发学生的学习兴趣；而且教师如此顺序的教学，往往会使学生在同一课时中，既学植物体组织又学动物的组织，既学植物的各种器官又学动物的各种器官，既学植物体的结构层次又学动物体的结构层次。学生在同一课时中，学习如此相似的概念，常常会发生概念混淆，不利于概念的理解和建构，因为脑科学研究表明： 如果概念之间非常相似，脑就会建立相同的学习路径，造成概念混淆。

2 教学改进思路及学情分析

基于上述问题，在原计划3课时不变的情况下，对教学内容的顺序进行调整，其中第1课时细胞的分裂、生长和分化不变，第2课时为植物体的结构层次，第3课时为动物体的结构层次。这样既可以避免了在同一课时采用相同学习路径学习相似概念而造成概念混淆，又能加深对组织、器官和系统概念的理解和建构，促进“结构与功能相适应”和“生物体各个组成部分是相互协调、统一的整体”的科学观念形成。在此单元整体规划下，针对具体的学习内容，分析学生认知起点，精心设计并落实课时教学方案。

学生学习被子植物体结构层次的认知起点是： ①有强烈的学习心向。对于七年级学生来说，他们在学习细胞的形态、结构、功能以及细胞的分裂、生长和分化等知识后，结合使用显微镜观察到各种动植物的细胞，有进一步想解决“形态各异的细胞是如何组合成生物体”的学习心向。②有建构新概念的知识和能力。七年级学生除了有前面细胞形态、结构和功能，细胞分裂、细胞分化及其意义，显微镜正确使用等建构基础外，小学科学中已经认识过各种植物，观察过植物体的各种器官。③有正向迁移的生活经验。学习生活中每个学生都经历过“少先队”组织，观察过学校中各管理部门的组成和功能，知道学校是由各部门组成，具有教育功能系统等，学生这些生活经验中“组织”“器官”和“系统”等雏形概念，为建构和理解科学中“组织”“器官”“系统”等概念，提供了有利的支撑。

依据学生具备上述的知识建构的认知起点，把教材中与植物体结构层次相关内容，抽提出来并进行重组，以如下的总体思路设计教学： 现象入手，聚焦问题→作出猜想，引领实验→实验观察，收集证据→分析论证，作出解释。

3 教学实践进程

课堂教学实践是检验教学设计合理性的重要一环。通过观摩教学具体的实践进程，分析其中的利弊可以改进教学，提高教学效率。

3.1 备学前置任务 在学生学完细胞分裂、生长、分化知识之后，学习动植物结构层次之前，笔者布置了如下任务： 观察番茄植株(图1)，指出其各组成部分的名称(写在相应方框内)，说说各自有何功能？

图1 番茄植株

布置该前置任务的意图是： 基于整体事物的观察，激活学生原有认知结构，为学生认同解决本课时“构成生物个体的细胞是随意堆砌还是按照一定层次组成”这一大问题作心理的铺垫。

3.2 引入聚焦大问题 课堂开始，播放“丰富多彩的自然界”视频，随后问： 同学们，丰富多彩的自然界生机盎然、生命不息，这一切的一切都离不开有生命的物体——生物。动、植物是生物界中两类最主要的生物，它们都是由细胞构成的。那么，构成植物体或动物体的细胞一样吗？(不一定一样。)接着，引领学生聚焦大问题： “这些形态各异的细胞是随意堆砌，还是按一定层次组成生物体的？”学生在迟疑中坚信： 应该是按一定层次的。但又拿不出有力证据。于是，展示与学生共同培养的番茄、菜豆和绿豆等植株。并请学生思考它们属于种子植物中的哪一类(被子植物。)接着教师引出本节课的主题：“被子植物——番茄”的结构层次。

3.3 交流前置任务，初建器官概念 随着学生兴趣的激发,笔者出示一株盆栽番茄植株，让他们组内交流前置任务。在此基础上让各组选出代表展示交流结果。随后，有一组学生上台马上指出： 番茄植株的根、茎、叶、花、果实五大部分。其他学生补充道： 还有里面的种子。紧接着，让其他组的学生说说各部对植物体有何作用？在师生交流评价的互动中初步建构“器官”概念(生物体中有特定机能的结构)。随后，让学生针对功能相似特点，把六大器官分成两类： 根、茎、叶为营养器官，花、果实、种子为生殖器官。

3.4 观察具体器官，建构“组织”概念 在学生初建器官概念及其功能交流中，有学生提出： 番茄的各个器官是由什么构成的？于是我将此问题抛给全班学生，马上有学生回答“细胞”。顺水推舟地追问： 你看到组成的细胞了？随机又表扬道： 不过，你的想象力真丰富，很有科学家的潜质。接着，引导说： 研究整个植物体比较复杂，教师选取其中一个器官——番茄的果实。引导学生一起用解剖刀纵向把番茄切成两部分，先从外到内仔细观察，说出它可以分成几部分、试着给出各组成部分的名称，想想它们各自有何作用。各组学生按要求切开番茄后，观察讨论、分析中理解表层的果皮有保护作用；内部的果肉有营养功能；白色的筋络有输送水分、无机盐和营养物质的作用。

接着，让学生把视野转向番茄果柄，让他们弯一弯、折一折，说一说有何感觉。有学生说： 很难折断，韧性很好。于是继续引导： 它里面有木纤维，你们知道它对番茄果实来说有何作用？经过教师拿着果柄把番茄果实提起的暗示，学生意识到： 这些木纤维确实有支撑作用。

经过师生、生生对切开番茄果实的宏观观察、研究，最后得出番茄果实的各组成部分名称及作用。

随后，教师总结： 这些组成部分有各自不同的功用，诸如这些层次比细胞大，但又比器官小。我们把它们称为“组织”。“究竟什么是组织？”让各组学生用显微镜观察组成番茄果实的表皮、果肉“筋络”的细胞。然后，把它们分别放在电子目镜下，用大屏幕投影他们观察的细胞及其结构(图2)。

引导学生观察、比较并思考回答： 不同组织的细胞形态、结构和功能不同；同种组织的细胞形态相似、结构和功能相同。在此基础上，初步建构科学的“组织”概念： 组织是多个形态、结构和功能相同的细胞组合而成的。为了进一步让学生认同植物体其他器官也是由不同组织构成，让学生用显微镜观察南瓜茎纵切和迎春叶横切的永久装片，从外到内组成细胞的形态，并说出各部分组织的名称和结构特点。

组成表皮的细胞

组表果肉的细胞

组成“白色筋络”的细胞

在大量事实的观察中，使学生领悟“组织在其他植物中也有不同程度的存在”。最后，学生在回顾观察、讨论和归纳中，建构“组织是由细胞按一定层次构成的，不同组织的细胞形态和功能不同”的概念。

3.5 激活经验旧知，在链接中感悟被子植物体结构层次 在学生成功建构并理解组织这一概念的兴奋之余，追问激思： 这么多种组织是怎样形成的？组织学生讨论并激活他们原有的旧知“细胞分裂、分化”，并让他们说出推理的依据。学生在比较中得出： 组织由细胞分裂、分化而来。接着，教师提出： 从一个细胞发育成幼苗，植物还要生长，生长过程中还需要更多细胞从哪里来？于是顺利地引出“分生组织”的概念，完善植物体五大组织概念的建构。最后，让学生通过读图3，尝试说出组织与器官的区别和联系，明晰细胞、组织、器官的概念及关系。

图3 组织与器官的关系

3.6 从微观到宏观描述植物体的结构层次,检测核心概念建构 在课即将结束之时，让小组内同学互相说说： 从一个细胞(受精卵)变成一株植物需要经历哪些变化过程？同时让各小组推荐一位代表展示，全班同学聆听，作出评价。最后总结，完善被子植物体结构层次的知识和概念的建构(图4)。

图4 植物体结构层次概念图

这样的设计，既顺应了学生心理逻辑，有利激发学习兴趣，增强学习自觉性和主动性，同时又让学生学习回归到学科逻辑，有利于形成结构化系统的知识。

4 讨论与反思

4.1 基于学生实际的单元整体规划 教学设计是课堂教学进程的前期规划，尤其单元教学的整体规划直接影响教师教什么、怎么教，影响学生的学什么、怎么学、学得怎么样，进而会影响学生的学习状态和学习方式。本节课的设计基于脑科学研究成果和学生原有知识经验，对本节课教学内容安排做了合理的调整，使之更加符合学生认知心理发展逻辑，从观察具体植物体番茄植株开始，链接“生物体结构和功能的基本单位——细胞”旧知识，深入思考“细胞是如何构成植物体各部分结构的”这一大问题，激发学生解决这一真实问题探究欲望，为学生积极主动参与学习及后续学习方式做好了铺垫。

4.2 在活动中解决真实问题 本课时的真实问题的解决摆脱了机械的灌输，从肉眼直接观察到借助显微镜进行深入观察具体事物，思辨讨论认同细胞有序组成植物体、不同部位的细胞形态和功能有所差异，使“组织”和“器官”的概念呼之欲出，使学习活动从枯燥的文本解读走向有趣的意义建构，使抽象的科学概念在学生认知发展的情感需要中得以有效生成。

4.3 在激活经验中建构科学概念 本课时的设计通过观察番茄植株、番茄果实及其纵切等整体事物，引发思考想象，设计参与显微镜观察比较等活动，顺应了学生学习从宏观到微观、从具体到抽象的心理发展逻辑，使学习活动变得有意义。让学生描述从微观到宏观被子植物体的结构层次，顺应了“细胞→组织→器官→植物体”的学科逻辑，形成了结构化的植物体的结构层次系统知识。尤其在解决“一个细胞怎么会变成具有不同组织和器官的植物体”时，使从微观到宏观的学科逻辑与从宏观到微观的学生心理发展逻辑得到了有效的沟通。