应用可成像眼球学具培养初中生探究能力

何玉燕

摘要在初中生物“眼与视觉的形成”的教学实践中，尝试与物理教师合作进行跨学科的融合教学，师生协作利用合适的材料模拟眼球的结构，制作晶状体、巩膜和视网膜，进而整合成可成像眼球学具;生生合作探究眼球成像的过程与原理，利用学具中“晶状体”的折射作用，在“视网膜”上呈现倒立、缩小的像;在教学中及时融入预防近视的健康教育。教学反思指出，这是提高学生科学探究能力、发展学生生物学核心素养的过程，也是师生共同成长发展的过程。

关键词 核心素养 科学探究 眼球 可成像学具

中图分类号G633.91 文献标志码B

随着我国《中国学生发展核心素养》的发布和普通高中2017年版各学科课程标准的颁布，发展学生的核心素养已经成为基础教育改革新的逻辑起点。生物学学科核心素养是学生在生物学课程学习过程中逐渐发展起来的，在发现和解决真实情境中的实际问题所表现出来的必备品格和关键能力，包括生命观念、科学思维、科学探究和社会责任。这四个方面虽不是每节课都能全面体现，但根据学习内容的不同做到有所侧重还是可以实现的。下面以“眼与视觉的形成”为例，侧重谈谈在教学中培养学生科学探究能力的过程与方法。

1基于生物学核心素养的学具制作与应用过程

通过调查研究，发现，目前各学校使用的眼球学具，都是从专门厂家购买或由教育局统一配置的，均为静态的模型。这些模型可以帮助学生掌握眼球的结构，但学生很难借助模型掌握眼球与视觉形成的关系，只能通过教师讲解教材中的“光具座”成像图间接地进行体验。学生在学习初二生物“眼与视觉的形成”这部分内容时，正好与学习物理中的凸透镜成像的内容同步。鉴于眼球成像原理和照相机成像原理具有一定的相似性，笔者与物理老师商讨，尝试合作进行跨学科的融合教学，通过制作可成像的眼球学具，引导学生在做中学，在实践中体验与思考，在探究中提升核心素养。

1.1可成像眼球学具的设计理念与材料准备

可成像眼球学具的设计突出了“眼与视觉的形成”中的两个重点内容：①眼球的结构;②眼球成像的过程。课前，师生就该学具进行了多次研讨：首先，明确其设计理念，即利用合适的材料模拟制作眼球的各部分结构，并利用“晶状体”的折射作用，在“视网膜”上呈现倒立、缩小的像;其次，由初二年级生物学科核心小组成员尝试建立学具模型，经实践检验后进行改进与推广;最后，各班合作学习小组都完成学具的制作。生物课上，按照教师精心设计的预案利用学具展开教学活动。课后评估学具使用效果，并再次对学具进行改进与完善。

可成像眼球学具的材料准备：每个合作学习小组准备凸透镜1个（直径5cm，焦距5cm，用于模拟晶状体）;薄卡纸1张（用于固定凸透镜）;硬纸若干（用硬纸折成的暗箱模拟巩膜）;半透明的黑色塑料膜（用于模拟视网膜）;透明胶带、双面胶带;剪刀、美工刀。

1.2可成像眼球学具的制作流程

制成的可成像眼球学具如图1所示。

具体制作流程：用硬纸（如打印机硒鼓包装盒等）折成暗箱，在一面正中央挖一个圆孔，对侧面上蒙上半透明的黑色塑料膜，以此模拟“视网膜”。将制作好的“晶状体”固定在“暗箱”上，前后调节其位置，观察“视网膜”上的像，直至把视野中物体的像调清楚为止。

2基于培养学生科学探究能力的可成像眼球学具的应用

可成像眼球学具的制作与应用，重在培养学生的科学探究能力，达到发展学生生物学学科核心素养的目标。

2.1学习基本概念，建构眼球结构与功能的知识

眼球的结构较抽象，通过课前师生一起制作可成像眼球学具，可让学生初步建构眼球结构的基本概念，这是学习新概念的基础。自制的低成本可成像眼球学具，成为学习新知的有效教学资源。课上，教师以合作学习小组为单位组织教学。学生边学习眼球结构的知识，边“解剖”眼球模型学具。在已有基本概念的基础上，学生在温故知新中很容易理解眼球各部分结构的功能：晶状体是凸透镜，可折射光线;巩膜可保护眼球，提供暗箱环境;视网膜是成像部位。通过拆装传统的眼球模型学具，激发学生探究新知的欲望，合作学习的情境又能有效提高学习的效益。

2.2开展科学探究，体验眼球成像的过程与原理

眼球成像的过程是本课教学的难点。教科书上利用物理学中的“光具座”成像图来辅助讲解，但是有不少学生仍然不能很好地理解“光具座”和眼球成像之间的关系。学生利用自制的“可成像眼球学具”进行学习，能更好地突破该难点。师生沿着“发现问题一做出假设一演绎推理一实验论证一得出结论一拓展延伸”的非典型探究程序，学习眼球成像的过程与原理。

（1）发现问题，外界物体在我们眼球的成像有什么特点？像是正立的，还是倒立的，放大的，还是缩小的？

（2）做出假设：学生提出成像倒立缩小、成像正立缩小、成像倒立放大、成像正立放大4种假设。

（3）演绎推理：學生分组讨论交流;教师结合刚学的物理学凸透镜成像的知识，针对推测的成像特点，指导学生设计实验进行验证，发展学生的理性思维能力，体验科学探究的严谨性。

（4）实验验证：学生利用可成像眼球学具作观察，用一只眼睛看距离20cm左右的明亮物体，在“视网膜”上会出现倒立、缩小的像。用此学具可把抽象的知识点形象化，产生一目了然的效果。

（5）得出结论：眼球成像的特点是倒立缩小的像。

（6）拓展延伸：为什么外界物体投射在眼球视网膜上的像是倒立的，而人体大脑感觉到的像是正立的？这是因为形成图像到视觉形成还要经过视神经和大脑的处理。教师以此进一步激发学生探究大脑奥秘的兴趣。

2.3开展健康教育，增强预防近视的自觉行动

笔者在教学过程中发现，班级里面越来越多的孩子因用眼不当而造成近视，从而戴上了眼镜。但学生对形成近视的具体原因并不很清楚。针对这一现状，教师及时把健康教育融入该课教学，利用可成像眼球学具开展近视成因的探究。更换较大曲度的凸透镜，将抽象的知识形象化，学生在观察中发现“视网膜”上都不能呈现清晰的物像。那么，如何才能再次在“视网膜”上呈现清晰的物像呢？教师引导学生自己应用学具进行预防近视的探究，学会运用所学知识解释身边发生的近视现象，并进一步增强预防近视的自觉行动。

3基于师生共同成长理念的教与学效果的反思

3.1可成像学具优化教与学的过程

把静态的眼球模型学具改成动态的可成像眼球学具，提高了“眼与视觉的形成”教学的互动性，将抽象的知识形象化，有效突破了“视觉的形成与原理”这一难点。与教材中的“光具座”成像图相比，可成像眼球学具具有形象逼真，一目了然的特点，能提高学生的学习兴趣与学习效益，有效提高教与学的效率。学生在自制学具、利用学具、改进学具探究性学习活动中，体验学习过程与方法，建构知识与技能，内化健康地生活的情感、态度与价值观，而且记忆深刻。

3.2可成像眼球学具促进师生共同成长

在应用可成像眼球学具的教学中，学生发现并提出问题，并带着问题边思考边建构，通过自主、合作、探究学习，发展科学思维，增强问题意识，培养探究能力。教师则通过创新设计，提高了自己的专业素养，通过智慧地利用课堂生成的新的教学资源，开展生生间或师生间的交流探讨，提高了自己驾驭教学过程的能力。教师可探索通过研制与应用低成本、高效能学具来培养学生生物学核心素养的行动研究，在且行且思考且实践且完善的过程中与学生一起成长，与新课程共同发展。