赵文瑾 (北京大学附属中学 北京 100190)
《义务教育生物学课程标准(2011年版)》提出的基本理念之一是“探究性学习”,在课程的实施建议里明确提出“引导并组织学生进行探究性学习”。“鸟”是人教版8年级上册第5 单元第1 章“动物的主要类群”中第6 节的内容。 在此之前教材已安排学习了无脊椎动物的主要类群,以及脊椎动物中的鱼类、两栖类、爬行类等,学生对动物的结构与功能、进化与适应等观念已形成一定的认识,为进一步学习鸟类部分打下了基础。笔者在“鸟”一节的课堂教学中,以探究活动为主线,采用小组合作探究的学习方式,体现以“教师为主导,学生为主体, 体验为主线,思维为主攻”的教学思想,使学生在获得知识的同时体验和领悟构建知识的过程和方法,提升能力,提高生物学核心素养。
1)生命观念:通过对鸟类形态结构和生理特征的观察、实验和分析,以及对鸟类与人类生活关系的了解,进一步理解结构与功能、进化与适应、稳态与平衡等。
2)科学思维:通过对鸟的形态结构、生理等一系列的观察、实验和分析,进一步培养逻辑思维能力。
3)科学探究:通过观察、实验等一系列探究活动,培养科学探究能力,交流合作能力,严谨的治学态度,实事求是的科学精神。
4)社会责任:认识到鸟是维持生态系统平衡和稳定的重要因素,爱鸟护鸟人人有责。
1)重点:鸟类适于飞行的特点,鸟类的主要特征;鸟类在生态系统中的重要作用。
2)难点:实验探究鸟类适于飞行的特点。
3.1 导入新课 教师播放本校学生观鸟社团制作的影视文件《心随鸟飞翔》(影片主要展示鸟类高超的飞行本领), 将学生带入美妙的鸟类世界,并提出问题:鸟类何以具有如此高超的飞行本领?如果人类安装一双翅膀,是否也能飞?鸟类有哪些特点适于飞行?
3.2 探究鸟类适于飞行的特点 学生5~6 人一组,在教师的指导下,通过观察、实验等全面探究鸟类适于飞行的特点。
3.2.1 探究鸟的外部形态适于飞行的特点
活动1:飞行比赛。
材料用品:将3 张完全相同的纸,一张折成纸飞机,一张折成方盒,另一张折成圆球。 各组派一名代表,以相同的角度、相同大小的力分别向前投掷纸飞机、方盒和圆球,观察何者飞得最远。
结论:流线型的体形可减少空气的阻力,利于飞行。
活动2:羽毛的观察实验。
材料用品:家鸽的正羽、绒羽各数片,棉布1块,清水1 杯等。
学生先用放大镜观察家鸽的正羽和绒羽,了解其结构上的差别(是否形成羽片)、不同的着生部位及功能。 将一滴水分别滴在正羽羽片上和棉布上,观察不同的现象。
教师用课件展示鸟类身体的尾部有尾脂腺,分泌的油脂常被鸟用喙啄取涂于羽毛上, 有防止羽毛变形和被水浸湿的作用。
结论:正羽由羽轴和羽片构成,对飞行起决定作用。 绒羽不形成羽片,主要起到保温等作用。 家鸽的羽毛上涂有油脂,不易被水浸湿。
活动3:撕扇子。
学生观察正羽在翅膀上的排列方式——覆瓦状排列,思考这样排列有什么好处?并将事先准备的纸扇撕成数条,扇一扇,感觉一下气流的大小;再将撕碎的纸条一条压一条粘好 (每相邻2 条有一部分重叠),再扇一扇,感觉一下气流的大小。
结论:覆瓦状排列不易通风,有利于扇动空气。
活动4: 测量家鸽的体长和翼展长。
提前组织生物学兴趣小组的学生在课外测量家鸽的体长、翼展长,并将活动过程进行拍摄,记录原始数据用于课堂分析。
提示:家鸽身上可能带有病原微生物,应选用养殖机构规范饲养的家鸽,测量之前应戴口罩、橡胶手套,预防过敏或感染。
结论:家鸽的翼展长大于体长。较长的翅膀有利于扇动空气。
教师补充说明:擅飞的鸟类两翼一般都狭长。
3.2.2 探究鸟的肌肉骨骼系统适于飞行的特点
活动1:利用图文分析家鸽肌肉系统的特点。
教师展示家鸽肌肉系统的图片, 并提供相关的文字资料。 学生分析家鸽肌肉系统的特点。
文字资料(节选):……鸟类的胸大肌和胸小肌分别控制扇翅和扬翅的动作。 在善飞的类群其重量可达体重的1/5~1/4, 人的胸肌大约只占体重的1/120。
结论:胸肌发达,适于飞行。
活动2:观察及测量。
学生观察家鸽的骨骼标本和图片, 家鸽的骨胳中哪一块最发达?用软尺测量龙骨突的高度,并计算其占身长的百分比。 思考高耸的胸骨对鸟类飞行的意义是什么?
结论:胸骨发达,有高耸的龙骨突,为发达的胸肌提供了附着之处。
活动3:比较骨密度实验。
材料用品:家鸽(或家鸡)的肋骨和脊椎骨,家兔的肋骨和脊椎骨,饱和食盐水2 000 mL、1 000 mL烧杯2 个,镊子1 把。
实验操作: 将家鸽和家兔的骨分别放入盛有1 000 mL 饱和食盐水的2 个大烧杯中。
实验现象:家鸽(或家鸡)的骨浮在液面上,家兔的骨沉在杯底。
结论:家鸽的骨比家兔的轻——实质上是密度小。
教师补充说明:鸟类的骨是所有脊椎动物中比重最小的。 鸟类的骨骼占体重的5%~6%,人的骨骼占体重18%以上。 鸟类骨骼轻便、牢固。 在多数长骨、带骨和头骨内,都有气囊侵入或在发育早期形成众多的气腔。 长骨骨壁薄,在骨壁内墙常有许多纵横交错的骨质梁架加固,提高了骨骼的承重性。骨骼的变形、愈合现象明显而广泛,使骨架更加坚固。
3.2.3 探究鸟的内脏器官适于飞行的特点
活动1:利用图文分析鸟类消化系统的特点。
教师展示家鸽消化系统结构图:有喙无齿;直肠短,并提供相关的文字资料:
……雀形目的鸟吃的谷物、果实或昆虫,经消化吸收后形成残渣,1.5 h 后就随粪便排出。
绿头鸭吃进的食物,经消化吸收后形成残渣,0.5 h 后就随粪便排出。雀形目的鸟一天所吃食物相当于其体重的10%~30%。 蜂鸟一天所吃的蜜浆, 约等于其体重的2 倍。 体重为1 500 g 的雀鹰,能在一昼夜吃掉800~1 000 g 肉。
结论:有喙无齿,直肠短,不贮存粪便,减轻飞行负担;食量大,消化力强,供能及时、充足、持久。
鸟类飞行时需要的氧气量大约是静止时的20 多倍。 鸟类的呼吸系统如何提供大量氧气?
活动2:利用图片、动画分析鸟类呼吸系统的特点。
教师展示鸟类呼吸系统的图片, 说明气囊的存在和作用。利用动画课件演示鸟的双重呼吸。学生用自己的语言描述双重呼吸的概念和意义。
结论:双重呼吸提高了供氧效率。单位时间内可分解更多的有机物,释放更多的能量。
双重呼吸是鸟类特有的呼吸方式, 也是适应飞行最重要的生理特征之一,但很难看到真实、动态的过程。这是教学难点。通过动画课件模拟再现这一过程,不仅生动形象、引发兴趣,且便于学生理解,符合初中生的认知能力,突破了难点。
鸟类通过呼吸作用释放的能量, 一部分用于进行各项生命活动,另一部分用于维持体温。教师利用幻灯片展示表1。
表1 鸟类和哺乳类的体温比较
学生据表得知:相比其他动物,鸟类的体温高而恒定,适应高空低温环境。
鸟类消化系统吸收的大量营养物质, 以及呼吸系统吸收的大量氧气,如何运输至全身各处?
活动3:图表分析鸟类循环系统的特点(表2)。
表2 鸟类与人的心脏大小及心博次数的比较
结论:循环系统发达,高效运输养料、氧气和代谢废物。
泌尿系统承担着排出体内代谢废物的重任,鸟类的泌尿系统具有什么特点?
活动4:图文分析鸟类泌尿系统的特点。
教师提问:你见过鸟类的排尿方式吗?鸟类的尿是什么样的?展示家鸽的粪便照片,解读上面显示的白色物质,并说明:鸟类的尿大都含有尿酸,而不是哺乳类的尿素。尿酸不像尿素易溶于水,常呈半凝固的白色晶体。鸟类排尿失水很少,不具膀胱,形成的尿连同粪便随时排出体外。
结论:不具膀胱,尿液随粪便及时排出体外,有利于减轻飞行时的体重。
3.3 归纳总结 学生根据以上探究活动归纳总结鸟类适于飞行的特点,概述鸟类主要特征。
3.4 探究鸟类与人类生活的关系 学生以小组为单位讨论交流鸟类与人类的关系。
总结鸟类与人类的关系: ①鸟类帮助人类控制消灭农田、森林和草原的害虫、害鼠;②鸟类传播花粉、种子,在植物扩散、更新和植被的演替中起了重要的作用;③鸟类启迪人类发明创造,例如飞机等;④鸟类为人类提供肉、蛋,以及羽绒、羽毛等物质产品;⑤鸟是人类文明的组成部分:以鸟为代表的音乐、舞蹈(《百鸟朝凤》《孔雀舞》);以鸟为代表的国旗(墨西哥、赞比亚、厄瓜多尔等)、国徽(美国、泰国等)。
总之, 鸟类是维持生态系统平衡和稳定的重要因素,是人类生存发展的重要伙伴,爱鸟护鸟人人有责。
本节课是以建构主义的教学理论为依据设计的探究式教学课程,具有以下特点:
1)补充重组教学内容。根据学生的思维特点和认知规律对教学内容进行了补充和重组。无论是对鸟类形态结构还是生理特点的认识都遵循了由感性到理性,由形象思维到抽象思维的认知规律。
2)在教学方法上变“教”为“诱”。 在整个教学过程中不断创设问题情境, 让学生置身于解决实际生物学问题的情境之中,身临其境地进行探究。教师只是学习平台的构建者, 学习活动的组织者和引领者,引导、点拨、激励学生进行探究,充分发挥学生的主观能动性,体现了“以学生为主体,教师为主导”的思想。
3)以学生的发展为本。在教学过程中,通过观察、实验、分析、判断、归纳总结等一系列环节,提高其逻辑思维水平,培养其科学探究能力。
4)探究式教学与传统的灌输式教学相比耗时长,其实施更有赖于课堂教学的有序性,必须制定好课堂规则,才能收到良好的效果。