在模拟实验中优化学生的科学思维

张凤敏

一、案例实施背景

叶澜教授曾说过：“任何一门学科的教学，都要认真分析本学科对于学生而言独特的发展价值。”生物学能带领学生不断地认识生命、关注生命、探索生命、亲身感受生命的美丽与珍贵。教师应该在教学中努力挖掘教材文本中涉及的生物学学科核心素养，即生命观念、科学思维、探究实践和社会责任，通过有效的教学活动让学生感受并内化生物学学科核心素养。

“血液和血型”是苏教版生物学教科书七年级下册第10章“人体内的物质运输和能量供给”第一节的内容。本节课计划两个课时完成，第二课时的教学目标是：（1）说出血型的类型和血型鉴定的过程。（2）举例说出无偿献血的有关知识。（3）认同我国的无偿献血制度，并形成自己成年后愿意无偿献血的观念。教学难点是说出血型鉴定过程，理解血型与输血的关系，认同我国的无偿献血制度。

课本上对于血型和输血的描述不多，模拟血型鉴定的实验也比较抽象，学生只靠阅读文字难以理解，但是血型、输血和无偿献血与人类生活有着密切关系，学生对这部分内容很感兴趣，渴望获得相关知识的欲望在第一课时就已经体现。基于此，教师可以鼓励学生课前查阅和收集血型、输血和无偿献血的相关知识，并计划在课堂上开展模拟实验来进行血型鉴定和输血。希望通过丰富的感性体验、理性归纳与深刻的感悟，把科学思维、生命观念和社会责任渗透学生心中，从而提升学生的生物学学科核心素养。下面以本节课中的几个教学片段为例，浅谈如何在模拟实验中渗透并提升学生的科学思维。

二、案例描述

（一）穿越到18世纪目睹“模拟实验”

教师播放导入视频：18世纪末，妇女产后出血死亡让人意识到血液的重要性，英国妇产科医生詹姆斯·布伦德尔萌生输血救人的想法。1818年，布伦德尔通过输血成功挽救了一位产后大出血妇女，欣喜之余，输血实验开始用于治疗产后出血或受伤出血病人。令布伦德尔无法理解的是，病人进行输血后，病人的死亡率高于成功率。

教师提问：为什么布伦德尔给病人输血后出现病人死亡的现象呢？人与人的血液不同吗？学生在课前预习和生活常识的基础上，争先恐后地抢答：输错血型了；病人和献血者的血型不同；人有四种血型，A型、B型、AB型、O型，红细胞不同，不能输入不同血型的血……

教師顺势而问：那常见的血型系统中的四种血型有何差异？血液中究竟暗藏着什么秘密？学完今天这节课，你就能帮布伦德尔解开疑惑。

（设计意图：该视频是血液发展科学史中的片段，内容真实且所涉及的现象与本节要学习的内容非常贴切。学生仿佛穿越到了18世纪，目睹了布伦德尔医生的输血实验及输血后的结果。学生看完“视频模拟实验”不禁惊叹，血型的不同竟然引发这么严重的后果！加上学生现在的知识水平和好奇心，更想帮助布伦德尔解开疑惑，学生已经迫不及待想要进入血型学习环节了。）

（二）手脑并用组建血型模型

关于“血型类型”知识点的学习，教师可以采用“文材转化”的教学方法，即先让学生阅读课本和PPT中描述血型的文字段落，然后利用材料包内的材料模拟四种血型。每个材料包内有40个红色磁扣（模拟红细胞）；若干个不同形状的磁片：“凸”形磁片（模拟凝集原A），“凹”形磁片（模拟凝集素A），“回”形磁片（注：该“回”形有一处连接，不会脱离）（模拟凝集原B），“口”形磁片（模拟凝集素B）；四个培养皿（用于盛放红细胞和凝集素），标签纸。

1.文：学生带着问题阅读文字。例如，四种血型的红细胞上分别有什么凝集原？血浆中有什么凝集素？

2.材：学生以小组为单位，探讨各材料可以用来模拟血液中的何种组分。

教师示范转化操作过程，将1片“凸”形磁片（模拟凝集原A）与1枚磁扣相吸，模拟红细胞及其凝集原，制作10对，放入杯子，2片“口”形磁片（模拟凝集素B）放入杯子，标签纸写“A型”，贴在培养皿上，A型血液建模完成。贴心小提示：血液中凝集素属于血浆蛋白，含量极少，故凝集素放2片磁片即可。

3.转化：小组分工合作建立血液模型，标注好血液类型A型、B型、AB型、O型。在学生建模的过程中教师巡视并及时给予指导。

（设计意图：“文材转化”的教学方法，让学生手脑并用，不仅激发了学生的学习兴趣，还反馈了学生是否理解文字意思。如果学生不理解文字意思，那模型构建就无从下手，还要回头对照文字来构建模型。如果学生理解了文字意思，那么加上教师的示范与提示，小组分工合作可以在三分钟内正确组建四种血型的模型，培养了学生对知识的整合、转化和输出的能力，也发展了学生的建模科学思维。）

材料与形状的选择目的：（1）吸附的特性可以使凝集原与红细胞组建在一起，相同凝集原和凝集素可以吸附在一起。（2）“凸”和“凹”形状磁片可以相互吻合并吸附在一起，可以模拟红细胞凝集现象，为下一环节的模拟血型鉴定做好铺垫。“回”和“口”形状磁片同理。（3）凝集原与凝集素结合的本质是蛋白质空间结构的吻合，“凸”“凹”“回”“口”相吻合的形状可以让学生对抽象的凝集反应有更形象的理解，也为以后学习酶的催化、免疫中的抗体抗原识别打下基础。

（三）归纳概括，成就血型鉴定师

教师播放临床鉴定血型的视频；讲解A型标准血清的提取过程：A型血除去血细胞，再除去纤维蛋白原，剩余成分即为血清，血清中包含该型血的凝集原。B型标准血清同理。教师提问：根据我们刚刚组建的血型模型，A型标准血清应该怎么模拟呢？请举起磁片。那B型标准血清呢？学生迅速高高地举起“口”形磁片来表示A型标准血清。“凹”形磁片表示B型标准血清。这时教师给每组分发A型标准血清和B型标准血清，布置任务：让四种血型分别与A型标准血清和B型标准血清混合，观察现象，注意当出现相互吻合吸附的磁片时表示红细胞凝集，完成导学案中的表格。三分钟后小组汇报模拟实验结果，通过组间讨论归纳出血型鉴定原理。最后选一位学生到讲台，作为血型鉴定师为大家检验血型，学生拿着撕去标签的未知血型去鉴定。

（设计意图：先用A型标准血清和B型标准血清与已知血型进行模拟鉴定，让学生观察实验现象，这时学生可以归纳出血型鉴定原理。再拿未知血型去鉴定，看到标准血清与未知血型的实验现象，学生就能立马判断出血型类型。如果没有进行归纳血型鉴定原理这一步，那么跨度太大，学生难以理解。所以模拟血型鉴定分两步走，分解难点，为学生成为合格的血型鉴定师搭建桥梁。）

（四）模拟输血情境，形成输血原则

在模拟血型鉴定实验的末尾，一位学生被搀扶过来。医生鉴定血型，然后说：“经鉴定病人血型是A型，病人急需输血，有人来献血吗？”学生（假设是成年人）：“我是O型血，我来，未知血型的同学也上来几位。”医生鉴定血型后，选择可以进行献血的学生（A型和O型）。医生解释原因后，不能献血的学生（B型和AB型）回到座位。

此时，部分学生对医生的决定表示质疑：O型血的血浆中含有凝集素A，病人红细胞上有凝集原A，那O型血输到病人体内也会发生红细胞凝集反应吗？这时教师询问：“哪位同学可以回答这个问题？”并提示学生：“想一想凝集素在血液中的含量。”这时学生的质疑逐渐消除，纷纷表示赞同。教师进一步解释：“血浆蛋白的体积分数占血浆的7%～9%，而凝集素更少，但依旧会出现少数红细胞凝集的情况。所以在紧急情况下，如缺少A型血的情况下，才会选择输少量的O型血。”最后在小组讨论中，总结出输血原则。

教师拓展：随着科技的发展，人类为了更好地利用血液，把血液制成成分血，根据病人情况输入成分血。例如，A型病人患有溶血性贫血（红细胞含量较低）急需输血，这时可以输入A型血，也可以输入O型血中的红细胞；O型病人严重烧伤，需要补充血浆，此时可以输什么？学生争相回答：“O型血；O型血的血浆；A型血的血浆；B型血的血浆；AB型血的血浆也可以。”反应快的学生直接回答“可以输四种血型的血浆”。

（设计意图：模拟输血实验在血型鉴定之后，无缝连接，过渡自然。情景表演与实际生活相关，在献血者中选取应该接受的血型、紧急情况下可以接受的血型、排除不能接受的血型的过程中，学生已经形成了输血原则。一直以来O型血作为万能血的地位坚不可摧，而学生的质疑恰好体现了学生的科学思维在提升，批判性思维逐渐形成。教师借此机会解释“O型血是万能血”的说法已经过时，只有在紧急情况下可以输入少量O型血。）

教师应紧跟科技的发展，拓展当代的临床输血手段，进一步开拓学生思维，想象如何更好地利用血液拯救生命，如何合成人工血液，并树立为之奋斗的梦想。

三、案例评价

生物学学科核心素养中的科学思维可以帮助学生理解本节所涉及的抽象知识，而科学思维与科学探究相互作用，科学思维的形成与发展有助于科学探究的进行，科学探究的结果进一步促进思维的形成。模拟血型鉴定是本节的重难点，教师在设计模拟实验中渗透科学思维，可以培养学生的科学思维。

本節教学的导入视频中含有实验及实验现象，学生观看的过程相当于学生在脑海中模拟了该实验。视频中出现的实验现象让学生产生疑问：人与人的血液不同在哪里？如何划分血型？这就表示“视频模拟实验”触发了学生的科学思维，而这一科学思维激发了学生探究的欲望。这类“视频模拟实验”的导入，不仅能激发学生的学习兴趣，还可以快速在新旧知识之间建立桥梁，使之成为学生学习新知识的起点。在选择上，“视频模拟实验”应当在内容上呈现出事情的前因后果、实验的过程与结果，然后抛出问题，这样才能引发学生的思维活动进而探其究竟。

建模既是形成科学思维的手段，又是科学思维的转化输出成果。初一年级是学生形象思维转变抽象思维的关键期。一方面，组建形象、直观的物理模型可以让看不见、摸不着的知识变得形象、具体，降低了学习难度。另一方面，模型的选材与组建要与事实尽可能贴合，才能使学生更好地发展抽象思维。如案例中选择红色磁扣模拟红细胞，不同形状磁片模拟不同空间结构的凝集原与凝集素，最后以形状吻合、磁性吸附表示红细胞凝集反应。在构建模型时，以学生为主体，以建模为主线，让学生去思考、探索、交流和学习，所有学生都积极参与其中，手脑并用组建出正确模型标志着抽象知识体系的顺利建构。

四种血型模型建好之后，进一步“制备”标准血清，然后利用血清与血液模拟血型鉴定实验，最后利用血液与血液进行模拟输血实验。无缝衔接的模拟实验，步步递进，易化难点，促使学生形成缜密的科学思维。所以，在O型万能血的使用上学生才能够提出质疑，在教师的提示与解释后，学生完善知识体系并成功发展了批判性思维。

四、案例反思

课本中关于血型的描述只有三句话，直接告诉学生血型分为A型、B型、AB型、O型，没有说明划分的依据。如果不同血型之间红细胞和血型的差异不讲清楚，那么后续的血型鉴定和输血就不能很好地理解，所以教师设计“文材转化”环节组建血型模型，占用了一部分时间。模拟血型鉴定和情境输血环节时，学生的参与度非常高，超出原计划用时。本节教学过程中，学生比较兴奋、愉悦，思维活跃，回答学生的疑问超出预计时间。所以，原计划在课堂最后三分钟解释学生感兴趣的“熊猫血”，结果没有时间解释，只能留给学生课外自行查阅，希望以后可以更好地把控课堂时间。

编辑：赵文静

注：本文系江苏省“十四五”规划重点课题“基于学习进阶的初中生物学核心概念教学研究”（项目编号：C-b/2021/02/82）。