“结构与功能”概念导向下的教学活动设计

王丽

〔摘    要〕  “结构与功能”是《义务教育科学课程标准（2022年版）》提出的4个跨学科概念之一，体现出跨界育人的重要导向，要求教师引导学生在学习课程设置的13个学科核心概念的基础上，从跨学科研究的角度，帮助学生逐渐理解结构与功能之间的关系，实现学科核心素养的深度发展。本文概述“结构与功能”跨学科概念的设置意义，明确教学原则，并以小学科学课程中的生命科学板块作为教学研究对象，探索“结构与功能”跨学科概念导向下的教学活动设计策略，以期通过适切的教学调整，增强小学科学教学深度，拓宽教学广度，促进学生整体科学观念的形成。

〔关键词〕  小学科学；结构与功能；生命科学；教学活动

〔中图分类号〕  G424                〔文献标识码〕  A         〔文章编号〕  1674-6317    （2024）  09    052-054

新课程改革深入推进以来，跨学科学习逐渐成为教学改革的热点话题。挖掘学科间知识关联性，链接生活现象衍生探究课题，为学生创造多学科知识综合应用的平台，这是进一步落实立德树人根本任务的有力举措。深入应用“结构与功能”跨学科概念施行小学科学教育，能够有效弱化生命科学研究的抽象感，便于学生从生命系统的功能或特点，反向分析、猜测系统的结构，揭开现实生活中生命的神秘面纱，从而实现高阶思维发展，提升发明创造能力。作为一线教师，应将理论概念和教学实践有机结合，善于从以生为本的角度建构知识体系，站在概念前沿引领学生开展研究性学习活动，促进学生科学核心素养的发展。

一、“结构与功能”跨学科概念的意义

物体的形状和结构决定了其主要的特性和功能，“结构”与“功能”之间具有密切的联系，对这种联系进行研究，是实现科学发明创造的基本前提。“结构与功能”是科学领域重要概念之一。通常情况下，系统功能外显而结构内隐，科学研究的很大一部分工作，便是根据系统外显的功能或特性，猜测和验证其内隐的结构，从而逐步了解掌握系统运行的规律。《义务教育科学课程标准（2022年版）》（以下简称《课程标准》）强调，在引导学生学习本学科核心概念的基础上，逐渐向着跨学科领域过渡，在新的情境中检验学生对知识的理解和掌握，并将科学观念、科学思维、探究实践、态度责任等核心素养的培养有机融入学科概念学习过程中，促使学生养成用科学素养看世界的宏观思维。“结构与功能”既是一种科学研究观念，也是一种跨学科教育概念。从这一概念着手设计科学教育活动，引领学生通过不同领域学习，逐渐意识到任何系统的功能都与其结构有着直接关系，掌握“功能”反推“结构”的一般科学探究方法，这不仅是锻炼学生发明创造能力的有效举措，还有利于教师从各领域整合教育资源，设计“结构与功能”导向下的跨学科教育活动，从而丰富课程育人的深度与广度。

二、“结构与功能”跨学科概念导向下的生命科学活动设计原则

“结构与功能”跨学科概念导向下的生命科学活动设计，需要教师掌握“教”与“学”的一般规律，立足以生为本，确定活动设计原则，以此保障教学针对性、高效性和趣味性。具体而言，第一，以学生认知需求与认知特点为设计基础。小学阶段学生的思维水平还处于感性的具体运算阶段，需要在真实、具体实物的支持下进行逻辑推理解决问题。因此，教师设置生命科学活动时，亟须关注学生个性需求，满足学生感性的认知特点，并积极创设与现实生活有关的问题情境，在真实问答中引导学生逐步建立适宜的认知框架，主动参与科学实践，以此提高科学探究兴趣，获得内在发展动力。第二，以学生理解跨学科概念为设计目标。只有学生真正理解了“结构与功能”这一跨学科学习概念，才能主动地探究生命系统结构与功能之间的关系，从而在高阶思维作用下，完成“功能”向“结构”的反推理，实现多维素养发展。因此，教师在设计生命科学教学活动时，要关注学生概念的转化过程，善于用各种支架引导学生利用跨学科概念探究问题归因，体验“结构与功能”这一概念的高级用途，以此降低学生从宏观到微观的认知坡度，更为顺利地帮助学生构建认知闭环。第三，以学生有意义的学习为设计宗旨。有意义的学习是高效课堂构建的基本原则。在“结构与功能”跨学科概念活动设计中，教师所设计的活动要具有一定结构性，如由表及里、由易到难、由理论到实践等，并多关注学生主体的情感参与，赋予学生充分讨论和验证的时间，层层反馈、步步提升，最终促进学生有意义学习的发生和发展。

三、“结构与功能”跨学科概念导向下的生命科学活动设计

人体可视为一种生命模型，关于人体模型结构的研究是小学生命科学中的重要内容。人体模型在学习过程中无法打开，也不能透视，我们可将之比作一个“暗箱”，学生的学习过程便是解暗箱的过程，而且学生每一次解暗箱的内化经历和获得的知识都可转换成一组编码，这组编码能帮助学生更为清晰地在脑海重构人体模型。以四年级《我们是怎样听到声音的》一课为例。这个问题也是学生“解暗箱”的主线。首先，教师以建构认知冲突、修正认知偏差、初步建立模型的教学逻辑作为活动导入，激活学生探究生命科学的激情；再设置模拟实验，抛出驱动任务，引领学生深入探究耳的功能；最后再联系生活，升华暗箱功能，践行知行合一。

（一）暴露认知，修正偏差

教师首先以“听鼓”声作为导入活动，借助实物快速聚焦活动研究对象“耳”，并抛出核心问题“耳是怎样听到声音的？”以此让学生发觉暗箱，产生兴趣；然后，组织学生互相观察耳朵，从耳的结构特点引发对耳功能的思考，在思考中暴露出前认知的不足之处，通过认知冲突促使学生产生更大的探究动能；最后，教师适时干预，用图文展示和组装实验的手段帮助学生纠正偏差，并衍生更多探究问题。例如，教师展示真实的耳结构示意图，组织学生自主从书本寻找答案，辨認图中耳的各部分结构，在探讨中初步建立耳的暗箱模型。接着，教师组织学生进行小组合作，分发耳结构模型，让小组动手组装，在组装中思考如下问题：耳的各部分结构分别发挥什么作用？由这一问题开启后续探究活动，促使学生带着疑惑进行深度学习。

（二）任务驱动，深入暗箱功能

学生对耳功能认识建立在模型研究基础上，在活动导入阶段，学生对于耳郭和鼓膜的关注度较高，这两类耳结构的认知成为打开暗箱的关键切口。为了帮助学生从感官层面进一步认识耳郭和鼓膜的功能，可通过两个模拟实验并辅以任务驱动，在开放化、层次化问题探讨中，带领学生以小组的形式揭开功能暗箱的面纱。

1.实验一：自制纸喇叭，进行模拟体验

纸喇叭的制作相对简单，这一体验实验主要是借助外物将耳郭模拟放大，让学生反复戴上、取下，在两种状态下听一段相同音频的铃声，认真体会声音的不同，思考耳郭的作用。此外，让学生朝向不同的方向听铃声，再次体会声音的变化，思考人在发言时为何要面向对方这一问题。小学生更多依赖感官体验来认识事物，通过这个模拟体验实验，不仅可以激发学生探究兴趣，而且，学生经历戴上喇叭、去掉喇叭、面向不同方向听声音等各类真实情境，能够更轻松地总结出耳郭结构与其功能之间的关系，得出“耳郭具有收集声波的作用”这一科学事实。当然，用纸喇叭验证耳郭结构与功能之间的关系还不够严谨，教师要继续深化实验，对耳郭、鼓膜功能做进一步验证。

2.实验二：自制耳模型，进行对比实验

教师组装出示实验装置，实验装置由一个可拆卸的喇叭口、一个L型PVC管（喇叭口装在L型PVC管的长管端）、一个透明罩、可更换的橡皮膜、泡沫小球、小鼓等材料组成。首先抛出第一个任务，让学生指认实验装置各部分分别对应耳的哪些结构？经历前期铺垫，学生很快可以得出结论：喇叭口代表耳郭，PVC管代表耳道、橡皮膜代表鼓膜、泡沫小球跳动情况模拟声波大小。然后在组织学生开展对比实验的过程中抛出第二个任务，通过模拟实验验证耳结构中耳郭和鼓膜之间的关系。具体任务可细化为四个问题方便学生探究，问题一：击鼓时泡沫小球跳动剧烈，说明了什么？问题二：拆掉喇叭，再击鼓，发现小球跳动减弱，说明什么？问题三：改变击鼓的位置，小球跳动也发生变化，说明什么？问题四：更换橡皮膜为薄塑料膜或者厚橡皮膜，再次击鼓，分别发生什么现象？说明什么？整个对比实验过程建立在小组合作探究的基础上，组内成员交流讨论、集思广益，记录实验现象，分析实验结论，解决探究问题。在小组思维碰撞中，学生能够更为高效和轻松地落实任务：耳郭特殊结构赋予了它具有收集声波的作用，而鼓膜通过其薄而有弹性的结构特点，具有将声波转化为振动向大脑传递声音信号的功能，振动强弱决定了其向大脑发出的声音信号的差异。整个实验通透后，学生基本揭开了耳郭和鼓膜功能暗箱的神秘面纱，收效显著。在此基础上，教师还可以链接生活，衍生更多问题，进一步深化学生体验：水会流进鼓膜吗？鼓膜会破吗？为什么要定期清洁耳朵？通过对这类问题的释疑，加强科学与生活的联系，从结构与功能概念层面帮助学生树立保护耳朵的意识。

（三）拓展学习，发挥暗箱功能

在探究过耳郭和鼓膜的结构与功能后，教师出示拓展阅读资料卡让学生阅读学习，建立对耳结构功能暗箱的整体认知。如听小骨、耳蜗、听觉神经相关资料，并在阅读了解基础上为学生播放人听到声音的动画视频，并让学生归纳总结声波在耳中的传递过程：声波由耳郭收集传递至耳道引发鼓膜振动，鼓膜振动再引发听小骨振动，随后由耳蜗形成听觉信号，信号由听觉神经传递至大脑，完成整个转化过程。同时，在结构与功能概念认知基础上，教师继续链接生活，升华耳的暗箱功能，从更多角度完成本课次的研究，拓展学生学习经验，并助力其完成知识迁移运用，践行知行合一。例如，哪些生活行为会导致鼓膜损伤？制作一个保护耳朵的建议书。观察医生听诊器的结构，解释其工作原理，課下搜集相关资料，自制一个听诊器。这些实践任务，不仅可以进一步凸显结构与功能概念学习的现实价值，还能深入激发学生科学探究兴趣，促进其科学核心素养发展。

四、结语

综上所述，从“结构与功能”大概念教学角度整合生命科学教育资源，生成由表及里、由易入难的结构化探究活动，在实验探究、任务驱动中帮助学生了解生命系统结构与功能之间的关系，锻炼其反向推理、对比验证等诸类科学探究思维和能力，在彰显科学课程魅力的同时，还能为学生核心素养发展搭建多元支架，这是《课程标准》指导下一线科学教师亟须掌握的教学方法。

参考文献

[1]朱凯.5E教学模式培养结构与功能观的实践设计[J].中学课程辅导，2022（31）：51-53.

[2]高云峰.科学教育中的跨学科概念：结构与功能[J].湖北教育（科学课），2022（9）：5-9.