指向“结构与功能”的思维型课堂实践

作者: 夏晓峰

结构与功能是小学科学课程中非常重要的跨学科概念,教师在教学中要建立结构特征与其相应功能之间的解释。“植物与环境”单元的教学重点是,让学生在认识“生物与环境的相互关系”核心概念的过程中,理解生物能适应其生存环境。科学课程标准指出,要让学生理解生活在不同环境中植物的外部形态具有不同的特点,以及这些特点对维持植物生存的作用。因此,在该单元教学中,教师要让学生认识不同环境下植物的形态具有不同的特点,并能分析不同环境中植物的不同形态特点对其维持生存的作用,从而建立结构与功能之间的联系。

一、聚焦单元主题,建立联系

“植物与环境”单元的教学内容是以“总一分"的形式设置的,在起始课《不同环境中的植物》的教学中,首先聚焦不同植物的形态特点,将各种形态特点的植物与不同环境建立联系,如水瓶树高大粗壮、树叶稀疏,酷似一个巨大的水瓶,它的形态特点适宜生长在旱季和雨季分明的热带草原环境中。教师可以提供植物与环境的资料,让学生在了解植物与环境的特点之后,交流讨论“这些植物适合生长在哪种环境中”,从而引出植物的形态与其生长环境有着密切的关系。

教学片段

师:今天老师给大家带来了一些植物,你们认识吗?(出示水瓶树、仙人柱、椰树、芭蕉和松树的照片)

师:这些植物与我们身边的植物相同吗?生:不同。

师:这些形态各异的植物各有什么特点呢?

生:水瓶树像个大瓶子;芭蕉的叶子特别的大;松树的叶子像针…

师:老师给大家带来了这些植物的资料卡,请同学们在小组中仔细阅读,并和你的同伴讨论交流这些植物的特点。

(学生在小组中阅读资料,交流植物的形态特点。)

生:水瓶树高大粗壮、树叶稀疏,远远看上去像一个大水瓶。

生:仙人柱长着许多锐利的棱,棱上长有尖刺。

生:椰树的叶子集中长在树干的顶端,树叶很大,长得像羽毛。

师:这些植物的形态真是各有特点。那它们为什么长得跟我们身边的植物那么不一样呢?

生:我觉得是这些植物的生长环境跟我们这里很不一样。

师:是的。你们看,这是沙漠、高山、热带草原和热带沿海四种环境,它们有什么特点呢?(课件出示四种不同环境的图片和资料介绍)

生:沙漠干旱,降水特别少,白天温度很高,晚上温度又很低。

生:高山上石头多、土壤少,气温很低,而且山顶还有很多雪。

生:热带草原的特点是降水比较集中,全年一半的时间下雨、一半的时间干旱。

生:热带沿海环境潮湿、全年气温都很高,海边还经常刮台风。

师:大家对这四种环境的特点都有了一定的认识,那刚才的5种植物分别适宜生长在哪种环境中呢?说说理由。

生:我们认为水瓶树适宜生长在热带草原环境,因为热带草原旱季和雨季分明,在雨季到来时它可以借助水瓶形状的树干在里面储存大量的水,以帮助它适应旱季的到来。

生:我们小组认为仙人柱和仙人掌虽然外形有差别,但它们的特点相似,所以仙人柱适合生长在沙漠环境中。

师:仙人柱的什么特点能够让它适应沙漠的环境呢?

生:仙人柱形态很肥厚,应该有很多的水分,而且它表面有一层蜡质,可以防止里面的水分蒸发。还有,它的叶子长的像针,也可以防止水分蒸发。

师:看来仙人柱的形态特点可以让它适应沙漠环境。那其他植物呢?

生:芭蕉叶片很多,而且是长圆形的,十分宽大,这样的形态一定需要大量的水分,所以我们认为它适合生长在水分充足的热带沿海环境。

师:分析得很有道理。

生:我们发现椰树长得比较高大,而且叶子都长在树的顶端,树叶虽然很大,但长得像羽毛一样,我们觉得它的形态特点一定能够适应热带沿海经常刮台风的环境。

生:我们认为雪松的叶子像针,可以减少水分的蒸发,能够适应干燥的环境,而且它的树枝从下往上环绕树干向外生长,将树干包裹得严严实实,非常耐寒,所以它能够适应高山环境。

师:看来植物的形态与其生长环境有着密切的关系。

教师引导学生关注这5种植物与身边植物有什么不同,将他们的关注点引向这些植物特殊的形态特点,并猜测其与身边植物有着不同特点的原因,从而让他们初步意识到这些形态特点与其生长环境有关。教师将教学主题聚焦到“植物与环境”上,为后续教学不同环境中植物的生存本领做好了铺垫。

二、引出关键问题,提出猜想

结合教材的安排,学生后续将对寒冷环境、干旱环境、水环境和石头环境中植物的生存本领分别进行研究,针对植物形态特点和环境特点之间的关系理出关键问题,并提出猜想,为后续研究明确方向。教师要引导学生对这几种环境的特点有充足的认识后,借助不同环境的特殊性引出关键问题“探秘耐寒植物是如何适应寒冷环境的"“沙漠中的植物是怎么适应干旱环境的”“水里植物适应环境的本领有哪些”“为什么植物可以生长在石头上”,这些问题都指向植物形态特点与环境特点之间的关系,再组织学生猜测植物是如何适应其生存环境的。

教学片段

师:(出示多幅冬天的场景图)图片中描述的是哪个季节?

生:冬天。

师:冬天的环境有什么特点?

生:冬天特别寒冷。

生:冬天还特别干燥。

师:这是冬天学校附近的两棵树,它们有什么不一样呢?(出示冬天里常绿树和落叶树的图片)

生:一棵树的叶子已经全部掉光了,另外一棵树的叶子还是绿色的。

师:是呀,很奇怪。都是在冬天的寒冷环境中,为什么一棵树的叶子掉光了,另一棵树的叶子却还是绿色的呢?

生:我知道有些树就是依靠掉光身上的叶子来适应冬天寒冷环境的。



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师:能具体说说吗?

生:因为冬天寒冷干燥,为了减少水分的蒸发,有些树就选择将自己的叶子掉光。

师:确实如此,那为什么有些树却不掉光叶子呢?它们又是如何适应冬天寒冷、干燥的环境的呢?

生:我们观察过两种树的叶子,落叶树的叶子比较薄,水分不多;而常绿树的叶子都比较厚实,里面的水分肯定更多,我们猜测这就是适应寒冷、干燥环境的秘诀。

生:我们还发现常绿树的叶子表面会有一层油油的东西,应该可以帮助它减少叶子中水分的蒸发,从而让它适应寒冷、干燥的环境。

师:大家观察得很仔细,对耐寒植物适应寒冷环境的本领有了自己的猜想。

植物通过掉光叶子来适应寒冷、干燥的环境是学生习以为常的自然现象,通过与耐寒植物的对比,引出“耐寒植物如何适应寒冷、干燥环境"的关键问题后,教师组织学生猜测,将植物适应环境特点的原因引向对叶子形态特点的研究。其他三种环境下植物适应生存的本领也可以通过类似的形式教学。

三、设计实验验证,寻找证据

在教学中,有的教师会直接告知学生如何做实验,通过实验现象得出科学结论,然而这样的教学只是让学生浅层次地做实验,缺乏探究的味道,他们很难真正构建结构与功能之间的联系,不利于其科学思维的发展。教学中结合每一个关键问题,学生作出了合理的猜想,教师要适时引导他们设计实验、开展探究和收集信息,从而获取证据证明猜想。在这个过程中,设计的实验方案越清晰、操作步骤越详尽,通过实验探究获取的证据信息才越可靠,才能进一步强化证据意识。

教学片段

师:大家都认为仙人掌和芦荟能够适应沙漠环境,并且通过观察,发现仙人掌的茎和芦荟的叶都非常厚实,猜测里面有很多的水分,能够使它们适应沙漠干燥的环境。同学们还发现仙人掌的茎和芦荟的叶的表面有一层蜡质,可以防止水分被蒸发。另外,仙人掌的叶长得非常细小,像针一样,同样可以防止水分蒸发。这些都是大家结合仙人掌和芦荟的形态特点作出的猜想,然而我们的猜想正确吗?请大家在小组中针对刚才的几种猜想共同设计实验,并寻找能够证明猜想的证据。

(学生小组交流讨论实验方案。)

生:我们猜想仙人掌的茎和芦荟的叶厚实的形态里面一定有很多水分,它们身体里的水分可以帮助它们适应干燥的环境。我们可以用小刀切开它们,然后用勺子挤压并观察。

师:好办法。在这个实验中我们重点要观察什么呢?

生:观察它们内部有没有充足的水分。

师:如果有充足的水分能够说明什么呢?

生:可以说明它们身体内的水分可以帮助它们适应沙漠干燥的环境。

师:设计很合理,那其他小组呢?

生:我们猜测仙人掌的茎和芦荟的叶表面有一层蜡质能够防止身体里的水分蒸发,而且仙人掌的叶非常细小,也可以防止水分蒸发。

师:是的,这都是你们的猜测。你们怎么设计实验验证表面的蜡质和细小的形态可以防止水分蒸发呢?

生:我们小组设计用三张同样的湿巾纸,一张平铺在桌面上,一张卷起来放在桌面上,还有一张卷起来后用蜡纸包住也同样放在桌面上,然后用吹风机同时对着三张湿巾纸吹1分钟后,观察三张湿巾纸的干湿情况。

师:在这个实验中你们需要寻找什么证据呢?

生:我们预想实验的结果是平铺的湿巾纸最干,卷起来的湿巾纸干湿程度中等,而卷起来并包裹蜡纸的湿巾纸是最湿的,如果出现这个现象就能够证明仙人掌和芦荟的形态特点能够让它们适应沙漠干燥的环境。

师:你们的设计非常完整,也明确了实验中重点需要寻找什么样的证据。

教师引导学生结合猜想设计实验,明确在实验中需要寻找什么样的证据才能证明猜想准确与否,如设计实验验证仙人掌和芦荟表面的蜡质和细小针状的叶子是否可以防止水分蒸发。教师需要让学生明确实验中需要观察哪种状态下的湿巾纸水分蒸发得慢,这些现象是在接下来的实验中需要寻找的证据,从而让他们树立证据意识,明确实验目的,构建植物结构与其功能之间的联系。

四、展开推理论证,建立解释

教师引导学生结合实验中寻找到的证据,开展推理论证,将植物的形态特点与其适应不同环境特点的功能建立合理的解释,从而建构结构与功能的跨学科概念。当然,学生在实验中收集到了许多信息,而这些信息能不能作为验证猜想的证据,还需要进行辨析。这样的教学方式强调用实验中的证据来验证之前的猜想,通过师生共同论证,发展学生科学论证能力。

教学片段

师:刚才大家在小组中对仙人掌的茎和芦荟的叶进行了研究,你们有什么发现呢?

生:我们发现它们都比较厚实,猜测里面含有大量的水分,然后将它们切开,并用勺子挤压,发现里面有很多像果肉一样的东西,而且含有很多水分。

师:这个发现能说明什么呢?

生:说明它们厚实的形态特点能够提前储存大量的水分,使其能够适应之后干旱缺水的沙漠环境。

师:有的小组用湿巾纸模拟仙人掌细小针状的叶子,你们有什么发现呢?

生:我们发现,平铺的湿巾纸已经完全干了,卷起来的湿巾纸外面已经干了,但打开后中间还是潮湿的,而卷起来并包裹一层蜡纸的湿巾纸打开后依然是潮湿的。

师:这样的发现能说明什么呢?

生:卷起来的湿巾纸模拟的就是仙人掌细小针状的叶子,从实验现象可以发现仙人掌细小针状的叶子可以很好地保护身体内的水分。

生:卷起来并包裹一层蜡纸的湿巾纸模拟的是仙人掌茎和芦荟叶表面的一层蜡质,实验现象足以证明它们表面的蜡质可以防止身体内部的水分蒸发。

师:大家都有了很多的发现。请大家与你的伙伴交流,解释干旱环境中植物的生存本领都有哪些。

学生通过对“沙漠中的植物是怎么适应干旱环境的”这个关键问题的猜测,提出植物具有储存水分并且能够减少水分流失的本领的想法,然后观察研究仙人掌和芦荟的形态特点,设计实验验证它们厚实的体内可以储存水分,表面的一层蜡质可以防止储存的水分蒸发,并且细小针状的叶子也可以减少水分的流失。最后,教师引导学生将沙漠里植物的形态特点与沙漠中干旱的环境特点建立联系,尝试解释它们适应环境的本领,从而建构结构与功能的跨学科概念。

(作者单位:江苏省南京市江宁开发区学校)



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