本期荐读丨插图教学：基于科学思维培养的初中生物学插图教学/沈伟云

文章来源：沈伟云. 基于科学思维培养的初中生物学插图教学[J]. 生物学通报, 2022, 57(8): 21-25.

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《义务教育生物学课程标准（2022年版）》明确提出，生物学核心素养主要包括生命观念、科学思维、探究实践和态度责任。发展科学思维是培育学生理性思维、批判质疑、勇于探究等科学精神的重要途径。本刊2022年第8期刊发的《基于科学思维培养的初中生物学插图教学》一文充分发挥插图的教学功能，引导学生通过分析比较、迁移应用、模拟过程，敢于质疑、改进、拓展插图，进而培养学生的科学思维，是非常好的一篇教学实践与交流的文章，本期荐读。

沈伟云（浙江嵊州市教育体育局教研室）

科学思维是初中生物学学科核心素养的重要组成部分，插图是教材的第二语言。通过分析比较、迁移应用、模拟过程，敢于质疑、改进、拓展插图，培养学生的科学思维。

科学思维 初中 生物学 插图

科学思维是指尊重事实和证据，崇尚严谨和务实的求知态度，运用科学的思维方法认识事物、解决实际问题的思维习惯和能力。包括归纳与概括、演绎与推理、模型与建模、批判性思维、创造性思维。插图是指教科书中具有学科性、蕴藏丰富信息、辅助教学的图片、表格及曲线图等，是教科书内容的重要组成部分，具有形象、直观、简洁等特点。

心理学研究表明，大部分信息都是通过视觉而获得的。插图作为生物学教科书的第二语言，对文本材料起着十分重要的补充、诠释作用。但在实际教学中，许多教师只是运用插图来激发学生兴趣、加深学生对知识的理解，忽视了插图在培养学生科学思维方面的重要作用，没有充分发挥插图的教学功能，而插图在教材中所占篇幅巨大、内涵丰富，是培养学生科学思维的重要素材。

归纳与概括是指人脑在比较和抽象的基础上，把事物的各个组成部分、个别特性、个别方面综合成整体的过程。教师可在引导学生分析插图的基础上，通过比较，归纳出插图的共同点，然后概括出具有一般意义的生物学结论。

例如，在学习“常见的脊椎动物”时，《科学》（七年级下册）插图2-33脊椎动物的骨骼（图 1） 呈现了鱼、鸟、兔、蛙的骨骼，教师可在要求学生分析这些动物骨骼的基础上，寻找这些骨骼的共同点。学生很容易回答出它们的共同点是背部都有一条脊柱。然后对脊柱进行分析，发现脊柱是由许多块脊椎骨组成，进一步将具有脊椎骨的动物概括为脊椎动物，与之相对应的是无脊椎动物。

又如在学习“生物对环境的适应和影响”时，通过《科学》（九年级下册）插图 2-7 竹节虫（图 2），观察到竹节虫的形状与竹节或树枝非常相似；通过《科学》（九年级下册）插图 2-8 枯叶蝶（图 3），观察到枯叶蝶虽然翅的背面颜色很鲜艳，但在停息时双翅会合拢，翅的腹面向外，像一片枯叶。由此可归纳出“某些生物的外表形状或色泽斑，与其他生物或非生物异常相似”的共同点，教师可指出这是生物在长期的进化过程中逐渐形成的对环境的一种适应，进而概括出生物“进化与适应”的生命观念。

再如通过“变形虫的分裂生殖和水螅的出芽生殖”插图可归纳和概括出无性生殖特点和概念等。这些由生物学具体的事实和现象，归纳出共同点，进而概括成生物学概念和规律，既体现了进阶学习的课程理念，也有利于学生归纳与概括思维的培养。

演绎与推理就是从一般性的前提出发，通过推导（即演绎），得出具体陈述或个别结论的过程。教师可通过讲解或回答等形式让学生了解与插图相关原理，然后引导学生迁移应用生物学概念和规律，由原理指向现象逐次开展演绎推理。

例如，在学习“植物的感应性”时，教科书为了探究重力对植物茎和根的感应作用，设计了 《科学》（八年级上册）插图 3-3 蚕豆的发芽实验（图 4）：将浸泡过的已萌发的蚕豆种子摆放在广口玻璃瓶瓶壁和湿棉花之间，放置在温暖环境中，保持蚕豆种子湿润，几天后可观察到芽向上弯曲和根向下弯曲生长。为什么会出现这种现象？教师可先提示学生重力对植物根、茎生长的感应原理，然后引导学生进行演绎推理：在重力的作用下，植物近地侧生长素浓度比背地侧高，因为根对生长素较为敏感，所以近地侧根面由于生长素浓度高反被抑制生长，近地侧根面比背地侧根面生长慢，根向下弯，表现为向地性；而茎对生长素不敏感，近地侧茎由于生长素浓度高而生长快，茎向上弯，表现为负向地性。

在学习“胰岛素与血糖含量”时，教师可先呈现一个正常人“血糖含量在一天中基本上维持在90 mg/100 mL左右，没有出现很大波动”的事实， 引发学生思考原因，接着呈现《科学》（八年级上册）插图3-10人体内血糖含量的调节过程（图 5）。首先让学生回答胰岛素的作用，即胰岛素能促进人体吸收的葡萄糖储存在肝脏和肌肉内，减少血液中葡萄糖的含量。在此基础上引导学生推理：当血液中葡萄糖含量高于正常水平时，通过感受器作用，使得胰岛素分泌增加，胰岛素的作用可促使血糖含量下降；当血液中葡萄糖含量低于正常水平时，通过感受器作用，使得胰岛素分泌减少，血糖含量升高，从而使血糖维持在正常水平。通过推理，也较好地渗透了“稳态与平衡观”。

“体温的调节”插图也可组织学生开展演绎推理。在基于插图“演绎与推理”时，教师要提供给学生充裕的时间，鼓励学生通过思考与讨论去分析解决问题，培养学生迁移运用知识解决问题的能力，增强学生的推理能力，发展学生演绎与推理思维。

模型是人们为了某种特定目的而对认识对象所做的一种简化的概括性描述，建模是将所研究的对象或过程通过抽象、理想化、简化和类比等方法形成科学模型的过程。通过呈现直观形象的插图来模拟生理过程或生命现象，化抽象为具体，凸现教学重点，突破教学难点，加深学生对生物学概念的认知。

在学习“细胞的分裂、生长和分化”时，鉴于细胞微小肉眼不可见，对于初一学生而言，缺乏生活经验，细胞的分裂、生长、分化是个认知难点，因此，通过《科学》（七年级上册）插图2-17形象直观的细胞的分裂、生长和分化（图 6），有助于学生理解细胞分裂是指“1 个细胞分成２个细胞” 的过程；细胞生长是指刚分裂产生的子细胞通过吸收营养物质合成自身的组成物质，不断长大的过程；细胞分化是指有的子细胞发生变化，形成具有不同形态和功能的细胞的过程。

模拟实验也是培养学生系统思维与建模能力的一条重要途径。如《科学》（九年级下册）插图1-29米勒模拟原始大气产生有机物的实验装置 （图 7），重现了生物演化进程中无法再现的场景。1953年，美国生物学家米勒模拟原始地球环境条件，在密闭装置里充入甲烷、氨气、水和氢气，通过加热、放电等方法，合成氨基酸、有机酸和尿素等物质。通过该实验得出，在没有生命的自然条件下可以产生原始生命物质，并推论生命是在此基础上进化而来的。

又如“锥形罩内气球的变化来模拟膈的升降与呼吸”的插图，形象地说明了人的呼吸作用。通过模型方法，可将微观现象形象地呈现给学生，或生动地模拟生理发生过程，加深学生的感 性认识，破解学生的思维障碍，发展模型与建模的科学思维。

批判性思维是对自己或别人已有的思考和结论，采取批判的态度，进行理由充分、逻辑严密的反思，提出质疑，并进行独立分析的过程。教师在教学中，可通过创设情境，暴露学生的前概念，通过讨论，鼓励学生敢于质疑，提出自己的见解，结合教材插图，帮助学生解决问题。

学习“生命的起源”时，教师可让学生谈谈自己的看法，然后指出古代有人提出生物是由非生命物质自然产生的，如“腐草为萤”“腐肉生蛆”等。针对这种观点，1862年，巴斯德设计了如《科学》（九年级下册）图 1-28 所示的曲颈瓶实验（图 8），当曲颈存在时，煮沸的肉汤没有微生物，当“鹅颈” 打断后，肉汤中出现了微生物，证明了“腐肉生蛆” 是错误的，是空气中的微生物使汤腐败的，而不是汤腐败产生了微生物。通过该科学史，培养了学生敢于质疑的科学精神，也有利于发展学生设计实验来解决问题的创造性思维品质。

在学习“ 植物的呼吸作用 ”时 ，教科书按《科学》（八年级下册）图 3-79 证明植物进行呼吸的实验（图 9）开展实验，先将豆芽的外表水吸干，装入塑料袋内，用止水夹夹紧橡皮管，确保不漏气，在暗处放置一晚，观察塑料袋内壁是否出现水珠，接着移去夹子，将塑料袋内的空气通入澄清石灰水中，观察到石灰水变浑浊，由此说明豆芽通过呼吸作用产生了二氧化碳。该实验说明，除了萌发的种子，植物茎、叶等其他器官也能进行呼吸作用。在实验的交流和反思阶段，有学生提出在探究豆芽的呼吸作用时，缺乏对照组，应该设计经微波炉处理的豆芽作为对照组，以此说明活豆芽才有呼吸作用。

又如引导学生结合“比较一下不同食物所含能量的多少”实验插图提出问题。教师在教学中要鼓励学生不迷信教科书插图，要敢于提出问题，对于学生的质疑多做积极肯定、正向评价，然后引导学生一起分析插图，破解学生的迷思概念，发展学生的批判性思维。

创造性是指个体思维活动的创新精神或创造性特征，在实践中，除善于发现问题、思考问题外，更重要的是要创造性地解决问题。教师可通过引导学生对实验插图进行改进，或者拓展教科书插图的内涵，培养学生的创造性思维。

例如，在探究“ 光合作用除了制造有机物外，还有其他产物吗？”的问题时，教科书设计了《科学》（八年级下册）图 3-83 水生绿色植物所示的实验（图 10）。在实际教学中，存在金鱼藻等水生植物取材不方便、金鱼藻在清水中产生氧气的速度很慢、器材需实验室提供等问题。为此，可在学生查阅资料、讨论的基础上，利用生活中的矿泉水瓶，在校园内采集樟树、小叶女贞等新鲜枝条，将枝条装入瓶中，加入适量的水距瓶口5 mm 左右，使枝条浸没在水中；再加入少量碳酸氢钠，将瓶身挤瘪至水与瓶口齐平，盖上瓶盖并拧紧，在阳光下放置3 h 左右，产生的氧气将瘪的瓶身复原；然后用带火星的小木条进行实验。该实验的优点是采用了生活用品作器材，新鲜枝条采集方便，加入碳酸氢钠后实验效果较为明显，适合学生在家动手操作。

在学习“ 遗传与进化 ”时 ，《科学》（九年级下册）图 1-49 人类已步入后基因组时代（图 11）,这是教科书“基因”内容的拓展和深化，有助于对学生创造性思维的培养。教师可提出“人类基因组计划”有什么意义？它会带来什么问题？通过阅读材料，学生理解了基因研究可以帮助人们治疗心脑血管疾病、糖尿病、癌症等疑难疾病。在基因组全序列测定完成后，科学家对基因组的结构、表达、修复、功能等进行了研究，这些工作均体现了创造性的科学本质，让学生体会到人类基因组研究是需要创造性思维作为支撑的。

又如对动物呼吸实验插图的改进，以及无土栽培插图都较好地体现了创造性元素。心理学家认为，创造活动的本质特征是提供创造性产物。对于实验类的教科书插图，教师可在学生实验的基础上，分析利弊，进而改进实验方案，对于科技类插图，要积极挖掘其科技创新的本质，发展学生的创造性思维。

在基于插图发展学生科学思维的过程中，教师要注重科学思维之间的融合，即一幅插图可渗透多种思维的培养，也要重视插图与教科书文字、实验探究的融合，使其成为一个整体，提升科学思维发展的力度、深度，同时在教学中也要结合学生生活实际、社会热点、现代科技的进展，选取一些能助力学生科学思维发展的、更有意义的生物学图片。

本期排版：郭羽凡

本期责编：周津津