跨学科视阈下基于论证式教学的教学设计
摘要：本文基于“鱼类的呼吸”一节内容，围绕“鱼类的呼吸方式与生活环境相适应”展开论证，融合现代科技引导学生开展跨学科实践。本课教学设计主要包括：学生通过观察鱼的呼吸方式，提升探究能力；通过分析鱼鳃结构，理解鱼类具有适应其生活方式和环境的相关结构；利用溶解氧传感器探究鱼的呼吸过程，提高信息技术水平；通过分析前沿科学，引入仿生学教学，构建模型并进行跨学科实践。学生在教学过程中运用所学知识解决实际问题，加深对知识的理解，提升自身的跨学科实践能力。
关键词：跨学科教学；论证式教学；鱼类的呼吸
文章编号：1003-7586（2024）10-0029-04中图分类号：G633.91文献标识码：B
《义务教育生物学课程标准（2022年版）》（以下简称《义教课标》）明确提出“教学过程重实践”，探究实践是培养创新型人才的重要方法，而发现问题、获得证据、分析证据的过程是其关键环节。论证式教学是在教学过程中，采用科学论证的教学策略，通过观察，查阅资料，结合实验数据等证据论证、修正、完善主张，加深学生对现象和其本质的理解，促进学生批判、审视、质疑、论证等科学思维的发展。［1］论证式教学框架是由问题引出的，根据已有的经验或相关材料形成科学问题的初步主张，再依据科学史、事实或科学探究等证据进行推理，呈现由证据支持的主张。［2］收集证据和运用证据进行质疑、判断、解释的学习过程，就是利用不同学科的知识和方法解决真实复杂问题的过程。［3］当今，生物学与现代科技融合的跨学科教学实践既是时代发展的要求，又为中学生物学课堂教学提供了全新的思路。教师从初中生物学教学实际出发，在培养学生结构与功能观的教学中渗透仿生的内容，既有利于帮助学生加深对生物学知识的理解，提高学生的主观能动性，又有利于激发学生的创造灵感，拓宽解决问题和创新实践的路径。
1概念分析及设计思路
“鱼的呼吸”是北京版义务教育教科书《生物学·七年级·下册》第六章“生物的呼吸”第三节的内容，主要讲述鱼类的呼吸与水生环境相适应。该节内容不仅介绍了脊椎动物的呼吸结构特点，也从结构与功能、进化与适应的角度，通过观察、比较和分类，归纳概括脊椎动物的结构与其生活环境相适应的特征。本节课利用实际生活素材，基于证据引导学生通过观察、资料分享、探究实验、仿生应用等方法建立结构与功能观、进化与适应观以及生态观等生命观念。《义教课标》对本部分的表述是“次位概念2.2.4脊椎动物都具有适应其生活方式和环境的主要特征”。该次位概念也指向了“运用生物学、物理、技术、工程学等学科概念，选择恰当的材料，设计并制作模型，直观表征相应的结构和功能，提升探究实践能力”的相关要求，促进学生跨学科实践能力的培养。本节论证式教学的模型如图1所示。
2教学目标
（1）通过观察鱼口与鳃盖的开合情况，体验鱼的独特呼吸方式以及水流在鱼口和鳃盖的流动情况，从生命活动中体会生物的呼吸行为，分析鱼口与鳃盖对鱼类的意义，初步形成基于证据和逻辑分析问题的思维习惯。
（2）通过观察鱼鳃的位置、形状、颜色及显微结构，了解鱼鳃获取氧气的结构特点，初步培养结构与功能观、进化与适应观。
（3）通过溶解氧数字传感器探究鱼的呼吸过程中水中氧气含量的变化，培养基于证据和逻辑分析问题的思维方法。
（4）构建仿生模型，分析前沿科学事实，运用生物学、仿生学和其他学科知识、方法，采用工程学技术手段，进行模型设计、制作改进，形成物化成果，将解决问题的想法付诸实践，逐步提升实践创新能力，培养跨学科实践能力。
3教学过程
本节课程的教学环节设计如图2所示。
3.1导入环节，提升探究能力
教师提出问题：鱼类不断地张口、闭口，鱼口的开合与鳃盖的开合是同时进行的吗？
学生主张：①不是同时进行的；②鱼口的开合与鳃盖的开合由于运动太快，无法观察清楚。
寻找证据：①借助电子设备，通过录制视频再慢放的方式进一步观察；②更换观察材料，选择呼吸频率较慢的鱼，进一步观察；③小组合作，一人观察鱼口张开，另一人观察鱼口闭合并记录。
完善修正主张：鱼口的开合与鳃盖的开合是交替进行的。
3.2分析鱼鳃结构，构建结构与功能观
教师提出问题：鱼口不断开合只是在不停地喝水吗？在鱼的口前方滴入几滴无毒墨汁或蔬菜汁，会发生什么现象？
学生主张：①为了进食；②为了喝水；③为了呼吸。
寻找证据：①在鲫鱼的口前方滴入几滴火龙果汁，红色水流不断从鱼口进入，从鳃盖处流出，说明鱼没有进食，也不是为了喝水；②无毒墨汁或蔬菜汁成束状进入鱼口，呈弥散状从鳃盖排出，说明水流在鳃盖处进行了停留，流出时有一定的压力。
完善修正主张：鱼不断地张口是为了不断地呼吸，水流从鱼口进入，从鳃盖排出，水流在鳃盖下方会短暂停留，能够使水流与鱼鳃充分接触。
教师提出问题：鱼鳃的位置、形状、颜色分别如何？
学生主张：①鱼