基于情境教學(xué)的生命觀念教育

陳 紅 林修愚

（1.福州第八中學(xué)，福建 福州 350001；2.福州市教育研究院，福建 福州 350001）

2018年高考理科綜合全國(guó)卷I試卷第8題B選項(xiàng)“酶是一類(lèi)具有高選擇性催化性能的蛋白質(zhì)”，在化學(xué)學(xué)科教師看來(lái)沒(méi)大的問(wèn)題，化學(xué)學(xué)科對(duì)于酶沒(méi)有細(xì)分，強(qiáng)調(diào)的是酶的高催化性。而生物學(xué)科教師關(guān)注的是例外，因?yàn)椤敖^大多數(shù)的酶是蛋白質(zhì)，極少數(shù)是RNA”。生物學(xué)與化學(xué)同屬科學(xué)課程，為何在同一個(gè)概念的認(rèn)知會(huì)出現(xiàn)偏差？由此引發(fā)筆者的思考，為什么生物學(xué)概念、規(guī)律經(jīng)常有例外？本文以人教版《生物·必修1·分子與細(xì)胞》“蛋白質(zhì)”單元教學(xué)為例，闡述通過(guò)創(chuàng)設(shè)合理的教學(xué)情境，促進(jìn)生命觀念教育在高中生物學(xué)課堂教學(xué)中開(kāi)展。

一、生命觀念教育中開(kāi)展情境教學(xué)的必要性

“生命觀念”是生物學(xué)核心素養(yǎng)的基礎(chǔ)和支柱，其中蘊(yùn)含著生物學(xué)基本的方法和原則，是學(xué)生學(xué)習(xí)生物學(xué)知識(shí)的基礎(chǔ)。高中生物學(xué)課程高度關(guān)注學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程中的實(shí)踐經(jīng)歷，強(qiáng)調(diào)學(xué)生的主動(dòng)參與。基于情境的課堂教學(xué)，有利于引導(dǎo)學(xué)生分析問(wèn)題、解釋問(wèn)題，從而習(xí)得相關(guān)的生物學(xué)概念、原理，領(lǐng)悟生命觀念中諸如生物的物質(zhì)觀、結(jié)構(gòu)與功能觀、生物信息觀等，讓學(xué)生用生物學(xué)觀點(diǎn)與方法認(rèn)識(shí)生物的多樣性和統(tǒng)一性，促進(jìn)科學(xué)的自然觀和世界觀的形成。

1.基于認(rèn)識(shí)論的角度分析情境教學(xué)的必要性

中學(xué)生物學(xué)課程是一門(mén)科學(xué)課程，除了具備一般科學(xué)課程特點(diǎn)外，還具有學(xué)科獨(dú)特的特點(diǎn)，如生物學(xué)概念主要是實(shí)驗(yàn)、觀察、比較和歸納的結(jié)果，不是僅僅通過(guò)邏輯推理得到的。［1］但是歸納和概括無(wú)法窮盡復(fù)雜多樣的生命世界，通過(guò)歸納獲得的生物學(xué)概念和規(guī)律常有例外的存在。［2］缺乏學(xué)習(xí)情境所習(xí)得的生物學(xué)概念易導(dǎo)致學(xué)生對(duì)概念做絕對(duì)的理解，忽略了概念形成過(guò)程與條件，只記得最終的結(jié)論，在應(yīng)用中容易生搬硬套。生命觀念的建立是以生物學(xué)概念為基礎(chǔ)的，因此，在高中生物學(xué)教學(xué)中有必要進(jìn)行情境教學(xué)，促進(jìn)學(xué)生基于生物學(xué)概念，建立生命觀念。

2.基于課程基本理念分析情境教學(xué)的必要性

《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017版）》（下文簡(jiǎn)稱(chēng)課程標(biāo)準(zhǔn)）明確提出以“生命觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究和社會(huì)責(zé)任”等學(xué)科核心素養(yǎng)為宗旨，教學(xué)內(nèi)容聚焦大概念，教學(xué)過(guò)程關(guān)注學(xué)生主動(dòng)參與，重視學(xué)生動(dòng)手、動(dòng)腦的實(shí)踐活動(dòng)。要求教師圍繞生物學(xué)大概念組織教學(xué)活動(dòng)，通過(guò)創(chuàng)設(shè)合理的教學(xué)情境，指導(dǎo)學(xué)生思考、討論、資料分析及探究實(shí)驗(yàn)等，有利于學(xué)生建立、理解和應(yīng)用生物學(xué)概念，建立生命觀念。

3.基于學(xué)生應(yīng)試能力分析情境教學(xué)的必要性

以2015年高考理綜福建卷第4題為例，下圖為某人工魚(yú)塘食物網(wǎng)及其能量傳遞示意圖（圖中數(shù)字為能量數(shù)值，單位是J.m-2.a-1）。下列敘述正確的是（ ）。

A.該食物網(wǎng)中最高營(yíng)養(yǎng)級(jí)為第六營(yíng)養(yǎng)級(jí)

B.該食物網(wǎng)中第一到第二營(yíng)養(yǎng)級(jí)的能量傳遞效率為25%

C.太陽(yáng)魚(yú)呼吸作用消耗的能量為1357J.m-2.a-1

D.該食物網(wǎng)中的生物與無(wú)機(jī)環(huán)境共同構(gòu)成一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)

不少考生在考場(chǎng)上不加思索地把B選項(xiàng)排除了，究其原因是教師在教學(xué)中過(guò)于關(guān)注生物學(xué)中的一般結(jié)論，忽視了生物學(xué)規(guī)律的例外性，使得學(xué)生對(duì)“十分之一定律即生態(tài)系統(tǒng)中能量流動(dòng)的傳遞效率大約為10%～20%”印象深刻。如果能創(chuàng)設(shè)具體的教學(xué)情境，讓學(xué)生計(jì)算某一營(yíng)養(yǎng)級(jí)的能量傳遞效率，或許學(xué)生就不會(huì)丟分了。

二、創(chuàng)設(shè)恰當(dāng)?shù)慕虒W(xué)情境，落實(shí)生命觀念教育

課程標(biāo)準(zhǔn)中有關(guān)“蛋白質(zhì)”單元教學(xué)內(nèi)容是“概念1細(xì)胞是生物體結(jié)構(gòu)與生命活動(dòng)的基本單位”“1.1細(xì)胞由多種多樣的分子組成，包括水、無(wú)機(jī)鹽、糖類(lèi)、脂質(zhì)、蛋白質(zhì)和核酸等，其中蛋白質(zhì)和核酸是兩類(lèi)最重要的生物大分子”“1.1.6闡明蛋白質(zhì)通常由20種氨基酸分子組成，它的功能取決于由氨基酸序列及其形成的空間結(jié)構(gòu)，細(xì)胞的功能主要由蛋白質(zhì)完成”課程標(biāo)準(zhǔn)對(duì)有關(guān)“蛋白質(zhì)”單元的學(xué)業(yè)要求是，學(xué)生能夠基于結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)這一觀點(diǎn)，解釋細(xì)胞由多種多樣的分子組成，這些分子是細(xì)胞執(zhí)行各項(xiàng)生命活動(dòng)的物質(zhì)基礎(chǔ)，主要發(fā)展學(xué)生的生命觀念與科學(xué)思維素養(yǎng)。

基于課程標(biāo)準(zhǔn)的教學(xué)內(nèi)容要求及其學(xué)業(yè)要求，“蛋白質(zhì)”單元教學(xué)目標(biāo)是：①闡明蛋白質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及基因指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成過(guò)程，初步建立物質(zhì)觀、結(jié)構(gòu)與功能觀、信息觀、進(jìn)化觀等生命觀念；②構(gòu)建蛋白質(zhì)在細(xì)胞的分布模型，理解蛋白質(zhì)種類(lèi)、功能的多樣性決定了生物的多樣性與特異性，認(rèn)同蛋白質(zhì)是生命活動(dòng)的主要承擔(dān)者，深刻領(lǐng)悟生命體的結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的生物學(xué)觀點(diǎn)。

為了達(dá)成“蛋白質(zhì)”單元教學(xué)目標(biāo)，筆者創(chuàng)設(shè)下列不同的教學(xué)情境。

1.基于物質(zhì)觀創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境

辯證唯物主義認(rèn)為世界是物質(zhì)的，世界上的所有物體都是由物質(zhì)構(gòu)成的，生物體也不例外。在自然環(huán)境中可以找到構(gòu)成生物體的所有元素，生物體總是不斷地與外界環(huán)境進(jìn)行物質(zhì)交換，蛋白質(zhì)、核酸等生物大分子雖是生命活動(dòng)所特有的，也只是物質(zhì)存在的形態(tài)、功能及化學(xué)特性不同而已。［3］由此，認(rèn)識(shí)生命必須從認(rèn)識(shí)生命的物質(zhì)性開(kāi)始。

情境1以血紅蛋白質(zhì)為例，指導(dǎo)學(xué)生復(fù)習(xí)有關(guān)蛋白質(zhì)的知識(shí)內(nèi)容：①蛋白質(zhì)中還可能含有什么元素？②氨基酸的結(jié)構(gòu)有什么特點(diǎn)？③概述氨基酸的脫水縮合的過(guò)程。④多肽鏈與蛋白質(zhì)有何區(qū)別？

情境2提供相關(guān)資料：①血紅蛋白由4條多肽鏈（4個(gè)亞基）構(gòu)成，兩條α鏈和兩條β鏈共574個(gè)氨基酸構(gòu)成，每個(gè)亞基均有一個(gè)血紅素輔基。②胰島素由A、B兩條肽鏈組成，人胰島素的A鏈有11種21個(gè)氨基酸，B鏈有15種30個(gè)氨基酸，共16種51個(gè)氨基酸組成。③免疫球蛋白G是血清中最基本的一類(lèi)抗體，由4條多肽鏈共660個(gè)氨基酸構(gòu)成。要求學(xué)生基于“血紅蛋白、胰島素、免疫球蛋白G”等不同蛋白質(zhì)分子的組成差異，概括形成“組成不同的蛋白質(zhì)的氨基酸的種類(lèi)、數(shù)目、排列順序不同，肽鏈的盤(pán)曲、折疊方式及其形成的空間結(jié)構(gòu)不同，蛋白質(zhì)具有結(jié)構(gòu)多樣性，結(jié)構(gòu)不同決定了功能不同”等概念。

通過(guò)情境1與情境2，幫助學(xué)生習(xí)得有關(guān)蛋白質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)等知識(shí)，讓學(xué)生明確作為生命活動(dòng)的主要承擔(dān)者——蛋白質(zhì)的物質(zhì)特性，蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)不同導(dǎo)致功能的差異，領(lǐng)悟生命的物質(zhì)性，促進(jìn)學(xué)生建立物質(zhì)觀。

2.基于結(jié)構(gòu)與功能觀創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境

生物體結(jié)構(gòu)與功能的統(tǒng)一是自然選擇的結(jié)果，也是生物多樣性與特異性的基礎(chǔ)，生物體任何功能都需要一定的結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。［4］許多學(xué)生能說(shuō)出“膜的主要成份是磷脂和蛋白質(zhì)”，但對(duì)于不同的細(xì)胞功能與其膜上的蛋白質(zhì)種類(lèi)、特點(diǎn)沒(méi)能建立起聯(lián)系，缺乏結(jié)構(gòu)與功能觀。

情境3：要求學(xué)生畫(huà)出細(xì)胞各部位上有關(guān)蛋白質(zhì)的種類(lèi)及分布模型。

圖1 蛋白質(zhì)在細(xì)胞中的分布模型

蛋白質(zhì)是細(xì)胞的產(chǎn)物，分布于細(xì)胞的各個(gè)部分,是細(xì)胞中各種生命活動(dòng)不可或缺的物質(zhì)。通過(guò)構(gòu)建蛋白質(zhì)在細(xì)胞中的分布模型（如圖1），幫助學(xué)生歸納高中階段有關(guān)蛋白質(zhì)及其功能的知識(shí)，如細(xì)胞中的滑面型內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上是否分布與脂質(zhì)、糖合成的有關(guān)的酶、而粗面型內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上分布的酶、細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中分布的酶分別與什么生命活動(dòng)有關(guān)？細(xì)胞核中是否有酶的存在？不但將碎片化，零散的知識(shí)可視化、系統(tǒng)化，而且促進(jìn)學(xué)生更好地理解生命活動(dòng)是需要相應(yīng)的物質(zhì)與結(jié)構(gòu)的，促進(jìn)學(xué)生體驗(yàn)生物體結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)、生物體局部和整體相統(tǒng)一等生物學(xué)觀點(diǎn)。

3.基于信息觀創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境

生命現(xiàn)象的產(chǎn)生、生命活動(dòng)的進(jìn)行都離不開(kāi)信息傳遞。如生命的延續(xù)依賴(lài)于遺傳信息的復(fù)制、轉(zhuǎn)錄和翻譯，生物個(gè)體穩(wěn)態(tài)維持取決于神經(jīng)遞質(zhì)、激素等信息分子的作用。

情境4:正常人的血紅蛋白由574個(gè)氨基酸組成，其的序列是……纈-組-亮-蘇-脯-谷-谷-賴(lài)……鐮刀型貧血癥患者的血紅蛋白的氨基酸序列……纈-組-亮-蘇-脯-纈-谷-賴(lài)……二者之間僅有一個(gè)氨基酸發(fā)生了替換。請(qǐng)分析①蛋白質(zhì)合成由什么物質(zhì)控制的？描述蛋白質(zhì)合成的具體過(guò)程。②分析蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)多樣性的根本原因是什么？

幫助學(xué)生從遺傳物質(zhì)的“信息流”角度分析蛋白質(zhì)與核酸的關(guān)系，理解生命歷程中基因選擇性表達(dá)的具體過(guò)程：特定的基因轉(zhuǎn)錄為mRNA，tRNA攜帶相應(yīng)的的氨基酸，與mRNA密碼子相互識(shí)別，經(jīng)脫水縮合形成多肽，mRNA上核糖核苷酸的序列決定了肽鏈的氨基酸組成及排列順序。由此可見(jiàn)，蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)多樣性的根本原因取決于基因的多樣性，促進(jìn)學(xué)生建立生物信息觀，加深對(duì)生命本質(zhì)的認(rèn)識(shí)。

4.基于進(jìn)化觀創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境

進(jìn)化思想和生態(tài)學(xué)思想是生物學(xué)的核心思想。本單元教學(xué)的最后環(huán)節(jié)是引導(dǎo)學(xué)生從蛋白質(zhì)分子角度理解生物的進(jìn)化。

情境5人體需氧組織（如心肌、腦等)乳酸脫氫酶（H型）的作用是催化乳酸轉(zhuǎn)變成丙酮酸；而在缺氧組織如骨骼肌、紅細(xì)胞，乳酸脫氫酶（M型）卻是催化丙酮酸還原成乳酸。為什么同是乳酸脫氫酶，卻有著截然不同的催化功效？

生物進(jìn)化的本質(zhì)源于種群基因頻率的定向改變，情境5中的乳酸脫氫酶實(shí)為乳酸脫氫同功酶，其是基因在表達(dá)過(guò)程中兩個(gè)不同的位點(diǎn)編碼的H(Heart)亞基和M(Mule)亞基以不同比例組成的。通過(guò)對(duì)乳酸脫氫同功酶原理的講解，幫助學(xué)生了解基因的分化是生物體為適應(yīng)復(fù)雜的代謝而引發(fā)的一種分子水平上的進(jìn)化，從微觀層面理解生物進(jìn)化的表現(xiàn)。

三、生命觀念教育中開(kāi)展情境教學(xué)的反思

情境教學(xué)的突出特點(diǎn)是學(xué)生參與學(xué)習(xí)的程度高，“以學(xué)定教”的課堂必然是以學(xué)生的學(xué)習(xí)來(lái)組織教學(xué)，這要求教師在教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)行為上作出相應(yīng)的改變。［5］

1.創(chuàng)設(shè)真實(shí)的問(wèn)題情境

基于生命觀念教育的高中生物學(xué)教學(xué)，情境創(chuàng)設(shè)應(yīng)該從關(guān)注“激發(fā)學(xué)習(xí)興趣”轉(zhuǎn)變?yōu)殛P(guān)注“問(wèn)題驅(qū)動(dòng)任務(wù)解決”，以真實(shí)的生物學(xué)問(wèn)題，如以科學(xué)事實(shí)、日常生活中與生物學(xué)有關(guān)的問(wèn)題作為情境，設(shè)計(jì)環(huán)環(huán)相扣的系列問(wèn)題，激發(fā)學(xué)生深入地認(rèn)識(shí)生物的物質(zhì)性、生物體結(jié)構(gòu)與功能的統(tǒng)一性、生命過(guò)程中復(fù)雜的信息交流，以及進(jìn)化觀與生態(tài)觀等，幫助學(xué)生理解生命的本質(zhì)，形成科學(xué)的自然觀與世界觀。

2.搭建對(duì)話(huà)互動(dòng)平臺(tái)

在高度信息化的今天，學(xué)習(xí)是基于情境的信息深度加工與知識(shí)建構(gòu)的過(guò)程，“教重要的在于聽(tīng)，學(xué)重要的在于說(shuō)”［5］。教師要善于搭建對(duì)話(huà)互動(dòng)的平臺(tái)，通過(guò)課堂上師生對(duì)話(huà)，生生對(duì)話(huà)，促進(jìn)學(xué)生對(duì)知識(shí)本質(zhì)的認(rèn)識(shí)。如充分利用教材中的“與生活的聯(lián)系”“與社會(huì)的聯(lián)系”等欄目，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用生物學(xué)知識(shí)分析生活中的生命現(xiàn)象；［6］實(shí)施模型建構(gòu)教學(xué)，以模型形式呈現(xiàn)知識(shí)內(nèi)在關(guān)聯(lián)，讓學(xué)生深刻領(lǐng)悟結(jié)構(gòu)與功能統(tǒng)一的生物學(xué)觀念；通過(guò)對(duì)問(wèn)題的探究，實(shí)現(xiàn)知識(shí)的連續(xù)建構(gòu)與有效的遷移，發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維。

基于情境教學(xué)的生命觀念教育，需要生物學(xué)科教師更新教育理念，整合教學(xué)資源，教學(xué)過(guò)程注重圍繞生物學(xué)大概念、重要概念，開(kāi)展探究性學(xué)習(xí)，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用生命觀念認(rèn)識(shí)生物的多樣性和統(tǒng)一性，理解、分析日常生活中的生命現(xiàn)象，進(jìn)而認(rèn)識(shí)生命的本質(zhì)。