應(yīng)用遞進(jìn)式問題突破生物學(xué)學(xué)習(xí)難點的設(shè)計與思考
——以“細(xì)胞外液的滲透壓”為例

林豐開

（永春縣美嶺中學(xué)，福建 泉州 362618）

由于學(xué)生認(rèn)知水平、學(xué)習(xí)能力的不同，幾乎每一節(jié)高中生物學(xué)教學(xué)內(nèi)容皆有學(xué)生不易理解與掌握的概念及方法等學(xué)習(xí)難點，為了幫助學(xué)生突破學(xué)習(xí)難點，教師應(yīng)指導(dǎo)學(xué)生運用“行之有效”的學(xué)習(xí)方法，否則不僅無法達(dá)成學(xué)習(xí)目標(biāo)，還會給學(xué)生日后學(xué)習(xí)造成困擾，不利于生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的形成與發(fā)展。在高中生物學(xué)教學(xué)實踐中，筆者嘗試設(shè)計遞進(jìn)式問題，搭建學(xué)習(xí)“腳手架”，引導(dǎo)學(xué)生在解決問題過程中逐層“跨越”，突破學(xué)習(xí)難點。

一、概述遞進(jìn)式問題

遞進(jìn)式問題是指圍繞學(xué)生學(xué)習(xí)難點，創(chuàng)設(shè)一系列由易到難、由淺入深、逐步遞進(jìn)的情境化問題。這種情境化問題以具體、生動、形象等形式呈現(xiàn)學(xué)習(xí)難點，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)學(xué)習(xí)動力，促使學(xué)生在自主、合作學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，在“饒有趣味”地解決遞進(jìn)式問題的過程中，實現(xiàn)對生物學(xué)學(xué)習(xí)難點的領(lǐng)悟與突破，自主建構(gòu)知識，發(fā)展學(xué)科核心素養(yǎng)。［1］

研究表明，遞進(jìn)式問題教學(xué)相較于講授式教學(xué)，有助于學(xué)生深入地思考、印象深刻、理解到位且能長久地記憶。遞進(jìn)式問題的質(zhì)量越高，啟發(fā)學(xué)生思考與探究的效果越強(qiáng)，有助于學(xué)生有效習(xí)得知識，提升解決問題的能力。［2］

二、例析遞進(jìn)式問題設(shè)計與教學(xué)

現(xiàn)以2020 年版人教社《高中生物學(xué)·選擇性必修1·穩(wěn)態(tài)與調(diào)節(jié)》（下文簡稱教科書）第1 章第1 節(jié)“細(xì)胞生活的環(huán)境——細(xì)胞外液的滲透壓”教學(xué)為例，闡述遞進(jìn)式問題教學(xué)。

（一）學(xué)習(xí)難點分析

細(xì)胞外液的滲透壓是指細(xì)胞外液中溶質(zhì)微粒對水的吸引力，它是細(xì)胞外液的三個主要的理化性質(zhì)之一。此概念抽象，學(xué)生難以理解與掌握，學(xué)習(xí)難度較大。在教學(xué)中，若僅利用示意圖或PPT 動畫呈現(xiàn)溶劑與溶質(zhì)兩者微粒之間的關(guān)系，則無法幫助學(xué)生直觀地理解兩者微粒數(shù)量關(guān)系。學(xué)生已于高中生物學(xué)必修1模塊學(xué)習(xí)了滲透作用原理，初步了解“滲透作用中溶液濃度是質(zhì)量百分比濃度”。而本節(jié)“細(xì)胞生活的環(huán)境”提出“影響細(xì)胞外液的滲透壓大小的溶液濃度是溶液的物質(zhì)的量濃度，即單位體積中溶質(zhì)微粒的數(shù)量，與微粒的大小無關(guān)?！边@是學(xué)生學(xué)習(xí)困難之處，也是必須突破的學(xué)習(xí)“瓶頸”。

（二）遞進(jìn)式問題教學(xué)

根據(jù)學(xué)生的認(rèn)知水平，創(chuàng)設(shè)一系列遞進(jìn)式問題情境，引導(dǎo)學(xué)生逐步深入地分析問題與解決問題，深刻理解“細(xì)胞外液的滲透壓”概念，突破學(xué)習(xí)難點。

1.認(rèn)識“溶液的滲透壓”概念

問題1：如圖1 在分別裝有等量清水、濃度為0.9%和10%的NaCl 溶液的燒杯中，放入適量的哺乳動物紅細(xì)胞，仔細(xì)觀察，一段時間后，紅細(xì)胞的形狀出現(xiàn)了怎樣的變化，為什么？請解釋原因。

圖1 不同濃度溶液中哺乳動物紅細(xì)胞的變化

創(chuàng)設(shè)該問題情境，幫助學(xué)生直觀、形象地認(rèn)識“紅細(xì)胞在不同濃度的溶液中出現(xiàn)吸水膨脹、形態(tài)不變及失水皺縮”等現(xiàn)象，引發(fā)認(rèn)知沖突，激發(fā)探究學(xué)習(xí)興趣，為學(xué)生建立“溶液的滲透壓”概念奠定基礎(chǔ)。

問題2：如圖2，溶液中水分子可以自由通過半透膜，其他分子均不能通過半透膜，請預(yù)測一段時間后，U 形管兩側(cè)液面高度的變化？實驗結(jié)果是這樣嗎？為什么？

圖2 U 形管滲透作用裝置

相較于問題1，問題2 的難度有所上升。多數(shù)學(xué)生能預(yù)測一段時間后U 形管兩側(cè)液面高度不變。但是，分組實驗時，則發(fā)現(xiàn)實際情況并非如此。于是，教師引導(dǎo)學(xué)生閱讀課本相關(guān)內(nèi)容，幫助學(xué)生理解“決定溶液的滲透壓大小的是物質(zhì)的量濃度”。通過閱讀、實驗、小組討論，學(xué)生得出：U 形管左側(cè)液面下降、右側(cè)液面升高的正確結(jié)論。因為U 形管兩側(cè)溶液的百分比濃度相等，葡萄糖的相對分子質(zhì)量約為蔗糖的1/2，U 形管右側(cè)溶液的葡萄糖分子數(shù)約為左側(cè)溶液的蔗糖分子數(shù)的2 倍，因此，右側(cè)的葡萄糖分子對水分的吸引力大于左側(cè)的蔗糖分子，也就是右側(cè)溶液滲透壓大于左側(cè)，水分從U 形管左側(cè)滲透到右側(cè)，導(dǎo)致右側(cè)液面升高。由此，學(xué)生建立溶液滲透壓概念，溶液的滲透壓是溶液中溶質(zhì)微粒對水的吸引力，滲透壓的大小取決于物質(zhì)的量濃度，即單位體積溶液中溶質(zhì)微粒的數(shù)目，溶質(zhì)微粒越多，物質(zhì)量的濃度越大，滲透壓越大。溶液滲透壓與微粒的大小無關(guān)。

2.突破“血漿、細(xì)胞外液的滲透壓影響因素”學(xué)習(xí)難點

教科書指出：無機(jī)鹽、蛋白質(zhì)的含量是形成血漿的滲透壓的主要因素。形成細(xì)胞外液的滲透壓的來源中Na+和Cl-占90%以上。針對這一學(xué)習(xí)難點，引導(dǎo)學(xué)生分析、解決下列遞進(jìn)式問題，即可順利突破。

問題3：在問題2 裝置中，若葡萄糖分子和水分子能夠通過半透膜，蔗糖分子不能通過半透膜，而其他條件不變，仔細(xì)觀察一段時間后，U 形管兩側(cè)液面高度會發(fā)生變化嗎？

創(chuàng)設(shè)問題3 的意圖是要讓學(xué)生認(rèn)識到：蔗糖不能通過半透膜，因而對維持U 形管蔗糖一側(cè)溶液的滲透壓起著決定作用；而葡萄糖能夠通過半透膜，對U 形管兩側(cè)溶液滲透壓的影響則是相同的。問題3 的解題依據(jù)是：溶液的滲透壓大小取決于物質(zhì)的量的濃度。解題關(guān)鍵在于葡萄糖若能通過半透膜，則U 形管兩側(cè)液面高度將發(fā)生動態(tài)變化。由于學(xué)生已有問題2 的解答經(jīng)驗，很快就解決問題3 了。

在此基礎(chǔ)上，結(jié)合血漿、組織液各成分的含量，引導(dǎo)學(xué)生推理分析血漿滲透壓大小與細(xì)胞外液滲透壓大小的影響因素，即蛋白質(zhì)在血漿中的含量雖高達(dá)7-9%，因其是生物大分子，物質(zhì)量的濃度反而更小，多數(shù)血漿蛋白質(zhì)不能夠透過毛細(xì)血管進(jìn)入組織液，蛋白質(zhì)是形成血漿滲透壓的主要因素。無機(jī)鹽含量在血漿中雖僅約占1%，但由于其分子小，物質(zhì)的量濃度要比蛋白質(zhì)大得多，因而能夠自由地進(jìn)出毛細(xì)血管，無機(jī)鹽是形成血漿滲透壓的重要因素。細(xì)胞外液中，蛋白質(zhì)的含量相對較少，而無機(jī)鹽中Na+和Cl-的含量明顯占優(yōu)勢，因此，Na+和Cl-是形成細(xì)胞外液滲透壓的主要來源。以問題1、問題2 為基礎(chǔ)，通過類比推理，學(xué)生易于理解教科書給出的有關(guān)“血漿、細(xì)胞外液的滲透壓影響因素”的結(jié)論了。同時，也表明教師不能單純機(jī)械地“教教材”，應(yīng)挖掘教科書結(jié)論所蘊含的科學(xué)原理，學(xué)會“使用教材教”。

創(chuàng)設(shè)上述3 個遞進(jìn)式問題情境，引導(dǎo)學(xué)生推理分析、觀察實驗，促進(jìn)學(xué)生正確認(rèn)識“細(xì)胞外液的滲透壓”概念，建立穩(wěn)態(tài)與平衡觀，學(xué)會探究細(xì)胞滲透作用的實驗方法，發(fā)展邏輯思維能力，養(yǎng)成勇于質(zhì)疑的習(xí)慣。

3.應(yīng)用“細(xì)胞外液的滲透壓”概念解決實際問題

問題4：某電視臺在2020 年5 月11 日報道，因不法商販銷售以蛋白固體飲料冒充的嬰幼兒奶粉，導(dǎo)致部分依賴奶粉為營養(yǎng)的嬰幼兒出現(xiàn)“大頭”癥狀。請問“大頭”癥狀出現(xiàn)的原因是什么？（提示：低劣奶粉蛋白質(zhì)含量低。）

教師補(bǔ)充說明：組織水腫是指組織液過多而引起的全身或身體的一部分腫脹的癥狀，嬰幼兒頭部相對更大，水腫更明顯而顯現(xiàn)“大頭”癥狀。此外，低劣奶粉蛋白質(zhì)含量低。

創(chuàng)設(shè)問題4 情境，引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用所學(xué)的有關(guān)“溶液的滲透壓”概念及穩(wěn)態(tài)與平衡觀等生命觀念，解決社會性生物學(xué)問題，促進(jìn)學(xué)生深刻理解與應(yīng)用生物學(xué)知識，提高獲取信息能力、分析問題及解決問題能力，并且形成關(guān)愛身體健康、合法經(jīng)營的社會責(zé)任意識及擔(dān)當(dāng)。

創(chuàng)設(shè)遞進(jìn)式問題為學(xué)生突破學(xué)習(xí)難點搭建了平臺，情境化的問題及問題的成功解決，不僅激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使得思維始終處于活躍狀態(tài)，更為重要的是引導(dǎo)學(xué)生逐步深入地理解“滲透壓、血漿滲透壓、細(xì)胞外液滲透壓大小的主要影響因素”等生物學(xué)概念，并應(yīng)用所學(xué)概念解決實際問題。在突破學(xué)習(xí)難點的同時，發(fā)展生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

三、遞進(jìn)式問題設(shè)計的幾點思考

問題是“思維的引擎”，問題意識是問題解決的前提，設(shè)計高質(zhì)量的遞進(jìn)式問題是學(xué)習(xí)難點突破的重要條件和保障。

第一，問題應(yīng)具有情境性。良好的問題情境能夠營造勇于探究的課堂氛圍，縮小思維與問題之間的跨度和距離，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和解決問題的渴望，使得課堂教學(xué)充滿“磁性”，極大地吸引學(xué)生注意力，引發(fā)學(xué)生主動參與問題解決的探究活動?？梢岳蒙锟茖W(xué)史、探究實驗、社會性生物學(xué)問題、生產(chǎn)實踐及生活經(jīng)驗等方面素材創(chuàng)設(shè)問題情境，使得問題貼近學(xué)生的生活實際，激發(fā)學(xué)生探究，突破學(xué)習(xí)難點。［3］

第二，問題應(yīng)具有遞進(jìn)性。問題之間的難度梯度不能太大，應(yīng)當(dāng)循序漸進(jìn)，讓學(xué)生“跳一跳，摘果實”，沿著“臺階”逐步深入地思考、探究及解決問題，從而實現(xiàn)學(xué)習(xí)難點突破，提高分析、評價、創(chuàng)造等高階思維能力。

第三，問題應(yīng)具有針對性。不能隨意利用現(xiàn)成的習(xí)題或試題“生搬硬套”，應(yīng)當(dāng)有針對性地圍繞學(xué)習(xí)難點創(chuàng)設(shè)問題，促進(jìn)學(xué)生準(zhǔn)確地獲取有效信息，順利解決問題，達(dá)成預(yù)期目標(biāo)。還可以針對生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的生命觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究及社會責(zé)任等不同維度及其不同水平創(chuàng)設(shè)問題，促進(jìn)學(xué)生突破學(xué)習(xí)難點的同時，發(fā)展學(xué)科核心素養(yǎng)。

總之，遵循高中生物學(xué)課程倡導(dǎo)的“核心概念為宗旨，聚焦大概念，教學(xué)過程重實踐”等課程基本理念，創(chuàng)設(shè)遞進(jìn)式問題情境，引導(dǎo)學(xué)生思考、討論，開展探究性學(xué)習(xí)活動，突破學(xué)習(xí)難點，提高科學(xué)探究能力及科學(xué)思維能力。