4C教學(xué)流程在高中生物學(xué)概念教學(xué)中的探索與實(shí)踐
——基于ACOP學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)評(píng)估維度

童志偉

(深圳市福田區(qū)福田中學(xué) 廣東深圳 518000)

高中生物學(xué)是科學(xué)領(lǐng)域中的重要課程,教學(xué)中要求聚焦生物學(xué)大概念,發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)。如何聚焦大概念,開展概念教學(xué),在概念教學(xué)中重點(diǎn)關(guān)注哪些維度才能實(shí)現(xiàn)高效教學(xué),是教學(xué)設(shè)計(jì)要關(guān)注的重要問(wèn)題。ACOP學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)評(píng)估項(xiàng)目針對(duì)概念教學(xué)提供評(píng)估維度,并針對(duì)各維度設(shè)計(jì)量規(guī)以評(píng)估概念教學(xué)的效果,下文將通過(guò)把各評(píng)估維度轉(zhuǎn)化為概念教學(xué)設(shè)計(jì)維度,創(chuàng)設(shè)一定的教學(xué)流程用于高中生物學(xué)教學(xué)實(shí)踐,探索實(shí)際應(yīng)用效果。

1 基于ACOP學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)評(píng)估維度構(gòu)建高中生物學(xué)概念教學(xué)流程

1.1 從ACOP學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)評(píng)估維度明確概念教學(xué)要素

ACOP(The AIM Classroom Observation Protocol)是美國(guó)教育部、地平線研究小組、RMC 研究小組等多組織為完成“評(píng)估數(shù)學(xué)和科學(xué)合作計(jì)劃的影響”項(xiàng)目時(shí)開發(fā)的評(píng)價(jià)數(shù)學(xué)和科學(xué)課堂教學(xué)質(zhì)量的方案。ACOP 評(píng)估方案設(shè)計(jì)的基本理念包括兩點(diǎn):①基于學(xué)習(xí)科學(xué),強(qiáng)調(diào)教學(xué)應(yīng)關(guān)注學(xué)生的前概念,注重概念的深度理解;②基于有效教學(xué),強(qiáng)調(diào)高質(zhì)量的學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)是有效教學(xué)的突出特征,將學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)評(píng)估作為整個(gè)評(píng)估系統(tǒng)的重點(diǎn)。其中,學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)評(píng)估包含科學(xué)內(nèi)容、呈現(xiàn)前概念的機(jī)會(huì)、接觸相關(guān)科學(xué)現(xiàn)象的機(jī)會(huì)、利用證據(jù)得出結(jié)論并對(duì)現(xiàn)象提出論點(diǎn)的機(jī)會(huì),以及理解目標(biāo)概念的機(jī)會(huì)這五個(gè)維度。

每個(gè)維度都有具體的特征表象,“科學(xué)內(nèi)容”強(qiáng)調(diào)科學(xué)知識(shí)的準(zhǔn)確性、學(xué)習(xí)內(nèi)容與目標(biāo)概念的一致性;“呈現(xiàn)前概念的機(jī)會(huì)”強(qiáng)調(diào)讓學(xué)生知道、記錄、表征前概念并認(rèn)識(shí)自己的思考方式;“接觸相關(guān)科學(xué)現(xiàn)象的機(jī)會(huì)”強(qiáng)調(diào)接觸和關(guān)注科學(xué)現(xiàn)象,記錄和描述數(shù)據(jù);“利用證據(jù)得出結(jié)論并對(duì)現(xiàn)象提出論點(diǎn)的機(jī)會(huì)”強(qiáng)調(diào)分析、解釋數(shù)據(jù),應(yīng)用證據(jù)證明和質(zhì)疑論點(diǎn);“理解目標(biāo)概念”強(qiáng)調(diào)將學(xué)習(xí)內(nèi)容與目標(biāo)概念聯(lián)結(jié),將目標(biāo)概念與前科學(xué)概念聯(lián)系,把新概念應(yīng)用到新情景中。概念教學(xué)的課堂設(shè)計(jì)同樣要關(guān)注這五個(gè)課堂評(píng)估維度。

1.2 從高中生物學(xué)課程性質(zhì)和標(biāo)準(zhǔn)了解概念教學(xué)地位

生物學(xué)概念是核心素養(yǎng)中生命觀念維度的重要組成部分,生命觀念的建立依賴于對(duì)生物學(xué)概念的準(zhǔn)確理解與掌握。在《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版)》(以下簡(jiǎn)稱《課程標(biāo)準(zhǔn)》)中將概念分為大概念、重要概念和次位概念等不同層次,在教學(xué)建議中要求教師圍繞大概念和重要概念組織、開展教學(xué)活動(dòng),依據(jù)重要概念精選恰當(dāng)?shù)慕虒W(xué)活動(dòng)內(nèi)容和活動(dòng)方式。教學(xué)策略不僅可以是講解、演示和討論,也可以是學(xué)生動(dòng)手活動(dòng)或?qū)Y料的分析探究。在教學(xué)過(guò)程中,教師還必須注意學(xué)生頭腦中已有的前概念,特別是那些與科學(xué)概念相抵觸的錯(cuò)誤概念,通過(guò)課堂教學(xué)活動(dòng)幫助學(xué)生消除錯(cuò)誤概念,建立科學(xué)概念。

1.3 從課堂教學(xué)環(huán)節(jié)以4C 為核心構(gòu)建概念教學(xué)流程

所謂“C”,即為“Create”,而“4C”則表示4 個(gè)創(chuàng)設(shè),分別是創(chuàng)設(shè)機(jī)會(huì)呈現(xiàn)前概念、創(chuàng)設(shè)情景體驗(yàn)機(jī)會(huì)、創(chuàng)設(shè)探究論證機(jī)會(huì)理解概念,以及創(chuàng)設(shè)目標(biāo)概念應(yīng)用機(jī)會(huì)。通過(guò)結(jié)合教學(xué)實(shí)際,構(gòu)建了以4C 為核心的概念教學(xué)流程,具體流程如圖1所示。流程圖中的起點(diǎn)是學(xué)生的前概念,終點(diǎn)是科學(xué)的目標(biāo)概念,在達(dá)成目標(biāo)概念的每一個(gè)環(huán)節(jié)中所用的情景、素材、資料均要考慮其與目標(biāo)概念的一致性,如此才有助于高效教學(xué)。

2 以4C 為核心的高中生物學(xué)概念教學(xué)流程的課堂實(shí)踐應(yīng)用

為了更好地說(shuō)明4C 為核心的概念教學(xué)流程在教學(xué)中的應(yīng)用,下文將以人教版高中生物學(xué)“血糖平衡調(diào)節(jié)”一節(jié)為例,對(duì)該教學(xué)流程進(jìn)行探索與實(shí)踐。

2.1 析課標(biāo),制方案,創(chuàng)設(shè)呈現(xiàn)前概念機(jī)會(huì)

2.1.1 分析課程標(biāo)準(zhǔn)與教材,明確目標(biāo)概念

根據(jù)《課程標(biāo)準(zhǔn)》的內(nèi)容要求,“血糖平衡調(diào)節(jié)”一節(jié)強(qiáng)調(diào)落實(shí)“內(nèi)分泌系統(tǒng)產(chǎn)生的多種類型的激素,通過(guò)體液傳送而發(fā)揮調(diào)節(jié)作用,實(shí)現(xiàn)機(jī)體穩(wěn)態(tài)”這一重要概念;該概念從屬于大概念“生命個(gè)體的結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng),各結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)統(tǒng)一共同完成復(fù)雜的生命活動(dòng),并通過(guò)一定的調(diào)節(jié)機(jī)制保持穩(wěn)態(tài)”;其直接反映的次位概念是“激素通過(guò)反饋調(diào)節(jié)等機(jī)制維持機(jī)體的穩(wěn)態(tài)”。

根據(jù)教材對(duì)次位概念內(nèi)涵的梳理,本節(jié)內(nèi)容共包含五個(gè)子概念:①正常人體,無(wú)論是在運(yùn)動(dòng)還是安靜狀態(tài)下,人體的血糖濃度總是維持在一定的水平;②血糖平衡的調(diào)節(jié),也就是調(diào)節(jié)血糖的來(lái)源和去向,使其處于平衡狀態(tài);③胰島素是唯一能夠降低血糖的激素,胰島素和胰高血糖素共同維持體內(nèi)血糖含量的穩(wěn)定;④血糖調(diào)節(jié)主要依靠激素的作用,同時(shí)還受神經(jīng)系統(tǒng)的調(diào)節(jié);⑤在一個(gè)系統(tǒng)中,系統(tǒng)本身工作的效果,反過(guò)來(lái)又作為信息調(diào)節(jié)該系統(tǒng)的工作。

2.1.2 設(shè)置目標(biāo)概念關(guān)聯(lián)問(wèn)題,呈現(xiàn)前概念

前概念指學(xué)生在接受正規(guī)科學(xué)教育之前所形成的概念,這些概念中有些是正確的,有些是錯(cuò)誤的。錯(cuò)誤概念是人們?cè)谌粘Ｉ罴耙酝膶W(xué)習(xí)中形成的,與當(dāng)前科學(xué)理論對(duì)事物的理解相悖,基于個(gè)體經(jīng)驗(yàn)的理解而存在于學(xué)生頭腦中的不當(dāng)認(rèn)識(shí)。在教學(xué)過(guò)程中,了解學(xué)生的前概念對(duì)引導(dǎo)其準(zhǔn)確構(gòu)建目標(biāo)概念有著重要意義。為了解學(xué)生的前概念,教師可以提出一些觀點(diǎn)讓學(xué)生判斷,并通過(guò)調(diào)查問(wèn)卷進(jìn)行收集。在本節(jié)課中設(shè)置了一份課前問(wèn)卷(表1),以呈現(xiàn)學(xué)生的前概念。

表1 前概念測(cè)試問(wèn)卷

設(shè)計(jì)意圖第1 題為測(cè)試學(xué)生對(duì)子概念①的掌握情況而提出;第2、3 題針對(duì)子概念②;第4、5 項(xiàng)針對(duì)子概念③;第6、7 項(xiàng)針對(duì)子概念④;第8、9 項(xiàng)是針對(duì)子概念⑤。測(cè)試問(wèn)卷中的說(shuō)法均來(lái)自生活實(shí)際,部分參考他人經(jīng)驗(yàn)獲得,部分為個(gè)人親身體驗(yàn)。

2.2 創(chuàng)設(shè)情景任務(wù)體驗(yàn)機(jī)會(huì),接觸目標(biāo)概念

教師播放本校本年級(jí)某老師參加深圳市馬拉松賽跑的短視頻,并注解馬拉松長(zhǎng)跑是賽程超過(guò)40 km、歷時(shí)2 h 以上的極限運(yùn)動(dòng)。運(yùn)動(dòng)員在長(zhǎng)跑過(guò)程中,每小時(shí)至少要消耗300 g 糖類,而血糖可以補(bǔ)充肌肉因運(yùn)動(dòng)而消耗的糖類。正常人的血糖含量為3.9 ～6.1 mmol/L,全身的血量大約為5 L。教師請(qǐng)學(xué)生計(jì)算并討論:如果僅靠血液中的葡萄糖供能,運(yùn)動(dòng)員能跑多久? 如果長(zhǎng)跑過(guò)程中大量消耗葡萄糖,會(huì)導(dǎo)致人體血糖含量不斷下降嗎? 為什么?

設(shè)計(jì)意圖:以本校教師參加本市馬拉松比賽為情景,創(chuàng)設(shè)與目標(biāo)概念接觸的機(jī)會(huì),增強(qiáng)體驗(yàn)感,拉近學(xué)生與目標(biāo)概念間的距離,設(shè)置問(wèn)題引導(dǎo)學(xué)生分析計(jì)算,激發(fā)學(xué)生了解人體如何調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)血糖平衡這一問(wèn)題的興趣。

2.3 創(chuàng)設(shè)探究論證理解機(jī)會(huì),學(xué)習(xí)目標(biāo)概念

針對(duì)子概念①“正常人體,無(wú)論是在運(yùn)動(dòng)還是安靜狀態(tài)下,人體的血糖濃度總是維持在一定的水平”,創(chuàng)設(shè)合作探究活動(dòng)1:為學(xué)生提供一張正常人體24 小時(shí)內(nèi)的血糖濃度動(dòng)態(tài)變化表,表格數(shù)據(jù)包含一日三餐后、運(yùn)動(dòng)、靜止和睡眠時(shí)段的血糖濃度值,引導(dǎo)學(xué)生據(jù)表分析正常人血糖濃度的變化規(guī)律。

設(shè)計(jì)意圖:在該概念的落實(shí)中,教師只須提供一張正常人24 小時(shí)血糖動(dòng)態(tài)跟蹤測(cè)定表,引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)表中數(shù)據(jù)進(jìn)行分析討論。

針對(duì)子概念②“血糖平衡的調(diào)節(jié),也就是調(diào)節(jié)血糖的來(lái)源和去向,使其處于平衡狀態(tài)”,創(chuàng)設(shè)合作探究活動(dòng)2,其中包含三項(xiàng)任務(wù):(1)根據(jù)教材提供的相關(guān)文字資料,盡可能完整地找出血糖的所有來(lái)源與去向;(2)試探究血糖濃度降低或升高時(shí),人體通過(guò)什么途徑維持血糖的相對(duì)穩(wěn)定? 請(qǐng)構(gòu)建血糖平衡調(diào)節(jié)的基本模型;(3)人體的體溫、滲透壓也總維持相對(duì)平衡,請(qǐng)結(jié)合血糖平衡調(diào)節(jié)模型構(gòu)建人體平衡調(diào)節(jié)的一般模型。

設(shè)計(jì)意圖:本概念要求學(xué)生理解平衡調(diào)節(jié)的實(shí)質(zhì)就是調(diào)節(jié)物質(zhì)的來(lái)源和去向,結(jié)合教材圖示、人體內(nèi)食物的消化與吸收等知識(shí),構(gòu)建血糖調(diào)節(jié)的基本模型(圖2),并由此拓展體溫、滲透壓的平衡調(diào)節(jié),構(gòu)建調(diào)節(jié)的一般模型(圖3)。

圖2 人體血糖調(diào)節(jié)模型

圖3 人體平衡調(diào)節(jié)的一般模型

圖4 負(fù)反饋調(diào)節(jié)與正反饋調(diào)節(jié)示意圖

圖5 IA 參與血糖負(fù)反饋調(diào)節(jié)機(jī)制

針對(duì)子概念③“胰島素是唯一能夠降低血糖濃度的激素,胰島素和胰高血糖素共同維持血糖含量的穩(wěn)定”,創(chuàng)設(shè)合作探究活動(dòng)3:(1)胰島素是唯一能夠降低血糖濃度的激素,試分析胰島素通過(guò)哪些途徑降低血糖濃度。如果血糖濃度過(guò)低,胰高血糖素又如何調(diào)節(jié)血糖,使其升高?(2)胰島素能降低血糖濃度,胰高血糖素能升高血糖濃度,試猜想胰高血糖素升高會(huì)促進(jìn)還是抑制胰島素的分泌? 請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證,寫下你的實(shí)驗(yàn)思路;(3)經(jīng)研究發(fā)現(xiàn),胰島素能抑制胰高血糖素的分泌,胰高血糖素則促進(jìn)胰島素的分泌,請(qǐng)建構(gòu)概念圖以描述胰島素和胰高血糖素對(duì)血糖平衡的調(diào)節(jié)。

設(shè)計(jì)意圖:該活動(dòng)設(shè)計(jì)不僅引導(dǎo)學(xué)生歸納、總結(jié)胰島素和胰高血糖素的作用途徑,同時(shí)還解開“胰島素的作用能不能使血糖降到極低,胰高血糖素能不能使血糖升到極高”這個(gè)學(xué)生可能存在的迷思。在教學(xué)過(guò)程中,教師鼓勵(lì)學(xué)生積極做出假設(shè),并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)以驗(yàn)證猜想。其后,提供實(shí)驗(yàn)結(jié)果引導(dǎo)學(xué)生分析資料,解開謎團(tuán),理解胰島素與胰高血糖素間的相互作用,即能將血糖控制在正常范圍內(nèi),構(gòu)建血糖調(diào)節(jié)的基本框架。

針對(duì)子概念④“血糖調(diào)節(jié)主要依靠激素的作用,血糖的平衡還受到神經(jīng)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)”,創(chuàng)設(shè)合作探究活動(dòng)4:請(qǐng)根據(jù)以上所學(xué)知識(shí),并結(jié)合資料1 ～3,完善血糖的平衡調(diào)節(jié)概念圖。

【資料1】用電刺激下丘腦的腹內(nèi)核或交感神經(jīng),僅30 s 血糖濃度即可達(dá)到最高值;用電刺激下丘腦的外側(cè)核或副交感神經(jīng),肝糖原的合成仍能增加。

【資料2】胰島細(xì)胞都連有神經(jīng)元,并通過(guò)脊髓和下丘腦神經(jīng)元相連;人體血糖濃度降低時(shí),測(cè)得此時(shí)下丘腦某一區(qū)域神經(jīng)元放電增強(qiáng);如果此時(shí)注射葡萄糖,則發(fā)現(xiàn)此區(qū)域神經(jīng)元放電減弱。

【資料3】腎上腺髓質(zhì)的分泌活動(dòng)受到交感神經(jīng)和促腎上腺皮質(zhì)激素的作用,交感神經(jīng)興奮時(shí),腎上腺髓質(zhì)激素分泌增加。

設(shè)計(jì)意圖:通過(guò)前三個(gè)子概念的學(xué)習(xí),學(xué)生已知血糖的體液調(diào)節(jié)過(guò)程,而該活動(dòng)的創(chuàng)設(shè)是為引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)子概念④。因此,教師選擇的資料要能體現(xiàn)神經(jīng)調(diào)節(jié)的相關(guān)結(jié)構(gòu),如感受器、傳(入)出神經(jīng)、神經(jīng)中樞、效應(yīng)器等,以此完善血糖調(diào)節(jié)的完整概念。

針對(duì)子概念⑤“在一個(gè)系統(tǒng)中,系統(tǒng)本身工作的效果,反過(guò)來(lái)又作為信息調(diào)節(jié)該系統(tǒng)的工作,這種調(diào)節(jié)方式叫做反饋調(diào)節(jié)”,創(chuàng)設(shè)合作探究活動(dòng)5:反饋調(diào)節(jié)是人體內(nèi)常見(jiàn)的調(diào)節(jié)方式,請(qǐng)結(jié)合下圖分析探究?jī)煞N調(diào)節(jié)的特點(diǎn)及意義,總結(jié)兩種調(diào)節(jié)的共同特點(diǎn),提煉反饋調(diào)節(jié)的概念。

設(shè)計(jì)一致性說(shuō)明:學(xué)生通常對(duì)“系統(tǒng)本身工作的效果,反過(guò)來(lái)又作為信息調(diào)節(jié)該系統(tǒng)的工作”這句話的理解存在困難,難以準(zhǔn)確把握正反饋調(diào)節(jié),從而無(wú)法真正理解反饋調(diào)節(jié)。在該活動(dòng)中,教師以圖示的方式把上一次調(diào)節(jié)的結(jié)果與下一次調(diào)節(jié)的信號(hào)等同,并設(shè)計(jì)兩到三次的重復(fù)調(diào)節(jié),以引導(dǎo)學(xué)生理解“本身工作的效果,反過(guò)來(lái)又作為信息”。同時(shí),通過(guò)圖示,學(xué)生能認(rèn)識(shí)到負(fù)反饋調(diào)節(jié)是反向調(diào)節(jié),而正反饋調(diào)節(jié)是同向調(diào)節(jié),從而準(zhǔn)確理解反饋調(diào)節(jié)的概念。

2.4 創(chuàng)設(shè)目標(biāo)概念應(yīng)用機(jī)會(huì),完善目標(biāo)概念

本節(jié)內(nèi)容以“血糖平衡的調(diào)節(jié)”為例,通過(guò)落實(shí)五個(gè)子概念以實(shí)現(xiàn)學(xué)生對(duì)次位概念“激素通過(guò)反饋調(diào)節(jié)等機(jī)制維持機(jī)體的穩(wěn)態(tài)”的理解。為檢測(cè)學(xué)生對(duì)該概念的理解程度,設(shè)計(jì)下列情景,鼓勵(lì)學(xué)生嘗試應(yīng)用目標(biāo)概念解決問(wèn)題。

胰島素是調(diào)節(jié)血糖的重要激素,科研人員研制了一種智能胰島素(IA),它既能與細(xì)胞膜上的胰島素受體結(jié)合,又能與葡萄糖競(jìng)爭(zhēng)結(jié)合GT(細(xì)胞膜上葡萄糖的載體蛋白),當(dāng)IA 與靶細(xì)胞上的受體結(jié)合后,細(xì)胞膜上的GT 增多。若IA 作為治療藥物,糖尿病患者用藥后再進(jìn)餐,血糖水平會(huì)先上升后下降。請(qǐng)從穩(wěn)態(tài)與平衡的角度,構(gòu)建IA 調(diào)控血糖的機(jī)制圖。

分析:糖尿病患者用藥后,IA 與胰島素受體結(jié)合,也與GT 結(jié)合。進(jìn)餐后血糖上升,葡萄糖與IA 競(jìng)爭(zhēng)結(jié)合GT,導(dǎo)致IA 與GT 結(jié)合減少,IA 與胰島素受體結(jié)合增加,細(xì)胞膜上的GT 增多,葡萄糖通過(guò)主動(dòng)運(yùn)輸或協(xié)助擴(kuò)散的方式被攝入細(xì)胞內(nèi)的含量增加,從而降低血糖;當(dāng)血糖降低時(shí),葡萄糖與GT 結(jié)合減少,IA與GT 結(jié)合增加,IA 與胰島素受體結(jié)合減少,膜上GT少,葡萄糖被攝入細(xì)胞內(nèi)減少,血糖上升。

設(shè)計(jì)意圖:該活動(dòng)不僅有助于學(xué)生進(jìn)一步明確正常人體在血糖偏高或偏低時(shí),運(yùn)用什么調(diào)節(jié)方式使血糖恢復(fù)正常,以保持血糖的穩(wěn)定。同時(shí),活動(dòng)涉及新情景新材料,引入用于治療糖尿病人的智能胰島素(IA),設(shè)計(jì)相關(guān)問(wèn)題,引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)分析、解決問(wèn)題,加深對(duì)反饋調(diào)節(jié)實(shí)質(zhì)的理解。 該活動(dòng)讓學(xué)生理解在疾病治療、藥物開發(fā)中要關(guān)注藥物的特性,讓藥物參與到人體的反饋調(diào)節(jié)中,以此促進(jìn)人體穩(wěn)態(tài)的維持,保證人體進(jìn)行正常的生命活動(dòng)。

概念教學(xué)貫穿高中生物學(xué)教學(xué)的始終。無(wú)論是新授課還是復(fù)習(xí)課,教師都應(yīng)關(guān)注前概念,為學(xué)生創(chuàng)設(shè)呈現(xiàn)前概念的機(jī)會(huì),了解學(xué)生對(duì)目標(biāo)概念理解的準(zhǔn)確性與深度;創(chuàng)設(shè)情景機(jī)會(huì),激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣,設(shè)置多種形式的活動(dòng)進(jìn)行論證與探究,促進(jìn)目標(biāo)概念的形成;為目標(biāo)概念的應(yīng)用創(chuàng)設(shè)真實(shí)情景問(wèn)題,使學(xué)生深度理解、準(zhǔn)確領(lǐng)會(huì)目標(biāo)概念。通過(guò)上述以4C 為核心的概念教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì),有助于學(xué)生形成和發(fā)展核心素養(yǎng)。