運(yùn)用主線情境培養(yǎng)生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)

摘 要：本文以海水稻生長在鹽堿地為主線情境，展開“主動(dòng)運(yùn)輸與胞吞胞吐”的教學(xué)。筆者引導(dǎo)學(xué)生在分析情境的過程中深入理解生物學(xué)概念，并在真實(shí)情境中運(yùn)用生物學(xué)知識(shí)解決問題，旨在提高學(xué)生的科學(xué)思維等生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：主線情境；生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)；高中生物學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)

文章編號(hào)：1003-7586（2024）09-0085-03 中圖分類號(hào)：G633.91 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》（以下簡稱《課程標(biāo)準(zhǔn)》）明確指出“組織以探究為特點(diǎn)的主動(dòng)學(xué)習(xí)是發(fā)展生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的關(guān)鍵”。在真實(shí)、有趣的情境中開展以探究為主題的主動(dòng)學(xué)習(xí)受到學(xué)生的廣泛認(rèn)可，但是部分教師僅僅在課堂導(dǎo)入時(shí)創(chuàng)設(shè)情境，引入新課之后便脫離了情境；還有部分教師在課堂的不同探究環(huán)節(jié)分別設(shè)置了不同情境，但情境之間缺乏聯(lián)系，學(xué)生在相互獨(dú)立的情境中完成學(xué)習(xí)，導(dǎo)致學(xué)生的科學(xué)思維被削弱，降低了教學(xué)效果。 ［1］筆者嘗試在課堂中運(yùn)用一境到底的教學(xué)策略，從不同角度將情境主線與知識(shí)主線相融合，在引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建知識(shí)網(wǎng)絡(luò)的同時(shí)，發(fā)展自身的生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

1 教材及學(xué)情分析

“主動(dòng)運(yùn)輸與胞吞胞吐”是蘇教版普通高中教科書《生物學(xué)·必修1·分子與細(xì)胞》（以下簡稱“教材”）第二章“細(xì)胞的結(jié)構(gòu)和生命活動(dòng)”最后一部分內(nèi)容，對(duì)應(yīng)《課程標(biāo)準(zhǔn)》中大概念2“細(xì)胞的生存需要能量和營養(yǎng)物質(zhì)，并通過分裂實(shí)現(xiàn)增殖”。在此之前，學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了“細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)和功能”“細(xì)胞各部分結(jié)構(gòu)分工合作”和“被動(dòng)運(yùn)輸”的內(nèi)容，而“主動(dòng)運(yùn)輸”與“胞吞胞吐”則是對(duì)已學(xué)內(nèi)容的進(jìn)一步深化，又有助于學(xué)生理解同屬于大概念2的第三章內(nèi)容“細(xì)胞中的能量轉(zhuǎn)化與利用”?；诖耍P者利用社會(huì)熱點(diǎn)創(chuàng)設(shè)主線情境，幫助學(xué)生對(duì)生物學(xué)概念進(jìn)行理解與遷移應(yīng)用，建立新舊知識(shí)之間的聯(lián)系，為后續(xù)內(nèi)容的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。

2 教學(xué)目標(biāo)

（1）通過對(duì)海水稻的抗逆性機(jī)理進(jìn)行研究，形成穩(wěn)態(tài)與平衡觀的生命觀念。

（2）通過對(duì)海水稻的耐鹽性及有關(guān)物質(zhì)的運(yùn)輸方式進(jìn)行分析，提升歸納與概括的科學(xué)思維水平。

（3）通過設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究海水稻吸收無機(jī)鹽的方式，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力。

（4）通過學(xué)習(xí)科學(xué)家對(duì)海水稻的研究過程，認(rèn)同科學(xué)研究的復(fù)雜性及重要意義；關(guān)注生物科學(xué)的研究進(jìn)展及研究成果的應(yīng)用，能對(duì)生物學(xué)相關(guān)議題進(jìn)行理性解釋。

3 教學(xué)過程

3.1 創(chuàng)設(shè)社會(huì)熱點(diǎn)情境，引發(fā)認(rèn)知沖突

教師引導(dǎo)學(xué)生思考：水稻能否長時(shí)間生存于高鹽堿的環(huán)境中，為什么？教師播放“海水稻的特點(diǎn)及其生長環(huán)境”視頻，提出問題串：①普通水稻為什么不能在鹽堿地生長？②海水稻能夠在鹽堿地生長的原因有哪些？③水分子從鹽堿地進(jìn)入海水稻根細(xì)胞的方式有哪些？

設(shè)計(jì)意圖：教師通過創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境，引導(dǎo)學(xué)生復(fù)習(xí)“被動(dòng)運(yùn)輸”的同時(shí)引發(fā)學(xué)生認(rèn)知沖突，啟發(fā)學(xué)生思考海水稻為什么可以在高滲環(huán)境下生存。

3.2 引入資料，分析海水稻應(yīng)對(duì)滲透脅迫的機(jī)理

教師采用逐步引導(dǎo)的方式引導(dǎo)學(xué)生思考問題：①海水稻細(xì)胞在鹽堿地環(huán)境中能否吸水？②如果能吸水，那么細(xì)胞液的濃度與外界土壤的濃度哪個(gè)更高？教師在學(xué)生進(jìn)行思考交流后展示資料：相關(guān)研究表明，滲透脅迫下海水稻細(xì)胞內(nèi)的可溶性蛋白含量和游離脯氨酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)都顯著增加。教師引導(dǎo)學(xué)生思考得出：細(xì)胞可以通過增加可溶性蛋白含量和游離脯氨酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)來提高細(xì)胞液的滲透壓，從而解決細(xì)胞吸水困難的問題。

教師追問：植物細(xì)胞還可以通過哪些方式增加細(xì)胞液的濃度？教師引導(dǎo)學(xué)生從海水稻的生活環(huán)境思考，并得出植物細(xì)胞通過增加細(xì)胞液內(nèi)的Na ＋濃度來提升細(xì)胞濃度。教師繼續(xù)追問：外界的Na ＋如何通過植物細(xì)胞膜進(jìn)入細(xì)胞液？學(xué)生經(jīng)思考得出Na ＋進(jìn)入細(xì)胞膜的方式為協(xié)助擴(kuò)散，教師根據(jù)Na ＋從細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)進(jìn)入液泡的方式引出本節(jié)課的第一個(gè)主題“主動(dòng)運(yùn)輸”。

設(shè)計(jì)意圖：教師通過引導(dǎo)學(xué)生分析事實(shí)性資料得出“海水稻通過生理調(diào)節(jié)作用解決吸水困難”的結(jié)論，提高學(xué)生的信息獲取和分析能力，培養(yǎng)學(xué)生建立穩(wěn)態(tài)與平衡觀、進(jìn)化與適應(yīng)觀的生命觀念，同時(shí)引出主動(dòng)運(yùn)輸?shù)母拍睢?/p>

3.3 情境延伸，建立概念

教師接著提出問題：①Na ＋從細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)進(jìn)入液泡是順濃度梯度還是逆濃度梯度？是否需要載體蛋白協(xié)助運(yùn)輸？②Na ＋從細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)進(jìn)入液泡是否需要消耗能量？教師引導(dǎo)學(xué)生對(duì)Na ＋從細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)進(jìn)入液泡的實(shí)例進(jìn)行討論，并用關(guān)鍵詞定義主動(dòng)運(yùn)輸。接著教師提供“消耗細(xì)胞內(nèi)化學(xué)反應(yīng)的能量”相關(guān)輔助性資料，包括直接能源物質(zhì)ATP、質(zhì)子泵的工作原理和間接消耗ATP的主動(dòng)運(yùn)輸類型。教師繼續(xù)追問：①海水稻抗逆生理模式圖（見圖1）中H ＋從細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)進(jìn)出液泡的運(yùn)輸方式分別是什么？質(zhì)子泵的作用是什么？②Na ＋從細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)進(jìn)入液泡時(shí)利用什么能源物質(zhì)？質(zhì)子泵停止工作是否會(huì)影響Na ＋從細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)進(jìn)入液泡？為什么？

教師補(bǔ)充資料說明海水稻細(xì)胞除了要應(yīng)對(duì)外界環(huán)境的滲透脅迫，還要對(duì)抗離子脅迫，并展示以下資料：Na ＋在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)的過量積累會(huì)破壞海水稻細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，并干擾細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)，導(dǎo)致生產(chǎn)力降低，甚至導(dǎo)致海水稻死亡。教師請(qǐng)學(xué)生結(jié)合圖1思考并討論以下問題：①海水稻在遭受Na ＋脅迫時(shí)通過什么方式降低Na ＋對(duì)細(xì)胞的損害？該過程是否需要能量？能量來源是什么？②同一種載體蛋白是否只能運(yùn)輸一種物質(zhì)？運(yùn)輸同一種物質(zhì)的載體蛋白是否一定相同？2024年第9期教學(xué)反思

教學(xué)反思2024年第9期

教師在學(xué)生小組討論時(shí)要注意收集信息，并在小組代表回答問題時(shí)引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行補(bǔ)充和完善。接著教師拓展更多主動(dòng)運(yùn)輸實(shí)例來揭示主動(dòng)運(yùn)輸在細(xì)胞中普遍存在，請(qǐng)學(xué)生結(jié)合圖1總結(jié)主動(dòng)運(yùn)輸?shù)囊饬x。

設(shè)計(jì)意圖：教師通過呈現(xiàn)文字資料和示意圖，借助問題串，讓學(xué)生在分析海水稻抵抗?jié)B透脅迫和離子脅迫機(jī)理的過程中建立“主動(dòng)運(yùn)輸”的概念，使學(xué)生對(duì)概念的理解更真實(shí)、更深入。同時(shí)基于事實(shí)，用歸納與概括的方法構(gòu)建概念體系，有利于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維。學(xué)生在分析海水稻生理功能的作用機(jī)理時(shí)，通過理解無機(jī)鹽離子濃度動(dòng)態(tài)平衡對(duì)細(xì)胞正常生命活動(dòng)的影響，能夠培養(yǎng)自身的穩(wěn)態(tài)與平衡觀。

3.4 運(yùn)用數(shù)學(xué)模型，實(shí)現(xiàn)知識(shí)與思維整合

在學(xué)生建立“主動(dòng)運(yùn)輸”的概念后，教師呈現(xiàn)影響物質(zhì)運(yùn)輸速率的曲線圖（見圖2），小組討論分析以下曲線可以分別代表圖1中的哪些運(yùn)輸方式？圖2中A、B、C三點(diǎn)的限制因素分別是什么？

設(shè)計(jì)意圖：數(shù)學(xué)模型不僅可以幫助學(xué)生更好地理解知識(shí)、建立知識(shí)點(diǎn)之間的聯(lián)系，更能促進(jìn)學(xué)生科學(xué)思維和建模思維的提升，從而實(shí)現(xiàn)知識(shí)和思維的有機(jī)整合。

3.5 設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，發(fā)展科學(xué)探究素養(yǎng)

經(jīng)過本節(jié)課的學(xué)習(xí)，學(xué)生已經(jīng)理解海水稻細(xì)胞吸收Na ＋的方式是協(xié)助擴(kuò)散，教師引申提出問題：“海水稻吸收K ＋的方式是協(xié)助擴(kuò)散還是主動(dòng)運(yùn)輸？”并引導(dǎo)學(xué)生以小組為單位設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)證明。

設(shè)計(jì)意圖：學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的過程有利于知識(shí)的進(jìn)一步整合，使知識(shí)更加系統(tǒng)和完整，并且可以進(jìn)一步發(fā)展科學(xué)探究的能力。學(xué)生在討論和表述實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)思路時(shí)可以鍛煉語言表達(dá)能力，同時(shí)鞏固實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的原理，增強(qiáng)思維的嚴(yán)謹(jǐn)性。最終學(xué)生通過互評(píng)的方式，相互補(bǔ)充修正，加強(qiáng)合作學(xué)習(xí)的能力。

3.6 認(rèn)識(shí)胞吞胞吐

教師補(bǔ)充資料，海水稻在鹽堿地中除了受到滲透脅迫和離子脅迫外，也可能會(huì)被一些病原菌感染，影響其正常生長。教師請(qǐng)學(xué)生結(jié)合圖2進(jìn)行分析：“①海水稻如何應(yīng)對(duì)病原體的感染？②圖中抗菌蛋白這種生物大分子通過什么方式分泌出細(xì)胞？”進(jìn)而引出“胞吞胞吐”的概念。

教師展示教材中胞吞胞吐過程的模式圖和動(dòng)畫，詳細(xì)講解胞吞和胞吐的過程、類型，并通過低密度脂蛋白運(yùn)輸膽固醇的實(shí)例著重講解受體介導(dǎo)的胞吞作用，最后帶領(lǐng)學(xué)生歸納總結(jié)胞吞胞吐的條件。

設(shè)計(jì)意圖：教師以模式圖和動(dòng)畫的形式幫助學(xué)生理解胞吞胞吐的過程，結(jié)合具體實(shí)例和示意圖引導(dǎo)學(xué)生概括、歸納、對(duì)比胞吞和胞吐概念的內(nèi)涵，幫助學(xué)生充分理解細(xì)胞生存需要能量和營養(yǎng)物質(zhì)、認(rèn)同生命活動(dòng)的復(fù)雜性、提升對(duì)生命本質(zhì)的認(rèn)識(shí)。

3.7 放眼社會(huì)

教師介紹科學(xué)家通過不斷的研究和探索才實(shí)現(xiàn)海水稻在鹽堿地和灘涂的生存，但其耐滲透的能力仍十分有限，請(qǐng)學(xué)生從細(xì)胞質(zhì)膜的結(jié)構(gòu)與功能角度出發(fā)，尋找提升海水稻耐鹽能力的可能方法。

設(shè)計(jì)意圖：教師利用本節(jié)內(nèi)容引出實(shí)際問題，引導(dǎo)學(xué)生思考如何學(xué)以致用，培養(yǎng)學(xué)生的家國情懷。

4 教學(xué)反思

本節(jié)內(nèi)容以海水稻的生理特性作為整體情境，教師通過分析海水稻面對(duì)各種脅迫時(shí)的調(diào)節(jié)作用展開教學(xué)，以問題串和模式圖相結(jié)合的形式，發(fā)展學(xué)生的信息提取和分析能力，再以數(shù)學(xué)模型和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的方法實(shí)現(xiàn)學(xué)生知識(shí)與思維的整合，進(jìn)一步發(fā)展學(xué)生的建模能力和科學(xué)思維。教師利用視頻資源將抽象概念形象化，幫助學(xué)生精準(zhǔn)構(gòu)建概念體系，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)課程重難點(diǎn)的突破。

參考文獻(xiàn)

［1］李艷華.巧設(shè)主線化情境，發(fā)展生物學(xué)核心素養(yǎng)［J］.生物學(xué)教學(xué)，2019，44（12）：17-19.