论文部分内容阅读
摘要 以“蛋白质单元教学”为例，以创设情境的“真实性、贯穿性、问题的导向性”，让学生用发展和辨证的眼光看待已有的生物学结论，引发学生的“深度学习”，促进生物学科核心素养中“生命观念”在课堂教学中落到实处。
关键词 情境教学 学科教学 生命观念
中图分类号 G633.91
文献标志码 B
文件编号：1003-7586（2018）11-0078-03
2018高考全国卷I理综第8题B选项“酶是一类具有高选择性催化性能的蛋白质”，在化学老师看来命题没大问题，化学学科中对于酶没有细分，强调酶的高催化性，而生物学科教师关注的是例外，因为“绝大多数的酶是蛋白质，极少数是RNA”。生物学与化学同属科学课程，为何在同一个概念的认知会出现偏离。由此引发了思考：为什么生物学概念、规律经常有例外？下面以“蛋白质单元教学”为例，阐明通过合理的教学情境的设置，让学生用发展和辨证的眼光看待已有的生物学结论，促进学科核心素养中“生命观念”在课堂教学中落到实处。
1教学情境化在落实学科核心素养的必要性
学习和思维都是基于情境的，不能孤立地镶嵌在个体的大脑之中，而是通过情境中的文化活动或工具发生在人类的大脑中。发展学生的生物学核心素养是中学生物学课程的核心任务。核心素养目标的达成必须依托各学科的教学实践活动。学科核心素养的形成需要学习者在学习中与学习情境的持续性的互动（阅读、思考、质疑、讨论、实验等），需要学习者在解决问题中形成关键能力，培养正确的价值观。
1.1从认识论角度分析，教学情境化的必要性
中学生物学课程作为科学课程，除了具备自然科学的一般属性，还有其独特的学科特点，即生物学概念大多是观察，比较和归纳的结果，而不是靠数理逻辑的演绎。生物科学研究中常用不完全归纳法，运用归纳和概括注定无法穷尽复杂多样的生命世界。因此，通过不完全归纳归纳获得的生物学概念和规律常有例外的存在，缺乏学习情境所习得的生物学概念必然导致知识的支离破碎，易导致学生对概念做绝对的理解。
1.2从新的课程标准视角分析，教学情境化的必要性
《普通高中生物学课程标准（2017版）》（以下简称新课标）的基本理念是：以“生命观念、科学思维、科学探究和社会责任”学科核心素养为宗旨，内容聚焦大概念，教学过程重实践，关注学生主动参与，关注学生实践，动手结合动脑。教师围绕着生物学大概念来组织并开展教学活动，通过设置合理的教学情境，基于学生动手活动或对资料的分析及探究，将有助于学生对知识的深入理解和迁移应用，有利于促进学生对生物学概念的建立、和应用理解。
1.3从学生应试能力分析，教学情境化的必要性
（2015·理综·福建卷）图1为某人工魚塘食物网及其能量传递示意图（图中数字为能量数值，单位是J·m-2·a-1）。下列叙述正确的是（
）
A.该食物网中最高营养级为第六营养级
B.该食物网中第一到第二营养级的能量传递效率为25%
c.太阳鱼呼吸作用消耗的能量为1357J·m-2·a-1
d.该食物网中的生物与无机环境共同构成一个生态系统
这道题值得反思：为什么在考场上不少考生不加思索地把B选项排除了？理由非常简单：“十分之一定律”（生态系统中能量流动的传递效率只是大约为10%～20%）在学生的脑海中印象深刻。教师是否过于关注生物学中的一般结论，而恰恰忽视了生物学规律经常有例外。试想一下，如果教师在最初的教学中，通过具体的情境，让学生自己计算某一营养级的能量传递效率，或许就不会发生丢分。
综上所述，在当前基于核心素养的高中生物课堂教学中，教学情境的设置对于学生对生物学概念的建立、理解和应用，对于落实学科的核心素养尤为重要。
2恰当的教学情境设置能够促进学科核心素养的落实
新课标对于“蛋白质单元教学”的教学要求：
概念1细胞是生物体结构与生命活动的基本单位
1.1.6阐明蛋白质通常由20种氨基酸分子组成，它的功能取决于由氨基酸序列及其形成的空间结构，细胞的功能主要由蛋白质完成
完成本模块学习后，学生应能够从结构与功能相适应这一视角，解释细胞由多种多样的分子组成，这些分子是细胞执行各项生命活动的物质基础（生命观念、科学思维）。
笔者就“蛋白质单元”教学内容，阐明通过设置不同的教学情境，以促进“生命观念”的目标的具体达成。
2.1基于“生命体的物质观”的教学情境的创设
教师以血红蛋白质为例，引导学生回顾蛋白质的有关内容，思考：①蛋白质中还可能含有什么元素？②氨基酸的结构有什么特点？③概述氨基酸的脱水缩合的过程。④多肽链与蛋白质的区别是什么？
教师列举“血红蛋白、胰岛素、免疫球蛋白G”三种不同的蛋白质相关资料：
①血红蛋白由4条多肽链（4个亚基）构成，两条a链和两条B链共574个氨基酸构成，每个亚基均有一个血红素辅基
②胰岛素由A、B两条肽链组成，人胰岛素的A链有11种21个氨基酸，B链有15种30个氨基酸，共16种51个氨基酸组成。
③免疫球蛋白G是血清中最基本的一类抗体，由4条多肽链共660个氨基酸构成。
教师引导学生基于资料中的事实，概括形成“组成不同的蛋白质的氨基酸的各类、数目、排列顺序不同，肽链的盘曲、折叠方式及其形成的空间结构不同，蛋白质具有结构多样性，结构不同决定了功能不同”的概念。
这样从而促进学生构建有关“蛋白质”结构的知识网络，促进学生形成生命的物质观以及“形成生物体的结构与功能相适应的”观念。
2.2基于“生命体的系统观”的教学情境的创设 许多学生能说出“膜的主要成份是磷脂和蛋白质”，但对于不同的细胞功能与其膜上载体、糖蛋白特点没能建立起联系，知识是点状，碎片化的，缺乏系统观。
教师引导学生尝试建立蛋白质在细胞上分布的模型，要求学生画出细胞各部位上有关蛋白质的种类及分布（图2）。
蛋白质是细胞的产物，同时也是细胞中各种生命活动必不可少的物质，蛋白质分布在细胞的各个部位中。在构建模型时，学生应尽可能标记出各种高中阶段所学蛋白质及相应的生命活动，将复杂知识可视化、系统化。联系细胞的各个部位所进行的生命活动，思考会有哪些蛋白质的参与。如，细胞中的滑面型内质网上是否分布与脂质、糖合成的有关的酶、而粗面型内质网上是否分布与蛋白质加工有关的酶？细胞质基质中与细胞呼吸有关的酶（有氧呼吸第一阶段、无氧呼吸）有哪些？
在此情境中，教师不断设置问题，引导学生分析哪些蛋白质有各类细胞共有的，哪些蛋白质是特定的细胞所的特有，启发学生分析不同细胞中蛋白质种类有差异的根本原因（基因的选择性表达）。
2.3基于“生命体的信息观”的教学情境的创设
教师引导学生分析：蛋白质多样性的根本原因是什么？
教师要求学生从遗传物质的“信息流”角度理解蛋白质与核酸的关系，理解生命历程中基因选择性表达的具体过程：在特定时间DNA分子上特定的基因转录为mRNA，核糖体以mRNA为模板合成肽链，该过程中需要tRNA运载不同的氨基酸，mRNA密码子与tRNA的反密码子相互识别，决定肽链的氨基酸组成及排列顺序。蛋白质结构多样性的根本原因是基因的多样性。
2.4基于“生命体的进化观与生态观”的教学情境的创设
生物学最核心思想是进化思想和生态学思想。在本单元教学的最后，教师引导学生从蛋白质角度理解生物与环境的关系，从蛋白质和核酸分子角度理解生物的进化。
教师提供资料：Taq酶是从水生栖热菌ThermusAquaticus（Taq）中分离出的具有热稳定性的DNA聚合酶。該酶对于PCR的应用有里程碑的意义，Taq酶可以耐受90C以上的高温而不失活，所以不需要每个循环加酶，使PCR技术变得非常简捷。同时也大大降低了成本。
乳酸脱氢酶（LDH）同功酶，它是由两个不同的基因位点编码的H（Heart）亚基sc和M（Mule）亚基以不同比例组成的四体分子，形成五种同功酶，即LDH1（H4）、LDH2（H3M）、LDH3（H2M2）、LDH4（HM3）、LDH5（M4）。需氧组织如心肌、脑、舌肌、眼球肌主要存在H型LDH同功酶，催化乳酸转变成丙酮酸;乏氧组织如骨骼肌、肝、红细胞等主要存在M型LDH同功酶，催化丙酮酸还原成乳酸。
同功酶是基因分化的产物，而基因的分化又是生物进化过程中为适应愈趋复杂的代谢而引起的一种分子进化，以适应不同组织或不同细胞器在代谢上的不同需要，是基因编码的蛋白质表现型。
教师提供了耐热性Taq酶发现、同功酶分子结构特点等材料，帮助学生理解生物如何依赖环境、适应环境，从分子水平上分析进化的本质就是生物大分子物质的演化，帮助学生形成生命基本观念中的“进化观与生态观”。
3情境化教学倡导“以学定教”、“深度学习”
情境化教学的一个突出特点是学生参与学习的程度比较高，“以学定教”的课堂必然是以学生的学习来组织教学。这要求教师在教学内容及教学行为上作出相应的变革。
3.1情境创设应具有真实性、贯穿性、问题的导向性
基于核心素养的生物学科教学，情境的创设不仅仅是“激发学习兴趣的导入环节”，而应该是“问题解决型学习任务”的情境，以真实的生物学问题（以科学事实、日常生活中与生物学有关的问题）为情境，设计环环相扣的问题，不断激发学生理解和反思具体的事实和概念中所蕴含的独特的学科思维方式，提升学生的学科核心素养。
3.2情境化教学，深化对话教学，倡导深度学习
情境化教学的课堂不再是单向传递的场所，教师的作用不是传授，而是促进学生对于具体情境所发生的对话与提问，以学生的困惑、差异，认知冲突为契机引出他人的应答，倡导学生的“深度学习”，让学生从已有知识出发，理解、掌握新知识、发展高阶思维。
关键词 情境教学 学科教学 生命观念
中图分类号 G633.91
文献标志码 B
文件编号：1003-7586（2018）11-0078-03
2018高考全国卷I理综第8题B选项“酶是一类具有高选择性催化性能的蛋白质”，在化学老师看来命题没大问题，化学学科中对于酶没有细分，强调酶的高催化性，而生物学科教师关注的是例外，因为“绝大多数的酶是蛋白质，极少数是RNA”。生物学与化学同属科学课程，为何在同一个概念的认知会出现偏离。由此引发了思考：为什么生物学概念、规律经常有例外？下面以“蛋白质单元教学”为例，阐明通过合理的教学情境的设置，让学生用发展和辨证的眼光看待已有的生物学结论，促进学科核心素养中“生命观念”在课堂教学中落到实处。
1教学情境化在落实学科核心素养的必要性
学习和思维都是基于情境的，不能孤立地镶嵌在个体的大脑之中，而是通过情境中的文化活动或工具发生在人类的大脑中。发展学生的生物学核心素养是中学生物学课程的核心任务。核心素养目标的达成必须依托各学科的教学实践活动。学科核心素养的形成需要学习者在学习中与学习情境的持续性的互动（阅读、思考、质疑、讨论、实验等），需要学习者在解决问题中形成关键能力，培养正确的价值观。
1.1从认识论角度分析，教学情境化的必要性
中学生物学课程作为科学课程，除了具备自然科学的一般属性，还有其独特的学科特点，即生物学概念大多是观察，比较和归纳的结果，而不是靠数理逻辑的演绎。生物科学研究中常用不完全归纳法，运用归纳和概括注定无法穷尽复杂多样的生命世界。因此，通过不完全归纳归纳获得的生物学概念和规律常有例外的存在，缺乏学习情境所习得的生物学概念必然导致知识的支离破碎，易导致学生对概念做绝对的理解。
1.2从新的课程标准视角分析，教学情境化的必要性
《普通高中生物学课程标准（2017版）》（以下简称新课标）的基本理念是：以“生命观念、科学思维、科学探究和社会责任”学科核心素养为宗旨，内容聚焦大概念，教学过程重实践，关注学生主动参与，关注学生实践，动手结合动脑。教师围绕着生物学大概念来组织并开展教学活动，通过设置合理的教学情境，基于学生动手活动或对资料的分析及探究，将有助于学生对知识的深入理解和迁移应用，有利于促进学生对生物学概念的建立、和应用理解。
1.3从学生应试能力分析，教学情境化的必要性
（2015·理综·福建卷）图1为某人工魚塘食物网及其能量传递示意图（图中数字为能量数值，单位是J·m-2·a-1）。下列叙述正确的是（
）
A.该食物网中最高营养级为第六营养级
B.该食物网中第一到第二营养级的能量传递效率为25%
c.太阳鱼呼吸作用消耗的能量为1357J·m-2·a-1
d.该食物网中的生物与无机环境共同构成一个生态系统
这道题值得反思：为什么在考场上不少考生不加思索地把B选项排除了？理由非常简单：“十分之一定律”（生态系统中能量流动的传递效率只是大约为10%～20%）在学生的脑海中印象深刻。教师是否过于关注生物学中的一般结论，而恰恰忽视了生物学规律经常有例外。试想一下，如果教师在最初的教学中，通过具体的情境，让学生自己计算某一营养级的能量传递效率，或许就不会发生丢分。
综上所述，在当前基于核心素养的高中生物课堂教学中，教学情境的设置对于学生对生物学概念的建立、理解和应用，对于落实学科的核心素养尤为重要。
2恰当的教学情境设置能够促进学科核心素养的落实
新课标对于“蛋白质单元教学”的教学要求：
概念1细胞是生物体结构与生命活动的基本单位
1.1.6阐明蛋白质通常由20种氨基酸分子组成，它的功能取决于由氨基酸序列及其形成的空间结构，细胞的功能主要由蛋白质完成
完成本模块学习后，学生应能够从结构与功能相适应这一视角，解释细胞由多种多样的分子组成，这些分子是细胞执行各项生命活动的物质基础（生命观念、科学思维）。
笔者就“蛋白质单元”教学内容，阐明通过设置不同的教学情境，以促进“生命观念”的目标的具体达成。
2.1基于“生命体的物质观”的教学情境的创设
教师以血红蛋白质为例，引导学生回顾蛋白质的有关内容，思考：①蛋白质中还可能含有什么元素？②氨基酸的结构有什么特点？③概述氨基酸的脱水缩合的过程。④多肽链与蛋白质的区别是什么？
教师列举“血红蛋白、胰岛素、免疫球蛋白G”三种不同的蛋白质相关资料：
①血红蛋白由4条多肽链（4个亚基）构成，两条a链和两条B链共574个氨基酸构成，每个亚基均有一个血红素辅基
②胰岛素由A、B两条肽链组成，人胰岛素的A链有11种21个氨基酸，B链有15种30个氨基酸，共16种51个氨基酸组成。
③免疫球蛋白G是血清中最基本的一类抗体，由4条多肽链共660个氨基酸构成。
教师引导学生基于资料中的事实，概括形成“组成不同的蛋白质的氨基酸的各类、数目、排列顺序不同，肽链的盘曲、折叠方式及其形成的空间结构不同，蛋白质具有结构多样性，结构不同决定了功能不同”的概念。
这样从而促进学生构建有关“蛋白质”结构的知识网络，促进学生形成生命的物质观以及“形成生物体的结构与功能相适应的”观念。
2.2基于“生命体的系统观”的教学情境的创设 许多学生能说出“膜的主要成份是磷脂和蛋白质”，但对于不同的细胞功能与其膜上载体、糖蛋白特点没能建立起联系，知识是点状，碎片化的，缺乏系统观。
教师引导学生尝试建立蛋白质在细胞上分布的模型，要求学生画出细胞各部位上有关蛋白质的种类及分布（图2）。
蛋白质是细胞的产物，同时也是细胞中各种生命活动必不可少的物质，蛋白质分布在细胞的各个部位中。在构建模型时，学生应尽可能标记出各种高中阶段所学蛋白质及相应的生命活动，将复杂知识可视化、系统化。联系细胞的各个部位所进行的生命活动，思考会有哪些蛋白质的参与。如，细胞中的滑面型内质网上是否分布与脂质、糖合成的有关的酶、而粗面型内质网上是否分布与蛋白质加工有关的酶？细胞质基质中与细胞呼吸有关的酶（有氧呼吸第一阶段、无氧呼吸）有哪些？
在此情境中，教师不断设置问题，引导学生分析哪些蛋白质有各类细胞共有的，哪些蛋白质是特定的细胞所的特有，启发学生分析不同细胞中蛋白质种类有差异的根本原因（基因的选择性表达）。
2.3基于“生命体的信息观”的教学情境的创设
教师引导学生分析：蛋白质多样性的根本原因是什么？
教师要求学生从遗传物质的“信息流”角度理解蛋白质与核酸的关系，理解生命历程中基因选择性表达的具体过程：在特定时间DNA分子上特定的基因转录为mRNA，核糖体以mRNA为模板合成肽链，该过程中需要tRNA运载不同的氨基酸，mRNA密码子与tRNA的反密码子相互识别，决定肽链的氨基酸组成及排列顺序。蛋白质结构多样性的根本原因是基因的多样性。
2.4基于“生命体的进化观与生态观”的教学情境的创设
生物学最核心思想是进化思想和生态学思想。在本单元教学的最后，教师引导学生从蛋白质角度理解生物与环境的关系，从蛋白质和核酸分子角度理解生物的进化。
教师提供资料：Taq酶是从水生栖热菌ThermusAquaticus（Taq）中分离出的具有热稳定性的DNA聚合酶。該酶对于PCR的应用有里程碑的意义，Taq酶可以耐受90C以上的高温而不失活，所以不需要每个循环加酶，使PCR技术变得非常简捷。同时也大大降低了成本。
乳酸脱氢酶（LDH）同功酶，它是由两个不同的基因位点编码的H（Heart）亚基sc和M（Mule）亚基以不同比例组成的四体分子，形成五种同功酶，即LDH1（H4）、LDH2（H3M）、LDH3（H2M2）、LDH4（HM3）、LDH5（M4）。需氧组织如心肌、脑、舌肌、眼球肌主要存在H型LDH同功酶，催化乳酸转变成丙酮酸;乏氧组织如骨骼肌、肝、红细胞等主要存在M型LDH同功酶，催化丙酮酸还原成乳酸。
同功酶是基因分化的产物，而基因的分化又是生物进化过程中为适应愈趋复杂的代谢而引起的一种分子进化，以适应不同组织或不同细胞器在代谢上的不同需要，是基因编码的蛋白质表现型。
教师提供了耐热性Taq酶发现、同功酶分子结构特点等材料，帮助学生理解生物如何依赖环境、适应环境，从分子水平上分析进化的本质就是生物大分子物质的演化，帮助学生形成生命基本观念中的“进化观与生态观”。
3情境化教学倡导“以学定教”、“深度学习”
情境化教学的一个突出特点是学生参与学习的程度比较高，“以学定教”的课堂必然是以学生的学习来组织教学。这要求教师在教学内容及教学行为上作出相应的变革。
3.1情境创设应具有真实性、贯穿性、问题的导向性
基于核心素养的生物学科教学，情境的创设不仅仅是“激发学习兴趣的导入环节”，而应该是“问题解决型学习任务”的情境，以真实的生物学问题（以科学事实、日常生活中与生物学有关的问题）为情境，设计环环相扣的问题，不断激发学生理解和反思具体的事实和概念中所蕴含的独特的学科思维方式，提升学生的学科核心素养。
3.2情境化教学，深化对话教学，倡导深度学习
情境化教学的课堂不再是单向传递的场所，教师的作用不是传授，而是促进学生对于具体情境所发生的对话与提问，以学生的困惑、差异，认知冲突为契机引出他人的应答，倡导学生的“深度学习”，让学生从已有知识出发，理解、掌握新知识、发展高阶思维。