基于培養學生生物學學科核心素養的生物課堂教學探究

尹利軍 張瑜

摘 要 基于生物學核心素養的生命觀念、科學思維、科學探究和社會責任四個維度，以學為中心，采用以問題為驅動，整合教材，發展學生的生物學核心素養，提升學生課堂學習效率。

關鍵詞 生物課堂教學 生物學學科核心素養 問題驅動

中圖分類號 C633.91

文獻標志碼 B

生物學素養是公民科學素養的重要組成部分，《普通高中生物學課程標準（2017版）》指出“生物學核心素養是學生后天習得的終身受益成果，是公民基本素養的重要組成之一，是學生在解決真實情境中的生物學問題時所表現出來的必備品格和關鍵能力”。核心素養以“全面發展的人”為核心，包含了文化基礎、自主發展和社會參與三個方面，具體到生物學學科核心素養，主要包括生命觀念、科學思維、科學探究和社會責任四個維度。而學生核心素養的發展離不開課堂教學，通過合理的教學設計讓學生主動地參與學習過程，在親歷提出問題、獲取信息、尋找證據、檢驗假設和發現規律等過程中習得生物學知識，養成科學思維的習慣，形成積極的科學態度，發展終身學習的能力。下面以人教版生物必修1第二章第二節“生命活動的主要承擔者——蛋白質“課為例，以導-學-探-思教學模式，嘗試在課堂教學中以學生學為中心，落實生物學核心素養的四個維度，培養學生分析問題、解決問題的能力，取得了良好的教學效果，現加以總結，供教學參考。

1 創設情境，激發興趣，使學生初步構建生物學結構和功能觀

興趣是最好的老師，創設合適的教學情景是幫助學生達成生物學核心素養的重要途徑，能讓學生的思維活躍起來，增強學習的緊迫感，使學生極快地融入到課堂教學中來。在“生命活動的主要承擔者——蛋白質”這節教學中，設計教學環節1，讓學生積極參與課堂教學，形成生命是結構和功能的統一體的生命觀念。

教學環節1：播放視頻新聞：2004年3月份，安徽阜陽連續7天報道了當地大量嬰幼兒食用劣質奶粉后變成“大頭娃娃”的消息，有關部門經對阜陽當地2003年3月1日以后出生、以奶粉喂養為主的嬰兒進行的營養狀況普查和免費體檢顯示，這些大頭娃娃是長期食用蛋白質含量嚴重不足的劣質奶粉而患上“重度營養不良綜合癥”。教師提出問題：以上新聞實例說明生命活動離不開蛋白質，你能根據自己掌握的知識舉例說明蛋白質具有哪些功能嗎？經過短時間思考，學生根據已有知識經驗，開始積極發言，舉例說明蛋白質的種類和作用，如唾液淀粉酶能水解淀粉、抗體能提升人體免疫能力、血紅蛋白運輸氧氣、肌肉蛋白組成細胞，以及胰島素治療糖尿病等。最后經過教師點撥，師生共同總結出如表1所示蛋白質的種類和功能。

總結完以后，教師指出：“在生物學中，結構與功能相適應是生物學基本觀點之一，蛋白質承擔了生命活動如此多的功能，與其結構是分不開的”。從而為學生學習下一個教學目標埋下伏筆。

設計意圖：生物學學科核心素養中的生命觀念是學生對觀察到的生命現象及相互關系或特性進行解釋后的抽象，是經過實證后的想法或觀點，是能夠理解或解釋相關事件和現象的品格和能力。在本節教學中，教師以學生為中心，通過創設情境，激發學生學習興趣，利用問題為驅動力，達到“通過實例，讓學生理解蛋白質是一切生命活動的主要承擔者”這一教學目標，并能與創設的教學情景相呼應，落實生物學學科核心素養，讓學生通過課堂學習在頭腦中逐漸形成生命是結構和功能的統一體的生命觀念雛形，從而能用生命觀念認識或解釋社會中的相關事件。

2通過自主——合作探究學習，培養學生的科學思維能力

“科學思維”是指尊重事實和證據，崇尚嚴謹和務實的求知態度，運用科學的思維方法認識事物、解決實際問題的思維習慣和能力。學生在學習過程中逐步發展科學思維，從而具備能夠基于生物學事實和證據運用歸納與概括、演繹與推理、模型與建模、批判性思維等方法，探討、闡釋生命現象及規律，審視或論證生物學社會議題。在蛋白質組成與結構教學中，采用“教師主導-學生主體活動-學習小組合作探究”的模式，通過設計師生活動培養學生的歸納與概括、構建模型等能力，探討、闡釋生命現象及規律，并達成本節的學習目標，突破重點和難點。

教學環節2：教師：通過上面的學習，我們知道了結構與功能相適應是生物學基本觀點之一，蛋白質承擔了如此多的功能，與其結構是分不開的。下面我們來共同研究學習蛋白質的組成與結構。

教師展示4個構成蛋白質的氨基酸結構示意圖（圖1），引導學生思考問題：

①找出圖中所示氨基酸結構的共同點，并用鉛筆在學案中畫一個圈，將這些氨基酸結構中的共同點圈出來。

②結合教材知識，通過學習小組成員間交流，總結氨基酸結構的共同點。

③通過自主-合作探究學習，構建氨基酸的通式模型。

學生觀察圖1，找出這些氨基酸結構的共同點，并用鉛筆在學案中畫一個圈，將這些氨基酸結構中的共同點圈出來，并在學習小組間交流。然后，通過學習小組合作研討，用恰當的語言描述這些氨基酸結構的共同點，即每種氨基酸分子至少都含有一個氨基（-NH2）和一個羧基（-COOH），并且一個氨基和一個羧基連接在同一個碳原子上。各種氨基酸之間的區別在于R基的不同，并構建氨基酸通式模型。

教師為了加深學生對氨基酸結構特點的理解，設計例1的問題，讓學生進行鞏固訓練，培養學生批判性思維能力。

【例1】下面所列的物質中每種只有一個，分析后回答問題：

上述物質中能構成生物體的天然蛋白質的氨基酸編號是____，不是氨基酸的理由是___ ，把這些氨基酸間的差別寫出來____。

教學環節3：教師展示圖2，并提出問題：生物體中組成蛋白質的氨基酸約有20種，這20種氨基酸是如何構成結構復雜的蛋白質的呢？請根據圖2，解釋說明氨基酸是如何構成蛋白質的。此學習過程要求學生獨立分析圖示，再通過學習小組成員間交流和研討，得出小組結論后在課堂上展評。

學生自主分析圖示內容，了解蛋白質結構產生過程，然后分小組討論，得出結論：氨基酸形成蛋白質的過程：氨基酸→二肽→多肽1條或幾條盤曲折疊→具有一定空間結構的蛋白質。

教師提出問題：根據圖示，你認為二肽、三肽及多肽含義是什么，脫水縮合是如何進行的？

學生積極回答問題，學生代表利用多媒體展臺介紹脫水縮合的過程。

此時，教師為了讓學生理解氨基酸間脫水縮合產生肽鍵的過程，能計算肽鍵數量或產生水的數量及相關氨基酸形成蛋白質的計算問題，指導學生做一個小游戲。教師讓學生代表氨基酸，左手代表氨基，右手代表羧基，頭部代表R基團，先選出10名學生代表10個氨基酸形成一條多肽鏈，手拉手代表肽鍵形成數量或脫去的水的數量;然后，再選出同樣多的學生代表形成第二條多肽鏈;最后，讓這些學生都手拉手形成環形多肽鏈，代表不同蛋白質的結構。采用這樣的游戲，學生很快明白氨基酸通過脫水縮合形成多肽鏈的過程，并能完成相應的計算問題，同時增強課堂學習的氛圍，提升學生的學習興趣。

教師展示不同蛋白質結構示意圖（圖3），口、〇代表不同種氨基酸，圖丁代表多肽鏈的盤曲折疊情況，要求學生根據圖示回答蛋白質結構多樣性的原因。

學生根據圖示分析、回答蛋白質結構多樣性的原因：圖甲說明氨基酸的種類不同，構成的肽鏈不同;圖乙說明氨基酸的數目不同，構成的肽鏈不同;圖丙說明氨基酸的排列順序不同，構成的肽鏈不同;圖丁說明肽鏈的數目和空間結構不同，構成的蛋白質不同。

教師根據學生的總結，提示學生：正是由于組成蛋白質的結構具有多樣性，決定了不同蛋白質功能的不同，構成蛋白質功能的多樣性，緊扣本小節主題，即生命的結構與功能相適應。

設計意圖：生物學學科核心素養強調的是學生在解決問題中體現出來的綜合品質和能力，而自主——合作探究學習是發展學生生物學核心素養的有效途徑。教師引導學生自主學習、進行探究活動，可為不同的學生搭建知識平臺，充分發揮學生的特長，有效提升學生獨立思考、分析問題和解決問題的能力。合作探究能培養學生的合作意識、創新能力和探究精神。本小節通過開始的尋找氨基酸結構共同點，在尊重事實的基礎上要運用歸納和概括能力;在構建氨基酸通式模型中，培養了學生的建模能力;在分析氨基酸和蛋白質結構形成過程兩個環節中，培養了學生運用科學思維認識事物的能力。教師通過設計一系列遞進式問題，逐步引導學生將知識推進，突破本節的重點和難點，并做到了知識前后的聯系，讓學生融會貫通，整個教學過程既突出生物學核心素養的科學思維維度，又讓學生對生命觀念中結構與功能相統一的生命觀得到了深化理解。

3通過實驗設計，注重培養學生的科學探究能力

作為生物學學科核心素養，“科學探究”是能夠讓學生發現現實世界中的生物學問題，針對特定的生物學現象，進行觀察、提問、實驗設計、方案實施以及結果的交流與討論的能力。將科學探究引入生物學核心素養是為了促進學生學習方式的改變，使學生能夠主動學習、閱讀文本資源，獲取生物學知識，體驗科學過程和方法，形成科學探究能力和科學態度，培養創新精神。在本節教學目標預設中，為了培養學生的科學探究能力，承接上面有關“大頭娃娃”的產生原因，設計例2有關蛋白質的實驗探究。

教學環節4：教師提供例題，引導學生回答。

【例2】劣質奶粉中由于含有大量糖類物質，而蛋白質含量低，嬰兒雖然喜歡吃卻得不到足夠的蛋白質營養。請回答下列問題：

（1）劣質奶粉中含有大量還原糖，如果用斐林試劑鑒定，則該試劑與待測樣液在試管中混合均勻后，還必須經過____

處理，預計試管中混合液最后的顏色是____。

（2）用雙縮脲試劑鑒定劣質奶粉中是否有蛋白質，是因為其能與蛋白質中的____（結構）發生反應。

（3）評價奶粉營養價值高低的主要標準是看必需氨基酸的種類和含量。賴氨酸是人體必需氨基酸，缺乏則會影響體內蛋白質的合成，出現營養不良的現象。

賴氨酸是否也是大鼠的必需氨基酸呢？某生物興趣小組利用下列材料和用具就此問題進行了探究，請補充并完善他們的實驗方案：

材料與用具：20只生長發育狀況相同的正常幼年大鼠、分裝在不同試劑瓶中的20種氨基酸、不含蛋白質和氨基酸的食物、秤、天平等。

實驗原理：必需氨基酸是動物體不能合成、只能從食物中獲得的氨基酸。當動物缺乏必需氨基酸時，就會影響體內蛋白質的合成，出現營養不良，體重增加緩慢或減輕的現象。

實驗方案：

①配食：取一定量的不含蛋白質和氨基酸的食物，加入適量的20種氨基酸，配制成食物A;取等量的不含蛋白質和氨基酸的食物，加入____，配制成食物B。

②分組：將20只大鼠平均分成甲、乙兩組，分別稱量其體重。

③飼喂：甲組每天飼喂適量的食物A;____________。

④觀測：分別測量甲、乙兩組大鼠的體重，計算體重變化量。

若該小組的實驗結果是乙組大鼠出現營養不良、體重減輕等癥狀，甲組正常。則實驗結論是____________。

參考答案：

（1）水浴加熱 磚紅色

（2）肽鍵

（3）①等量的除賴氨酸以外的19種氨基酸（沒有“等量”不得分）

③乙組每天飼喂等量的食物B

④賴氨酸是大鼠的必需氨基酸

設計意圖：在前面的學習過程中，學生已經掌握了檢測生物組織中糖類、脂肪和蛋白質的方法，通過本節內容的學習，知道了蛋白質的結構和功能。如何在課堂教學中培養學生的科學探究能力，學會科學實驗探究的基本思路和方法是本節課的重要目標之一。尤其是有關實驗設計原理的理解、實驗變量（自變量、無關變量和因變量）控制等問題，通過例2實驗分析，能讓學生在分析、探究中初步掌握實驗變量的控制方法，了解實驗設計的基本流程，提升學生在解決實踐問題中的科學探究能力，為學生終身學習奠定基礎。

4 聯系生活實際，在解決問題中使學生增強社會責任感

“社會責任”是人們根據對生物學的認識，參與個人與社會事務的討論，作出科學解釋和判斷，嘗試解決生產生活中的生物學問題的擔當和能力。社會責任感是個體積極承擔社會責任或幫助他人的一種比較穩定的心理品質。培養學生的社會責任感就是讓學生形成造福人類的態度和價值觀，關注涉及生物學的社會議題，參與討論并作出科學解釋，辨別迷信和偽科學;能主動向他人宣傳健康生活和關愛生命等相關知識。

教學環節5：在本小節的教學中，教師結合當地生活實際和學生的知識水平，設計了以下問題：

①真絲衣物為什么不能用加酶洗衣粉清洗？

②糖尿病患者必需注射胰島素，而不能口服胰島素的原因是什么？

③有些藥物為什么要用膠囊包裹服用？

④有些衣物在用加酶洗衣粉清洗時用溫水比冷水效果好的原因是什么，有些蛋白質類藥物為何不能用開水沖服或處理？……

教師引導學生關注涉及生物學的社會議題。學生通過查閱資料，在分析問題、解決問題中，不僅獲得了相關生物學知識，還利用了生物學知識辨別迷信和偽科學，增強了學生關愛生命的意識，激發了學生向他人宣傳健康生活的責任感和成就感。

總之，本節課在教學預設時，教師依據課程標準制定學生要達到的生物學核心素養教學目標，結合學生實際，整合教材知識，利用教材引導學生學習知識。課堂活動始終圍繞著教學目標，以問題為驅動力，以學生的學為中心，強化重點、突破難點，真正落實學生的主體地位，關注學生生物學學科核心素養的發展，有目的、分層次地逐步深化知識，引導學生主動學習，積極參與課堂教學，培養學生分析問題、解決問題的能力，進而提升課堂教學效率。