基于深度學習的高中生物教學設計

覃世柱

摘? 要：從表層學習到深度學習，從被動學習到能動學習，關鍵取決于問題的產生與驅動。挖掘教材內容，堅持學生立場，設計核心問題和系列問題來驅動相關學習，發展學生的關鍵能力。

關鍵詞：深度學習;核心問題;關鍵能力

深度學習是相對淺層學習的一種學習方式，是將學習者置身于真實、復雜且有挑戰性的學習情境中，主動地、批判地運用多樣化的學習策略來深度加工知識信息，使原有的認知結構能有效地遷移到新的情境中，解決新問題，發展學科能力。基于深度學習的課堂教學設計，就是以問題為核心，以自主探究為主要方式，以解決問題為目標，讓學生置身于復雜而有意義的問題情境中，通過個人和小組開展討論、探究、表達等學習活動，解決生物學科問題，發展學科關鍵能力。本文以“細胞膜控制細胞與周圍環境的聯系”一節為例，通過設計核心問題和問題系列，將科學探究、模型建構、科學史話等內容有機地結合起來，從而促進學生深度學習，提升學生的核心素養。

一、教學設計

核心問題一、探索細胞膜的選擇透過性

活動：提前一天讓學生做“活動—通過模擬實驗探究膜的透過性”，將全班同學分成12個活動小組，其中六個活動小組完成教材中的A組實驗，并拍下加入碘—碘化鉀溶液后實驗裝置的照片;另外六個活動小組完成教材中的B組實驗（部分）。在課堂上取靜止12小時后的B組透析袋外的蒸餾水2ml放入試管中，再加入2ml本尼迪特試劑，并水浴加熱2—3min，觀察實驗現象。

問題1.A組加入碘—碘化鉀溶液后，燒杯內蒸餾水呈現什么顏色？靜止12小時后，顏色又如何？原因是什么？

問題2.靜止12小時后，A組透析袋內淀粉溶液的顏色有何變化？A組實驗結果說明了什么？

問題3.靜止12小時后，B組透析袋外的蒸餾水加本尼迪特試劑檢測到的現象是什么？B組實驗結果說明了什么？

問題4.細胞膜是細胞的邊界，將細胞內與外界環境分開，是外界物質進入細胞的屏障。根據模擬實驗推測細胞膜對物質的進出具有什么特性？

設計意圖：通過與他人合作完成模擬實驗探究膜的透過性，并如實記錄實驗結果，在特定生物學現象進行分析、討論和交流中，了解科學探究的基本方法。

核心問題二、探索細胞膜的組成成分和結構

問題1.細胞膜的組成成分是什么呢？

資料1.1895年歐文頓（E.Overton）用500多種化學物質對植物細胞的通透性進行上萬次實驗，發現細胞膜對不同物質的通透性是不一樣的：可以溶于脂質的物質比不能溶于脂質的物質更容易通過細胞膜。據此，你能作出怎樣的推測？

資料2.科學家將哺乳動物的紅細胞的細胞膜分離出來，然后用蛋白酶處理（已知蛋白酶能專一性的催化蛋白質的分解），結果細胞膜被破壞。據此，你能得出什么結論？

問題2.細胞膜中的磷脂分子是如何排列的？

資料3.1925年兩位荷蘭科學家戈特（E.Gorter）和格蘭德爾（F.Grendel）用丙酮（一種有機溶劑，可以溶解脂質）從人的紅細胞膜中提取脂質，在空氣——水界面上鋪展成單分子層，測得單分子層的面積恰好為紅細胞表面積的2倍。據此，你能推測細胞膜中磷脂是如何排列的？

資料4.磷脂分子是一端為含磷酸基團的“頭”部，具有親水性，另一端為兩條長長的脂肪酸鏈形成的“尾”部，具有疏水性。請根據資料3和4，畫出細胞膜中磷脂分子的排列模型，并說說你排列的理由。

問題3.蛋白質在細胞膜中是怎樣分布的？

資料5.20世紀50年代科學家采用冰凍蝕刻電子顯微法，將細胞膜冰凍，然后再用冷刀將其撕裂，升溫后暴露出斷裂面，再對斷裂面進行染色和電鏡觀察，發現蛋白質分子有的鑲在磷脂雙分子層表面，有的全部或部分嵌入磷脂雙分子層中，有的貫穿于整個磷脂雙分子層中。

請結合上述材料，用磷脂分子和蛋白質分子構建細胞膜的結構模型。

設計意圖：提供科學家所做實驗的資料，讓學生根據實驗現象推測細胞膜的組成成分，建構細胞膜的結構模型，發展學生模型與建模的科學思維方法。

核心問題三、探索細胞膜具有流動性

問題1、蛋白質和磷脂在細胞膜中是靜止不動的嗎？

資料5、1970年，費雷和埃迪登，將人和鼠的細胞膜蛋白質用不同熒光染料（用綠色熒光染料標記小鼠細胞表面的蛋白質，用紅色熒光染料標記人細胞表面的蛋白質）標記后融合，開始時，融合的細胞一半成綠色，一半成紅色。在37℃下培養40min后，兩種顏色的熒光染料在細胞膜中都呈均勻分布。這說明什么？

教師補充，通過其他實驗證明細胞膜中的磷脂分子也是運動的，說明細胞膜具有一定的流動性，流動性是細胞膜重要的結構特性。

資料6. 1972年，桑格和尼克森總結了當時有關膜結構模型及各種研究新技術的成就，提出了生物膜的流動鑲嵌模型，奠定了生物膜結構與功能的基礎。

問題2.生物膜的流動鑲嵌模型的主要論點是什么？學生根據自己構建的細胞膜結構模型，總結生物膜的流動鑲嵌模型的主要論點.

設計意圖：提供科學家所做實驗的資料，讓學生根據實驗現象推測細胞膜的結構特性，發展學生歸納與概括的科學思維方法。

二、教學反思

這節課運用了實驗和模型的方法，以核心問題和系列問題來驅動相關學習，探究膜的透過性實驗讓學生直觀地感受到了半透膜的作用，以此類推細胞膜的功能特性。在探索細胞膜組成成分、結構和結構特性時，提供了豐富的科學史實，為學生發現知識提供了強有力的支撐。學生通過構建細胞膜的結構模型，既動腦又動手，激發了學生的學習興趣。最后根據學生構建的細胞膜的結構模型總結生物膜的流動鑲嵌模型的主要論點，有助于概念的深刻理解和遷移應用。

參考文獻

[1]? 周初霞《指向核心素養的普通高中課堂教學設計案例叢書》浙江教育出版社