基于深度學(xué)習(xí)的微概念教學(xué)

劉孔烽

摘要 構(gòu)建生物學(xué)“大概念”的課程目標(biāo)離不開更加具體的“微概念”課時目標(biāo)的達(dá)成。以“細(xì)胞分化”微概念為例，從基于概念邏輯的深度分析、基于情境的深度構(gòu)建、基于社會責(zé)任的深度應(yīng)用三方面探討微概念的深度學(xué)習(xí)策略。

關(guān)鍵詞 微概念 深度學(xué)習(xí)

中圖分類號 G633.91

文獻(xiàn)標(biāo)志碼 B

為落實立德樹人的根本任務(wù)，踐行《教育規(guī)劃綱要》精神，以生物學(xué)“大概念”構(gòu)建生物學(xué)課程內(nèi)容，實現(xiàn)少而精，從而達(dá)到既能減輕學(xué)生課業(yè)負(fù)擔(dān)，又能滿足學(xué)生終身學(xué)習(xí)、發(fā)展需要的目的。為幫助教師聚焦生物“大概念”教學(xué)，課程標(biāo)準(zhǔn)將抽象的、上位的“大概念”，逐級分解為一系列較為具體的、下位的“重要概念”和“次位概念”（下面將“次位概念”稱為“微概念”）。“大概念”的構(gòu)建不是一蹴而就的，而是通過課時目標(biāo)實現(xiàn)“微概念”的構(gòu)建，再螺旋構(gòu)建單元目標(biāo)的“重要概念”，最終螺旋構(gòu)建課程目標(biāo)的“大概念”（圖1）。可見，深度學(xué)習(xí)“微概念”是實現(xiàn)“大概念”教學(xué)的基石。基于此，以“細(xì)胞分化”微概念為例，探討如何有效落實微概念的深度學(xué)習(xí)，希望起到拋磚引玉的作用。

1基于概念邏輯的深度分析

生物學(xué)概念是人們通過觀察、比較、分析、綜合，對生物學(xué)個體或生物學(xué)現(xiàn)象的共同屬性、本質(zhì)特征、相互關(guān)系的抽象概括，是一種抽象的共同觀念。厘清生物學(xué)概念內(nèi)部邏輯，將概念分解成若干要素，力求將抽象的變?yōu)榫唧w的，復(fù)雜的變?yōu)楹唵蔚模菢?gòu)建概念的有效途徑。以邏輯的形式分析概念的內(nèi)涵、外延，是理解概念的重要手段。基于此，將“細(xì)胞分化”微概念分解成“來源、結(jié)果、特點、時間”4個要素，并以“來源→結(jié)果→特點→時間”的邏輯順序螺旋構(gòu)建概念;從細(xì)胞分化的原因和結(jié)果，按照“基因→性狀”的邏輯順序理解概念的內(nèi)涵，并以概念的外延構(gòu)建“細(xì)胞分化”的意義（圖2）。

2基于情境的深度構(gòu)建

鹽溶于水中，方能顯出美味;知識融入情境中，方能顯出活力和美感。在情境中以問題研究為平臺應(yīng)是構(gòu)建概念的重要形式。情境的形式多種多樣，可以是生活情境、想象情境、模擬情境、沖突情境、科技情境、實驗情境、試題情境等。情境的素材來源豐富，可以是生產(chǎn)、生活場景、課堂演示實驗、科學(xué)史、科技進(jìn)展、新聞人物、社會熱點等。

2.1情境激趣，感知概念教師播放

2018年高考考生鄭燁患白血病的新聞視頻，引導(dǎo)學(xué)生思考問題：1健康人的血細(xì)胞數(shù)量不會隨血細(xì)胞的死亡而減少，為什么？2骨髓移植根治白血病，實質(zhì)是為患者提供了哪種細(xì)胞？

學(xué)生已經(jīng)了解了一些關(guān)于白血病的知識，而且播放的是高中生的視頻，既能激發(fā)學(xué)生興趣，又使學(xué)生產(chǎn)生共情。教師引導(dǎo)學(xué)生基于造血干細(xì)胞產(chǎn)生紅細(xì)胞、白細(xì)胞和血小板的事實，初步感知“細(xì)胞分化是一種細(xì)胞產(chǎn)生多種細(xì)胞的過程”。

2.2問題研究，構(gòu)建概念構(gòu)建概念要素

1（來源）：分化產(chǎn)生的細(xì)胞是一個或一種細(xì)胞增殖產(chǎn)生的后代。教師展示教材中造血干細(xì)胞分化為各種血細(xì)胞的模式圖，引導(dǎo)學(xué)生分析血細(xì)胞的來源。學(xué)生觀察后，發(fā)現(xiàn)血細(xì)胞是造血干細(xì)胞增殖產(chǎn)生的后代。

構(gòu)建概念要素2（結(jié)果）：分化產(chǎn)生的各種細(xì)胞的形態(tài)、結(jié)構(gòu)和生理功能產(chǎn)生了差異。結(jié)合圖3，教師提出問題：仔細(xì)觀察圖中分化后的細(xì)胞有什么不同？引導(dǎo)學(xué)生從細(xì)胞形態(tài)、結(jié)構(gòu)、功能三方面列表比較、分析。學(xué)生討論、總結(jié)出分化后的血細(xì)胞的區(qū)別。形態(tài)不同：紅細(xì)胞呈兩面凹的圓餅狀;白細(xì)胞是球形;血小板是碎片狀。結(jié)構(gòu)不同：紅細(xì)胞無細(xì)胞核和其他細(xì)胞器;白細(xì)胞體積大，細(xì)胞核明顯，有多種細(xì)胞器;血小板沒有細(xì)胞核，含部分細(xì)胞器。功能不同：紅細(xì)胞專職運(yùn)輸氧氣;白細(xì)胞消滅病菌;血小板專職凝血。教師補(bǔ)充講授植物葉肉細(xì)胞、表皮細(xì)胞和貯藏細(xì)胞形態(tài)、結(jié)構(gòu)和功能的差異，促進(jìn)學(xué)生進(jìn)一步構(gòu)建概念要素2。在構(gòu)建概念要素2的過程中，教師要注重滲透結(jié)構(gòu)與功能觀，如紅細(xì)胞的結(jié)構(gòu)與運(yùn)輸氧氣功能的適應(yīng)，表皮細(xì)胞的結(jié)構(gòu)與保護(hù)功能的適應(yīng)。

構(gòu)建概念要素3（特點）：細(xì)胞分化過程是穩(wěn)定的、持久的、不可逆的。教師展示資料：1造血干細(xì)胞→原紅細(xì)胞→早幼紅細(xì)胞→中幼紅細(xì)胞→晚幼紅細(xì)胞→成熟紅細(xì)胞→死亡;2黑色素細(xì)胞在體外培養(yǎng)30多代仍能合成黑色素，離體培養(yǎng)的上皮細(xì)胞始終保持為上皮細(xì)胞而不會變成其他類型的細(xì)胞。教師提出問題：成熟的紅細(xì)胞還能回到造血干細(xì)胞的狀態(tài)嗎？它的最終結(jié)局是什么？資料1和2能說明什么問題？基于上述兩則資料，學(xué)生不難構(gòu)建出概念要素3。

構(gòu)建概念要素4（時間）：細(xì)胞分化發(fā)生在整個生命過程中，胚胎期達(dá)最大限度。教師提供資料：人體紅細(xì)胞的壽命為120d左右，而白細(xì)胞的壽命為5～7d，這些細(xì)胞都是失去分裂能力的細(xì)胞。教師設(shè)置認(rèn)知沖突：與人體壽命相比，紅細(xì)胞與白細(xì)胞壽命如此之短，且不能自我更新，而人體又離不開紅細(xì)胞的運(yùn)輸氧氣和白細(xì)胞的抵抗外來病原菌的入侵。如何解決此矛盾？學(xué)生在認(rèn)知沖突的碰撞下，分析得出“造血干細(xì)胞能不斷地分化成紅細(xì)胞和白細(xì)胞”，從而基于生命的事實構(gòu)建出細(xì)胞分化存在整個生命過程中。教師接著出示資料：人胚胎發(fā)育階段分胚卵期、胚胎期、胎兒期。胚卵期由受精卵發(fā)育成16個細(xì)胞團(tuán)的桑葚胚;胚胎期建立各器官原基，初具人形;胎兒期各器官系統(tǒng)繼續(xù)發(fā)育成長。學(xué)生基于事實證據(jù)，點明細(xì)胞分化胚胎期達(dá)到最大限度。

理清細(xì)胞分化的來源、結(jié)果、特點、時間四個要素后，學(xué)生很容易螺旋構(gòu)建出細(xì)胞分化概念：由一個或一種細(xì)胞增殖產(chǎn)生的后代，在形態(tài)、結(jié)構(gòu)和生理功能上發(fā)生穩(wěn)定性差異的過程。為進(jìn)一步把握細(xì)胞分裂與分化的聯(lián)系，教師引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建細(xì)胞分裂、分化模型圖，以模型圖的形式直觀地展現(xiàn)細(xì)胞分裂、分化的的關(guān)系：分裂增加細(xì)胞的數(shù)量，分化增加細(xì)胞的種類，分裂是分化的基礎(chǔ)。

2.3深度挖掘，理解概念

基因的選擇性表達(dá)是理解細(xì)胞分化的核心。但由于此時學(xué)生缺乏基因表達(dá)的相關(guān)知識，無法理解基因的選擇性表達(dá)。因此，教于基于事實情境，引導(dǎo)學(xué)生展開論證，尤為重要。

教師指出細(xì)胞的物質(zhì)組成主要包括水、無機(jī)鹽、糖類、脂質(zhì)、蛋白質(zhì)、DNA，引導(dǎo)學(xué)生探討細(xì)胞多樣性的物質(zhì)基礎(chǔ)。通過討論，學(xué)生很容易得出：細(xì)胞的多樣性以物質(zhì)的多樣性為基礎(chǔ)，而上述物質(zhì)只有蛋白質(zhì)、DNA存在多樣性。教師追問：那么，人體肌細(xì)胞、唾液腺細(xì)胞、胰島B細(xì)胞、白細(xì)胞中的DNA和蛋白質(zhì)都不一樣嗎？基于人體由受精卵分裂、分化發(fā)育而來的事實，以及學(xué)生已學(xué)習(xí)的關(guān)于有絲分裂的內(nèi)容，學(xué)生能夠理解：人體中不同細(xì)胞的遺傳物質(zhì)（DNA）是相同的，人體細(xì)胞的多樣性建立蛋白質(zhì)多樣性的基礎(chǔ)上。教師繼續(xù)追問：DNA與蛋白質(zhì)有什么關(guān)系？人體細(xì)胞的DNA相同，為什么蛋白質(zhì)會不同？由于學(xué)生沒有學(xué)習(xí)基因表達(dá)相關(guān)知識，教師給出知識鋪墊：“基因是有遺傳效應(yīng)的一段DNA;基因控制蛋白質(zhì)合成，如血紅蛋白基因表達(dá)出血紅蛋白;細(xì)胞中的基因和蛋白質(zhì)可以檢測”。并引導(dǎo)學(xué)生提出2種假說：1細(xì)胞分化過程中基因丟失，留下的基因表達(dá)出相應(yīng)蛋白質(zhì);2細(xì)胞分化過程中基因不改變，只是基因表達(dá)情況不同，合成不同的蛋白質(zhì)。

學(xué)生按照不同的假說，演繹、推理出細(xì)胞分化的模型。教師對演繹、推理的典型過程進(jìn)行展示和評價，并給出實驗證據(jù)（表1）。基于事實證據(jù)檢驗推理的結(jié)論，學(xué)生能夠理解細(xì)胞分化的本質(zhì)是基因選擇性表達(dá)，并不是基因丟失的結(jié)果。在學(xué)生理解細(xì)胞分化的本質(zhì)后，教師引導(dǎo)學(xué)生從分子水平、細(xì)胞水平、個體水平構(gòu)建出圖2中細(xì)胞分化原因和結(jié)果之間的邏輯鏈。在分析的過程中，教師要注重滲透生命的物質(zhì)觀和信息觀。

教師提出問題：細(xì)胞分化對人體重要嗎？這個問題將學(xué)生帶入情境中。教師展示一些畸形胎的圖片，讓學(xué)生形象直觀地感知細(xì)胞分化不正常引發(fā)的嚴(yán)重后果，順理成章提出：“細(xì)胞分化是多細(xì)胞生物正常發(fā)育的基礎(chǔ)。”細(xì)胞分化使細(xì)胞功能趨于專門化，如葉表皮細(xì)胞的保護(hù)功能，葉肉細(xì)胞的光合作用功能，儲藏細(xì)胞的儲藏功能。為讓學(xué)生理解細(xì)胞功能趨于專門化的意義，教師可將細(xì)胞分化與社會分工進(jìn)行類比分析。例如，如果沒有社會分工，“空間站”還能建立嗎？“復(fù)興號”還會走南闖北嗎？“奧運(yùn)會”還會精彩嗎？學(xué)生在宏觀的情境中感受微觀的事實——細(xì)胞間的分工、合作、共贏。在此過程中，教師注重滲透進(jìn)化觀。

3基于社會責(zé)任的深度應(yīng)用

生物學(xué)深度學(xué)習(xí)的目標(biāo)是服務(wù)社會，最終訴求就是運(yùn)用所學(xué)的知識、思維方法去解決實際的生活中的問題。就“細(xì)胞分化”微概念而言，學(xué)生能夠承擔(dān)的社會責(zé)任就是將學(xué)習(xí)的成果以多種多樣的方式進(jìn)行科普宣傳。因此，教師提出問題：我能為白血病患者做什么？這個問題既是對教學(xué)情境的呼應(yīng)，也是社會責(zé)任教育的體現(xiàn)。除給予白血病患者經(jīng)濟(jì)支援，學(xué)生依據(jù)已有知識能夠想到捐獻(xiàn)骨髓。教師指出救助白血病患者的難點在于尋找與患者配型的骨髓，由此引導(dǎo)學(xué)生呼吁身邊的人積極捐獻(xiàn)骨髓，構(gòu)建中華骨髓庫，增加患者骨髓配型成功概率，提升課堂高度。最后，教師拋出問題：捐獻(xiàn)骨髓會影響自身健康嗎？此問正中學(xué)生顧慮。解決此顧慮是學(xué)生邁出捐獻(xiàn)骨髓的堅強(qiáng)后盾。學(xué)生先討論，教師再點明：骨髓造血干細(xì)胞具有很強(qiáng)的增殖能力，捐獻(xiàn)造血干細(xì)胞還可刺激骨髓加速造血，兩周內(nèi)血液中的血細(xì)胞就能恢復(fù)到原來水平，不會影響自身健康。

參考文獻(xiàn)：

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【2】侯偉.“細(xì)胞分化”一節(jié)基于資料和探究的教學(xué)思路【J】.生物學(xué)通報，2013，（11）：40-42.