真實情境下問題驅動的高中生物學課堂教學實踐

章藹然

摘要 以“蛋白質和核酸是重要的生物大分子”一課為例，探討了基于真實情境下問題驅動教學模式的具體實施，構建高效、多元課堂，推動生物學學科核心素養在課堂教學中的滲透、培養與發展。

關鍵詞 真實情境 問題驅動 生物學學科核心素養

中圖分類號G633. 91

文獻標志碼B

“雙新”教育改革強調課堂教學應高度關注學生的學習過程，將知識問題化，將問題情境化，將理論實踐化，使學習從解決問題開始，利用問題表征強化知識間的關聯，從思維的深度改變學習方式，以多樣化的活動呈現知識內容，讓學習在同步探究中完成。學生在探究中獲取知識，提高能力，落實生物學學科核心素養。

“問題驅動”教學正是一種以學生為主體的學習方法，主張將知識問題化，以問題為課堂的核心，利用環環相扣的問題串有效地驅動學生體驗“問題提出一問題解決一新問題生成一新問題解決”的過程，促進學生自主構建知識。生物學問題來源于生活，將問題內隱于生活情境，即問題情境化，可以有效提高學生主動探究的積極性。實施真實情境下基于問題驅動的教學模式有利于構建有生命且高效的生物課堂，更是通達學科核心素養的有效路徑。下面以“蛋白質和核酸是重要的生物大分子”一課為例，闡述基于真實情境下問題驅動教學法在高中生物課堂教學中的應用。

1 教材分析和設計思路

本節課是滬教版高中生物學教材《必修1.分子與細胞》第二章“細胞的分子組成”第二節的內容。《普通高中生物學課程標準（2017年版）》（以下簡稱《課程標準》）明確要求“闡明蛋白質通常由20種氨基酸組成，它的功能取決于氨基酸序列及其形成的空間結構，細胞的功能主要由蛋白質完成”。因此，教材圍繞“蛋白質”這一核心概念，以功能帶結構的次序編排教學內容。其中，蛋白質的形成過程及蛋白質結構多樣性的原因是本節課的重難點。

筆者結合《課程標準》和教材，在對本節知識所蘊含核心素養的內容進行分析的基礎上，采用真實情境下的問題驅動教學模式，在教學設計上重新編排教學內容次序，圍繞著張文宏教授有關疫情期間給孩子的早餐建議——“張爸的早餐說”這一真實情境，以“食物中的蛋白質一人體的蛋白質（抗體）”為主線，以結構為切入點，將氨基酸的結構通式、氨基酸的脫水縮合反應、蛋白質結構多樣性的原因及蛋白質的功能貫穿其中，以問題驅動思考、思考引發探究、探究得出結論，促使學生完成知識的自主建構，進而提升生物學學科核心素養。教學思維導圖如圖1所示。

2 教學目標

①通過資料分析，闡述氨基酸與蛋白質之間的關系。

②通過觀察教材圖2-6不同種類氨基酸的結構式，能準確說出氨基酸的構成元素、寫出其結構通式，培養觀察能力和歸納總結能力。

③通過閱讀廣角鏡相關資料，總結氨基酸的種類，理解合理膳食的科學依據。

④通過模型建構——小組合作完成串珠活動，模擬蛋白質的形成過程，歸納總結蛋白質結構多樣性的原因，并能利用結構與功能觀，解釋蛋白質功能多樣性的原因。

⑤通過閱讀前沿熱點——新冠病毒刺突S蛋白的研究成果，認同生物學知識的應用價值。

3 教學過程

3.1 創設情境，引出問題

教師播放張文宏教授就疫情期間給孩子們的早餐建議——“張爸早餐說”的視頻，請學生就視頻內容發表自己的觀點。學生各抒己見，都表示支持。有學生說，粥里只含糖，沒有營養;有的說喝粥不經飽，容易餓;有的說雞蛋牛奶里富含蛋白質，吃了身體棒;有的說教授講的肯定正確……教師總結釋疑，告誡學生：不能盲目崇拜權威，應該學會用科學知識理性地分析問題。在人體與新冠病毒進行免疫斗爭的過程中，抗體是必不可少的武器。抗體是人體產生的一種特殊的蛋白質，機體缺乏蛋白質會直接影響抗體的合成，相當于“打仗沒有了刀槍”。所以補充足夠的優質蛋白是提高免疫力的核心。繼而，提出問題：食物中的這些蛋白質是如何轉變成人體自身蛋白質（如抗體）的呢？

設計意圖：教師從學生的生活實際出發，創設真實情境，喚醒學生的前概念，引發學生討論，并通過教師的釋疑、設疑，明確本節課的探究主題，激發學生的學習熱情和求知欲。

3.2問題驅動，合作學習

3.2.1 蛋白質由氨基酸組成

教師提出問題：食物中的蛋白質可以被人體直接吸收利用嗎？學生閱讀資料后，了解到“食物中的蛋白質進入消化道，經過消化酶的作用被分解成氨基酸，才能被小腸吸收，被人體細胞利用”，并闡述氨基酸與蛋白質之間的關系。

3.2.2 氨基酸的結構及種類

教師引導學生思考：氨基酸具有怎樣的結構呢？學生以小組合作的方式，觀察課本圖2-6不同種類氨基酸的結構式、閱讀廣角鏡相關內容，思考討論：①氨基酸的組成元素有哪些？這些氨基酸有什么異同點？②如果將各氨基酸的不同部分用字母R表示（一R），嘗試歸納氨基酸的結構通式。③嘗試用自己的身體模擬一個氨基酸分子的簡式。④氨基酸的種類有多少種？根據其來源可以分為幾類？小組代表展示組內學習成果，其他同學糾錯或補充。教師點評，重點對氨基酸的結構通式進行強調：一個中心三個基本點（中心C原子上連接氨基、羧基、H原子三個固定基團和可變的R基團）。必需氨基酸只能來自食物，所以為了健康，我們不應該挑食偏食。

3.2.3 氨基酸形成蛋白質的過程

教師提出問題：食物中的氨基酸被人體細胞吸收后，它們是如何形成蛋白質的呢？教師請兩位學生代表氨基酸，引導其他學生思考：它們要怎樣才能相互連接呢？學生很容易想到手拉手的方式。教師肯定了學生的猜想，并講述“這樣的一次親密牽手，沒有擦出火花卻擦出了‘水花”’，極大地激發了學生的好奇心。教師借機引導學生觀察教材圖2-7氨基酸分子脫水縮合形成二肽的反應方程式，并提出問題：水從哪里來？脫水后形成的化學鍵叫什么？二肽還是氨基酸嗎？二肽可以繼續脫水縮合嗎？學生分析、討論一系列的問題，總結出三肽、多肽、肽鏈以及一條肽鏈中氨基數、羧基數、肽鍵數、脫去的水分子數和氨基酸數之間存在的數量關系。

教師追問：多肽鏈是蛋白質嗎？并引導學生觀察比較教材圖2-8 T4溶菌酶的氨基酸序列示意圖和圖2-10 T4溶菌酶空間結構模型圖的區別，用語言闡述兩者之間的關系。教師點評：一條或者多條肽鏈通過盤曲折疊等多種形式，最終形成具有特定空間結構的蛋白質。

設計意圖：在本環節中，教師將本節課的探究問題逐層分解，以“剝洋蔥”的方式，通過設置環環相扣的問題串，有效地驅動學生體驗“問題提出→問題解決→新問題生成→新問題解決”的過程，促進學生完成知識的自主構建。

3.3 科學探究，模型建構

3.3.1 蛋白質結構多樣性的原因

教師提出問題：生物界的蛋白質種類多達10lo-1012種。可是，構成蛋白質的氨基酸約20種，這些氨基酸是如何形成數量眾多的蛋白質分子呢？學生以小組為單位，利用不同顏色的串珠（代表不同種類的氨基酸）和鐵絲，根據上述習得的蛋白質形成過程，構建蛋白質模型。各小組展示成果，教師引導學生觀察比較這些蛋白質模型是否相同，并嘗試尋找出現差異的原因，進而歸納、總結出蛋白質結構多樣性的原因。

3.3.2蛋白質的功能

教師引導學生思考：蛋白質結構具有多樣性，其功能有什么特性？依據上一章結構與功能的關系，學生猜想蛋白質功能也應具有多樣性。教師舉例呈現多種蛋白質的功能資料，學生閱讀資料，提取信息，歸納、概括蛋白質的功能，驗證猜想、蛋白質的功能也多種多樣，蛋白質是生命活動的主要承擔者。

3.3.3 蛋白質的結構與功能的關系

教師展示資料：（1）正常血紅蛋白由51個氨基酸、2條多肽鏈構成，使紅細胞呈兩面凹的圓盤狀;異常血紅蛋白也由51個氨基酸、2條多肽鏈構成，易聚合成纖維狀，導致紅細胞變形呈鐮刀狀、易破裂，堵塞毛細血管，從而造成組織缺血。（2）播放水煮蛋和松花蛋的制備過程的視頻。并提出問題：①兩種血紅蛋白不同的原因是什么？②蛋白質空間結構異常的后果是什么？③影響蛋白質空間結構的因素有哪些？待學生討論完畢后，教師引導學生歸納、概括蛋白質結構和功能的關系。

設計意圖：模型建構活動是學生科學思維的外在表現。在活動中，學生通過與同伴的溝通、交流、評價，不斷地進行著思維碰撞，通過動手構建模型、動眼觀察模型、動腦分析資料、動口表達觀點，既厘清了蛋白質結構多樣性的原因，完善知識體系，又有助于科學思維的發展和結構與功能觀的建立。

3.4 遷移拓展，增強責任

教師創設新的問題情境：隨著生活水平的提高、飲食習慣的改變、垃圾食品的泛濫，肥胖己逐漸成為威脅人類健康的頭號殺手，也成為誘發糖尿病的主要原因。目前注射胰島素是唯一的給藥方式，口服胰島素似乎是很多“糖友”的渴求和心聲。那么，為什么胰島素不能口服呢？教師引導學生運用己習得的知識去解答問題，并展示前沿熱點資料——新冠病毒刺突S蛋白的研究成果，引導學生討論這些研究成果的意義和價值。

設計意圖：遷移拓展是對本節課的有效總結。教師通過創設新的問題情境，有助于學生學以致用、提升知識的應用遷移能力。同時，通過組織學生對前沿熱點資料的分析、討論，引導學生關注蛋白質的科學研究進展，認同蛋白質對生命活動的意義，認同生物學知識的應用價值，有利于學生社會責任的形成，

4 教學反思

教師通過創設真實情境導入教學，與學生已有的知識發生聯系，喚醒學生的前概念，激發其學習熱情和探究欲望。在問題的驅動和引領下，學生以自主或者小組合作的方式，動口、動手、動眼、動腦地參與到課堂學習中，以解決問題為目標，實現知識的自主構建，提升學科核心素養。因此，本節課運用該教學模式，以生物學學科核心素養為導向，以“食物中的蛋白質一人體的蛋白質（抗體）”為脈絡，以問題為驅動，從學生現實生活出發，在解決問題中習得知識，再回歸現實，學以致用，用所學知識解答現實生活的實際問題，促進知識的遷移和運用，培養學生的社會責任素養，真正實現從“學科教學”向“學科教育”的轉變。