創設問題情境培養高階思維

王岳瓊

摘 要 以“細胞的基本結構”復習課為例，創設問題情境，促進學生應用基礎知識解決問題，引導學生從進化、發育、代謝三個視角，思考、構建“細胞各部分結構既分工又合作，共同執行細胞的各項生命活動”的概念。在解決問題過程中，將對細胞結構的感性認識上升至理性認識，促進結構功能觀的形成，提升分析、綜合、創新等高階思維能力。

關鍵詞 高中生物學 問題情境 高階思維

中圖分類號 Ｇ633. 91 文獻標志碼 B

“問題”是個體想做某件事，但不能馬上知道對這件事所采取的一系列行動。為學生創設問題情境，使提出的問題不能立即用學生已有知識解決，與學生知識經驗產生沖突，引發學生思考，在解決問題過程中培養高階思維。在“細胞的基本結構”一節的復習課教學中，從進化、發育、代謝三個視角創設問題情境。利用問題引導學生思考細胞中各部分結構之間的聯系，構建“細胞各部分結構既分工又合作，共同執行細胞的各項生命活動”的概念，在完善知識結構的同時培養分析、綜合、創新等高階思維能力。

1 教學背景分析與設計思路

“細胞的基本結構”是人教版高中《必修1·分子與細胞》第三章的內容。本教學設計是本章的復習課。

本節主要內容是在細胞膜、細胞質、細胞核相關知識的基礎上，對細胞是一個“動態的系統”加深認識，構建“細胞各部分結構既分工又合作，共同執行細胞的各項生命活動”的概念。

學生初學細胞結構的知識，很容易將看到的各種細胞顯微照片當作細胞的真實狀態。而顯微照片中看到的結構只能反映細胞在某一時刻所處的狀態或只展現了細胞中某結構的局部。通過本節課提供的學習資料，學生將細胞結構由靜態變為動態，利用“局部”還原“整體”，進一步構建細胞是一個“系統”的觀念。在實現上述認識的轉變過程中，提高能力和素養。

基于以上分析，本節的教學思路是引導學生從進化、發育、代謝視角看細胞，思考細胞中各部分結構之間的關系（如圖1）。促使學生深入理解細胞各部分的結構和功能的關系，理解“細胞各部分結構既分工又合作”的關系，促進高階思維發展。

2 教學目標

① 結合資料和細胞的各部分結構和功能，從細胞進化、發育、代謝三個視角，闡明細胞各部分結構既分工又合作的關系

② 通過細胞進化、發育、代謝三個方面的資料分析，提高分析、綜合、創新能力

③ 認同細胞是一個動態變化的系統

3 教學過程

3.1 從進化角度看真核細胞內各種結構的關系

教師提供資料1：真核細胞中其他細胞器均為單層膜，而線粒體、葉綠體是具有雙層膜的細胞器。但二者的外膜與內膜在性質、成分等方面具有明顯差異。外膜與真核細胞膜系統相似，內膜與原核細胞質膜相似。線粒體、葉綠體內部很多化合物的結構、性質與原核細胞類似。

問題1：依據上述資料，你對線粒體、葉綠體外膜的來源有怎樣的推測？

學生根據材料進行分析，寫出自己的推測，線粒體和葉綠體外膜的來源是真核細胞的膜結構；而內膜與外膜的來源可能不同。

教師提供資料2：細胞內膜結構的可能的起源途徑有三種，① 原核細胞在進化過程中質膜內陷，產生原始的核膜，形成早期的真核細胞。② 好氧細菌和藍細菌被真核細胞內吞，最終與真核細胞共生，使得原始真核細胞獲得線粒體、葉綠體兩種細胞器。③ 質膜內陷形成很多胞內小泡，有些小泡進一步發育為內質網和高爾基體，進而形成多種具膜細胞器。

問題2：請根據以上細胞內的膜結構起源假說，描述真核細胞內部膜結構的來源。

學生思考回答：細胞膜內陷而形成核膜、內質網、高爾基體等細胞內部具膜的結構；線粒體和葉綠體的外膜也來源于細胞膜，其內膜來源于原核細胞的細胞膜。

問題3：從進化角度，解釋真核細胞內的膜結構為什么具有統一性？

學生思考回答：進化過程中，細胞膜與真核細胞內部膜結構的產生有緊密的關聯。

問題4：你認為上述關于細胞結構起源的假說可以從哪些方面尋找證據？

學生思考回答：基因測序、各種細胞結構的分子組成對比、現存生物的結構對比等方面尋找證據。

設計意圖：學生從進化角度看細胞內各種結構的來源，認識細胞中各種結構演化上的聯系。促使學生感悟細胞中各種結構不是完全獨立的。在演化過程中，細胞內部結構逐漸復雜，出現各種細胞器，細胞的結構有漸變的過程。教師設置問題1、2，引導學生根據已學的真核細胞膜結構的知識以及資料1、2的信息，從進化角度，構建線粒體膜、葉綠體膜以及細胞其他膜結構之間的聯系。設計問題3、4，訓練學生綜合能力、理性思維的同時培養學生證據意識。通過四個問題，引導學生將已有知識與新信息進行綜合、分析。問題1到4的設置，從封閉到開放，使學生不斷提升能力，解決問題。

3.2 從細胞發育角度看細胞結構之間的聯系

問題5：根據內質網的功能推斷，內質網本身的膜面積擴大的主要方式是什么？

學生思考回答：參與形成膜的蛋白質和脂類，一般是內質網本身合成的，新合成的分子嵌在內質網膜的各個部分，形成、保持和擴大內質網膜。

教師提供資料3，① 利用圖片展示細胞核膜、內質網、高爾基體、溶酶體、細胞膜之間的聯系；② 內質網膜上的磷脂分子通過磷脂轉移蛋白轉運至線粒體和葉綠體上。③ 新液泡來源有多種途徑，可以由高爾基體端部膨大、斷落、擴大形成、也可以由內質網出芽或端部膨大、斷落形成，或由細胞膜內陷形成；④ 核膜的崩解與再形成：細胞分裂期開始時，核膜崩解，崩解的核膜組分主要被吸收融合到內質網上；在細胞分裂的后期，核膜開始形成時，大量的膜泡或管狀內質網富集到染色質表面，然后膜泡或內質網由管狀逐漸鋪展成片狀，同時進行融合。

問題6：請用文字和“→”表示細胞中各種膜結構的聯系。

學生根據上述資料，構建細胞內膜結構的聯系模型如圖2所示。

問題7：結合發育過程中細胞內部膜結構的產生過程，解釋真核細胞內的膜結構的統一性。

學生思考回答，在細胞發育過程中，細胞內部結構是動態變化的。如內質網可以合成脂質、蛋白質，并為其他細胞器輸送必需的物質。細胞內部的結構在結構和功能上構成統一的整體。

問題8：關于細胞發育過程中細胞器的形成，有哪些可進一步研究的問題？

學生思考、提問，例如：內質網膜變為高爾基體膜的具體過程是怎樣的？高爾基體和內質網膜有明顯不同，如何形成的？細胞中的膜結構為什么不混合均勻，而是存在極性。

設計意圖：教師設置問題5、6，結合基礎知識和提供的資料，引導學生利用已知的知識（內質網的功能），解決新問題（內質網膜面積擴大的原因）。利用構建模型的方式，增強學生概括能力，加深對細胞內部結構關系的認識。接著通過問題7、8的引領，促進學生從細胞內部結構的產生角度認識細胞內部的結構的統一性，引導學生提出問題，增強創新能力。

3.3 從細胞代謝角度看細胞結構之間的聯系

教師提供資料4：研究發現蠶的絲腺細胞在5齡初期主要是細胞自身增大，這時細胞質中核糖體多為游離型，而內質網很貧乏，此時蠶并不會吐絲結繭；但到5齡后半期，腺細胞開始大量分泌絲心蛋白時，核糖體大部分與內質網結合，形成發達的粗面內質網。

資料5：研究人員用構樹做為實驗材料，研究鹽脅迫條件下，細胞膜的脂肪酸組成的變化，結果如表1所示。

問題9：結合資料4、5，談一談細胞內部結構之間、細胞結構與外部環境、生理狀態之間有何關聯。

學生思考回答，細胞處于不同的生理狀態或不同的外部環境，細胞內部結構會有所變化。細胞內部結構的改變會涉及細胞中的多種結構，如遇到逆境，細胞膜脂的改變會涉及到細胞中核糖體與內質網中磷脂合成的相關酶的含量、線粒體供能、高爾基體運輸等。

設計意圖：通過問題9的引領，促進學生將已學的多種細胞器的結構和功能構建關聯，并綜合運用已學知識進行分析，解決新情境下的問題，建立細胞是動態變化的統一整體的觀念。

3.4 總結提升

師生共同總結，完善本節知識結構。在總結過程中引導學生回顧本節課，從細胞中膜的來源、不同膜結構之間的關系、細胞的動態變化等方面解釋真核細胞中膜結構的內在聯系，從而形成本節的重要概念——細胞各部分有分工有合作，共同執行生命活動。如圖3所示。

4 教學反思

教師在學生已有的細胞結構相關知識基礎上，從進化、代謝、發育三個“新”視角，帶領學生分析細胞內部結構之間的聯系，在分析材料的同時，促使學生應用基礎知識解決問題。完善知識結構的同時，將有關細胞結構的感性認識上升至理性認識，促進結構功能觀等生命觀念的形成，提升分析、綜合、創新等高階思維能力。

本節課的教學每一個環節的實施以問題為引領，根據學生的作答情況給出評價，同時每一個問題的表述均明確了思考或作答的方向，如“根據內質網的功能推斷，……”“請用文字和‘→表示……”，為學生的思考和作答做支撐。利用問題引領學習，可以使學生的思維過程外顯，利于教師及時了解學生的學習情況，適時進行指導與評價。

課后作業有不同的類型，包括：基礎性作業，如有關細胞結構研究資料的分析、 “細胞的基本結構”的知識結構圖繪制；實踐性作業，如制作細胞模型、細胞結構蛋糕烘焙、細胞結構相關拓展實驗等；拓展性作業，如細胞結構的最新研究資料的閱讀和分析等。通過不同類型的作業的設置，引導學生完成個性化的作業，激發學習興趣，進一步促進高階思維發展。

參考文獻：

［1］ 陳琦，劉德儒著，當代教育心理學［M］.北京：北京師范大學出版社，1997.

［2］ 張強，黃婧，周鵬，張敏.NaCl脅迫對構樹質膜脂肪酸組成和膜流動性的影響［J］.東北林業大學學報，2020，48（08）：22-26+49.