創(chuàng)設(shè)三重情境 解決真實問題
——以“細胞的衰老和死亡”一輪復(fù)習(xí)為例

溫國蕾 徐培培

(1.北京市房山區(qū)實驗中學(xué) 2.北京市房山區(qū)教師進修學(xué)校)

高三一輪復(fù)習(xí)課教學(xué)中,教師通過精心設(shè)計真實情境下的問題,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,培養(yǎng)學(xué)生獲取和處理科學(xué)信息、分析和解決復(fù)雜問題及合作、交流的能力至關(guān)重要。

王健教授在《基于學(xué)生核心素養(yǎng)的生物學(xué)科能力研究》一書中指出:“學(xué)習(xí)是參與的過程,知識應(yīng)該是通過群體之間的合作與互動而獲得的。因此,學(xué)生的學(xué)科能力表現(xiàn)也應(yīng)該與特定的學(xué)科相匹配,而且具有情境性。隨著學(xué)科能力的不斷提高,對應(yīng)的情境也逐漸變得復(fù)雜,即從原型到相似的熟悉情境,再到陌生的復(fù)雜情境。情境因素既是學(xué)科能力水平的一種體現(xiàn),也是學(xué)科能力表現(xiàn)的重要影響因素”。

在“細胞的衰老和死亡”一課的復(fù)習(xí)中,筆者通過設(shè)置原型情境、相似情境和陌生情境三種不同情境,逐步加深學(xué)生對知識的理解,提高學(xué)生的科學(xué)探究和科學(xué)思維能力,最后通過引導(dǎo)學(xué)生利用所學(xué)知識解決真實問題,實現(xiàn)一輪復(fù)習(xí)在情境中復(fù)習(xí)知識。

1.單元教學(xué)內(nèi)容分析

本節(jié)內(nèi)容旨在幫助學(xué)生加深對重要概念“描述在正常情況下,細胞衰老和死亡是一種自然的生理過程”的理解,從而理解必修1的大概念“細胞會經(jīng)歷生長、增殖、分化、衰老和死亡等生命進程”。圖1為“細胞的生命歷程”這一單元任務(wù)分解及課時分配。

圖1

圖2

2.課時教學(xué)內(nèi)容分析

本課時任務(wù)情境設(shè)置著重在利用細胞衰老、死亡等相關(guān)知識解決“遺忘”這一現(xiàn)象的發(fā)生機理,引導(dǎo)學(xué)生正確面對“遺忘”現(xiàn)象,尋找適宜的學(xué)習(xí)方法,提高自己的學(xué)習(xí)能力。

知識層面,經(jīng)過前期的學(xué)習(xí),學(xué)生對“細胞的衰老和死亡是正常的生命現(xiàn)象”有初步的認識,能夠區(qū)分“凋亡”與“壞死”,但在真實情境中篩選知識解決問題時常出現(xiàn)混亂,即能夠?qū)崿F(xiàn)單純對知識的再現(xiàn),但在情境中應(yīng)用時略有欠缺。

能力層面,學(xué)生經(jīng)過兩年高中生物學(xué)的學(xué)習(xí),經(jīng)過一些閱讀實踐和科學(xué)探究實驗分析訓(xùn)練,具備一定的獲取、分析信息能力;明確實驗研究目的、分析實驗結(jié)果、得出實驗結(jié)論的能力。但在陌生的復(fù)雜情境下,有邏輯地處理信息、梳理研究脈絡(luò)、從分子水平到個體水平逐層闡述生命機制等方面還需進一步提高。

3.教學(xué)目標

通過基礎(chǔ)知識的回顧,再現(xiàn)細胞衰老的特點、區(qū)分細胞凋亡與壞死;通過“雞爪與鴨掌”實驗,讓學(xué)生在實驗情境下判斷“凋亡”與“壞死”,培養(yǎng)學(xué)生獲取和處理科學(xué)信息能力;通過讓學(xué)生解釋“遺忘”這一現(xiàn)象的發(fā)生機制,培養(yǎng)學(xué)生利用所學(xué)知識分析和解決復(fù)雜問題的能力。

4.教學(xué)過程

4.1 問題引領(lǐng),回顧基礎(chǔ)知識

首先,通過問題串再現(xiàn)基礎(chǔ)知識:細胞衰老具有哪些特點?什么是細胞凋亡?細胞凋亡和細胞壞死有何區(qū)別?嘗試舉出細胞凋亡相關(guān)現(xiàn)象實例。

通過以下判斷題夯實學(xué)生基礎(chǔ):

(1)衰老細胞內(nèi)多種酶的活性降低,細胞核體積逐漸減小,染色體固縮。(×)

(2)細胞凋亡與基因選擇性表達無關(guān),凋亡的細胞內(nèi)基因均不表達。(×)

(3)高等植物胚胎發(fā)育過程中,胚柄的退化是通過編程性細胞死亡實現(xiàn)的。(√)

(4)神經(jīng)元的凋亡使得其產(chǎn)生并傳導(dǎo)興奮的功能受阻。(√)

(5)細胞凋亡不出現(xiàn)在胚胎發(fā)育過程中。(×)

(6)細胞的衰老和凋亡是生物體異常的生命活動。(×)

(7)良好心態(tài)有利于神經(jīng)、內(nèi)分泌系統(tǒng)發(fā)揮正常的調(diào)節(jié)功能,從而延緩衰老。(√)

通過問題串的引領(lǐng),讓學(xué)生以小組為單位進行思考、討論、交流,生生互動再現(xiàn)基礎(chǔ)知識,有效避免復(fù)習(xí)課中教師“一言堂”的現(xiàn)象;通過判斷題的形式,快速檢查學(xué)生對知識的理解程度,在知識層面進行查漏補缺。

4.2 原型情境,再現(xiàn)思維方式

問題1:依據(jù)衰老細胞的特點分析以下老年人表現(xiàn)的原因:頭發(fā)變白、出現(xiàn)皺紋、飯量減小。

問題2:對以下現(xiàn)象進行解釋:①蝌蚪尾部消失的原因;②人手的形成。

問題3:線蟲發(fā)育時共有1 090個細胞產(chǎn)生,結(jié)果構(gòu)成了一個由959個體細胞組成的線蟲,請推測該現(xiàn)象出現(xiàn)的可能原因。

問題4:總結(jié)細胞凋亡的意義。

原型情境通常取材于教材中學(xué)習(xí)過的情境、課堂教學(xué)中學(xué)習(xí)或體驗過的情境或?qū)W生在生活中接觸過的情境等。上述情境在新授課時均有所涉及,因此于學(xué)生而言屬于原型情境。將原型情境呈現(xiàn)給學(xué)生,然后以問題串的形式進行提問,以完成學(xué)科中關(guān)鍵知識的記憶與重現(xiàn)。通過原型情境檢測學(xué)生對知識的掌握程度,加強學(xué)生的知識應(yīng)用能力。

4.3 熟悉情境,提高探究能力

資料一:雞爪與鴨掌的最大不同,在于“雞爪的趾骨間沒有蹼狀結(jié)構(gòu),但在胚胎發(fā)育形成指的時期,這兩種動物的趾間都有蹼狀結(jié)構(gòu)”。為了探究蹼狀結(jié)構(gòu)的形成和消失是如何進行的,科學(xué)家進行了如下實驗:將鴨胚胎中預(yù)定形成鴨掌部分的細胞移植到雞胚胎的相應(yīng)部位,結(jié)果雞爪長成了鴨掌,將雞胚胎中預(yù)定形成雞爪部分的細胞移植到鴨胚胎的相應(yīng)部位,結(jié)果鴨掌長成了雞爪。(材料選自人教版教材必修1第6章的復(fù)習(xí)與提高)

問題1:請分析劃線部分雞爪趾間蹼狀結(jié)構(gòu)消失的原因。

問題2:寫出判斷雞爪胚胎發(fā)育時期蹼的消亡是細胞凋亡而不是細胞壞死造成的依據(jù)。

問題3:寫出上述實驗中體現(xiàn)的細胞凋亡的特點。

問題4:依據(jù)雞爪和鴨掌的結(jié)構(gòu)及功能特點,說明細胞凋亡對于個體發(fā)育的重要意義。

這一案例在新授課時并未學(xué)習(xí),但與人手形成這一原型情境相似,對學(xué)生而言,這一情境屬于熟悉情境。通過問題1、問題2幫助學(xué)生在新的情境下區(qū)分凋亡與壞死,通過問題3培養(yǎng)學(xué)生獲取、分析信息能力,通過問題4培養(yǎng)學(xué)生的進化與適應(yīng)觀。

4.4 陌生情境,解決真實問題

資料二:從出生到14歲,大腦中的神經(jīng)元數(shù)量如圖3所示,請回答:

圖3 大腦中的神經(jīng)元數(shù)量

問題1:解釋出生到6歲,突觸密度變化的原因。

問題2:解釋6歲到14歲,突觸密度發(fā)生變化的原因。

問題3:某些與神經(jīng)細胞相連接的細胞(靶細胞)會分泌出一定量的“存活因子”,沒有接收到“存活因子”信號刺激的神經(jīng)細胞會啟動凋亡程序,如圖4所示。結(jié)合圖文信息,試分析神經(jīng)細胞凋亡的原因(圖文信息來源于北師大版教材必修1第5章第3節(jié)檢測評價)。

圖4

問題4:據(jù)圖5描述細胞發(fā)生凋亡的分子機制。

圖5

問題5:某網(wǎng)站有這樣一個求助帖:本人34歲。剛被小學(xué)同學(xué)拉進一個群,突然發(fā)現(xiàn)我腦子里一片空白,像被格式化了,什么記憶都沒有。在我們的生活中也是一樣,小時候的兒歌、折紙現(xiàn)在很多都不會了,為什么會發(fā)生這樣的事情呢?綜合圖3～圖5的信息,對這一現(xiàn)象的發(fā)生做出合理解釋。

問題6:綜上所述,請寫出關(guān)于學(xué)習(xí)方法的啟示。

近幾年,高考和學(xué)業(yè)水平等級性考試命題,均通過創(chuàng)設(shè)真實問題情境,由淺入深、層層遞進,直至揭示問題本質(zhì)。每一個問題都不是孤立存在的,要求學(xué)生在更廣闊的視野中探究,在更開放的情境中思考。隨著開放性試題比重的增加,愈發(fā)注重對質(zhì)疑、思辨、綜合應(yīng)用與創(chuàng)新思維的考查。基于此,在選擇教學(xué)中的陌生情境時,我們可以選取較新的科研情境,如諾貝爾獎背景研究素材等,在這些情境下讓學(xué)生進行思考、推理、多角度分析、建立聯(lián)系。

在本次教學(xué)過程中,選取了“遺忘”相關(guān)的生活情境,這也是困擾學(xué)生多年的生活情境,學(xué)生學(xué)習(xí)興趣較高。這一情境學(xué)生常常能夠碰到,但對于發(fā)生機理并不清楚,因此于學(xué)生而言,這一情境依然屬于陌生情境。

通過資料二問題1到問題4,從細胞水平到分子水平逐步揭開“遺忘”這一現(xiàn)象的面紗,從簡單的由圖中提取信息到有邏輯的在分子水平解釋凋亡現(xiàn)象的發(fā)生,充分體現(xiàn)了系統(tǒng)性思維這一高級思維方式。通過問題5～6,將所學(xué)生物學(xué)知識與生活現(xiàn)象相關(guān)聯(lián),從而培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題的能力。通過增加情境的陌生性和復(fù)雜性,提高學(xué)生的遷移創(chuàng)新能力,基于多個角度分析、預(yù)測陌生情境中的問題等高階能力。

5.教學(xué)反思

本課時核心任務(wù)是學(xué)生基于復(fù)雜真實的生物學(xué)情境,在一定程度上認識到細胞的衰老和死亡是一種正常的生命現(xiàn)象。在本課中,從原型到相似的熟悉情境,再到陌生的復(fù)雜情境,隨著情境的復(fù)雜化,學(xué)科能力的要求不斷升高。學(xué)生在三重情境下分析、解釋、小組合作與交流,極大地激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、提高了學(xué)生在課堂上的參與度。同時,在不同的情境下學(xué)生進行思考,多層次地提高了學(xué)生的能力,亦讓不同層次的學(xué)生均有收獲。最后通過解釋“遺忘”這一真實情境進行收尾,提升學(xué)生利用所學(xué)知識分析和解決復(fù)雜問題的能力。