劉 艷 吳小芳

（武漢市洪山高級中學(xué)，湖北 武漢）

新的《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》已頒布，課標(biāo)的核心內(nèi)容之一是建構(gòu)了基于學(xué)科性質(zhì)、學(xué)科特點和學(xué)科獨特育人價值的學(xué)生核心素養(yǎng)框架。生物學(xué)核心素養(yǎng)是學(xué)生后天習(xí)得的終身受益成果，是公民基本素養(yǎng)的重要組成之一，是學(xué)生在解決真實情境中的生物學(xué)問題時所表現(xiàn)出來的必備品格和關(guān)鍵能力。生物學(xué)核心素養(yǎng)主要包括生命觀念、理性思維、科學(xué)探究和社會責(zé)任等。生物學(xué)核心素養(yǎng)的提出推動了課程和教學(xué)改革，教學(xué)思想方式的改變，教育模式、內(nèi)容的轉(zhuǎn)型和重塑。由此，如何實施基于學(xué)科核心素養(yǎng)的課堂教學(xué)引發(fā)了社會各界的普遍關(guān)注。“模型與建?！笔钦n標(biāo)中規(guī)定的高中生必須掌握的科學(xué)方法之一，在高中生物教學(xué)中舉足輕重。在正確地建構(gòu)模型的過程中，學(xué)生能較好地理解核心概念，學(xué)會尊重事實和證據(jù)，形成嚴(yán)謹(jǐn)、務(wù)實的求知態(tài)度，運用科學(xué)的思維方法認(rèn)識事物、解決實際問題，形成生命觀念，逐步發(fā)展理性思維，提高探究能力和社會責(zé)任意識，從而提高生物學(xué)核心素養(yǎng)。

一、基于核心素養(yǎng)的“細(xì)胞大小與物質(zhì)運輸?shù)年P(guān)系”教學(xué)設(shè)計

（一）教學(xué)思想

“細(xì)胞大小與物質(zhì)運輸?shù)年P(guān)系”是通過運用物理模型模擬細(xì)胞的物質(zhì)運輸來探究細(xì)胞大小與物質(zhì)運輸效率的關(guān)系，從而理解細(xì)胞不能無限長大的原因以及細(xì)胞通過分裂增殖的必然性。因為細(xì)胞肉眼不可見，所以，物質(zhì)的運輸相對來說較難觀察，并且細(xì)胞的物質(zhì)跨膜運輸有三種方式：自由擴散、協(xié)助擴散和主動運輸，后兩者相對比較復(fù)雜。教材選取最簡單、最直觀的方式，運用NaOH擴散進入含酚酞的瓊脂塊這一物理模型來模擬物質(zhì)自由擴散進入細(xì)胞，可幫助學(xué)生更加直觀地認(rèn)識細(xì)胞的物質(zhì)運輸，培養(yǎng)了學(xué)生的模型建構(gòu)能力，對學(xué)生后續(xù)學(xué)習(xí)細(xì)胞增殖內(nèi)容中“染色體的行為變化”、建構(gòu)物理模型有很重要的鋪墊和啟發(fā)作用。與此同時，學(xué)生在進行實驗結(jié)果的處理和分析時，需要用到相關(guān)數(shù)學(xué)方法，這不僅體現(xiàn)了學(xué)科之間的融合，還讓學(xué)生初步建立了數(shù)學(xué)模型，對后續(xù)學(xué)習(xí)細(xì)胞增殖過程中“染色體”“DNA”數(shù)目變化的數(shù)學(xué)模型建構(gòu)起了很好的鋪墊作用，更為重要的是啟發(fā)學(xué)生在生物學(xué)習(xí)中學(xué)會利用數(shù)學(xué)思維和方法，表現(xiàn)、解釋、提煉出生命規(guī)律和生命現(xiàn)象的本質(zhì)。因此，本課時的內(nèi)容學(xué)習(xí)對后續(xù)生物學(xué)知識學(xué)習(xí)很有幫助，特別是在實驗教學(xué)過程中對學(xué)生理性思維的培養(yǎng)、生物科學(xué)素養(yǎng)的養(yǎng)成具有重要作用。

（二）教學(xué)目標(biāo)

知識目標(biāo)：

1.理解細(xì)胞表面積與體積的關(guān)系以及細(xì)胞大小與物質(zhì)進出的關(guān)系；

2.概述細(xì)胞不能無限長大的原因。

能力目標(biāo)：

1.用瓊脂塊模擬細(xì)胞，NaOH模擬運輸物質(zhì)，學(xué)生建構(gòu)物理模型；

2.用表格記錄實驗數(shù)據(jù)并轉(zhuǎn)化成圖形，分析結(jié)果，得出結(jié)論，學(xué)生初步構(gòu)建數(shù)學(xué)模型并理解概念；

3.通過小組合作，學(xué)生提高協(xié)作能力、動手能力、表達(dá)能力。

情感態(tài)度與價值觀目標(biāo)：

1.學(xué)生體驗探究過程，提高批判性思維，養(yǎng)成實事求是的科學(xué)態(tài)度、嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的治學(xué)精神。

2.學(xué)生培養(yǎng)合作精神。

（三）教學(xué)重點

對實驗結(jié)果的處理和分析。

（四）教學(xué)難點

物質(zhì)運輸效率和運輸速率的區(qū)別；如何分析數(shù)據(jù)得到結(jié)論。

（五）教學(xué)準(zhǔn)備

以小組為單位準(zhǔn)備如下材料：邊長分別為1cm、2cm、3cm的含酚酞的瓊脂塊各1塊，0.1%的NaOH溶液，燒杯、濾紙、小刀、尺子、托盤筆。

（六）教學(xué)過程

學(xué)生活動 設(shè)計意圖課前預(yù)學(xué) 分析學(xué)生預(yù)學(xué)問題，精選習(xí)題讓學(xué)生完成，利用信息技術(shù)收集結(jié)果。 課前預(yù)習(xí)實驗，了解實驗原理和過程并完成學(xué)程上自學(xué)內(nèi)容。 預(yù)學(xué)反饋教學(xué)流程 教師活動新課導(dǎo)入了解學(xué)情導(dǎo)入新課，引導(dǎo)學(xué)生對實驗原理和操作中注意的事項進行分析。師：大家都知道，多細(xì)胞生物體的長大靠的是細(xì)胞體積的長大和數(shù)目的增多。那為什么細(xì)胞不能無限長大呢？有一種說法認(rèn)為，細(xì)胞體積越大，需要的營養(yǎng)物質(zhì)就越多，細(xì)胞膜的負(fù)擔(dān)就越重，從而限制了細(xì)胞的生長。但是有的同學(xué)認(rèn)為：細(xì)胞越大，細(xì)胞膜的表面積也越大，物質(zhì)運輸應(yīng)更多。到底誰對誰錯，空口無憑，我們今天就通過實驗來判定，拿數(shù)據(jù)說話。由于分子不可見，物質(zhì)進出細(xì)胞不可見，所以我們今天利用物理模型來探究細(xì)胞大小與物質(zhì)運輸?shù)年P(guān)系。課前大家通過自主學(xué)習(xí)完成了探究實驗中提出問題到實驗設(shè)計這幾個環(huán)節(jié)，同學(xué)們都做得很棒！部分同學(xué)對物質(zhì)運輸效率這一概念還不理解，運輸效率指的是相同時間內(nèi)NaOH擴散總體積和瓊脂塊體積之比，是百分比。對思考題3：操作應(yīng)注意哪些事項？請同學(xué)們各抒己見，到底是大的細(xì)胞運輸效率高，還是小的高？在實驗中還需注意什么？下面我們就動手親身體驗。預(yù)學(xué)反饋學(xué)生發(fā)表自己的看法。1.布置合作學(xué)習(xí)任務(wù)和要求。2.巡查各小組合作學(xué)習(xí)狀態(tài)和實驗進程，并做及時的指導(dǎo)。3.引導(dǎo)學(xué)生分析實驗過程中遇到的問題。師過渡：下面請同學(xué)們按照你們的分工開始實驗，請大家注意時間和任務(wù)。時間：10分鐘。該環(huán)節(jié)任務(wù)：（1）瓊脂塊的浸泡（10分鐘）；（2）同時完成表格第1、2、3列和圖（1）的繪制（并上臺展示）小組合作及分工：6人一個大組，其中3人一個實驗組。實驗組員分工：1人負(fù)責(zé)實驗操作，1人負(fù)責(zé)實驗數(shù)據(jù)記錄，1人負(fù)責(zé)結(jié)果展示。師：時間到，請大家取出瓊脂塊，開始進行實驗數(shù)據(jù)的采集和處理。該環(huán)節(jié)任務(wù)：（1）擴散深度的測量；（2）數(shù)據(jù)的記錄和處理，表格、圖像的完善。實驗組員分工：1人負(fù)責(zé)實驗操作，1人負(fù)責(zé)實驗數(shù)據(jù)記錄，1人負(fù)責(zé)結(jié)果展示。合作探究表圖轉(zhuǎn)換建構(gòu)模型合作探究進行實驗學(xué)生動手進行實驗操作，完成學(xué)程并記錄實驗結(jié)果。1.瓊脂塊的浸泡。2.擴散深度的測量和數(shù)據(jù)的處理。3.實驗部分結(jié)果的展示。實驗結(jié)果展示和分析組織學(xué)生展示各小組實驗結(jié)果，分析實驗結(jié)果的差異（以教師提問、學(xué)生回答、互相補充、教師點評的形式進行）。選取幾個小組將實驗記錄表格中數(shù)據(jù)、相對表面積與瓊脂塊邊長關(guān)系坐標(biāo)圖、運輸效率與瓊脂塊邊長關(guān)系坐標(biāo)圖在黑板上進行展示。師過渡：幾個小組的展示已經(jīng)完成，請大家看看跟你們的有無差異？下面請一個小組講解他們?nèi)绾瓮瓿杀砀窈蛨D像的。師：實驗中有同學(xué)發(fā)現(xiàn)，瓊脂塊每個面擴散的深度一樣，這是為什么？老師又發(fā)現(xiàn)，有的同學(xué)同一塊瓊脂塊，各面的深度有差異，這是為什么？請你們小組內(nèi)部討論下。不同小組的擴散深度好像也不一樣，請大家分析原因。學(xué)生對教師的問題進行思考。1.小組派代表介紹展示本組的實驗結(jié)果（圖和表），并分析數(shù)據(jù)處理結(jié)果。2.分析影響實驗結(jié)果的原因。其他小組認(rèn)真聆聽并分析數(shù)據(jù)和結(jié)果，準(zhǔn)備評價。生1回答：指的是擴散速率，同一組內(nèi)擴散速率是相同的。生2回答：瓊脂塊可能有破損，所以不同面深度不一。生3回答：可能是各組放入的時間不同，也有可能有的攪拌快，有的攪拌慢。成果分享分析數(shù)據(jù)的處理得出結(jié)論組織學(xué)生評價展示小組的內(nèi)容，并分析數(shù)據(jù)的規(guī)律，引導(dǎo)學(xué)生得出結(jié)論。師：其他小組覺得這幾個小組表現(xiàn)如何？從表格和圖分析，你們能得出什么結(jié)論？師再次強調(diào)結(jié)論：細(xì)胞體積越大，其相對表面積越小，細(xì)胞的物質(zhì)運輸效率就越低。細(xì)胞表面積與體積的關(guān)系限制了細(xì)胞的長大。師：除了細(xì)胞表面積與體積會限制細(xì)胞的生長，還有哪些因素也會影響？小組派代表評價展示小組的內(nèi)容，并分析規(guī)律，得出結(jié)論。生回答：細(xì)胞體積越大，其相對表面積越小，細(xì)胞的物質(zhì)運輸效率就越低。細(xì)胞表面積與體積的關(guān)系限制了細(xì)胞的長大。生：核質(zhì)比。分析數(shù)據(jù)規(guī)律

續(xù)表

二、基于核心素養(yǎng)的模型教學(xué)策略

模型方法是研究模型來揭示原型的形態(tài)、特征和本質(zhì)的方法，是邏輯方法的一種特有形式。中學(xué)生物中模型一般分為概念模型、物理模型和數(shù)學(xué)模型三類。

生物模型建構(gòu)符合從感性到理性的認(rèn)知規(guī)律，能促進學(xué)生認(rèn)知水平的發(fā)展；有利于對學(xué)生進行科學(xué)方法的訓(xùn)練，對知識的理解和記憶，使復(fù)雜的實際問題簡單化，形成完整的知識體系，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率；能訓(xùn)練學(xué)生的想象力，激發(fā)興趣，培養(yǎng)創(chuàng)造力和批判性思維能力，提高學(xué)生的生物學(xué)核心素養(yǎng)；還可以提高教師的教研能力，更新教師的教學(xué)理念，增加師生互動的機會，使師生的關(guān)系更加和諧。

生物教學(xué)模型的恰當(dāng)使用可以提高學(xué)生學(xué)習(xí)效率，提高學(xué)生的生物學(xué)核心素養(yǎng)，但是這需要教師強大的組織能力和掌控能力?；谝陨系姆治觯艺J(rèn)為模型教學(xué)應(yīng)該從以下幾個方面來實現(xiàn)生物學(xué)核心素養(yǎng)目標(biāo)的達(dá)成。

（一）教師充分解讀教材，挖掘核心素養(yǎng)

教師在進行教學(xué)設(shè)計之前，需要充分挖掘模型教學(xué)內(nèi)容所涉及的生物學(xué)核心素養(yǎng)。生物學(xué)核心素養(yǎng)主要包括生命觀念、理性思維、科學(xué)探究和社會責(zé)任等。概念模型通常以概念圖的形式出現(xiàn)，表達(dá)概念之間的相互關(guān)系，體現(xiàn)知識的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架。通過畫概念圖等方式建構(gòu)概念模型，有利于對概念知識的理解和聯(lián)系，可以幫助學(xué)生在了解生物學(xué)概念的基礎(chǔ)上形成生命觀念，如結(jié)構(gòu)和功能觀、進化與適應(yīng)觀、穩(wěn)態(tài)與平衡觀、物質(zhì)與能量觀等。物理模型可以將抽象的東西具體化，利于學(xué)生理解知識，同時制作模型的過程能激發(fā)學(xué)生興趣，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造力和合作力。數(shù)學(xué)模型使學(xué)生學(xué)會用數(shù)學(xué)建模的方法去認(rèn)識事物、解決實際問題，學(xué)會觀察分析和設(shè)計實施方案，并交流和表達(dá)，尊重事實和證據(jù)，養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)和務(wù)實的求知態(tài)度。因此教師要善于挖掘教材內(nèi)容，選擇合理的模型去突破核心知識，提高學(xué)生的核心素養(yǎng)。

（二）教師精心設(shè)計教學(xué)，體現(xiàn)核心素養(yǎng)

模型類型的恰當(dāng)選擇和不同模型的恰當(dāng)安排與組織對教學(xué)有著很大的影響，因此，教師在教學(xué)之前要充分分析學(xué)情，了解學(xué)生的特點和興趣所在，依據(jù)學(xué)生的需求來合理選擇模型。不同類型的模型能為學(xué)生提供多角度、多方面的知識，不同類型的模型會涉及不同類型的活動，能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和求知欲，能充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性，有利于學(xué)生多方面能力的培養(yǎng)，提高學(xué)生的生物科學(xué)素養(yǎng)，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。在模型建構(gòu)前，教師要對教學(xué)資源進行有效整合，可利用課前導(dǎo)學(xué)案、課上自主閱讀、討論、微視頻觀看等方式對知識適時鋪墊，更好地利于學(xué)生對模型的認(rèn)識和理解。對模型的建構(gòu)過程，教師要設(shè)計適當(dāng)?shù)奶骄繂栴}，讓學(xué)生體驗科學(xué)的探究過程，在建立模型的過程中學(xué)會觀察和統(tǒng)計的方法、實驗的方法、歸納與演繹的方法、假設(shè)的方法等，在探索與發(fā)現(xiàn)中發(fā)現(xiàn)其中的要素與關(guān)鍵之所在。

總之，模型可使生物課程的學(xué)習(xí)成為一個有思維過程的自主的、合作的、探究的學(xué)習(xí)過程，模型的建構(gòu)不僅有助于學(xué)生對知識的梳理和知識體系的建立，而且可有效地發(fā)展學(xué)生自主探究、合作與批判、反思與創(chuàng)新等能力，提高生物學(xué)核心素養(yǎng)。