李紹奉

關(guān)鍵詞 跨膜運(yùn)輸 復(fù)習(xí)課 教學(xué)設(shè)計(jì) 核心素養(yǎng)

中圖分類號(hào) G633.91

文獻(xiàn)標(biāo)志碼 B

1教學(xué)內(nèi)容分析及設(shè)計(jì)思路

在《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》中，有關(guān)“水的跨膜運(yùn)輸”概念分列在大概念2“細(xì)胞的生存需要能量和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，并通過(guò)分裂實(shí)現(xiàn)增殖”下的重要概念1“細(xì)胞的物質(zhì)輸入和輸出”。確定本節(jié)課的概念體系：

2細(xì)胞的生存需要水

2.1水通過(guò)被動(dòng)運(yùn)輸進(jìn)出細(xì)胞，以維持細(xì)胞的正常代謝活動(dòng)。

2.1.1闡明生物膜具有選擇透過(guò)性。

2.1.2水順濃度梯度進(jìn)出細(xì)胞，不需要額外的能量。

生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)是學(xué)生在解決實(shí)際問(wèn)題時(shí)綜合運(yùn)用生物學(xué)科的觀念和方法、知識(shí)與技能，所表現(xiàn)出來(lái)的持久品格和能力，本質(zhì)上就是學(xué)生進(jìn)行生物學(xué)解釋的能力。從認(rèn)知層次和思維含量看，生物學(xué)解釋應(yīng)該有三重境界：一重境界是以事實(shí)判斷為主的還原性解釋，解釋“是什么”的問(wèn)題;二重境界是以成因判斷為主的因果性解釋，解釋“為什么”的問(wèn)題;三重境界是以是非判斷為主的價(jià)值性解釋，解釋“怎么辦”的問(wèn)題。生物學(xué)解釋素養(yǎng)的培育是由淺入深的發(fā)展過(guò)程，能夠較準(zhǔn)確地衡量學(xué)生核心素養(yǎng)的層級(jí)水平：還原性解釋是生物學(xué)認(rèn)知的基礎(chǔ);因果性解釋是生物學(xué)分析的關(guān)鍵;價(jià)值性解釋是生物學(xué)教育的歸宿。高三復(fù)習(xí)課的教學(xué)設(shè)計(jì)應(yīng)體現(xiàn)出這種層次性，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生的生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

通過(guò)新課的學(xué)習(xí)，學(xué)生掌握了與水跨膜運(yùn)輸?shù)谋姸喔拍?，但是這些生物學(xué)事實(shí)和概念主要呈“碎片化”的存在，學(xué)生未能完全領(lǐng)悟相關(guān)概念生成的邏輯，缺乏運(yùn)用相關(guān)知識(shí)解釋較復(fù)雜情景的能力。本節(jié)課以滲透裝置為切入點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)生利用模型建構(gòu)和類比推理提出科學(xué)猜想，并通過(guò)實(shí)證得出結(jié)論。學(xué)生按照假說(shuō)-演繹法，體會(huì)知識(shí)概念形成的邏輯鏈，應(yīng)用已有知識(shí)去解決生活實(shí)踐中的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)相關(guān)概念從理解到應(yīng)用的發(fā)展。

2教學(xué)目標(biāo)

1通過(guò)分析比較滲透裝置、動(dòng)物細(xì)胞和成熟植物

細(xì)胞的物理模型，認(rèn)同生物膜具有選擇透過(guò)性，發(fā)展歸納概括、模型與建模思維、批判性思維、創(chuàng)造性思維等，掌握基于生物學(xué)事實(shí)的概念構(gòu)建方法。

2針對(duì)真實(shí)情境，能夠做出合理的猜想或假設(shè)、設(shè)計(jì)探究實(shí)驗(yàn)方案、預(yù)測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果、得出并評(píng)價(jià)結(jié)論，鞏固基于實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的科學(xué)探究方法，掌握基于實(shí)驗(yàn)探究的概念構(gòu)建方法。

3通過(guò)討論分析生活實(shí)際中與滲透作用相關(guān)的生物學(xué)問(wèn)題，形成積極運(yùn)用所學(xué)知識(shí)對(duì)現(xiàn)實(shí)生活中相關(guān)問(wèn)題作出理性解釋和判斷的社會(huì)責(zé)任意識(shí)。

3教學(xué)過(guò)程

3.1優(yōu)化問(wèn)題情境創(chuàng)設(shè)，助推科學(xué)概念形成

教師展示滲透現(xiàn)象，引導(dǎo)學(xué)生回顧滲透作用概念和滲透現(xiàn)象發(fā)生的條件，提出問(wèn)題：漏斗管內(nèi)的液面為什么會(huì)升高？如果漏斗管足夠長(zhǎng)，管內(nèi)的液體會(huì)無(wú)限升高嗎？為什么？

針對(duì)學(xué)生的含糊回答，教師引入滲透壓的概念輔助釋疑。教師利用模型構(gòu)建模擬膜的通透性，引導(dǎo)學(xué)生基于特定的生物學(xué)事實(shí)，采用歸納與概括等思維方式，總結(jié)滲透作用的概念及發(fā)生的條件并分析漏斗管內(nèi)液面上升的原因，從而引入滲透壓的概念。并結(jié)合物理學(xué)中力的平衡（重力=滲透壓力）或者能量平衡（滲透勢(shì)能=重力勢(shì)能），一方面讓學(xué)生認(rèn)同滲透作用所強(qiáng)調(diào)的濃度應(yīng)該指的是物質(zhì)的量濃度，另一方面也讓學(xué)生理解滲透作用不是不消耗能量，而是不消耗細(xì)胞內(nèi)化學(xué)反應(yīng)所釋放的能量，也為理解繼發(fā)性主動(dòng)運(yùn)輸?shù)乃枘芰康膩?lái)源提供基礎(chǔ)。通過(guò)物理、化學(xué)和生物等學(xué)科知識(shí)交叉融合，學(xué)生逐步認(rèn)同結(jié)構(gòu)與功能

觀、物質(zhì)與能量觀。

3.2倡導(dǎo)深度學(xué)習(xí)，提升科學(xué)思維能力

小組合作探究動(dòng)物細(xì)胞和成熟的植物細(xì)胞是否為滲透系統(tǒng)，完成表1。學(xué)生結(jié)合滲透作用發(fā)生的條件，比較滲透裝置、動(dòng)物細(xì)胞和成熟的植物細(xì)胞，得出“動(dòng)物細(xì)胞和成熟的植物細(xì)胞也是滲透系統(tǒng)”的結(jié)論。教師提醒：要證明上述結(jié)論是否正確，還要設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來(lái)證明，“哺乳動(dòng)物成熟的紅細(xì)胞在不同濃度溶液中發(fā)生的現(xiàn)象”及“質(zhì)壁分離及復(fù)原”就是對(duì)上述推論進(jìn)行實(shí)證的過(guò)程。教師引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)：在橫向?qū)Ρ葧r(shí)，使用類比推理、提出假說(shuō)等實(shí)驗(yàn)方法;在做縱向思考時(shí)，使用假說(shuō)演繹法的科學(xué)探究思路。最后，學(xué)生通過(guò)對(duì)半透膜和生物膜進(jìn)行區(qū)別和比較，認(rèn)同生物膜是系統(tǒng)根據(jù)自己生命活動(dòng)需要主動(dòng)控制物質(zhì)進(jìn)出的選擇透性過(guò)膜。

設(shè)計(jì)意圖：教師利用表格，引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)類比推理思維進(jìn)行科學(xué)猜想，提出動(dòng)、植物細(xì)胞可以作為滲透系統(tǒng)的假說(shuō)，并用假說(shuō)-演繹法進(jìn)行實(shí)證。學(xué)生在復(fù)習(xí)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)思路、原理、步驟以及預(yù)期實(shí)驗(yàn)結(jié)果和結(jié)論等同時(shí)，也體驗(yàn)了類比推理和假說(shuō)-演繹法等科學(xué)研究方法，提升了科學(xué)思維能力。

3.3開(kāi)展延伸探究實(shí)驗(yàn)，提升科學(xué)探究能力

學(xué)生課前按照任務(wù)單（表2）進(jìn)行分組實(shí)驗(yàn)、查閱資料、收集證據(jù)，課堂匯報(bào)總結(jié)。

在展示環(huán)節(jié)中，開(kāi)展分組實(shí)驗(yàn)1的小組指出：物質(zhì)量濃度為0.3g/mL蔗糖下會(huì)出現(xiàn)質(zhì)壁分離，加清水后發(fā)生質(zhì)壁分離復(fù)原。其原因是細(xì)胞壁的伸縮性小于原生質(zhì)層，在滲透失水時(shí)發(fā)生質(zhì)壁分離，在此基礎(chǔ)上，滲透吸水會(huì)導(dǎo)致質(zhì)壁分離復(fù)原。物質(zhì)量濃度為0.5g/mL蔗糖溶液會(huì)出現(xiàn)質(zhì)壁分離，加清水后不會(huì)發(fā)生質(zhì)壁分離復(fù)原，其原因是外界濃度過(guò)高導(dǎo)致植物細(xì)胞過(guò)度失水而死亡。物質(zhì)量濃度為0.3g/mL的硝酸鉀溶液中會(huì)出現(xiàn)質(zhì)壁分離自動(dòng)復(fù)原，原因是水分子擴(kuò)膜運(yùn)輸?shù)耐瑫r(shí)K+和NO3-也在跨膜運(yùn)輸，導(dǎo)致細(xì)胞液與外界溶液濃度逆轉(zhuǎn)。教師引導(dǎo)學(xué)生歸納質(zhì)壁分離及復(fù)原實(shí)驗(yàn)可以用于溶液濃度大小、溶液溶質(zhì)種類和細(xì)胞活性的有無(wú)的判斷。開(kāi)展分組實(shí)驗(yàn)2的小組指出：未成熟的細(xì)胞不能發(fā)生質(zhì)壁分離，黑藻葉片會(huì)發(fā)生，內(nèi)表皮細(xì)胞可以發(fā)生質(zhì)壁分離但不太容易觀察到。在查閱資料后，該組通過(guò)降低視野亮度和使用染色劑，改進(jìn)實(shí)驗(yàn)。

在展示過(guò)程中，學(xué)生和教師可以隨時(shí)質(zhì)疑和補(bǔ)充。

最后，教師總結(jié)質(zhì)壁分離和復(fù)原實(shí)驗(yàn)的選材非常重要：1外界溶液種類的選擇，進(jìn)一步驗(yàn)證生物膜具有選擇透過(guò)性;2成熟的植物活細(xì)胞都可以作為該實(shí)驗(yàn)的材料，紫色的洋蔥鱗片葉外表皮細(xì)胞因?yàn)橛蓄伾阌谟^察;存在于細(xì)胞質(zhì)中的葉綠體也可以作為參照便于觀察，不會(huì)影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果;內(nèi)表皮細(xì)胞的液泡無(wú)色透明，不太容易觀察，可以降低視野亮度或者在外界溶液中加入不影響細(xì)胞活性的染色劑作為參照進(jìn)行觀察。

設(shè)計(jì)意圖：拓展實(shí)驗(yàn)可以讓學(xué)生深層次參與學(xué)習(xí)過(guò)程，根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康模炀毜厥褂贸Ｒ?jiàn)器材，制定簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)方案并開(kāi)展實(shí)驗(yàn)，如實(shí)記錄、分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，得出合理結(jié)論。在探究活動(dòng)中，學(xué)生交流分享、建構(gòu)概念、凝練生命觀念，從而發(fā)展科學(xué)探究能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。

3.4聯(lián)系生活實(shí)際，增強(qiáng)社會(huì)責(zé)任

學(xué)生利用所學(xué)的知識(shí)解釋教材中相關(guān)的生物學(xué)現(xiàn)象：1當(dāng)吃咸的食物時(shí)，你的口腔和唇的黏膜有什么感覺(jué)？為什么？2白菜剁餡時(shí)，常常要放一些鹽，為什么稍后有水滲？3對(duì)農(nóng)作物施肥過(guò)多，為什么會(huì)造成“燒苗”？4說(shuō)出萎蔫的菜葉浸泡在清水中能夠變得硬挺的原因。5解釋果脯在腌制過(guò)程中慢慢變甜。6不同飲料的濃度不同，濃度低的飲料可以用來(lái)補(bǔ)充體內(nèi)水分，濃度高的飲料能起這樣的作用嗎？生產(chǎn)高濃度飲料的廠家能夠宣傳他們的產(chǎn)品很解渴嗎？7囊性纖維病的發(fā)生主因是肺部支氣管上皮細(xì)胞表面轉(zhuǎn)運(yùn)氯離子的載體蛋白的功能發(fā)生異常，患者支氣管中因Cl-含量減少導(dǎo)致黏稠的黏液增多，造成細(xì)菌感染。嘗試分析患者支氣管中黏液積累的原因。

設(shè)計(jì)意圖：本環(huán)節(jié)涉及的生活實(shí)例的真實(shí)情境全部來(lái)源于教材，學(xué)生通過(guò)真實(shí)情景的探究、討論活動(dòng)，可以體驗(yàn)到科學(xué)研究與發(fā)現(xiàn)源于生活，必然也要回歸到生活解決實(shí)際問(wèn)題。教師引領(lǐng)學(xué)生回歸教材，落實(shí)雙基，提升能力。問(wèn)題1～5考查學(xué)生能否用微觀的知識(shí)去探尋宏觀現(xiàn)象的本質(zhì)原因;問(wèn)題6要求學(xué)生能利用所學(xué)知識(shí)辨別與其相悖的虛假宣傳，抵制偽科學(xué)，對(duì)有關(guān)生物學(xué)的社會(huì)性熱點(diǎn)議題進(jìn)行理性判斷;問(wèn)題7引領(lǐng)學(xué)生關(guān)注人類健康，形成熱愛(ài)生命等觀念。學(xué)生通過(guò)解決這些問(wèn)題，將所學(xué)知識(shí)應(yīng)用到生活中，逐步樹立將自身所學(xué)服務(wù)于社會(huì)、服務(wù)于人類的觀念，增強(qiáng)社會(huì)責(zé)任意識(shí)。

4教學(xué)反思

生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)包括生命觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究、社會(huì)責(zé)任4個(gè)方面。基于學(xué)科核心素養(yǎng)的教學(xué)重視知識(shí)點(diǎn)之間的聯(lián)結(jié)及其運(yùn)用，強(qiáng)調(diào)知識(shí)點(diǎn)從理解到應(yīng)用的躍遷。本教學(xué)設(shè)計(jì)通過(guò)“前概念引入——類比思維——科學(xué)探究——實(shí)際應(yīng)用”4個(gè)環(huán)節(jié)按照“是什么”“為什么”“怎么辦”的思維進(jìn)階模式，讓學(xué)生親歷生物學(xué)核心素養(yǎng)的幾個(gè)層次，有利于學(xué)生掌握科學(xué)探究的一般方法，錘煉了比較、類比、假說(shuō)、推理、分析、歸納等科學(xué)思維，同時(shí)將“碎片化”的生物學(xué)事實(shí)和概念按照邏輯聯(lián)系關(guān)聯(lián)起來(lái)，助推科學(xué)概念的構(gòu)建，形成一定的生命觀念，有利于培養(yǎng)學(xué)生的生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。