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        基于深度學習的微概念教學

        2021-02-24 02:06:31劉孔烽
        中學生物學 2021年12期
        關(guān)鍵詞:紅細胞分化概念

        劉孔烽

        摘要 構(gòu)建生物學“大概念”的課程目標離不開更加具體的“微概念”課時目標的達成。以“細胞分化”微概念為例,從基于概念邏輯的深度分析、基于情境的深度構(gòu)建、基于社會責任的深度應(yīng)用三方面探討微概念的深度學習策略。

        關(guān)鍵詞 微概念 深度學習

        中圖分類號 G633.91

        文獻標志碼 B

        為落實立德樹人的根本任務(wù),踐行《教育規(guī)劃綱要》精神,以生物學“大概念”構(gòu)建生物學課程內(nèi)容,實現(xiàn)少而精,從而達到既能減輕學生課業(yè)負擔,又能滿足學生終身學習、發(fā)展需要的目的。為幫助教師聚焦生物“大概念”教學,課程標準將抽象的、上位的“大概念”,逐級分解為一系列較為具體的、下位的“重要概念”和“次位概念”(下面將“次位概念”稱為“微概念”)。“大概念”的構(gòu)建不是一蹴而就的,而是通過課時目標實現(xiàn)“微概念”的構(gòu)建,再螺旋構(gòu)建單元目標的“重要概念”,最終螺旋構(gòu)建課程目標的“大概念”(圖1)。可見,深度學習“微概念”是實現(xiàn)“大概念”教學的基石。基于此,以“細胞分化”微概念為例,探討如何有效落實微概念的深度學習,希望起到拋磚引玉的作用。

        1基于概念邏輯的深度分析

        生物學概念是人們通過觀察、比較、分析、綜合,對生物學個體或生物學現(xiàn)象的共同屬性、本質(zhì)特征、相互關(guān)系的抽象概括,是一種抽象的共同觀念。厘清生物學概念內(nèi)部邏輯,將概念分解成若干要素,力求將抽象的變?yōu)榫唧w的,復雜的變?yōu)楹唵蔚?,是?gòu)建概念的有效途徑。以邏輯的形式分析概念的內(nèi)涵、外延,是理解概念的重要手段?;诖?,將“細胞分化”微概念分解成“來源、結(jié)果、特點、時間”4個要素,并以“來源→結(jié)果→特點→時間”的邏輯順序螺旋構(gòu)建概念;從細胞分化的原因和結(jié)果,按照“基因→性狀”的邏輯順序理解概念的內(nèi)涵,并以概念的外延構(gòu)建“細胞分化”的意義(圖2)。

        2基于情境的深度構(gòu)建

        鹽溶于水中,方能顯出美味;知識融入情境中,方能顯出活力和美感。在情境中以問題研究為平臺應(yīng)是構(gòu)建概念的重要形式。情境的形式多種多樣,可以是生活情境、想象情境、模擬情境、沖突情境、科技情境、實驗情境、試題情境等。情境的素材來源豐富,可以是生產(chǎn)、生活場景、課堂演示實驗、科學史、科技進展、新聞人物、社會熱點等。

        2.1情境激趣,感知概念教師播放

        2018年高考考生鄭燁患白血病的新聞視頻,引導學生思考問題:1健康人的血細胞數(shù)量不會隨血細胞的死亡而減少,為什么?2骨髓移植根治白血病,實質(zhì)是為患者提供了哪種細胞?

        學生已經(jīng)了解了一些關(guān)于白血病的知識,而且播放的是高中生的視頻,既能激發(fā)學生興趣,又使學生產(chǎn)生共情。教師引導學生基于造血干細胞產(chǎn)生紅細胞、白細胞和血小板的事實,初步感知“細胞分化是一種細胞產(chǎn)生多種細胞的過程”。

        2.2問題研究,構(gòu)建概念構(gòu)建概念要素

        1(來源):分化產(chǎn)生的細胞是一個或一種細胞增殖產(chǎn)生的后代。教師展示教材中造血干細胞分化為各種血細胞的模式圖,引導學生分析血細胞的來源。學生觀察后,發(fā)現(xiàn)血細胞是造血干細胞增殖產(chǎn)生的后代。

        構(gòu)建概念要素2(結(jié)果):分化產(chǎn)生的各種細胞的形態(tài)、結(jié)構(gòu)和生理功能產(chǎn)生了差異。結(jié)合圖3,教師提出問題:仔細觀察圖中分化后的細胞有什么不同?引導學生從細胞形態(tài)、結(jié)構(gòu)、功能三方面列表比較、分析。學生討論、總結(jié)出分化后的血細胞的區(qū)別。形態(tài)不同:紅細胞呈兩面凹的圓餅狀;白細胞是球形;血小板是碎片狀。結(jié)構(gòu)不同:紅細胞無細胞核和其他細胞器;白細胞體積大,細胞核明顯,有多種細胞器;血小板沒有細胞核,含部分細胞器。功能不同:紅細胞專職運輸氧氣;白細胞消滅病菌;血小板專職凝血。教師補充講授植物葉肉細胞、表皮細胞和貯藏細胞形態(tài)、結(jié)構(gòu)和功能的差異,促進學生進一步構(gòu)建概念要素2。在構(gòu)建概念要素2的過程中,教師要注重滲透結(jié)構(gòu)與功能觀,如紅細胞的結(jié)構(gòu)與運輸氧氣功能的適應(yīng),表皮細胞的結(jié)構(gòu)與保護功能的適應(yīng)。

        構(gòu)建概念要素3(特點):細胞分化過程是穩(wěn)定的、持久的、不可逆的。教師展示資料:1造血干細胞→原紅細胞→早幼紅細胞→中幼紅細胞→晚幼紅細胞→成熟紅細胞→死亡;2黑色素細胞在體外培養(yǎng)30多代仍能合成黑色素,離體培養(yǎng)的上皮細胞始終保持為上皮細胞而不會變成其他類型的細胞。教師提出問題:成熟的紅細胞還能回到造血干細胞的狀態(tài)嗎?它的最終結(jié)局是什么?資料1和2能說明什么問題?基于上述兩則資料,學生不難構(gòu)建出概念要素3。

        構(gòu)建概念要素4(時間):細胞分化發(fā)生在整個生命過程中,胚胎期達最大限度。教師提供資料:人體紅細胞的壽命為120d左右,而白細胞的壽命為5~7d,這些細胞都是失去分裂能力的細胞。教師設(shè)置認知沖突:與人體壽命相比,紅細胞與白細胞壽命如此之短,且不能自我更新,而人體又離不開紅細胞的運輸氧氣和白細胞的抵抗外來病原菌的入侵。如何解決此矛盾?學生在認知沖突的碰撞下,分析得出“造血干細胞能不斷地分化成紅細胞和白細胞”,從而基于生命的事實構(gòu)建出細胞分化存在整個生命過程中。教師接著出示資料:人胚胎發(fā)育階段分胚卵期、胚胎期、胎兒期。胚卵期由受精卵發(fā)育成16個細胞團的桑葚胚;胚胎期建立各器官原基,初具人形;胎兒期各器官系統(tǒng)繼續(xù)發(fā)育成長。學生基于事實證據(jù),點明細胞分化胚胎期達到最大限度。

        理清細胞分化的來源、結(jié)果、特點、時間四個要素后,學生很容易螺旋構(gòu)建出細胞分化概念:由一個或一種細胞增殖產(chǎn)生的后代,在形態(tài)、結(jié)構(gòu)和生理功能上發(fā)生穩(wěn)定性差異的過程。為進一步把握細胞分裂與分化的聯(lián)系,教師引導學生構(gòu)建細胞分裂、分化模型圖,以模型圖的形式直觀地展現(xiàn)細胞分裂、分化的的關(guān)系:分裂增加細胞的數(shù)量,分化增加細胞的種類,分裂是分化的基礎(chǔ)。

        2.3深度挖掘,理解概念

        基因的選擇性表達是理解細胞分化的核心。但由于此時學生缺乏基因表達的相關(guān)知識,無法理解基因的選擇性表達。因此,教于基于事實情境,引導學生展開論證,尤為重要。

        教師指出細胞的物質(zhì)組成主要包括水、無機鹽、糖類、脂質(zhì)、蛋白質(zhì)、DNA,引導學生探討細胞多樣性的物質(zhì)基礎(chǔ)。通過討論,學生很容易得出:細胞的多樣性以物質(zhì)的多樣性為基礎(chǔ),而上述物質(zhì)只有蛋白質(zhì)、DNA存在多樣性。教師追問:那么,人體肌細胞、唾液腺細胞、胰島B細胞、白細胞中的DNA和蛋白質(zhì)都不一樣嗎?基于人體由受精卵分裂、分化發(fā)育而來的事實,以及學生已學習的關(guān)于有絲分裂的內(nèi)容,學生能夠理解:人體中不同細胞的遺傳物質(zhì)(DNA)是相同的,人體細胞的多樣性建立蛋白質(zhì)多樣性的基礎(chǔ)上。教師繼續(xù)追問:DNA與蛋白質(zhì)有什么關(guān)系?人體細胞的DNA相同,為什么蛋白質(zhì)會不同?由于學生沒有學習基因表達相關(guān)知識,教師給出知識鋪墊:“基因是有遺傳效應(yīng)的一段DNA;基因控制蛋白質(zhì)合成,如血紅蛋白基因表達出血紅蛋白;細胞中的基因和蛋白質(zhì)可以檢測”。并引導學生提出2種假說:1細胞分化過程中基因丟失,留下的基因表達出相應(yīng)蛋白質(zhì);2細胞分化過程中基因不改變,只是基因表達情況不同,合成不同的蛋白質(zhì)。

        學生按照不同的假說,演繹、推理出細胞分化的模型。教師對演繹、推理的典型過程進行展示和評價,并給出實驗證據(jù)(表1)。基于事實證據(jù)檢驗推理的結(jié)論,學生能夠理解細胞分化的本質(zhì)是基因選擇性表達,并不是基因丟失的結(jié)果。在學生理解細胞分化的本質(zhì)后,教師引導學生從分子水平、細胞水平、個體水平構(gòu)建出圖2中細胞分化原因和結(jié)果之間的邏輯鏈。在分析的過程中,教師要注重滲透生命的物質(zhì)觀和信息觀。

        教師提出問題:細胞分化對人體重要嗎?這個問題將學生帶入情境中。教師展示一些畸形胎的圖片,讓學生形象直觀地感知細胞分化不正常引發(fā)的嚴重后果,順理成章提出:“細胞分化是多細胞生物正常發(fā)育的基礎(chǔ)?!奔毎只辜毎δ苴呌趯iT化,如葉表皮細胞的保護功能,葉肉細胞的光合作用功能,儲藏細胞的儲藏功能。為讓學生理解細胞功能趨于專門化的意義,教師可將細胞分化與社會分工進行類比分析。例如,如果沒有社會分工,“空間站”還能建立嗎?“復興號”還會走南闖北嗎?“奧運會”還會精彩嗎?學生在宏觀的情境中感受微觀的事實——細胞間的分工、合作、共贏。在此過程中,教師注重滲透進化觀。

        3基于社會責任的深度應(yīng)用

        生物學深度學習的目標是服務(wù)社會,最終訴求就是運用所學的知識、思維方法去解決實際的生活中的問題。就“細胞分化”微概念而言,學生能夠承擔的社會責任就是將學習的成果以多種多樣的方式進行科普宣傳。因此,教師提出問題:我能為白血病患者做什么?這個問題既是對教學情境的呼應(yīng),也是社會責任教育的體現(xiàn)。除給予白血病患者經(jīng)濟支援,學生依據(jù)已有知識能夠想到捐獻骨髓。教師指出救助白血病患者的難點在于尋找與患者配型的骨髓,由此引導學生呼吁身邊的人積極捐獻骨髓,構(gòu)建中華骨髓庫,增加患者骨髓配型成功概率,提升課堂高度。最后,教師拋出問題:捐獻骨髓會影響自身健康嗎?此問正中學生顧慮。解決此顧慮是學生邁出捐獻骨髓的堅強后盾。學生先討論,教師再點明:骨髓造血干細胞具有很強的增殖能力,捐獻造血干細胞還可刺激骨髓加速造血,兩周內(nèi)血液中的血細胞就能恢復到原來水平,不會影響自身健康。

        參考文獻:

        【1】劉恩山,曹保義.普通高中生物學課程標準(2017年版)解讀【M】.北京:高等教育出版社,2018:91-92.

        【2】侯偉.“細胞分化”一節(jié)基于資料和探究的教學思路【J】.生物學通報,2013,(11):40-42.

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