基于培養(yǎng)學生生物學學科核心素養(yǎng)的生物課堂教學探究

尹利軍 張瑜

摘 要 基于生物學核心素養(yǎng)的生命觀念、科學思維、科學探究和社會責任四個維度，以學為中心，采用以問題為驅動，整合教材，發(fā)展學生的生物學核心素養(yǎng)，提升學生課堂學習效率。

關鍵詞 生物課堂教學 生物學學科核心素養(yǎng) 問題驅動

中圖分類號 C633.91

文獻標志碼 B

生物學素養(yǎng)是公民科學素養(yǎng)的重要組成部分，《普通高中生物學課程標準（2017版）》指出“生物學核心素養(yǎng)是學生后天習得的終身受益成果，是公民基本素養(yǎng)的重要組成之一，是學生在解決真實情境中的生物學問題時所表現(xiàn)出來的必備品格和關鍵能力”。核心素養(yǎng)以“全面發(fā)展的人”為核心，包含了文化基礎、自主發(fā)展和社會參與三個方面，具體到生物學學科核心素養(yǎng)，主要包括生命觀念、科學思維、科學探究和社會責任四個維度。而學生核心素養(yǎng)的發(fā)展離不開課堂教學，通過合理的教學設計讓學生主動地參與學習過程，在親歷提出問題、獲取信息、尋找證據(jù)、檢驗假設和發(fā)現(xiàn)規(guī)律等過程中習得生物學知識，養(yǎng)成科學思維的習慣，形成積極的科學態(tài)度，發(fā)展終身學習的能力。下面以人教版生物必修1第二章第二節(jié)“生命活動的主要承擔者——蛋白質“課為例，以導-學-探-思教學模式，嘗試在課堂教學中以學生學為中心，落實生物學核心素養(yǎng)的四個維度，培養(yǎng)學生分析問題、解決問題的能力，取得了良好的教學效果，現(xiàn)加以總結，供教學參考。

1 創(chuàng)設情境，激發(fā)興趣，使學生初步構建生物學結構和功能觀

興趣是最好的老師，創(chuàng)設合適的教學情景是幫助學生達成生物學核心素養(yǎng)的重要途徑，能讓學生的思維活躍起來，增強學習的緊迫感，使學生極快地融入到課堂教學中來。在“生命活動的主要承擔者——蛋白質”這節(jié)教學中，設計教學環(huán)節(jié)1，讓學生積極參與課堂教學，形成生命是結構和功能的統(tǒng)一體的生命觀念。

教學環(huán)節(jié)1：播放視頻新聞：2004年3月份，安徽阜陽連續(xù)7天報道了當?shù)卮罅繈胗變菏秤昧淤|奶粉后變成“大頭娃娃”的消息，有關部門經對阜陽當?shù)?003年3月1日以后出生、以奶粉喂養(yǎng)為主的嬰兒進行的營養(yǎng)狀況普查和免費體檢顯示，這些大頭娃娃是長期食用蛋白質含量嚴重不足的劣質奶粉而患上“重度營養(yǎng)不良綜合癥”。教師提出問題：以上新聞實例說明生命活動離不開蛋白質，你能根據(jù)自己掌握的知識舉例說明蛋白質具有哪些功能嗎？經過短時間思考，學生根據(jù)已有知識經驗，開始積極發(fā)言，舉例說明蛋白質的種類和作用，如唾液淀粉酶能水解淀粉、抗體能提升人體免疫能力、血紅蛋白運輸氧氣、肌肉蛋白組成細胞，以及胰島素治療糖尿病等。最后經過教師點撥，師生共同總結出如表1所示蛋白質的種類和功能。

總結完以后，教師指出：“在生物學中，結構與功能相適應是生物學基本觀點之一，蛋白質承擔了生命活動如此多的功能，與其結構是分不開的”。從而為學生學習下一個教學目標埋下伏筆。

設計意圖：生物學學科核心素養(yǎng)中的生命觀念是學生對觀察到的生命現(xiàn)象及相互關系或特性進行解釋后的抽象，是經過實證后的想法或觀點，是能夠理解或解釋相關事件和現(xiàn)象的品格和能力。在本節(jié)教學中，教師以學生為中心，通過創(chuàng)設情境，激發(fā)學生學習興趣，利用問題為驅動力，達到“通過實例，讓學生理解蛋白質是一切生命活動的主要承擔者”這一教學目標，并能與創(chuàng)設的教學情景相呼應，落實生物學學科核心素養(yǎng)，讓學生通過課堂學習在頭腦中逐漸形成生命是結構和功能的統(tǒng)一體的生命觀念雛形，從而能用生命觀念認識或解釋社會中的相關事件。

2通過自主——合作探究學習，培養(yǎng)學生的科學思維能力

“科學思維”是指尊重事實和證據(jù)，崇尚嚴謹和務實的求知態(tài)度，運用科學的思維方法認識事物、解決實際問題的思維習慣和能力。學生在學習過程中逐步發(fā)展科學思維，從而具備能夠基于生物學事實和證據(jù)運用歸納與概括、演繹與推理、模型與建模、批判性思維等方法，探討、闡釋生命現(xiàn)象及規(guī)律，審視或論證生物學社會議題。在蛋白質組成與結構教學中，采用“教師主導-學生主體活動-學習小組合作探究”的模式，通過設計師生活動培養(yǎng)學生的歸納與概括、構建模型等能力，探討、闡釋生命現(xiàn)象及規(guī)律，并達成本節(jié)的學習目標，突破重點和難點。

教學環(huán)節(jié)2：教師：通過上面的學習，我們知道了結構與功能相適應是生物學基本觀點之一，蛋白質承擔了如此多的功能，與其結構是分不開的。下面我們來共同研究學習蛋白質的組成與結構。

教師展示4個構成蛋白質的氨基酸結構示意圖（圖1），引導學生思考問題：

①找出圖中所示氨基酸結構的共同點，并用鉛筆在學案中畫一個圈，將這些氨基酸結構中的共同點圈出來。

②結合教材知識，通過學習小組成員間交流，總結氨基酸結構的共同點。

③通過自主-合作探究學習，構建氨基酸的通式模型。

學生觀察圖1，找出這些氨基酸結構的共同點，并用鉛筆在學案中畫一個圈，將這些氨基酸結構中的共同點圈出來，并在學習小組間交流。然后，通過學習小組合作研討，用恰當?shù)恼Z言描述這些氨基酸結構的共同點，即每種氨基酸分子至少都含有一個氨基（-NH2）和一個羧基（-COOH），并且一個氨基和一個羧基連接在同一個碳原子上。各種氨基酸之間的區(qū)別在于R基的不同，并構建氨基酸通式模型。

教師為了加深學生對氨基酸結構特點的理解，設計例1的問題，讓學生進行鞏固訓練，培養(yǎng)學生批判性思維能力。

【例1】下面所列的物質中每種只有一個，分析后回答問題：

上述物質中能構成生物體的天然蛋白質的氨基酸編號是____，不是氨基酸的理由是___ ，把這些氨基酸間的差別寫出來____。

教學環(huán)節(jié)3：教師展示圖2，并提出問題：生物體中組成蛋白質的氨基酸約有20種，這20種氨基酸是如何構成結構復雜的蛋白質的呢？請根據(jù)圖2，解釋說明氨基酸是如何構成蛋白質的。此學習過程要求學生獨立分析圖示，再通過學習小組成員間交流和研討，得出小組結論后在課堂上展評。

學生自主分析圖示內容，了解蛋白質結構產生過程，然后分小組討論，得出結論：氨基酸形成蛋白質的過程：氨基酸→二肽→多肽1條或幾條盤曲折疊→具有一定空間結構的蛋白質。

教師提出問題：根據(jù)圖示，你認為二肽、三肽及多肽含義是什么，脫水縮合是如何進行的？

學生積極回答問題，學生代表利用多媒體展臺介紹脫水縮合的過程。

此時，教師為了讓學生理解氨基酸間脫水縮合產生肽鍵的過程，能計算肽鍵數(shù)量或產生水的數(shù)量及相關氨基酸形成蛋白質的計算問題，指導學生做一個小游戲。教師讓學生代表氨基酸，左手代表氨基，右手代表羧基，頭部代表R基團，先選出10名學生代表10個氨基酸形成一條多肽鏈，手拉手代表肽鍵形成數(shù)量或脫去的水的數(shù)量;然后，再選出同樣多的學生代表形成第二條多肽鏈;最后，讓這些學生都手拉手形成環(huán)形多肽鏈，代表不同蛋白質的結構。采用這樣的游戲，學生很快明白氨基酸通過脫水縮合形成多肽鏈的過程，并能完成相應的計算問題，同時增強課堂學習的氛圍，提升學生的學習興趣。

教師展示不同蛋白質結構示意圖（圖3），口、〇代表不同種氨基酸，圖丁代表多肽鏈的盤曲折疊情況，要求學生根據(jù)圖示回答蛋白質結構多樣性的原因。

學生根據(jù)圖示分析、回答蛋白質結構多樣性的原因：圖甲說明氨基酸的種類不同，構成的肽鏈不同;圖乙說明氨基酸的數(shù)目不同，構成的肽鏈不同;圖丙說明氨基酸的排列順序不同，構成的肽鏈不同;圖丁說明肽鏈的數(shù)目和空間結構不同，構成的蛋白質不同。

教師根據(jù)學生的總結，提示學生：正是由于組成蛋白質的結構具有多樣性，決定了不同蛋白質功能的不同，構成蛋白質功能的多樣性，緊扣本小節(jié)主題，即生命的結構與功能相適應。

設計意圖：生物學學科核心素養(yǎng)強調的是學生在解決問題中體現(xiàn)出來的綜合品質和能力，而自主——合作探究學習是發(fā)展學生生物學核心素養(yǎng)的有效途徑。教師引導學生自主學習、進行探究活動，可為不同的學生搭建知識平臺，充分發(fā)揮學生的特長，有效提升學生獨立思考、分析問題和解決問題的能力。合作探究能培養(yǎng)學生的合作意識、創(chuàng)新能力和探究精神。本小節(jié)通過開始的尋找氨基酸結構共同點，在尊重事實的基礎上要運用歸納和概括能力;在構建氨基酸通式模型中，培養(yǎng)了學生的建模能力;在分析氨基酸和蛋白質結構形成過程兩個環(huán)節(jié)中，培養(yǎng)了學生運用科學思維認識事物的能力。教師通過設計一系列遞進式問題，逐步引導學生將知識推進，突破本節(jié)的重點和難點，并做到了知識前后的聯(lián)系，讓學生融會貫通，整個教學過程既突出生物學核心素養(yǎng)的科學思維維度，又讓學生對生命觀念中結構與功能相統(tǒng)一的生命觀得到了深化理解。

3通過實驗設計，注重培養(yǎng)學生的科學探究能力

作為生物學學科核心素養(yǎng)，“科學探究”是能夠讓學生發(fā)現(xiàn)現(xiàn)實世界中的生物學問題，針對特定的生物學現(xiàn)象，進行觀察、提問、實驗設計、方案實施以及結果的交流與討論的能力。將科學探究引入生物學核心素養(yǎng)是為了促進學生學習方式的改變，使學生能夠主動學習、閱讀文本資源，獲取生物學知識，體驗科學過程和方法，形成科學探究能力和科學態(tài)度，培養(yǎng)創(chuàng)新精神。在本節(jié)教學目標預設中，為了培養(yǎng)學生的科學探究能力，承接上面有關“大頭娃娃”的產生原因，設計例2有關蛋白質的實驗探究。

教學環(huán)節(jié)4：教師提供例題，引導學生回答。

【例2】劣質奶粉中由于含有大量糖類物質，而蛋白質含量低，嬰兒雖然喜歡吃卻得不到足夠的蛋白質營養(yǎng)。請回答下列問題：

（1）劣質奶粉中含有大量還原糖，如果用斐林試劑鑒定，則該試劑與待測樣液在試管中混合均勻后，還必須經過____

處理，預計試管中混合液最后的顏色是____。

（2）用雙縮脲試劑鑒定劣質奶粉中是否有蛋白質，是因為其能與蛋白質中的____（結構）發(fā)生反應。

（3）評價奶粉營養(yǎng)價值高低的主要標準是看必需氨基酸的種類和含量。賴氨酸是人體必需氨基酸，缺乏則會影響體內蛋白質的合成，出現(xiàn)營養(yǎng)不良的現(xiàn)象。

賴氨酸是否也是大鼠的必需氨基酸呢？某生物興趣小組利用下列材料和用具就此問題進行了探究，請補充并完善他們的實驗方案：

材料與用具：20只生長發(fā)育狀況相同的正常幼年大鼠、分裝在不同試劑瓶中的20種氨基酸、不含蛋白質和氨基酸的食物、秤、天平等。

實驗原理：必需氨基酸是動物體不能合成、只能從食物中獲得的氨基酸。當動物缺乏必需氨基酸時，就會影響體內蛋白質的合成，出現(xiàn)營養(yǎng)不良，體重增加緩慢或減輕的現(xiàn)象。

實驗方案：

①配食：取一定量的不含蛋白質和氨基酸的食物，加入適量的20種氨基酸，配制成食物A;取等量的不含蛋白質和氨基酸的食物，加入____，配制成食物B。

②分組：將20只大鼠平均分成甲、乙兩組，分別稱量其體重。

③飼喂：甲組每天飼喂適量的食物A;____________。

④觀測：分別測量甲、乙兩組大鼠的體重，計算體重變化量。

若該小組的實驗結果是乙組大鼠出現(xiàn)營養(yǎng)不良、體重減輕等癥狀，甲組正常。則實驗結論是____________。

參考答案：

（1）水浴加熱 磚紅色

（2）肽鍵

（3）①等量的除賴氨酸以外的19種氨基酸（沒有“等量”不得分）

③乙組每天飼喂等量的食物B

④賴氨酸是大鼠的必需氨基酸

設計意圖：在前面的學習過程中，學生已經掌握了檢測生物組織中糖類、脂肪和蛋白質的方法，通過本節(jié)內容的學習，知道了蛋白質的結構和功能。如何在課堂教學中培養(yǎng)學生的科學探究能力，學會科學實驗探究的基本思路和方法是本節(jié)課的重要目標之一。尤其是有關實驗設計原理的理解、實驗變量（自變量、無關變量和因變量）控制等問題，通過例2實驗分析，能讓學生在分析、探究中初步掌握實驗變量的控制方法，了解實驗設計的基本流程，提升學生在解決實踐問題中的科學探究能力，為學生終身學習奠定基礎。

4 聯(lián)系生活實際，在解決問題中使學生增強社會責任感

“社會責任”是人們根據(jù)對生物學的認識，參與個人與社會事務的討論，作出科學解釋和判斷，嘗試解決生產生活中的生物學問題的擔當和能力。社會責任感是個體積極承擔社會責任或幫助他人的一種比較穩(wěn)定的心理品質。培養(yǎng)學生的社會責任感就是讓學生形成造福人類的態(tài)度和價值觀，關注涉及生物學的社會議題，參與討論并作出科學解釋，辨別迷信和偽科學;能主動向他人宣傳健康生活和關愛生命等相關知識。

教學環(huán)節(jié)5：在本小節(jié)的教學中，教師結合當?shù)厣顚嶋H和學生的知識水平，設計了以下問題：

①真絲衣物為什么不能用加酶洗衣粉清洗？

②糖尿病患者必需注射胰島素，而不能口服胰島素的原因是什么？

③有些藥物為什么要用膠囊包裹服用？

④有些衣物在用加酶洗衣粉清洗時用溫水比冷水效果好的原因是什么，有些蛋白質類藥物為何不能用開水沖服或處理？……

教師引導學生關注涉及生物學的社會議題。學生通過查閱資料，在分析問題、解決問題中，不僅獲得了相關生物學知識，還利用了生物學知識辨別迷信和偽科學，增強了學生關愛生命的意識，激發(fā)了學生向他人宣傳健康生活的責任感和成就感。

總之，本節(jié)課在教學預設時，教師依據(jù)課程標準制定學生要達到的生物學核心素養(yǎng)教學目標，結合學生實際，整合教材知識，利用教材引導學生學習知識。課堂活動始終圍繞著教學目標，以問題為驅動力，以學生的學為中心，強化重點、突破難點，真正落實學生的主體地位，關注學生生物學學科核心素養(yǎng)的發(fā)展，有目的、分層次地逐步深化知識，引導學生主動學習，積極參與課堂教學，培養(yǎng)學生分析問題、解決問題的能力，進而提升課堂教學效率。