以大情境服務(wù)大概念的跨模塊復(fù)習(xí)教學(xué)

黃五洋 (湖北省石首市第一中學(xué) 石首 434400)

普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)的基本理念之一是內(nèi)容聚焦大概念。大概念是反映學(xué)科本質(zhì)、構(gòu)成學(xué)科框架的概念。在一個模塊內(nèi)容中圍繞大概念組織教學(xué)成為共識。大概念在跨模塊的復(fù)習(xí)教學(xué)中鮮有研究。主要原因是大概念位于頂層，其分解的下屬概念內(nèi)容零散復(fù)雜，無法適應(yīng)跨模塊復(fù)習(xí)教學(xué)的需要。

圖例具有可持續(xù)的持久解釋力、可發(fā)展的穩(wěn)固學(xué)習(xí)力等特點?，F(xiàn)以“分泌蛋白的合成運輸”為原始素材，選擇具有思維爆發(fā)潛力的衍生圖例為載體，開發(fā)具有整體性、框架性的變式，組織大情境，由分散的小概念凝聚成為大概念，實現(xiàn)知識增殖、思維增值。

1 蛋白分選的圖例

圖1為蛋白分選的圖例，據(jù)圖組織遷移性情境： 核基因編碼的蛋白質(zhì)運輸去向取決于氨基酸序列中是否包含信號序列以及信號序列的差異。學(xué)生描述圖中經(jīng)②③過程形成的蛋白質(zhì)經(jīng)過④途徑后的去向。比較某些蛋白質(zhì)經(jīng)⑥、⑦、⑧過程的去向差異。學(xué)生分析問題： 經(jīng)②過程進入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的多肽，③過程輸出的蛋白質(zhì)并不包含信號序列，原因是(信號序列在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中被切除)。在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中未折疊或錯誤折疊的蛋白質(zhì)，會在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中大量堆積，此時細胞通過進行細胞水平的反饋調(diào)節(jié)，討論可能的途徑(改變基因表達減少新蛋白質(zhì)的合成，或增加識別并降解錯誤折疊蛋白質(zhì)的相關(guān)分子)。除了圖中⑤以外，送往不同細胞結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)具

圖1 蛋白分選的圖例

有不同的信號序列，思考這種現(xiàn)象的意義(細胞內(nèi)蛋白質(zhì)定向運輸所必需的)。以上教學(xué)從分泌蛋白到其他蛋白去向橫向類比，幫助學(xué)生達成概念認(rèn)識： 細胞蛋白質(zhì)的合成與運輸是多種細胞器相互協(xié)調(diào)分工合作的結(jié)果，是生物膜系統(tǒng)整體功能的體現(xiàn)，更是細胞的系統(tǒng)功能。

2 細胞自噬的圖例

圖2為細胞自噬的圖例，提供細胞自噬信息并組織過程性情境： 細胞自噬是將細胞內(nèi)受損、變性、衰老的蛋白質(zhì)或細胞器運輸?shù)饺苊阁w內(nèi)并降解的過程。圖中有甲(微自噬)、乙(巨自噬)、丙(分子伴侶介導(dǎo))三種方式，都貫穿于正常細胞的生命歷程中。若抑制肝癌發(fā)展期大鼠的細胞自噬，其腫瘤的體積和數(shù)量都比對照組小，推測其原因可能是(癌細胞可利用自噬降解產(chǎn)物作為代謝的原料，以滿足增殖和生長的需要)。酵母能在饑餓時通過細胞自噬而存活，討論其機理是(將自身物質(zhì)或結(jié)構(gòu)降解后可作為細胞呼吸的原料)。神經(jīng)退行性疾病是突變蛋白質(zhì)堆積引起，提高細胞的自噬能力可以治療，思考原因(細胞自噬能清除突變的蛋白質(zhì))。丙肝病毒(HCV)感染的細胞中出現(xiàn)自吞小泡堆積，推測原因可能是(HCV病毒阻止自吞小泡與溶酶體融合)。聯(lián)系不同生物學(xué)事實和現(xiàn)象的本質(zhì)，學(xué)生獲得概念發(fā)展： 囊泡聯(lián)系溝通多種生命活動，囊泡是細胞各種結(jié)構(gòu)功能聯(lián)系的基礎(chǔ)。

圖2 細胞自噬的圖例

3 凸顯囊泡功能的圖例

圖3是凸顯囊泡功能的圖例。提供囊泡運輸信息并組織過程化情境： 囊泡是由單層膜所包裹的膜性結(jié)構(gòu)，主要作用是承擔(dān)細胞內(nèi)不同膜性細胞器之間的物質(zhì)運輸，稱之為囊泡運輸。一般包括出芽、錨定和融合等過程。生物膜轉(zhuǎn)化的中心是(內(nèi)質(zhì)網(wǎng))，囊泡運輸?shù)臉屑~是(高爾基體)。如果供體膜是高爾基體，受體膜是內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，此時囊泡具體功能是什么(錯誤加工的蛋白質(zhì)的回收)。幫助蛋白質(zhì)正確折疊的分子伴侶在何種結(jié)構(gòu)(內(nèi)質(zhì)網(wǎng))。若某基因突變后內(nèi)質(zhì)網(wǎng)出芽形成的囊泡大量積累，則該基因表達的蛋白質(zhì)功能是什么(促進囊泡與高爾基體融合)。胰島B細胞中出現(xiàn)此種情況會導(dǎo)致何種后果(學(xué)生討論)。只有當(dāng)囊泡上的V-SNARE蛋白與受體結(jié)合后囊泡與靶膜才能融合，說明膜融合過程具有特異性。將分泌蛋白與溶酶體水解酶進行類比，學(xué)生可以發(fā)展以下概念認(rèn)識： 細胞的膜結(jié)構(gòu)通過直接或者間接的聯(lián)系構(gòu)成生物膜系統(tǒng)，囊泡并非只運輸分泌蛋白，高爾基體并非只加工分泌蛋白。囊泡的運輸具有特異性。

圖3 凸顯囊泡功能的圖例

4 以遺傳為背景的圖例

圖4是以基因表達調(diào)控為背景的圖例，組織運用性教學(xué)情境： 據(jù)圖回答細胞膜成分的更新途徑以及細胞內(nèi)調(diào)節(jié)膽固醇含量的具體過程。思考人體中膽固醇的主要作用有哪些并總結(jié)溶酶體的功能。思考脂蛋白合成的車間是何種細胞器(內(nèi)質(zhì)網(wǎng))。思考水解酶從合成到進入溶酶體的途徑。思考水解酶的酸性環(huán)境如何維持、溶酶體膜如何穩(wěn)定。當(dāng)LDL受體出現(xiàn)遺傳性缺陷時，會導(dǎo)致血漿膽固醇含量有什么變化(增多)。該圖例從系統(tǒng)的視角揭示了細胞基因表達調(diào)控機制與膽固醇代謝的緊密聯(lián)系，幫助學(xué)生達成深度概念認(rèn)識： 細胞內(nèi)代謝存在反饋調(diào)節(jié)，細胞內(nèi)的信息傳遞受到基因的調(diào)控，而代謝產(chǎn)物又會影響基因的表達。

圖4 以遺傳為背景的圖例

5 以代謝為背景的圖例

圖5是以細胞代謝為背景的圖例。組織運用性情境，表述圖中的信息。參考： 胰島B細胞屬于反射弧中效應(yīng)器的組成部分，在適宜刺激下會產(chǎn)生興奮。靜息電位的基礎(chǔ)是(細胞外鈉離子多，細胞內(nèi)鉀離子多)。細胞內(nèi)外離子分布不均勻的前提是(主動運輸)。靜息電位的維持、動作電位的傳遞、胞吐、囊泡的運輸都是消耗能量的過程。直接提供能量的物質(zhì)通常是ATP。ATP的主要來源是有氧呼吸的第三階段。通過此圖例的挖掘，學(xué)生獲得的概念發(fā)展是： 葡萄糖不僅是能源物質(zhì)，還是信息物質(zhì)；胰島B細胞分泌功能的基礎(chǔ)是細胞代謝；個體的結(jié)構(gòu)與功能協(xié)調(diào)統(tǒng)一的前提是細胞代謝，穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)機制的細胞基礎(chǔ)是物質(zhì)運輸與能量轉(zhuǎn)換。

圖5 以代謝為背景的圖例

6 以調(diào)節(jié)為背景的圖例

圖6是以調(diào)節(jié)為背景的圖例，組織運用性教學(xué)情境，闡述此圖含義。例如： 葡萄糖通過協(xié)助擴散方式進入胰島B細胞，氧化分解后產(chǎn)生ATP， ATP作為信息分子與ATP敏感的K+通道蛋白上的識別位點結(jié)合，K+通道蛋白磷酸化后關(guān)閉，進而觸發(fā)Ca2+通道打開，使胰島B細胞儲存胰島素的囊泡轉(zhuǎn)運至細胞膜附近并與之融合。拓展： 水通道蛋白在腎小管上皮細胞內(nèi)部囊泡儲存，分析這種現(xiàn)象的意義(調(diào)控水通道蛋白釋放實現(xiàn)精確的控制)。如此教學(xué)將蛋白質(zhì)、生物膜系統(tǒng)與生命活動調(diào)節(jié)的內(nèi)容聯(lián)系起來，用意在于發(fā)展概念認(rèn)識： 個體穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)機制最終是通過分子水平的信息傳遞來完成的。

圖6 以調(diào)節(jié)為背景的圖例

圖例1、 2、 3基于分子與細胞模塊的大概念“細胞是生物體結(jié)構(gòu)與生命活動的基本單位”設(shè)計。圖例4基于遺傳與進化模塊的大概念“遺傳信息控制生物性狀，并代代相傳”設(shè)計。圖例5、 6基于穩(wěn)態(tài)與調(diào)節(jié)模塊的大概念“生命個體的結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)，各結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)統(tǒng)一共同完成復(fù)雜的生命活動，并通過一定的調(diào)節(jié)機制保持穩(wěn)態(tài)”設(shè)計。上述6個圖例以一般問題、論證、閱讀、寫作等活動依次構(gòu)建大情境，幫助學(xué)生在學(xué)科視野下理解大概念。大情境促進學(xué)生已有概念發(fā)生碰撞沖突，催化獨立的、分散的小概念(細胞器的功能、細胞膜的功能、物質(zhì)運輸、細胞呼吸、信息傳遞、基因表達、興奮)孕育為完整大概念： 不同層次的生命系統(tǒng)物質(zhì)、能量和信息變化有統(tǒng)一性，細胞內(nèi)代謝和分子水平的調(diào)節(jié)是個體穩(wěn)態(tài)的基礎(chǔ)，根本原因是基因表達與調(diào)控。以圖例為生長點，設(shè)計螺旋式大情境(遷移化情境、過程化情境、運用性情境)，將是跨模塊復(fù)習(xí)教學(xué)的重要策略。