基于培养学生生物学学科核心素养的生物课堂教学探究

尹利军 张瑜

摘 要 基于生物学核心素养的生命观念、科学思维、科学探究和社会责任四个维度，以学为中心，采用以问题为驱动，整合教材，发展学生的生物学核心素养，提升学生课堂学习效率。

关键词 生物课堂教学 生物学学科核心素养 问题驱动

中图分类号 C633.91

文献标志码 B

生物学素养是公民科学素养的重要组成部分，《普通高中生物学课程标准（2017版）》指出“生物學核心素养是学生后天习得的终身受益成果，是公民基本素养的重要组成之一，是学生在解决真实情境中的生物学问题时所表现出来的必备品格和关键能力”。核心素养以“全面发展的人”为核心，包含了文化基础、自主发展和社会参与三个方面，具体到生物学学科核心素养，主要包括生命观念、科学思维、科学探究和社会责任四个维度。而学生核心素养的发展离不开课堂教学，通过合理的教学设计让学生主动地参与学习过程，在亲历提出问题、获取信息、寻找证据、检验假设和发现规律等过程中习得生物学知识，养成科学思维的习惯，形成积极的科学态度，发展终身学习的能力。下面以人教版生物必修1第二章第二节“生命活动的主要承担者——蛋白质“课为例，以导-学-探-思教学模式，尝试在课堂教学中以学生学为中心，落实生物学核心素养的四个维度，培养学生分析问题、解决问题的能力，取得了良好的教学效果，现加以总结，供教学参考。

1 创设情境，激发兴趣，使学生初步构建生物学结构和功能观

兴趣是最好的老师，创设合适的教学情景是帮助学生达成生物学核心素养的重要途径，能让学生的思维活跃起来，增强学习的紧迫感，使学生极快地融入到课堂教学中来。在“生命活动的主要承担者——蛋白质”这节教学中，设计教学环节1，让学生积极参与课堂教学，形成生命是结构和功能的统一体的生命观念。

教学环节1：播放视频新闻：2004年3月份，安徽阜阳连续7天报道了当地大量婴幼儿食用劣质奶粉后变成“大头娃娃”的消息，有关部门经对阜阳当地2003年3月1日以后出生、以奶粉喂养为主的婴儿进行的营养状况普查和免费体检显示，这些大头娃娃是长期食用蛋白质含量严重不足的劣质奶粉而患上“重度营养不良综合症”。教师提出问题：以上新闻实例说明生命活动离不开蛋白质，你能根据自己掌握的知识举例说明蛋白质具有哪些功能吗？经过短时间思考，学生根据已有知识经验，开始积极发言，举例说明蛋白质的种类和作用，如唾液淀粉酶能水解淀粉、抗体能提升人体免疫能力、血红蛋白运输氧气、肌肉蛋白组成细胞，以及胰岛素治疗糖尿病等。最后经过教师点拨，师生共同总结出如表1所示蛋白质的种类和功能。

总结完以后，教师指出：“在生物学中，结构与功能相适应是生物学基本观点之一，蛋白质承担了生命活动如此多的功能，与其结构是分不开的”。从而为学生学习下一个教学目标埋下伏笔。

设计意图：生物学学科核心素养中的生命观念是学生对观察到的生命现象及相互关系或特性进行解释后的抽象，是经过实证后的想法或观点，是能够理解或解释相关事件和现象的品格和能力。在本节教学中，教师以学生为中心，通过创设情境，激发学生学习兴趣，利用问题为驱动力，达到“通过实例，让学生理解蛋白质是一切生命活动的主要承担者”这一教学目标，并能与创设的教学情景相呼应，落实生物学学科核心素养，让学生通过课堂学习在头脑中逐渐形成生命是结构和功能的统一体的生命观念雏形，从而能用生命观念认识或解释社会中的相关事件。

2通过自主——合作探究学习，培养学生的科学思维能力

“科学思维”是指尊重事实和证据，崇尚严谨和务实的求知态度，运用科学的思维方法认识事物、解决实际问题的思维习惯和能力。学生在学习过程中逐步发展科学思维，从而具备能够基于生物学事实和证据运用归纳与概括、演绎与推理、模型与建模、批判性思维等方法，探讨、阐释生命现象及规律，审视或论证生物学社会议题。在蛋白质组成与结构教学中，采用“教师主导-学生主体活动-学习小组合作探究”的模式，通过设计师生活动培养学生的归纳与概括、构建模型等能力，探讨、阐释生命现象及规律，并达成本节的学习目标，突破重点和难点。

教学环节2：教师：通过上面的学习，我们知道了结构与功能相适应是生物学基本观点之一，蛋白质承担了如此多的功能，与其结构是分不开的。下面我们来共同研究学习蛋白质的组成与结构。

教师展示4个构成蛋白质的氨基酸结构示意图（图1），引导学生思考问题：

①找出图中所示氨基酸结构的共同点，并用铅笔在学案中画一个圈，将这些氨基酸结构中的共同点圈出来。

②结合教材知识，通过学习小组成员间交流，总结氨基酸结构的共同点。

③通过自主-合作探究学习，构建氨基酸的通式模型。

学生观察图1，找出这些氨基酸结构的共同点，并用铅笔在学案中画一个圈，将这些氨基酸结构中的共同点圈出来，并在学习小组间交流。然后，通过学习小组合作研讨，用恰当的语言描述这些氨基酸结构的共同点，即每种氨基酸分子至少都含有一个氨基（-NH2）和一个羧基（-COOH），并且一个氨基和一个羧基连接在同一个碳原子上。各种氨基酸之间的区别在于R基的不同，并构建氨基酸通式模型。

教师为了加深学生对氨基酸结构特点的理解，设计例1的问题，让学生进行巩固训练，培养学生批判性思维能力。

【例1】下面所列的物质中每种只有一个，分析后回答问题：

上述物质中能构成生物体的天然蛋白质的氨基酸编号是____，不是氨基酸的理由是___ ，把这些氨基酸间的差别写出来____。

教学环节3：教师展示图2，并提出问题：生物体中组成蛋白质的氨基酸约有20种，这20种氨基酸是如何构成结构复杂的蛋白质的呢？请根据图2，解释说明氨基酸是如何构成蛋白质的。此学习过程要求学生独立分析图示，再通过学习小组成员间交流和研讨，得出小组结论后在课堂上展评。

学生自主分析图示内容，了解蛋白质结构产生过程，然后分小组讨论，得出结论：氨基酸形成蛋白质的过程：氨基酸→二肽→多肽1条或几条盘曲折叠→具有一定空间结构的蛋白质。

教师提出问题：根据图示，你认为二肽、三肽及多肽含义是什么，脱水缩合是如何进行的？

学生积极回答问题，学生代表利用多媒体展台介绍脱水缩合的过程。

此时，教师为了让学生理解氨基酸间脱水缩合产生肽键的过程，能计算肽键数量或产生水的数量及相关氨基酸形成蛋白质的计算问题，指导学生做一个小游戏。教师让学生代表氨基酸，左手代表氨基，右手代表羧基，头部代表R基团，先选出10名学生代表10个氨基酸形成一条多肽链，手拉手代表肽键形成数量或脱去的水的数量;然后，再选出同样多的学生代表形成第二条多肽链;最后，让这些学生都手拉手形成环形多肽链，代表不同蛋白质的结构。采用这样的游戏，学生很快明白氨基酸通过脱水缩合形成多肽链的过程，并能完成相应的计算问题，同时增强课堂学习的氛围，提升学生的学习兴趣。

教师展示不同蛋白质结构示意图（图3），口、〇代表不同种氨基酸，图丁代表多肽链的盘曲折叠情况，要求学生根据图示回答蛋白质结构多样性的原因。

学生根据图示分析、回答蛋白质结构多样性的原因：图甲说明氨基酸的种类不同，构成的肽链不同;图乙说明氨基酸的数目不同，构成的肽链不同;图丙说明氨基酸的排列顺序不同，构成的肽链不同;图丁说明肽链的数目和空间结构不同，构成的蛋白质不同。

教师根据学生的总结，提示学生：正是由于组成蛋白质的结构具有多样性，决定了不同蛋白质功能的不同，构成蛋白质功能的多样性，紧扣本小节主题，即生命的结构与功能相适应。

设计意图：生物学学科核心素养强调的是学生在解决问题中体现出来的综合品质和能力，而自主——合作探究学习是发展学生生物学核心素养的有效途径。教师引导学生自主学习、进行探究活动，可为不同的学生搭建知识平台，充分发挥学生的特长，有效提升学生独立思考、分析问题和解决问题的能力。合作探究能培养学生的合作意识、创新能力和探究精神。本小节通过开始的寻找氨基酸结构共同点，在尊重事实的基础上要运用归纳和概括能力;在构建氨基酸通式模型中，培养了学生的建模能力;在分析氨基酸和蛋白质结构形成过程两个环节中，培养了学生运用科学思维认识事物的能力。教师通过设计一系列递进式问题，逐步引导学生将知识推进，突破本节的重点和难点，并做到了知识前后的联系，让学生融会贯通，整个教学过程既突出生物学核心素养的科学思维维度，又让学生对生命观念中结构与功能相统一的生命观得到了深化理解。

3通过实验设计，注重培养学生的科学探究能力

作为生物学学科核心素养，“科学探究”是能够让学生发现现实世界中的生物学问题，针对特定的生物学现象，进行观察、提问、实验设计、方案实施以及结果的交流与讨论的能力。将科学探究引入生物学核心素养是为了促进学生学习方式的改变，使学生能够主动学习、阅读文本资源，获取生物学知识，体验科学过程和方法，形成科学探究能力和科学态度，培养创新精神。在本节教学目标预设中，为了培养学生的科学探究能力，承接上面有关“大头娃娃”的产生原因，设计例2有关蛋白质的实验探究。

教学环节4：教师提供例题，引导学生回答。

【例2】劣质奶粉中由于含有大量糖类物质，而蛋白质含量低，婴儿虽然喜欢吃却得不到足夠的蛋白质营养。请回答下列问题：

（1）劣质奶粉中含有大量还原糖，如果用斐林试剂鉴定，则该试剂与待测样液在试管中混合均匀后，还必须经过____

处理，预计试管中混合液最后的颜色是____。

（2）用双缩脲试剂鉴定劣质奶粉中是否有蛋白质，是因为其能与蛋白质中的____（结构）发生反应。

（3）评价奶粉营养价值高低的主要标准是看必需氨基酸的种类和含量。赖氨酸是人体必需氨基酸，缺乏则会影响体内蛋白质的合成，出现营养不良的现象。

赖氨酸是否也是大鼠的必需氨基酸呢？某生物兴趣小组利用下列材料和用具就此问题进行了探究，请补充并完善他们的实验方案：

材料与用具：20只生长发育状况相同的正常幼年大鼠、分装在不同试剂瓶中的20种氨基酸、不含蛋白质和氨基酸的食物、秤、天平等。

实验原理：必需氨基酸是动物体不能合成、只能从食物中获得的氨基酸。当动物缺乏必需氨基酸时，就会影响体内蛋白质的合成，出现营养不良，体重增加缓慢或减轻的现象。

实验方案：

①配食：取一定量的不含蛋白质和氨基酸的食物，加入适量的20种氨基酸，配制成食物A;取等量的不含蛋白质和氨基酸的食物，加入____，配制成食物B。

②分组：将20只大鼠平均分成甲、乙两组，分别称量其体重。

③饲喂：甲组每天饲喂适量的食物A;____________。

④观测：分别测量甲、乙两组大鼠的体重，计算体重变化量。

若该小组的实验结果是乙组大鼠出现营养不良、体重减轻等症状，甲组正常。则实验结论是____________。

参考答案：

（1）水浴加热 砖红色

（2）肽键

（3）①等量的除赖氨酸以外的19种氨基酸（没有“等量”不得分）

③乙组每天饲喂等量的食物B

④赖氨酸是大鼠的必需氨基酸

设计意图：在前面的学习过程中，学生已经掌握了检测生物组织中糖类、脂肪和蛋白质的方法，通过本节内容的学习，知道了蛋白质的结构和功能。如何在课堂教学中培养学生的科学探究能力，学会科学实验探究的基本思路和方法是本节课的重要目标之一。尤其是有关实验设计原理的理解、实验变量（自变量、无关变量和因变量）控制等问题，通过例2实验分析，能让学生在分析、探究中初步掌握实验变量的控制方法，了解实验设计的基本流程，提升学生在解决实践问题中的科学探究能力，为学生终身学习奠定基础。

4 联系生活实际，在解决问题中使学生增强社会责任感

“社会责任”是人们根据对生物学的认识，参与个人与社会事务的讨论，作出科学解释和判断，尝试解决生产生活中的生物学问题的担当和能力。社会责任感是个体积极承担社会责任或帮助他人的一种比较稳定的心理品质。培养学生的社会责任感就是让学生形成造福人类的态度和价值观，关注涉及生物学的社会议题，参与讨论并作出科学解释，辨别迷信和伪科学;能主动向他人宣传健康生活和关爱生命等相关知识。

教学环节5：在本小节的教学中，教师结合当地生活实际和学生的知识水平，设计了以下问题：

①真丝衣物为什么不能用加酶洗衣粉清洗？

②糖尿病患者必需注射胰岛素，而不能口服胰岛素的原因是什么？

③有些药物为什么要用胶囊包裹服用？

④有些衣物在用加酶洗衣粉清洗时用温水比冷水效果好的原因是什么，有些蛋白质类药物为何不能用开水冲服或处理？……

教师引导学生关注涉及生物学的社会议题。学生通过查阅资料，在分析问题、解决问题中，不仅获得了相关生物学知识，还利用了生物学知识辨别迷信和伪科学，增强了学生关爱生命的意识，激发了学生向他人宣传健康生活的责任感和成就感。

总之，本节课在教学预设时，教师依据课程标准制定学生要达到的生物学核心素养教学目标，结合学生实际，整合教材知识，利用教材引导学生学习知识。课堂活动始终围绕着教学目标，以问题为驱动力，以学生的学为中心，强化重点、突破难点，真正落实学生的主体地位，关注学生生物学学科核心素养的发展，有目的、分层次地逐步深化知识，引导学生主动学习，积极参与课堂教学，培养学生分析问题、解决问题的能力，进而提升课堂教学效率。