应用递进式问题突破生物学学习难点的设计与思考——以“细胞外液的渗透压”为例

林丰开

（永春县美岭中学，福建 泉州 362618）

由于学生认知水平、学习能力的不同，几乎每一节高中生物学教学内容皆有学生不易理解与掌握的概念及方法等学习难点，为了帮助学生突破学习难点，教师应指导学生运用“行之有效”的学习方法，否则不仅无法达成学习目标，还会给学生日后学习造成困扰，不利于生物学学科核心素养的形成与发展。在高中生物学教学实践中，笔者尝试设计递进式问题，搭建学习“脚手架”，引导学生在解决问题过程中逐层“跨越”，突破学习难点。

一、概述递进式问题

递进式问题是指围绕学生学习难点，创设一系列由易到难、由浅入深、逐步递进的情境化问题。这种情境化问题以具体、生动、形象等形式呈现学习难点，从而激发学生的学习兴趣，增强学习动力，促使学生在自主、合作学习的基础上，在“饶有趣味”地解决递进式问题的过程中，实现对生物学学习难点的领悟与突破，自主建构知识，发展学科核心素养。［1］

研究表明，递进式问题教学相较于讲授式教学，有助于学生深入地思考、印象深刻、理解到位且能长久地记忆。递进式问题的质量越高，启发学生思考与探究的效果越强，有助于学生有效习得知识，提升解决问题的能力。［2］

二、例析递进式问题设计与教学

现以2020 年版人教社《高中生物学·选择性必修1·稳态与调节》（下文简称教科书）第1 章第1 节“细胞生活的环境——细胞外液的渗透压”教学为例，阐述递进式问题教学。

（一）学习难点分析

细胞外液的渗透压是指细胞外液中溶质微粒对水的吸引力，它是细胞外液的三个主要的理化性质之一。此概念抽象，学生难以理解与掌握，学习难度较大。在教学中，若仅利用示意图或PPT 动画呈现溶剂与溶质两者微粒之间的关系，则无法帮助学生直观地理解两者微粒数量关系。学生已于高中生物学必修1模块学习了渗透作用原理，初步了解“渗透作用中溶液浓度是质量百分比浓度”。而本节“细胞生活的环境”提出“影响细胞外液的渗透压大小的溶液浓度是溶液的物质的量浓度，即单位体积中溶质微粒的数量，与微粒的大小无关。”这是学生学习困难之处，也是必须突破的学习“瓶颈”。

（二）递进式问题教学

根据学生的认知水平，创设一系列递进式问题情境，引导学生逐步深入地分析问题与解决问题，深刻理解“细胞外液的渗透压”概念，突破学习难点。

1.认识“溶液的渗透压”概念

问题1：如图1 在分别装有等量清水、浓度为0.9%和10%的NaCl 溶液的烧杯中，放入适量的哺乳动物红细胞，仔细观察，一段时间后，红细胞的形状出现了怎样的变化，为什么？请解释原因。

图1 不同浓度溶液中哺乳动物红细胞的变化

创设该问题情境，帮助学生直观、形象地认识“红细胞在不同浓度的溶液中出现吸水膨胀、形态不变及失水皱缩”等现象，引发认知冲突，激发探究学习兴趣，为学生建立“溶液的渗透压”概念奠定基础。

问题2：如图2，溶液中水分子可以自由通过半透膜，其他分子均不能通过半透膜，请预测一段时间后，U 形管两侧液面高度的变化？实验结果是这样吗？为什么？

图2 U 形管渗透作用装置

相较于问题1，问题2 的难度有所上升。多数学生能预测一段时间后U 形管两侧液面高度不变。但是，分组实验时，则发现实际情况并非如此。于是，教师引导学生阅读课本相关内容，帮助学生理解“决定溶液的渗透压大小的是物质的量浓度”。通过阅读、实验、小组讨论，学生得出：U 形管左侧液面下降、右侧液面升高的正确结论。因为U 形管两侧溶液的百分比浓度相等，葡萄糖的相对分子质量约为蔗糖的1/2，U 形管右侧溶液的葡萄糖分子数约为左侧溶液的蔗糖分子数的2 倍，因此，右侧的葡萄糖分子对水分的吸引力大于左侧的蔗糖分子，也就是右侧溶液渗透压大于左侧，水分从U 形管左侧渗透到右侧，导致右侧液面升高。由此，学生建立溶液渗透压概念，溶液的渗透压是溶液中溶质微粒对水的吸引力，渗透压的大小取决于物质的量浓度，即单位体积溶液中溶质微粒的数目，溶质微粒越多，物质量的浓度越大，渗透压越大。溶液渗透压与微粒的大小无关。

2.突破“血浆、细胞外液的渗透压影响因素”学习难点

教科书指出：无机盐、蛋白质的含量是形成血浆的渗透压的主要因素。形成细胞外液的渗透压的来源中Na+和Cl-占90%以上。针对这一学习难点，引导学生分析、解决下列递进式问题，即可顺利突破。

问题3：在问题2 装置中，若葡萄糖分子和水分子能够通过半透膜，蔗糖分子不能通过半透膜，而其他条件不变，仔细观察一段时间后，U 形管两侧液面高度会发生变化吗？

创设问题3 的意图是要让学生认识到：蔗糖不能通过半透膜，因而对维持U 形管蔗糖一侧溶液的渗透压起着决定作用；而葡萄糖能够通过半透膜，对U 形管两侧溶液渗透压的影响则是相同的。问题3 的解题依据是：溶液的渗透压大小取决于物质的量的浓度。解题关键在于葡萄糖若能通过半透膜，则U 形管两侧液面高度将发生动态变化。由于学生已有问题2 的解答经验，很快就解决问题3 了。

在此基础上，结合血浆、组织液各成分的含量，引导学生推理分析血浆渗透压大小与细胞外液渗透压大小的影响因素，即蛋白质在血浆中的含量虽高达7-9%，因其是生物大分子，物质量的浓度反而更小，多数血浆蛋白质不能够透过毛细血管进入组织液，蛋白质是形成血浆渗透压的主要因素。无机盐含量在血浆中虽仅约占1%，但由于其分子小，物质的量浓度要比蛋白质大得多，因而能够自由地进出毛细血管，无机盐是形成血浆渗透压的重要因素。细胞外液中，蛋白质的含量相对较少，而无机盐中Na+和Cl-的含量明显占优势，因此，Na+和Cl-是形成细胞外液渗透压的主要来源。以问题1、问题2 为基础，通过类比推理，学生易于理解教科书给出的有关“血浆、细胞外液的渗透压影响因素”的结论了。同时，也表明教师不能单纯机械地“教教材”，应挖掘教科书结论所蕴含的科学原理，学会“使用教材教”。

创设上述3 个递进式问题情境，引导学生推理分析、观察实验，促进学生正确认识“细胞外液的渗透压”概念，建立稳态与平衡观，学会探究细胞渗透作用的实验方法，发展逻辑思维能力，养成勇于质疑的习惯。

3.应用“细胞外液的渗透压”概念解决实际问题

问题4：某电视台在2020 年5 月11 日报道，因不法商贩销售以蛋白固体饮料冒充的婴幼儿奶粉，导致部分依赖奶粉为营养的婴幼儿出现“大头”症状。请问“大头”症状出现的原因是什么？（提示：低劣奶粉蛋白质含量低。）

教师补充说明：组织水肿是指组织液过多而引起的全身或身体的一部分肿胀的症状，婴幼儿头部相对更大，水肿更明显而显现“大头”症状。此外，低劣奶粉蛋白质含量低。

创设问题4 情境，引导学生应用所学的有关“溶液的渗透压”概念及稳态与平衡观等生命观念，解决社会性生物学问题，促进学生深刻理解与应用生物学知识，提高获取信息能力、分析问题及解决问题能力，并且形成关爱身体健康、合法经营的社会责任意识及担当。

创设递进式问题为学生突破学习难点搭建了平台，情境化的问题及问题的成功解决，不仅激发学生的学习兴趣，使得思维始终处于活跃状态，更为重要的是引导学生逐步深入地理解“渗透压、血浆渗透压、细胞外液渗透压大小的主要影响因素”等生物学概念，并应用所学概念解决实际问题。在突破学习难点的同时，发展生物学学科核心素养。

三、递进式问题设计的几点思考

问题是“思维的引擎”，问题意识是问题解决的前提，设计高质量的递进式问题是学习难点突破的重要条件和保障。

第一，问题应具有情境性。良好的问题情境能够营造勇于探究的课堂氛围，缩小思维与问题之间的跨度和距离，激发学生学习的兴趣和解决问题的渴望，使得课堂教学充满“磁性”，极大地吸引学生注意力，引发学生主动参与问题解决的探究活动。可以利用生物科学史、探究实验、社会性生物学问题、生产实践及生活经验等方面素材创设问题情境，使得问题贴近学生的生活实际，激发学生探究，突破学习难点。［3］

第二，问题应具有递进性。问题之间的难度梯度不能太大，应当循序渐进，让学生“跳一跳，摘果实”，沿着“台阶”逐步深入地思考、探究及解决问题，从而实现学习难点突破，提高分析、评价、创造等高阶思维能力。

第三，问题应具有针对性。不能随意利用现成的习题或试题“生搬硬套”，应当有针对性地围绕学习难点创设问题，促进学生准确地获取有效信息，顺利解决问题，达成预期目标。还可以针对生物学学科核心素养的生命观念、科学思维、科学探究及社会责任等不同维度及其不同水平创设问题，促进学生突破学习难点的同时，发展学科核心素养。

总之，遵循高中生物学课程倡导的“核心概念为宗旨，聚焦大概念，教学过程重实践”等课程基本理念，创设递进式问题情境，引导学生思考、讨论，开展探究性学习活动，突破学习难点，提高科学探究能力及科学思维能力。