创设三重情境 解决真实问题——以“细胞的衰老和死亡”一轮复习为例

温国蕾 徐培培

(1.北京市房山区实验中学 2.北京市房山区教师进修学校)

高三一轮复习课教学中,教师通过精心设计真实情境下的问题,激发学生的学习兴趣,培养学生获取和处理科学信息、分析和解决复杂问题及合作、交流的能力至关重要。

王健教授在《基于学生核心素养的生物学科能力研究》一书中指出:“学习是参与的过程,知识应该是通过群体之间的合作与互动而获得的。因此,学生的学科能力表现也应该与特定的学科相匹配,而且具有情境性。随着学科能力的不断提高,对应的情境也逐渐变得复杂,即从原型到相似的熟悉情境,再到陌生的复杂情境。情境因素既是学科能力水平的一种体现,也是学科能力表现的重要影响因素”。

在“细胞的衰老和死亡”一课的复习中,笔者通过设置原型情境、相似情境和陌生情境三种不同情境,逐步加深学生对知识的理解,提高学生的科学探究和科学思维能力,最后通过引导学生利用所学知识解决真实问题,实现一轮复习在情境中复习知识。

1.单元教学内容分析

本节内容旨在帮助学生加深对重要概念“描述在正常情况下,细胞衰老和死亡是一种自然的生理过程”的理解,从而理解必修1的大概念“细胞会经历生长、增殖、分化、衰老和死亡等生命进程”。图1为“细胞的生命历程”这一单元任务分解及课时分配。

图1

图2

2.课时教学内容分析

本课时任务情境设置着重在利用细胞衰老、死亡等相关知识解决“遗忘”这一现象的发生机理,引导学生正确面对“遗忘”现象,寻找适宜的学习方法,提高自己的学习能力。

知识层面,经过前期的学习,学生对“细胞的衰老和死亡是正常的生命现象”有初步的认识,能够区分“凋亡”与“坏死”,但在真实情境中筛选知识解决问题时常出现混乱,即能够实现单纯对知识的再现,但在情境中应用时略有欠缺。

能力层面,学生经过两年高中生物学的学习,经过一些阅读实践和科学探究实验分析训练,具备一定的获取、分析信息能力;明确实验研究目的、分析实验结果、得出实验结论的能力。但在陌生的复杂情境下,有逻辑地处理信息、梳理研究脉络、从分子水平到个体水平逐层阐述生命机制等方面还需进一步提高。

3.教学目标

通过基础知识的回顾,再现细胞衰老的特点、区分细胞凋亡与坏死;通过“鸡爪与鸭掌”实验,让学生在实验情境下判断“凋亡”与“坏死”,培养学生获取和处理科学信息能力;通过让学生解释“遗忘”这一现象的发生机制,培养学生利用所学知识分析和解决复杂问题的能力。

4.教学过程

4.1 问题引领,回顾基础知识

首先,通过问题串再现基础知识:细胞衰老具有哪些特点?什么是细胞凋亡?细胞凋亡和细胞坏死有何区别?尝试举出细胞凋亡相关现象实例。

通过以下判断题夯实学生基础:

(1)衰老细胞内多种酶的活性降低,细胞核体积逐渐减小,染色体固缩。(×)

(2)细胞凋亡与基因选择性表达无关,凋亡的细胞内基因均不表达。(×)

(3)高等植物胚胎发育过程中,胚柄的退化是通过编程性细胞死亡实现的。(√)

(4)神经元的凋亡使得其产生并传导兴奋的功能受阻。(√)

(5)细胞凋亡不出现在胚胎发育过程中。(×)

(6)细胞的衰老和凋亡是生物体异常的生命活动。(×)

(7)良好心态有利于神经、内分泌系统发挥正常的调节功能,从而延缓衰老。(√)

通过问题串的引领,让学生以小组为单位进行思考、讨论、交流,生生互动再现基础知识,有效避免复习课中教师“一言堂”的现象;通过判断题的形式,快速检查学生对知识的理解程度,在知识层面进行查漏补缺。

4.2 原型情境,再现思维方式

问题1:依据衰老细胞的特点分析以下老年人表现的原因:头发变白、出现皱纹、饭量减小。

问题2:对以下现象进行解释:①蝌蚪尾部消失的原因;②人手的形成。

问题3:线虫发育时共有1 090个细胞产生,结果构成了一个由959个体细胞组成的线虫,请推测该现象出现的可能原因。

问题4:总结细胞凋亡的意义。

原型情境通常取材于教材中学习过的情境、课堂教学中学习或体验过的情境或学生在生活中接触过的情境等。上述情境在新授课时均有所涉及,因此于学生而言属于原型情境。将原型情境呈现给学生,然后以问题串的形式进行提问,以完成学科中关键知识的记忆与重现。通过原型情境检测学生对知识的掌握程度,加强学生的知识应用能力。

4.3 熟悉情境,提高探究能力

资料一:鸡爪与鸭掌的最大不同,在于“鸡爪的趾骨间没有蹼状结构,但在胚胎发育形成指的时期,这两种动物的趾间都有蹼状结构”。为了探究蹼状结构的形成和消失是如何进行的,科学家进行了如下实验:将鸭胚胎中预定形成鸭掌部分的细胞移植到鸡胚胎的相应部位,结果鸡爪长成了鸭掌,将鸡胚胎中预定形成鸡爪部分的细胞移植到鸭胚胎的相应部位,结果鸭掌长成了鸡爪。(材料选自人教版教材必修1第6章的复习与提高)

问题1:请分析划线部分鸡爪趾间蹼状结构消失的原因。

问题2:写出判断鸡爪胚胎发育时期蹼的消亡是细胞凋亡而不是细胞坏死造成的依据。

问题3:写出上述实验中体现的细胞凋亡的特点。

问题4:依据鸡爪和鸭掌的结构及功能特点,说明细胞凋亡对于个体发育的重要意义。

这一案例在新授课时并未学习,但与人手形成这一原型情境相似,对学生而言,这一情境属于熟悉情境。通过问题1、问题2帮助学生在新的情境下区分凋亡与坏死,通过问题3培养学生获取、分析信息能力,通过问题4培养学生的进化与适应观。

4.4 陌生情境,解决真实问题

资料二:从出生到14岁,大脑中的神经元数量如图3所示,请回答:

图3 大脑中的神经元数量

问题1:解释出生到6岁,突触密度变化的原因。

问题2:解释6岁到14岁,突触密度发生变化的原因。

问题3:某些与神经细胞相连接的细胞(靶细胞)会分泌出一定量的“存活因子”,没有接收到“存活因子”信号刺激的神经细胞会启动凋亡程序,如图4所示。结合图文信息,试分析神经细胞凋亡的原因(图文信息来源于北师大版教材必修1第5章第3节检测评价)。

图4

问题4:据图5描述细胞发生凋亡的分子机制。

图5

问题5:某网站有这样一个求助帖:本人34岁。刚被小学同学拉进一个群,突然发现我脑子里一片空白,像被格式化了,什么记忆都没有。在我们的生活中也是一样,小时候的儿歌、折纸现在很多都不会了,为什么会发生这样的事情呢?综合图3～图5的信息,对这一现象的发生做出合理解释。

问题6:综上所述,请写出关于学习方法的启示。

近几年,高考和学业水平等级性考试命题,均通过创设真实问题情境,由浅入深、层层递进,直至揭示问题本质。每一个问题都不是孤立存在的,要求学生在更广阔的视野中探究,在更开放的情境中思考。随着开放性试题比重的增加,愈发注重对质疑、思辨、综合应用与创新思维的考查。基于此,在选择教学中的陌生情境时,我们可以选取较新的科研情境,如诺贝尔奖背景研究素材等,在这些情境下让学生进行思考、推理、多角度分析、建立联系。

在本次教学过程中,选取了“遗忘”相关的生活情境,这也是困扰学生多年的生活情境,学生学习兴趣较高。这一情境学生常常能够碰到,但对于发生机理并不清楚,因此于学生而言,这一情境依然属于陌生情境。

通过资料二问题1到问题4,从细胞水平到分子水平逐步揭开“遗忘”这一现象的面纱,从简单的由图中提取信息到有逻辑的在分子水平解释凋亡现象的发生,充分体现了系统性思维这一高级思维方式。通过问题5～6,将所学生物学知识与生活现象相关联,从而培养学生分析问题、解决问题的能力。通过增加情境的陌生性和复杂性,提高学生的迁移创新能力,基于多个角度分析、预测陌生情境中的问题等高阶能力。

5.教学反思

本课时核心任务是学生基于复杂真实的生物学情境,在一定程度上认识到细胞的衰老和死亡是一种正常的生命现象。在本课中,从原型到相似的熟悉情境,再到陌生的复杂情境,随着情境的复杂化,学科能力的要求不断升高。学生在三重情境下分析、解释、小组合作与交流,极大地激发了学生学习兴趣、提高了学生在课堂上的参与度。同时,在不同的情境下学生进行思考,多层次地提高了学生的能力,亦让不同层次的学生均有收获。最后通过解释“遗忘”这一真实情境进行收尾,提升学生利用所学知识分析和解决复杂问题的能力。