巧用例证搭建支架促进概念学习——以“蛋白质是生命活动的主要承担者”为例

尚瑞琪 杨 桃 刘秋月 张 健

(1.牡丹江师范学院生命科学与技术学院 黑龙江牡丹江 157000)

(2.牡丹江市第二高级中学 黑龙江牡丹江 157000)

《普通高中生物学课程标准(2017 年版)》中指出生物学课程的基本理念包括“核心素养为宗旨”、“内容聚焦大概念”和“教学过程重实践”。 概念的学习和核心素养的养成绝非一朝一夕之功。 在生物学教学中,通过例证的方法搭建支架,使学生借助原有知识经验,从经验起点出发,在不同层次的学习目标上取得进展,这样才能更好的推进概念的高阶学习,进而提高学生的核心素养。

下文以高中生物学人教版(2019 年版)必修一教材中“蛋白质是生命活动的主要承担者”为例,划分不同的目标要求,通过例证教学,为学生“搭建背景支架,学习蛋白质功能”、“搭建情境支架,学习蛋白质结构”、“搭建任务支架,掌握蛋白质相关计算”、”搭建过程支架,体会蛋白质结构多样性”,促进学生达到不同目标要求的进阶学习。 表1 为教学目标与教学支架对照表。

表1 教学目标与教学支架对照

1 搭建背景支架,例说蛋白质功能

建构主义的学生观认为,学生在进入学校、教室之前,已经在家庭中接受过良好的家庭教育,在生活中也发现过很多科学性的现象,因此,脑袋当中是有东西的,但是不知道其背后的具体原因。 教师存在的意义,是通过生活平常的实例为切入点,唤醒起学生已有的知识,让学生对本节课产生兴趣,主动地跟着老师的步伐,用已有的知识产生对新知识的认知,或者对已了解的知识进行不断地扩充、不断地累加,帮助学生形成有结构层次的概念。

在本节课学习过程中,课堂开始之初若谈论生活中蛋白质含量与营养价值的相关性,便于学生参与。教师若在教学之始向学生提出疑问:为什么评价食物时要看蛋白质含量呢? 学生更容易理解细胞的生命活动需要蛋白质。 所以对于概念的学习,不是单纯的接受,而是一种积极的探索。 学生在学习概念时,可以利用原有的生活经验增进对抽象概念的理解。 例如:请学生结合自己一天的学习生活,思考有哪些活动体现了蛋白质的功能? 学生会想到在早上整理头发的时候,头发是结构蛋白;早饭吃的馒头和鸡蛋等食物会在唾液、消化道消化,有许多的唾液淀粉酶、胃蛋白酶,这是酶的催化水解;课间操运动,肌肉活动量大,加快血液循环加快,身体代谢能力强,人体内细胞消耗氧气的速度加快,肌肉是结构蛋白,呼吸作用从外界吸收氧气需要血红蛋白的运输;饭后,短暂的时间机体的血糖会升高,但是胰岛素会降低血糖,这是蛋白质的调节作用;接种新冠疫苗的目的是让身体产生抗体,反映出蛋白质的免疫功能。 教师和学生一起对所学知识进行总结,共同归纳出蛋白质的类型和作用,完成该部分内容的学习。

设计意图:通过例证搭建背景支架,课堂之初,举例生活中相关实例导入新课,使学生回忆起原先的生活体验,启发他们在现实生活中探索蛋白质的作用,进一步系统归纳,培养学生生命的物质观;培养学生留意生活琐碎小事,提升发现生物学知识的科学探究精神,培养学生科学的归纳能力和思考能力。 教师的存在则是帮助学生将头脑中原有的事实性知识进行科学系统的归纳,实现概念的学习。

2 搭建情境支架,例思蛋白质结构

建构主义教学观认为,教师应结合学生各方面的特点,为学生创造一种欢快、轻松、舒适的学习情境,通过合作交流和主动参与的方式,实现对知识的构建。 因此,在教学过程中,教师应该注意创造情境。以“情境”为指导,营造一个有利于学生的学习氛围,便于学生把握知识,从而达到核心素养的目标要求。学习知识要先从问题开始,一开始学生对于问题的态度是模棱两可的,甚至不清楚自己存在的问题,教师的引领至关重要。 问题由教师提出,学生需要明确、清楚自己的不足,从基础的知识入手,方能思虑周全背后的原因。 对于解决问题,通常采用直观的方式,直接经验是最直接有效的方式。 虽然不是经过自己的动手实践,但是是自己亲眼看到的,是一种变相的直接经验。 高效率利用现代教育技术,也是提高学习效率的手段。 通过小视频动画的形式,为学生创造一种直观的学习情境。 解决问题的方式也有很多,鉴于中学生尚处在快乐玩耍的年纪,采用“寓教于乐”的教学方式,既能让孩子快乐,又能让孩子在游戏中获得更多的知识,从而最大限度地提高学习效率。

2.1 问题情境

在上一环节,学生了解到了蛋白质的各种作用,教师进一步引导学生思考“蛋白质的作用是如何精准完成的?”教师在黑板上展示某些氨基酸结构,组织学生讨论交流,解决如下问题:“这些氨基酸的结构有什么共同特点?”“能试着用卡片组装总结出来他们的结构通式吗?”借助变式训练题帮助学生巩固氨基酸结构。

设计意图:通过问题设置,激发学生的好奇心,引导学生进入探究蛋白质结构的情境中,并建立“每个蛋白质具有符合其功能的空间结构”的观念,体验结构与功能的契合;通过对氨基酸结构通式交流的过程,培养学生的归纳总结思考能力;通过变式训练促进蛋白质结构的进阶学习。

2.2 视频情境

教师介绍世界上首个具有生物活性的牛胰岛素结晶的科学史小故事,并通过视频演示两种氨基酸脱水缩合形成二肽的反应,以问题引导学生关注关键信息,组织学生讨论和沟通,以解决以下问题:“两个氨基酸结合部位在哪?”“两个氨基酸形成二肽过程中反应物是什么? 产物是什么?”学生从简单层面更直观地了解氨基酸脱水缩合过程。 教师进一步向学生提出疑问:若三个氨基酸发生脱水缩合,又有着怎样的变化? 帮助学生正确表达自己想法,了解蛋白质的形成过程。 教师再播放视频进行论证教学,增强学生的自信心,最后组织学生尝试归纳总结脱水缩合过程中的常规变化。

设计意图:通过世界上第一个人工合成蛋白质科学史故事的插入,不仅培养学生坚持不懈的科学精神,也促进学生对进阶内容的学习;通过视频展示的方式,为学生搭建直观的学习情境,促进学生从视听多方面结合,感受脱水缩合动态变化的真实存在,便于对抽象内容的了解与把握,培养学生动态生命观的认识;通过“看-猜-验-总”四个阶段,学习脱水缩合变化规律,帮助学生树立自信心和成就感。

2.3 游戏情境

学习氨基酸脱水缩合形成蛋白质的过程中,教师组织一场游戏活动,由学生进行“手拉手”进行类比。将学生看成是一个氨基酸,氨基在左手边,羧基在右手边,“手拉手”就是形成肽键,将队列看成是肽链。先从简单的、可视化的开始,填写表格中的数字,慢慢加以未知数,得出在多数情况下的认识。 从特殊到一般,师生在游戏中以找规律形式共同总结蛋白质合成过程中的相关数量关系。

设计意图:通过游戏来强化学生的参与感,培养学生在游戏活动中主动思考和深入探究的科学精神,是“寓教于乐”的直接体现;通过游戏类比相关知识,学生由“手拉手”亲身体验脱水缩合的过程,类比推理到脱水缩合的相关规律,培养学生归纳概括、逻辑推理得出相关规律的科学思维。

3 搭建任务支架,例析蛋白质计算

信息加工原理认为,学生之所以会遗忘知识,是因为他们无法在短时间内将所需的资料抽取出来。如果教师给与正确的线索加以引导,是可以实现学生从脑海中提取出更多的信息。 建构主义知识观主张,学生学习到的相关知识不是一成不变就能够解决问题的,还需要进行自己的理解和变通,根据具体情境具体分析,能达到学习效果的最大化,用以促学。 在学习过程中,不仅要教给学生知识,更应该注重教会学生用头脑中已有的知识来解决实际问题,能够将记忆提取的方式方法。 在解题过程中,通常采用的就是任务分配,对于问题的解决实现有序处理。 教师在课堂中例举一道习题,推动学生解决实际问题。 例题如下:

【例题】图1 为牛胰岛素(由51 个氨基酸构成)结构模式图,该物质中-S-S-是由两个-SH 脱去两个H 形成的,下列说法正确的是( )

图1 牛胰岛素结构模式图

A. 牛胰岛素为51 肽,其中含有50 个肽键

B. 牛胰岛素中至少有4 个游离的氨基和4 个游离的羧基

C. 牛胰岛素中至少含有53 个O

D. 牛胰岛素形成时,减少的相对分子质量为882

设计意图:通过习题为例搭建任务型支架,帮助学生将大问题化简,先从小问题、小任务入手,增强学生的自信心与成就感,培养学生的问题解析和逻辑推理的能力。 基于高考评价体系“一核四层四翼”,题目存在的意义主要为考查学生图文转化能力、从冗长内容中获取处理信息、具体选项分析、运用知识综合考虑解决问题的能力,通过任务的形式解构习题,培养多方面的能力,培养高素质人才。

4 搭建过程支架,例究蛋白质多样性

建构主义学习观认为,知识的获取并非单纯的“输入”与“储存”,教师在教学中应重视“构建”的过程,学生学习的知识是自主选择和修饰了外部的知识。 在学习过程中,让学生主动地进行学习,并将其转化为自身的知识,以便于检测学习进阶是否完成。 “从做中学”,使学生在实际操作中产生知识,促进学习。

教师分发给学生三种图形的卡片,学生根据教师的具体问题进行拼组回答问题。 圆形、正方形和三角形若每一个代表一种氨基酸,“这三种不同的图形代表三种不同的氨基酸,那么三个氨基酸在一起会形成几种三肽呢?”学生在动手排列的过程中,体会肽键的顺序性。 “若是将小组四人组装的肽链聚集在一起,又有多少种聚集方式?”学生在组装过程中,体会多条肽链的空间结构复杂性。

设计意图:通过图形的拼装搭建过程性支架,学生动手摆弄三种卡片的排布,能够探究蛋白质的之所以种类繁多的原因,培养学生科学探索精神和实际操作技能;通过问题思考与实践任务相结合,让学生的手脑结合在一起,深究蛋白质种类多样、功能多样归根到底是结构多样,从而认同蛋白质“结构与功能相适应”的观点。

本文为促进学生概念学习,运用例证,立足于生活,认真研读课程标准,妥善安排教学内容,以背景支架例说蛋白质功能,情境支架例思蛋白质结构,任务支架例析蛋白质计算,过程支架例究蛋白质多样性,引导学生参与教学活动,进行主动探究,以促进其核心素养的提升。