融入HPS教育理念的高中生物学深度学习课堂教学设计——以“细胞膜的结构和功能”为例

潘龙龙 辛光珠 马君瑞

(临夏回民中学 甘肃临夏 731100)

高中生物学新课程标准以培养和提高学生的核心素养为宗旨,以提高学生解决实际问题能力为目标。新高考也侧重对学生全面性和综合性的考察,重点关注学生在一定情境中解决问题的能力。要培养学生这些能力,达到这些教学要求,需要教师在高中生物学课堂的深度教与学上寻找突破。深度学习是一种高阶思维方式,强调学生学习基础知识之后,掌握更多的新知识和新能力,并将自身对知识的理解融入知识体系中,从而提升自身的学习能力,掌握解决问题的能力。

在教学过程中,教师需要采用合适的教学模式和方法帮助学生有效的完成对教材的深度学习,其中HPS(History,philosophy and sociology of science)教学模式是基于构建主义理论形成的,把科学史、科学哲学、科学社会融为一体的课堂教学模式,其基本理念与深度学习的要求相一致,应用这种模式可以有效帮助教师进行深度教学,帮助学生有效完成对课本知识的深度学习。本项目的教学将在深度学习理论的指导下,融入HPS 的教学理念,对“细胞膜的结构和功能”进行相关教学设计,为深度学习的落实提供教学参考。

1 教材分析

“细胞膜的结构与功能”是人教版《必修1·分子与细胞》第三章第一节的内容。学生已经学习了组成细胞的元素和化合物,从这一章节开始,学生开始学习细胞的结构和功能,该节内容具有承上启下的作用。教材中这一节内容以大量科学史为线索进行,因此教师可以利用HPS教育理念,运用科学史的相关资料组织课堂教学,使学生能够掌握和理解细胞的结构和功能,培养和提高学生核心素养,促成对教材核心知识的深度学习。

2 教学目标与重难点

(1)重点:①细胞膜的主要功能;②细胞膜的成分和结构。

(2)难点:细胞膜的成分与结构。

(3)教学目标:①理解细胞的功能及其在生命活动的主要体现;②阐明细胞的成分和细胞膜流动镶嵌模型的主要内容;③学习细胞膜成分和结构探索中的科学史,建立结构与功能相适应的生命观念;体验科学研究过程,训练自身的科学思维。

3 教学过程

3.1 引入生活实际情境,激发学生深度思考

教师首先利用PPT 展示地图中地区与地区之间的边界线,提出问题:“地区与地区之间的边界线有什么作用?细胞与细胞之间有没有这种边界线?”教师组织学生讨论思考问题,得出结论:地区与地区之间的边界线具有一定的保护、检查等作用,细胞之间也可能存在这种边界线。接着,教师再利用动画视频展示台盼蓝染色实验,让学生观察实验过程和实验现象,提出问题:台盼蓝为什么只能染死细胞,不能染活细胞?细胞膜作为细胞的边界又有什么功能呢?最后,教师用PPT 展示原始海洋的图片、国境边防站的图片以及细胞膜信息交流方式的图片,引导学生观察相关图片,总结归纳细胞膜的三大功能,即:①将细胞与外界环境分隔开;②控制物质进出;③进行细胞间信息交流。

设计意图:教师通过两幅地图引入课堂,从生活的真实情境出发,激发学生学习兴趣,使学生快速融入课堂;教师通过引导学生观察地区与地区之间的边界线,激发学生对细胞之间是否存在边界线的思考;教师通过组织学生讨论地图中边界线的作用,激发学生对细胞膜作用的深度思考,从而以情境问题为起点对课本知识进行深度学习。

3.2 引用科学史,引领学生深度体验

对于细胞膜的成分和结构的探索,教材中引用了大量的科学史,教师在讲解这一部分内容时,可以充分利用HPS教学模式,展示相关科学史,带领学生重走科学研究之路,引领学生深度体验教材核心知识的产生过程,从而理解核心知识。具体流程如图1 和图2所示。

图1 细胞膜成分的研究历程

图2 细胞膜结构的探索历程

在这一环节的讲解过程中,教师带领学生从问题出发,重温细胞膜成分和细胞结构探索的发现历程,认识科学史中的科学方法、科学思维、科学精神,使学生充分了解高中生物学知识的来龙去脉,对知识的产生过程进行深度体验,最终掌握教材核心知识。最后,师生共同总结细胞膜流动镶嵌模型的主要内容,即:①细胞膜的主要成分是蛋白质和脂质;②磷脂分子构成双分子层,组成膜的基本支架;③蛋白质以不同的方式镶嵌在磷脂双分子层中,而且蛋白质分子可以运动。

设计意图:本部分内容的讲解充分利用HPS教学模式,即“提出问题→学习科学史→了解实验设计→提出假设或推测→得出结论”,使学生通过重温科学史,深度体验生物学科的知识探究历程,帮助其掌握生物核心知识,了解和学习科学史中蕴含的科学方法,训练学生的科学思维和科学精神。

3.3 构建物理模型,引导学生深度参与

通过对细胞膜成分和结构探索历程的学习,学生对细胞膜的结构有了一定的了解,教师组织学生以小组为单位,绘制和构建细胞膜的结构模式图或模型,使学生充分参与课堂学习中。首先,教师准备水彩笔、橡皮泥等,然后将学生分成几个小组,让学生根据所学知识绘制模式图或构建模型,最后,教师在组内或教室内展评学生的作品。

设计意图:模型构建能力是高中生物学核心素养中科学思维的主要方面,通过让学生绘制或构建细胞膜的模型,使学生能够深度参与课堂,全身心投入课堂,进而培养学生的科学思维。通过小组合作的方式,绘制或构建细胞膜模型可以培养学生合作探究的能力,进而培养学生的科学探究能力。

3.4 巧用思维导图,促进学生深度理解

在课堂总结阶段,教师组织学生制作本节课的思维导图,对学习内容进行系统的概括和归纳。教师提供的思维导图模板如图3所示,教师可组织学生在此基础之上,创建自己的思维导图。

图3 细胞膜思维导图模板

设计意图:思维导图是学生理解知识的直观体现,通过构建思维导图,教师可以直观评价学生对课本知识的理解程度。学生通过构建思维导图,可以对课本所学知识进行整合,从而对“细胞膜结构和功能”这一核心知识进行深度理解,有助于学生今后对知识的迁移与运用。

4 教学反思

本节课运用HPS教学理念,以促成学生的深度学习为教学目的,以培养和提高学生生物学核心素养为宗旨展开教学设计。首先,以生活情境出发,以两幅地图引入课堂教学,使学生置身于生活情境问题之中,将微观问题宏观化,引导学生对所学知识进行深度思考。接着,通过重温科学史,使学生深度体验科学史中蕴含的科学研究方法和科学思维,进而培养学生的科学思维和方法。然后,教师组织学生绘制或构建细胞膜的结构模式图或模型,引导学生深度参与到课堂教学中,帮助学生理解和掌握流动镶嵌模型的特点和内容,培养学生模型构建的科学思维。最后,通过构建思维导图,引导学生归纳总结细胞膜的结构和功能,激发学生对课本核心知识的深度理解,进而形成结构与功能观。