高中生物基于模型建構(gòu)的深度學(xué)習(xí)

摘要：通過(guò)在實(shí)踐與思考中培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力和解決問(wèn)題能力，從而實(shí)現(xiàn)深度學(xué)習(xí).本文以新人教版教材高中生物學(xué)必修1第三章第1節(jié)中“對(duì)細(xì)胞膜成分的探索”為例，聚焦“細(xì)胞膜中磷脂分子的結(jié)構(gòu)”這一知識(shí)點(diǎn)，提供研究背景資料，依托“提出假說(shuō)”和“模型建構(gòu)”兩種科學(xué)研究方法，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)細(xì)胞膜中磷脂分子結(jié)構(gòu)進(jìn)行深度思考.

關(guān)鍵詞：模型建構(gòu)；提出假說(shuō)；深度學(xué)習(xí)

中圖分類(lèi)號(hào)：G632文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1008-0333（2024）27-0134-03

深度學(xué)習(xí)是在學(xué)生對(duì)原有知識(shí)淺層次理解的基礎(chǔ)上，教師通過(guò)引導(dǎo)、設(shè)問(wèn)、啟發(fā)等方法，使學(xué)生對(duì)所學(xué)問(wèn)題實(shí)現(xiàn)深入思考的過(guò)程［1］.模型建構(gòu)是高中生物課常用的教學(xué)方法，通過(guò)學(xué)生自主建?？梢詫⒊橄蟮闹R(shí)內(nèi)容以模型的形式直觀展現(xiàn)出來(lái).通過(guò)建構(gòu)概念模型來(lái)實(shí)現(xiàn)學(xué)生對(duì)于核心概念的深度理解，實(shí)現(xiàn)從低階思維能力的淺層學(xué)習(xí)到高階思維能力的深度學(xué)習(xí)［2］.

1基于深度學(xué)習(xí)的教學(xué)設(shè)計(jì)思路

1.1深度學(xué)習(xí)教學(xué)目標(biāo)指向?qū)W生生物學(xué)核心素養(yǎng)的培養(yǎng)

本節(jié)課分析細(xì)胞膜組成成分與結(jié)構(gòu)的關(guān)系，使學(xué)生明確細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)，體現(xiàn)了生命觀念中的結(jié)構(gòu)與功能觀.通過(guò)提供科學(xué)史資料和自制教具，引導(dǎo)學(xué)生提出合理假說(shuō)，并通過(guò)背景資料和已有知識(shí)分析假說(shuō)是否成立，使學(xué)生真正實(shí)現(xiàn)自主探究過(guò)程.最終學(xué)生建構(gòu)出“磷脂雙分子層”物理模型，充分體現(xiàn)了“模型與建?！钡目茖W(xué)思維和科學(xué)探究的核心素養(yǎng).本節(jié)課使用的教具為廢舊物品自制，充分體現(xiàn)了廢物利用的環(huán)保理念，有利于培養(yǎng)學(xué)生的社會(huì)責(zé)任.

1.2基于模型建構(gòu)的深度學(xué)習(xí)教學(xué)設(shè)計(jì)思路

教師圍繞“細(xì)胞膜中磷脂分子結(jié)構(gòu)的具體排列”這一知識(shí)點(diǎn)，以科學(xué)史資料為研究背景，以情景化的問(wèn)題解決為導(dǎo)向.學(xué)生通過(guò)小組合作、批判評(píng)價(jià)等方式，自主建構(gòu)出細(xì)胞膜磷脂雙分子層物理模型，為后續(xù)學(xué)習(xí)“流動(dòng)鑲嵌模型”打下基礎(chǔ).

新教材在“細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)和功能”這節(jié)課的教材編排上增設(shè)了更加豐富的探究科學(xué)史資料，為同學(xué)們的探究學(xué)習(xí)提供了更加豐富的資料.在對(duì)細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的探索過(guò)程中，本節(jié)課以“組成細(xì)胞膜的多個(gè)磷脂分子的具體排列方式”這一知識(shí)點(diǎn)為切入點(diǎn).利用小組探究建構(gòu)物理模型，小組討論分析所得模型是否合理并提出假說(shuō)，從而實(shí)現(xiàn)學(xué)生發(fā)生深度學(xué)習(xí)的教學(xué)目標(biāo)（如圖1）.

2融入深度教學(xué)理念的教學(xué)活動(dòng)過(guò)程

通過(guò)科學(xué)史的學(xué)習(xí)，學(xué)生已經(jīng)了解細(xì)胞膜的成分主要是磷脂和蛋白質(zhì)，對(duì)于磷脂分子的結(jié)構(gòu)以及細(xì)胞膜中多個(gè)磷脂分子的排列結(jié)構(gòu)很感興趣，并提出多種存在的可能.本教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)思路旨在解決學(xué)生心中對(duì)于上述問(wèn)題的疑惑，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行深度思考，以期實(shí)現(xiàn)深度學(xué)習(xí)的目標(biāo).

2.1由簡(jiǎn)單到復(fù)雜提出探究問(wèn)題

2.1.1分析朗繆爾實(shí)驗(yàn)結(jié)果，引導(dǎo)學(xué)生明確磷脂分子的結(jié)構(gòu)

教師提供朗繆爾實(shí)驗(yàn)結(jié)果，引發(fā)學(xué)生思考在苯和水的介質(zhì)中為什么磷脂分子的磷酸基團(tuán)極性頭部都進(jìn)入水中？這個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明磷脂分子具有怎樣的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)？通過(guò)小組討論思考，學(xué)生可清晰明確磷脂分子是兩性分子，具有頭部親水，尾部疏水的特點(diǎn).教師給出磷脂分子結(jié)構(gòu)式，肯定同學(xué)們的思考分析過(guò)程，并展示自制教具（如圖2）.

2.1.2探究多個(gè)磷脂分子在“空氣－水”的界面上如何排列

教師提升問(wèn)題難度，在朗繆爾實(shí)驗(yàn)分析的基礎(chǔ)上提供磷脂分子自制教具，引導(dǎo)學(xué)生小組探究“空氣－水”界面上磷脂分子的排列方式.學(xué)生經(jīng)過(guò)多次嘗試可得到相關(guān)探究結(jié)果.基于磷脂分子是兩性分子，學(xué)生認(rèn)為在“空氣－水”界面上多個(gè)磷脂分子呈單層排列，排列方式如圖3.

2.1.3探究多個(gè)磷脂分子在“水－水”的界面上如何排列

教師繼續(xù)提升問(wèn)題難度，探究組成細(xì)胞膜的磷脂分子在“水－水”界面的排列方式.學(xué)生分小組討論利用提出假說(shuō)的科學(xué)研究方法共提出兩種假設(shè).

假設(shè)1：細(xì)胞膜中磷脂分子呈單層排列

學(xué)生通過(guò)小組探究共建構(gòu)出三種物理模型，如圖4所示.教師引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)磷脂分子存在的內(nèi)外水環(huán)境，以及磷脂分子本身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，分析上述三種模型是否成立，學(xué)生討論發(fā)現(xiàn)三種情況都不符合磷脂分子是兩性分子的特點(diǎn)，假設(shè)1不成立.

假設(shè)2：細(xì)胞膜中的磷脂分子呈雙層排列

學(xué)生繼續(xù)建構(gòu)物理模型，提出細(xì)胞膜中的磷脂分子呈雙層排列的假設(shè).在此假設(shè)的基礎(chǔ)上建構(gòu)出三種物理模型，如圖5.教師引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)磷脂分子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和磷脂分子存在的內(nèi)外液體環(huán)境，分析三種模型哪種更接近細(xì)胞膜中磷脂分子的排列方式.學(xué)生小組討論分析后認(rèn)為，第三種模型更符合細(xì)胞膜中磷脂分子的實(shí)際排列方式.即多個(gè)磷脂分子親水的頭部向背，疏水的尾部相對(duì)，呈雙層排列.學(xué)生總結(jié)分析得到假說(shuō)：細(xì)胞膜中磷脂分子是雙層排列.

2.2分析科學(xué)家的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，引導(dǎo)學(xué)生驗(yàn)證所得假說(shuō)

教師提供荷蘭科學(xué)家戈特和格倫德的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，進(jìn)一步引發(fā)學(xué)生的深入探究和思考.兩位科學(xué)家提取人的紅細(xì)胞中磷脂分子，將其鋪展成單分子層，測(cè)得單分子層磷脂的面積約為紅細(xì)胞膜表面積的2倍.教師提問(wèn)：這個(gè)實(shí)驗(yàn)取材為什么選用人的紅細(xì)胞？用這個(gè)材料的好處是什么？這個(gè)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果可以得到什么結(jié)論？

學(xué)生小組討論分析資料可得出結(jié)論：人的紅細(xì)胞膜中磷脂分子呈雙層排列.這個(gè)結(jié)論與學(xué)生探究得到的假說(shuō)一致，學(xué)生感受到了科學(xué)家們?cè)O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鲬B(tài)度，體會(huì)到了科學(xué)研究之美.

3教學(xué)活動(dòng)的總結(jié)與反思

本節(jié)課基于中學(xué)生已有的知識(shí)層次和深度學(xué)習(xí)的教學(xué)目標(biāo)而開(kāi)展，教師設(shè)計(jì)從簡(jiǎn)單到復(fù)雜的探究問(wèn)題，指導(dǎo)學(xué)生真正體會(huì)到“提出假說(shuō)”和“建構(gòu)模型”兩種科學(xué)研究方法的具體應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)課堂深度學(xué)習(xí)的教學(xué)目標(biāo).學(xué)生在建構(gòu)物理模型過(guò)程中探究能力和思維能力都得到了明顯提升，體悟到了科學(xué)探究的魅力與快樂(lè)，也體會(huì)到了生命觀念中的結(jié)構(gòu)與功能觀.通過(guò)教師的自我提升與學(xué)習(xí)，希望深度學(xué)習(xí)能在每節(jié)課上發(fā)生.

參考文獻(xiàn)：

［1］ 吳舉宏.促進(jìn)深度學(xué)習(xí)的中學(xué)生物學(xué)教學(xué)策略[J].生物學(xué)教學(xué)，2017，42（10）：18-20.

[2] 侯松濤.基于深度學(xué)習(xí)的高中STEM項(xiàng)目設(shè)計(jì)：以“模擬生物體維持pH的穩(wěn)定”為例[J].中學(xué)生物學(xué)，2022，38（3）：12-14.

［責(zé)任編輯：季春陽(yáng)］