“生物膜”首考复习中的科学思维培养

“生物膜”首考复习中的科学思维培养

汪利芽

杭州市富阳区场口中学 浙江 杭州 311400

【内容摘要】尝试将生物学课程标准中的重要概念进行整合，以“生物膜”为单元进行首考整体复习教学，以“胰岛B细胞”为主线架构境脉，在复习教学中突显科学思维培养。从推理思维、建模思维、辩证思维、整体性思维、批判性思维、创造性思维等方面论述培养策略。

【关键词】首考复习； 单元整体教学； 科学思维

科学思维是生物学科核心素养的主要内容，它是学生通过学科学习而形成的关键能力， 对学生的终生发展具有至关重要的作用。《普通高中生物学课程标准（2017年版2020年修订）》对科学思维有如下表述：“科学思维”是指尊重事实和证据，崇尚严谨和务实的求知态度，运用科学的思维方法认识事物、解决实际问题的思维习惯和能力[1]。

在概念教学、科学探究、解决现实问题的过程中，都离不开科学思维的参与。因此，无论是何种课型，都要重视科学思维的培养。本文以生物膜首轮复习为例，探讨在课堂教学中的科学思维培养的一些策略。

一、单元整体复习思路整合概念

首轮复习时间紧、任务重，无法按照教师顺序进行全面系统复习，其主要目标是在夯实基础知识的前提下，为首考取得较好成绩厉兵秣马。但更重要的是通过复习，在建构概念的过程中培养提升学生的思维能力，通过思维架构知识，能力增长，提升生物学核心素养，为学生的终身发展服务，从而支撑学生有高度的人生大厦。

    结合教材内容和学生的思维发展情况，对课标内容进行分析，将课标重要概念以单元进行重新整合形成“生物膜”教学单元。将大概念2中的2.1重要概念“物质通过被动转运、主动转运等方式进出细胞，以维持细胞的正常代谢活动”与大概念1中1.2.1次位概念“概述细胞由质膜包裹质膜将细胞与其生活环境分开，控制物质进出，并参与细胞间的信息交流”内容整合在一起复习。本单元结合课标内容要求1.2和2.1，最终形成重要概念如图1。

                                  图1   

二、以胰岛B细胞为主线架构境脉

境脉，是情境和脉络的合称，是学生学习发生的真实情境教学的主线和脉络[2]。

单元整体复习教学中需要选择一个合适的情境载体充当复习主线，用来构建课时境脉和单元境脉，支撑整个单元的融合性真实情境，从而使课时情境体现出整体性、贯穿性、连续性、衔接性。

本单元以胰岛B细胞合成和分泌胰岛素这一事实作为情境主线，将细胞膜、细胞器、物质出入细胞的方式联系在一起，以“情境—任务—活动—评价”为课时教学明线（图2），以各种科学思维方式训练穿插其中，在思维训练过程中建构概念，并通过概念运用解决“设计高效去油污的厨房微生物”这一真实的现实问题，引导学生关注身边事物，尝试解决现实问题，提升解决问题的意识和能力。

                                    图2

三、科学思维培养具体策略

（一）问题驱动，培养推理思维

在首轮复习中，学生反应教材知识已学得八九不离十，感觉大脑里有“存货”不少，但是一碰到具体题目还是会傻眼，这时总认为自己看书不够仔细，没记住，并没有从更深层次去思考为什么题目答不出来。在首轮复习过程中，教师可设计一系列梯度问题驱动学生进行深度思考，在这个过程中发展学生的科学思维能力，从而建构概念。

如细胞膜复习时，可设计如下表中问题引导学生思考，将“物质—结构—功能”进行有机串联，从而归纳结构与功能观这一生命观念。

                                   表1

在回答上述一系列问题过程中，需要学生或根据现实经验的推理（如以一个国家的边境线来类比推理细胞膜的功能）；或基于科学史实验结果进行的推理，如细胞膜由2层磷脂分子构成；或根据某细胞的特殊功能来推测该细胞上的膜蛋白种类，如胰岛B细胞上的膜蛋白有各种受体，如胰岛素受体、生物激素受体、神经递质受体、葡萄糖受体等，还有各种载体蛋白，某些通道蛋白，MHC分子等；如叶绿体膜上有转运蔗糖分子的蛋白质；线粒体外膜上有运输丙酮酸、ATP等分子的特殊物质等等，从而更好的体会并能运用结构和功能观推理某些膜的物质组成和结构。部分物质、结构与功能的推理关系如下图。

                                    图3

（二）过程评价，提升模型与建模

   1.模型建构进行前测

学生对于细胞膜结构有怎样的理解和建构？如何将学生已有的知识显性化，绘图是一个直观有效的方法，可以是概念图、结构图，曲线图等各种图形来检测学生已有的知识结构。

课前让学生构建某种特殊细胞的细胞膜的流动镶嵌模型图，如胰岛B细胞、效应B细胞、辅助T细胞、叶肉细胞等都可以尝试。这样既可杜绝学生依据教材依样画葫芦，检测学生对膜结构的掌握情况，还能检测学生能否运用结构与功能观来指导自己建构模型。

展示部分学生的细胞膜结构模型如图4。

从学生所绘图形中，可以判断绝大多数学生对膜结构的印象是模糊的，比较好的方面是脂双层基本构建出来，但部分学生无法区分糖蛋白和糖脂。对于特殊细胞膜上有哪些特殊的蛋白质，蛋白质又是如何排布在脂双层上的，学生脑中的想法是五花八门，如有学生在神经细胞膜上画出神经蛋白；有的把载体蛋白隐藏在脂双层中；胆固醇在膜外侧等等。

2.利用模型进行检测评价

细胞膜内容复习完成后，再次让学生构建特殊细胞的细胞膜模型（图5），引起学生反思评价自已的学习效果，利于教师再次检测学生的思维和概念掌握情况。 

图5

（三）理清术语，渗透比较思维

知识是能力的载体，能力是素养的载体，素养培养离不开具体的知识。生物学概念术语繁多，学生总是感觉稀里糊涂，难梳理，辨不清。在复习时，教师提供一定的情境资料，如图片资料、科学史资料等，启发学生找出异同，并通过列表分析比较，训练学生比较分类的思维。如叶绿体与线粒体、扩散与渗透、主动转运与被动转运、受体蛋白与载体蛋白、载体蛋白与通道蛋白、胞吞与胞吐和主动转运等的区别。

如学生对于叶绿体膜与类囊体膜、线粒体内膜总是混淆，教师可以展示文字资料和线粒体内膜和叶绿体类囊体膜等图片，引导学生将2种细胞器进行列表（表2）比较，从而更好的体会结构与功能观。

    表2

（四）多点渗透，培养批判性思维

批判质疑、基于证据、逻辑推理是科学思维的3个基本要点[3]。批判性思维包含运用质疑、分析、判断、评价、反思等高阶思维技能探讨生命现象及规律，审视或论证生物学社会议题或者对自己或他人的思维过程进行审视[4]。在本单元复习教学中，用于批判性思维培养的素材还是很多的。

1.基于科学史培养批判性思维

在浙科版（2005年第1版）普通高中生物学教材中，对于水分子的跨膜运输只提到扩散。而在最新版的教材中都提到了水通道蛋白。对这一知识点如何处理？

从培养学生能力和思维的角度来说，补充资料进行分析更可取。教学中结合论证式教学模式，培养学生的实验设计能力和批判性思维。具体教学流程如图6：

                                   图6

通过资料一，展示水分子在肾小管重吸收、红细胞吸水快速和水分子扩散速率慢的矛盾，引发学生思考，水分子进出细胞只有一种方式吗？通过汞处理红细胞膜，可抑制水的转运，分析可能存在另一种水分子运输方式。从而激发学生对教材资料的关注和质疑。

通过分析推理得出初步主张，通过设计实验及对科学史资料的分析到完善主张，整个过程学生经历了对自己思维过程的审视，也体现了批判性思维训练的过程。

2.评价生活现象，培养批判性思维

学习生物学的一个非常重要的功能是指导现实生活，改变不健康的生活方式，指导自己和他人健康生活，这也是公民社会责任的体现。在平时的教学中，要有意识的引导学生关注身边的现象，并进行反思评价。

如复习物质的运输方式后，可以让学生评价某同学的行为：“某同学口渴，不喝水，经常喝可口可乐等饮料解渴。请分析这种行为可取吗？可能会造成怎样的后果？你的建议是？”解释“水中毒现象”产生的原因同时反思“你会喝水吗？”等现实问题。

（五）深入反思，培养辩证思维

辩证思维，不是简单的非此即彼的因果线性关系，强调时机、发展、变化，承认事物是对立、矛盾、和谐的统一体。

很多时候，学生阅读教材停留在“是什么”层面，而未去思考“为什么”。有学生反映生物这门课就像打太极，貌似同一问题会有不同的思考方向和结论，被搞的稀里糊涂。这与学生未掌握生物学科的特点——例外性、整体性、复杂性、动态性、综合性、统一性等特点有很大关系。

这就要求教师在平时教学中，多提出一些启发学生深入思考的问题，通过辩证思考，培养思维的灵活度、深度和广度。

如对于细胞器的有无膜的思考，设计问题：“为何有的细胞器有膜，有的没有？到底是有还是没有更好呢？请你分析”。

（学生分析：细胞器有膜或无膜结构，与其功能相适应的。如核糖体无膜结构，便于核糖体的组装和解体，同时利于mRNA、tRNA与核糖体的结合，多肽链合成后的脱离。叶绿体、线粒体等有膜结构有利于各自独立的代谢不受干扰，同时膜也有利于酶附着。通过分析可使学生体会到有膜、无膜的细胞器都有独特的价值，存在都是合理的。同时还可以强化学生运用结构功能观解释生物学事实）

如对于物质进出细胞方式，设计问题“同种物质进出细胞的方式一定相同吗？请举例说明。并思考对生命活动有何意义？”

（学生联系神经调节，分析钠离子、钾离子进出神经细胞的方式都有主动转运和易化扩散。易化扩散利于离子的快速过膜，使去极化、复极化能快速进行，从而利于神经冲动的传导；而主动转运对于维持细胞膜内外的离子浓度差，为神经冲动的产生提供离子基础。这两种方式对于正常的生命活动都是不可缺少的。）

（六）活动探讨，培养整体性思维

     中国古代就有“天人合一”的思想，中国古代的哲学家可以说整体性思维的鼻祖。中医学就是在整体性思维指导下的医学。整体性思维是将系统的各个部分进行分析综合考虑优化，最后达到整体大于部分之和的效果。

     生物学研究的各个层次从细胞一直到生态系统，各个层次都是一个系统。系统是各个部分的综合，但又不是简单的拼凑。

本复习单元建构的“细胞各部分结构既分工又合作，各结构间相互联系、协调一致，共同执行细胞的各项生命活动”，其实体现的就是“细胞是一个统一的整体”这个概念，为整体性思维培养提供了充足的素材。

1.构建图形，培养整体性思维

在以胰岛B细胞合成分泌胰岛素为情境主线的教学中，学生建构胰岛素基因控制胰岛素合成的概念图，将基因控制蛋白质的合成与分泌蛋白的合成和分泌进行整合，在建构概念图（图7)过程中培养整体性思维。

2. 讨论辨析，领悟整体性思维

教师例举一些生物学事实，如“精子变形后细胞质浓缩，主要保留线粒体。“”哺乳动物成熟的红             图7

细胞各种细胞器退化，无细胞核。“分泌蛋白质的细胞内质网发达。““蛋白合成旺盛的细胞核仁大而多”等等，由学生解释这些现象。

通过例举事实，分析，使学生体会到，尽管细胞中的各种结构都有自己独特的功能，但为了细胞整体利益，可以舍弃某些结构或增加某些结构，从而实现其细胞整体功能的最大化、最优化。

（七）设计方案，培养创造性思维

创造性思维是思维的最高级形式，体现学生学习价值的最高成果，也是学生创新精神的体现。

在学习渗透和扩散时，让学生尝试用不同的方法来判断区分等摩尔浓度的葡萄糖溶液和蔗糖溶液。设计实验如何让“水往高处流”。如何让“鸡蛋吐玉珠？”尝试设计一种高效去油污的厨房微生物，构建细胞结构图并介绍该生物的优点缺点等。使学生学以致用，并能体会运用所学生物学知识、技能、方法解决现实问题，体现生物学教育价值。

部分学生作品如图8.

                                  图8

科学思维培养在每堂课中都是一个重要内容，一个人的成长最重要的是思维方式、观念的改变并指导自己的行动。通过生物学的学习和复习，能对学生的成长有所帮助，是这门学科存在的价值。思维培养，我们一直在路上。

【参考文献】

1.中华人民共和国教育部制订.普通高中生物学课程标准（2017年版2020年修订）【M】.北京：人民教育出版社，2020

2.周初霞.聚焦生物学重要概念的单元整体教学设计实践研究【J】.生物学教学，2019，（4）：7-10

3.周初霞 王红梅 李艳华. 聚集生物学重要概念的单元境脉架构【J】中学生物教学，2021（3）：15-18

4. 赵占良. 对生物学学科核心素养的理解（二）：科学思维及其教学【J】中学生物教学，2019（10）：4-7

5.蒋选荣. 高中生物学教学中批判性思维的培养【J】生物学通报，2017，52（10）：35-38

1

[1] 中华人民共和国教育部制订.普通高中生物学课程标准（2017年版2020年修订）【M】.北京：人民教育出版社，2020

[2] 周初霞王红梅 李艳华. 聚集生物学重要概念的单元境脉架构【J】中学生物教学，2021（3）：15-18

[3] 赵占良. 对生物学学科核心素养的理解（二）：科学思维及其教学【J】中学生物教学，2019

[4] 蒋选荣. 高中生物学教学中批判性思维的培养【J】生物学通报，2017，52（10）：35-38