基于情境教學的生命觀念教育

陳 紅 林修愚

（1.福州第八中學，福建 福州 350001；2.福州市教育研究院，福建 福州 350001）

2018年高考理科綜合全國卷I試卷第8題B選項“酶是一類具有高選擇性催化性能的蛋白質”，在化學學科教師看來沒大的問題，化學學科對于酶沒有細分，強調的是酶的高催化性。而生物學科教師關注的是例外，因為“絕大多數的酶是蛋白質，極少數是RNA”。生物學與化學同屬科學課程，為何在同一個概念的認知會出現偏差？由此引發筆者的思考，為什么生物學概念、規律經常有例外？本文以人教版《生物·必修1·分子與細胞》“蛋白質”單元教學為例，闡述通過創設合理的教學情境，促進生命觀念教育在高中生物學課堂教學中開展。

一、生命觀念教育中開展情境教學的必要性

“生命觀念”是生物學核心素養的基礎和支柱，其中蘊含著生物學基本的方法和原則，是學生學習生物學知識的基礎。高中生物學課程高度關注學生學習過程中的實踐經歷，強調學生的主動參與。基于情境的課堂教學，有利于引導學生分析問題、解釋問題，從而習得相關的生物學概念、原理，領悟生命觀念中諸如生物的物質觀、結構與功能觀、生物信息觀等，讓學生用生物學觀點與方法認識生物的多樣性和統一性，促進科學的自然觀和世界觀的形成。

1.基于認識論的角度分析情境教學的必要性

中學生物學課程是一門科學課程，除了具備一般科學課程特點外，還具有學科獨特的特點，如生物學概念主要是實驗、觀察、比較和歸納的結果，不是僅僅通過邏輯推理得到的。［1］但是歸納和概括無法窮盡復雜多樣的生命世界，通過歸納獲得的生物學概念和規律常有例外的存在。［2］缺乏學習情境所習得的生物學概念易導致學生對概念做絕對的理解，忽略了概念形成過程與條件，只記得最終的結論，在應用中容易生搬硬套。生命觀念的建立是以生物學概念為基礎的，因此，在高中生物學教學中有必要進行情境教學，促進學生基于生物學概念，建立生命觀念。

2.基于課程基本理念分析情境教學的必要性

《普通高中生物學課程標準（2017版）》（下文簡稱課程標準）明確提出以“生命觀念、科學思維、科學探究和社會責任”等學科核心素養為宗旨，教學內容聚焦大概念，教學過程關注學生主動參與，重視學生動手、動腦的實踐活動。要求教師圍繞生物學大概念組織教學活動，通過創設合理的教學情境，指導學生思考、討論、資料分析及探究實驗等，有利于學生建立、理解和應用生物學概念，建立生命觀念。

3.基于學生應試能力分析情境教學的必要性

以2015年高考理綜福建卷第4題為例，下圖為某人工魚塘食物網及其能量傳遞示意圖（圖中數字為能量數值，單位是J.m-2.a-1）。下列敘述正確的是（ ）。

A.該食物網中最高營養級為第六營養級

B.該食物網中第一到第二營養級的能量傳遞效率為25%

C.太陽魚呼吸作用消耗的能量為1357J.m-2.a-1

D.該食物網中的生物與無機環境共同構成一個生態系統

不少考生在考場上不加思索地把B選項排除了，究其原因是教師在教學中過于關注生物學中的一般結論，忽視了生物學規律的例外性，使得學生對“十分之一定律即生態系統中能量流動的傳遞效率大約為10%～20%”印象深刻。如果能創設具體的教學情境，讓學生計算某一營養級的能量傳遞效率，或許學生就不會丟分了。

二、創設恰當的教學情境，落實生命觀念教育

課程標準中有關“蛋白質”單元教學內容是“概念1細胞是生物體結構與生命活動的基本單位”“1.1細胞由多種多樣的分子組成，包括水、無機鹽、糖類、脂質、蛋白質和核酸等，其中蛋白質和核酸是兩類最重要的生物大分子”“1.1.6闡明蛋白質通常由20種氨基酸分子組成，它的功能取決于由氨基酸序列及其形成的空間結構，細胞的功能主要由蛋白質完成”課程標準對有關“蛋白質”單元的學業要求是，學生能夠基于結構與功能相適應這一觀點，解釋細胞由多種多樣的分子組成，這些分子是細胞執行各項生命活動的物質基礎，主要發展學生的生命觀念與科學思維素養。

基于課程標準的教學內容要求及其學業要求，“蛋白質”單元教學目標是：①闡明蛋白質的組成、結構特點及基因指導蛋白質的合成過程，初步建立物質觀、結構與功能觀、信息觀、進化觀等生命觀念；②構建蛋白質在細胞的分布模型，理解蛋白質種類、功能的多樣性決定了生物的多樣性與特異性，認同蛋白質是生命活動的主要承擔者，深刻領悟生命體的結構與功能相適應的生物學觀點。

為了達成“蛋白質”單元教學目標，筆者創設下列不同的教學情境。

1.基于物質觀創設問題情境

辯證唯物主義認為世界是物質的，世界上的所有物體都是由物質構成的，生物體也不例外。在自然環境中可以找到構成生物體的所有元素，生物體總是不斷地與外界環境進行物質交換，蛋白質、核酸等生物大分子雖是生命活動所特有的，也只是物質存在的形態、功能及化學特性不同而已。［3］由此，認識生命必須從認識生命的物質性開始。

情境1以血紅蛋白質為例，指導學生復習有關蛋白質的知識內容：①蛋白質中還可能含有什么元素？②氨基酸的結構有什么特點？③概述氨基酸的脫水縮合的過程。④多肽鏈與蛋白質有何區別？

情境2提供相關資料：①血紅蛋白由4條多肽鏈（4個亞基）構成，兩條α鏈和兩條β鏈共574個氨基酸構成，每個亞基均有一個血紅素輔基。②胰島素由A、B兩條肽鏈組成，人胰島素的A鏈有11種21個氨基酸，B鏈有15種30個氨基酸，共16種51個氨基酸組成。③免疫球蛋白G是血清中最基本的一類抗體，由4條多肽鏈共660個氨基酸構成。要求學生基于“血紅蛋白、胰島素、免疫球蛋白G”等不同蛋白質分子的組成差異，概括形成“組成不同的蛋白質的氨基酸的種類、數目、排列順序不同，肽鏈的盤曲、折疊方式及其形成的空間結構不同，蛋白質具有結構多樣性，結構不同決定了功能不同”等概念。

通過情境1與情境2，幫助學生習得有關蛋白質組成、結構等知識，讓學生明確作為生命活動的主要承擔者——蛋白質的物質特性，蛋白質的結構不同導致功能的差異，領悟生命的物質性，促進學生建立物質觀。

2.基于結構與功能觀創設教學情境

生物體結構與功能的統一是自然選擇的結果，也是生物多樣性與特異性的基礎，生物體任何功能都需要一定的結構來實現的。［4］許多學生能說出“膜的主要成份是磷脂和蛋白質”，但對于不同的細胞功能與其膜上的蛋白質種類、特點沒能建立起聯系，缺乏結構與功能觀。

情境3：要求學生畫出細胞各部位上有關蛋白質的種類及分布模型。

圖1 蛋白質在細胞中的分布模型

蛋白質是細胞的產物，分布于細胞的各個部分,是細胞中各種生命活動不可或缺的物質。通過構建蛋白質在細胞中的分布模型（如圖1），幫助學生歸納高中階段有關蛋白質及其功能的知識，如細胞中的滑面型內質網上是否分布與脂質、糖合成的有關的酶、而粗面型內質網上分布的酶、細胞質基質中分布的酶分別與什么生命活動有關？細胞核中是否有酶的存在？不但將碎片化，零散的知識可視化、系統化，而且促進學生更好地理解生命活動是需要相應的物質與結構的，促進學生體驗生物體結構與功能相適應、生物體局部和整體相統一等生物學觀點。

3.基于信息觀創設教學情境

生命現象的產生、生命活動的進行都離不開信息傳遞。如生命的延續依賴于遺傳信息的復制、轉錄和翻譯，生物個體穩態維持取決于神經遞質、激素等信息分子的作用。

情境4:正常人的血紅蛋白由574個氨基酸組成，其的序列是……纈-組-亮-蘇-脯-谷-谷-賴……鐮刀型貧血癥患者的血紅蛋白的氨基酸序列……纈-組-亮-蘇-脯-纈-谷-賴……二者之間僅有一個氨基酸發生了替換。請分析①蛋白質合成由什么物質控制的？描述蛋白質合成的具體過程。②分析蛋白質結構多樣性的根本原因是什么？

幫助學生從遺傳物質的“信息流”角度分析蛋白質與核酸的關系，理解生命歷程中基因選擇性表達的具體過程：特定的基因轉錄為mRNA，tRNA攜帶相應的的氨基酸，與mRNA密碼子相互識別，經脫水縮合形成多肽，mRNA上核糖核苷酸的序列決定了肽鏈的氨基酸組成及排列順序。由此可見，蛋白質結構多樣性的根本原因取決于基因的多樣性，促進學生建立生物信息觀，加深對生命本質的認識。

4.基于進化觀創設教學情境

進化思想和生態學思想是生物學的核心思想。本單元教學的最后環節是引導學生從蛋白質分子角度理解生物的進化。

情境5人體需氧組織（如心肌、腦等)乳酸脫氫酶（H型）的作用是催化乳酸轉變成丙酮酸；而在缺氧組織如骨骼肌、紅細胞，乳酸脫氫酶（M型）卻是催化丙酮酸還原成乳酸。為什么同是乳酸脫氫酶，卻有著截然不同的催化功效？

生物進化的本質源于種群基因頻率的定向改變，情境5中的乳酸脫氫酶實為乳酸脫氫同功酶，其是基因在表達過程中兩個不同的位點編碼的H(Heart)亞基和M(Mule)亞基以不同比例組成的。通過對乳酸脫氫同功酶原理的講解，幫助學生了解基因的分化是生物體為適應復雜的代謝而引發的一種分子水平上的進化，從微觀層面理解生物進化的表現。

三、生命觀念教育中開展情境教學的反思

情境教學的突出特點是學生參與學習的程度高，“以學定教”的課堂必然是以學生的學習來組織教學，這要求教師在教學內容及教學行為上作出相應的改變。［5］

1.創設真實的問題情境

基于生命觀念教育的高中生物學教學，情境創設應該從關注“激發學習興趣”轉變為關注“問題驅動任務解決”，以真實的生物學問題，如以科學事實、日常生活中與生物學有關的問題作為情境，設計環環相扣的系列問題，激發學生深入地認識生物的物質性、生物體結構與功能的統一性、生命過程中復雜的信息交流，以及進化觀與生態觀等，幫助學生理解生命的本質，形成科學的自然觀與世界觀。

2.搭建對話互動平臺

在高度信息化的今天，學習是基于情境的信息深度加工與知識建構的過程，“教重要的在于聽，學重要的在于說”［5］。教師要善于搭建對話互動的平臺，通過課堂上師生對話，生生對話，促進學生對知識本質的認識。如充分利用教材中的“與生活的聯系”“與社會的聯系”等欄目，引導學生運用生物學知識分析生活中的生命現象；［6］實施模型建構教學，以模型形式呈現知識內在關聯，讓學生深刻領悟結構與功能統一的生物學觀念；通過對問題的探究，實現知識的連續建構與有效的遷移，發展學生的科學思維。

基于情境教學的生命觀念教育，需要生物學科教師更新教育理念，整合教學資源，教學過程注重圍繞生物學大概念、重要概念，開展探究性學習，引導學生運用生命觀念認識生物的多樣性和統一性，理解、分析日常生活中的生命現象，進而認識生命的本質。