以大情境服務大概念的跨模塊復習教學

黃五洋 (湖北省石首市第一中學 石首 434400)

普通高中生物學課程標準的基本理念之一是內容聚焦大概念。大概念是反映學科本質、構成學科框架的概念。在一個模塊內容中圍繞大概念組織教學成為共識。大概念在跨模塊的復習教學中鮮有研究。主要原因是大概念位于頂層，其分解的下屬概念內容零散復雜，無法適應跨模塊復習教學的需要。

圖例具有可持續的持久解釋力、可發展的穩固學習力等特點。現以“分泌蛋白的合成運輸”為原始素材，選擇具有思維爆發潛力的衍生圖例為載體，開發具有整體性、框架性的變式，組織大情境，由分散的小概念凝聚成為大概念，實現知識增殖、思維增值。

1 蛋白分選的圖例

圖1為蛋白分選的圖例，據圖組織遷移性情境： 核基因編碼的蛋白質運輸去向取決于氨基酸序列中是否包含信號序列以及信號序列的差異。學生描述圖中經②③過程形成的蛋白質經過④途徑后的去向。比較某些蛋白質經⑥、⑦、⑧過程的去向差異。學生分析問題： 經②過程進入內質網的多肽，③過程輸出的蛋白質并不包含信號序列，原因是(信號序列在內質網中被切除)。在內質網中未折疊或錯誤折疊的蛋白質，會在內質網中大量堆積，此時細胞通過進行細胞水平的反饋調節，討論可能的途徑(改變基因表達減少新蛋白質的合成，或增加識別并降解錯誤折疊蛋白質的相關分子)。除了圖中⑤以外，送往不同細胞結構的蛋白質具

圖1 蛋白分選的圖例

有不同的信號序列，思考這種現象的意義(細胞內蛋白質定向運輸所必需的)。以上教學從分泌蛋白到其他蛋白去向橫向類比，幫助學生達成概念認識： 細胞蛋白質的合成與運輸是多種細胞器相互協調分工合作的結果，是生物膜系統整體功能的體現，更是細胞的系統功能。

2 細胞自噬的圖例

圖2為細胞自噬的圖例，提供細胞自噬信息并組織過程性情境： 細胞自噬是將細胞內受損、變性、衰老的蛋白質或細胞器運輸到溶酶體內并降解的過程。圖中有甲(微自噬)、乙(巨自噬)、丙(分子伴侶介導)三種方式，都貫穿于正常細胞的生命歷程中。若抑制肝癌發展期大鼠的細胞自噬，其腫瘤的體積和數量都比對照組小，推測其原因可能是(癌細胞可利用自噬降解產物作為代謝的原料，以滿足增殖和生長的需要)。酵母能在饑餓時通過細胞自噬而存活，討論其機理是(將自身物質或結構降解后可作為細胞呼吸的原料)。神經退行性疾病是突變蛋白質堆積引起，提高細胞的自噬能力可以治療，思考原因(細胞自噬能清除突變的蛋白質)。丙肝病毒(HCV)感染的細胞中出現自吞小泡堆積，推測原因可能是(HCV病毒阻止自吞小泡與溶酶體融合)。聯系不同生物學事實和現象的本質，學生獲得概念發展： 囊泡聯系溝通多種生命活動，囊泡是細胞各種結構功能聯系的基礎。

圖2 細胞自噬的圖例

3 凸顯囊泡功能的圖例

圖3是凸顯囊泡功能的圖例。提供囊泡運輸信息并組織過程化情境： 囊泡是由單層膜所包裹的膜性結構，主要作用是承擔細胞內不同膜性細胞器之間的物質運輸，稱之為囊泡運輸。一般包括出芽、錨定和融合等過程。生物膜轉化的中心是(內質網)，囊泡運輸的樞紐是(高爾基體)。如果供體膜是高爾基體，受體膜是內質網，此時囊泡具體功能是什么(錯誤加工的蛋白質的回收)。幫助蛋白質正確折疊的分子伴侶在何種結構(內質網)。若某基因突變后內質網出芽形成的囊泡大量積累，則該基因表達的蛋白質功能是什么(促進囊泡與高爾基體融合)。胰島B細胞中出現此種情況會導致何種后果(學生討論)。只有當囊泡上的V-SNARE蛋白與受體結合后囊泡與靶膜才能融合，說明膜融合過程具有特異性。將分泌蛋白與溶酶體水解酶進行類比，學生可以發展以下概念認識： 細胞的膜結構通過直接或者間接的聯系構成生物膜系統，囊泡并非只運輸分泌蛋白，高爾基體并非只加工分泌蛋白。囊泡的運輸具有特異性。

圖3 凸顯囊泡功能的圖例

4 以遺傳為背景的圖例

圖4是以基因表達調控為背景的圖例，組織運用性教學情境： 據圖回答細胞膜成分的更新途徑以及細胞內調節膽固醇含量的具體過程。思考人體中膽固醇的主要作用有哪些并總結溶酶體的功能。思考脂蛋白合成的車間是何種細胞器(內質網)。思考水解酶從合成到進入溶酶體的途徑。思考水解酶的酸性環境如何維持、溶酶體膜如何穩定。當LDL受體出現遺傳性缺陷時，會導致血漿膽固醇含量有什么變化(增多)。該圖例從系統的視角揭示了細胞基因表達調控機制與膽固醇代謝的緊密聯系，幫助學生達成深度概念認識： 細胞內代謝存在反饋調節，細胞內的信息傳遞受到基因的調控，而代謝產物又會影響基因的表達。

圖4 以遺傳為背景的圖例

5 以代謝為背景的圖例

圖5是以細胞代謝為背景的圖例。組織運用性情境，表述圖中的信息。參考： 胰島B細胞屬于反射弧中效應器的組成部分，在適宜刺激下會產生興奮。靜息電位的基礎是(細胞外鈉離子多，細胞內鉀離子多)。細胞內外離子分布不均勻的前提是(主動運輸)。靜息電位的維持、動作電位的傳遞、胞吐、囊泡的運輸都是消耗能量的過程。直接提供能量的物質通常是ATP。ATP的主要來源是有氧呼吸的第三階段。通過此圖例的挖掘，學生獲得的概念發展是： 葡萄糖不僅是能源物質，還是信息物質；胰島B細胞分泌功能的基礎是細胞代謝；個體的結構與功能協調統一的前提是細胞代謝，穩態調節機制的細胞基礎是物質運輸與能量轉換。

圖5 以代謝為背景的圖例

6 以調節為背景的圖例

圖6是以調節為背景的圖例，組織運用性教學情境，闡述此圖含義。例如： 葡萄糖通過協助擴散方式進入胰島B細胞，氧化分解后產生ATP， ATP作為信息分子與ATP敏感的K+通道蛋白上的識別位點結合，K+通道蛋白磷酸化后關閉，進而觸發Ca2+通道打開，使胰島B細胞儲存胰島素的囊泡轉運至細胞膜附近并與之融合。拓展： 水通道蛋白在腎小管上皮細胞內部囊泡儲存，分析這種現象的意義(調控水通道蛋白釋放實現精確的控制)。如此教學將蛋白質、生物膜系統與生命活動調節的內容聯系起來，用意在于發展概念認識： 個體穩態調節機制最終是通過分子水平的信息傳遞來完成的。

圖6 以調節為背景的圖例

圖例1、 2、 3基于分子與細胞模塊的大概念“細胞是生物體結構與生命活動的基本單位”設計。圖例4基于遺傳與進化模塊的大概念“遺傳信息控制生物性狀，并代代相傳”設計。圖例5、 6基于穩態與調節模塊的大概念“生命個體的結構與功能相適應，各結構協調統一共同完成復雜的生命活動，并通過一定的調節機制保持穩態”設計。上述6個圖例以一般問題、論證、閱讀、寫作等活動依次構建大情境，幫助學生在學科視野下理解大概念。大情境促進學生已有概念發生碰撞沖突，催化獨立的、分散的小概念(細胞器的功能、細胞膜的功能、物質運輸、細胞呼吸、信息傳遞、基因表達、興奮)孕育為完整大概念： 不同層次的生命系統物質、能量和信息變化有統一性，細胞內代謝和分子水平的調節是個體穩態的基礎，根本原因是基因表達與調控。以圖例為生長點，設計螺旋式大情境(遷移化情境、過程化情境、運用性情境)，將是跨模塊復習教學的重要策略。