巧用例證搭建支架促進概念學習
——以“蛋白質是生命活動的主要承擔者”為例

尚瑞琪 楊 桃 劉秋月 張 健

(1.牡丹江師范學院生命科學與技術學院 黑龍江牡丹江 157000)

(2.牡丹江市第二高級中學 黑龍江牡丹江 157000)

《普通高中生物學課程標準(2017 年版)》中指出生物學課程的基本理念包括“核心素養為宗旨”、“內容聚焦大概念”和“教學過程重實踐”。 概念的學習和核心素養的養成絕非一朝一夕之功。 在生物學教學中,通過例證的方法搭建支架,使學生借助原有知識經驗,從經驗起點出發,在不同層次的學習目標上取得進展,這樣才能更好的推進概念的高階學習,進而提高學生的核心素養。

下文以高中生物學人教版(2019 年版)必修一教材中“蛋白質是生命活動的主要承擔者”為例,劃分不同的目標要求,通過例證教學,為學生“搭建背景支架,學習蛋白質功能”、“搭建情境支架,學習蛋白質結構”、“搭建任務支架,掌握蛋白質相關計算”、”搭建過程支架,體會蛋白質結構多樣性”,促進學生達到不同目標要求的進階學習。 表1 為教學目標與教學支架對照表。

表1 教學目標與教學支架對照

1 搭建背景支架,例說蛋白質功能

建構主義的學生觀認為,學生在進入學校、教室之前,已經在家庭中接受過良好的家庭教育,在生活中也發現過很多科學性的現象,因此,腦袋當中是有東西的,但是不知道其背后的具體原因。 教師存在的意義,是通過生活平常的實例為切入點,喚醒起學生已有的知識,讓學生對本節課產生興趣,主動地跟著老師的步伐,用已有的知識產生對新知識的認知,或者對已了解的知識進行不斷地擴充、不斷地累加,幫助學生形成有結構層次的概念。

在本節課學習過程中,課堂開始之初若談論生活中蛋白質含量與營養價值的相關性,便于學生參與。教師若在教學之始向學生提出疑問:為什么評價食物時要看蛋白質含量呢? 學生更容易理解細胞的生命活動需要蛋白質。 所以對于概念的學習,不是單純的接受,而是一種積極的探索。 學生在學習概念時,可以利用原有的生活經驗增進對抽象概念的理解。 例如:請學生結合自己一天的學習生活,思考有哪些活動體現了蛋白質的功能? 學生會想到在早上整理頭發的時候,頭發是結構蛋白;早飯吃的饅頭和雞蛋等食物會在唾液、消化道消化,有許多的唾液淀粉酶、胃蛋白酶,這是酶的催化水解;課間操運動,肌肉活動量大,加快血液循環加快,身體代謝能力強,人體內細胞消耗氧氣的速度加快,肌肉是結構蛋白,呼吸作用從外界吸收氧氣需要血紅蛋白的運輸;飯后,短暫的時間機體的血糖會升高,但是胰島素會降低血糖,這是蛋白質的調節作用;接種新冠疫苗的目的是讓身體產生抗體,反映出蛋白質的免疫功能。 教師和學生一起對所學知識進行總結,共同歸納出蛋白質的類型和作用,完成該部分內容的學習。

設計意圖:通過例證搭建背景支架,課堂之初,舉例生活中相關實例導入新課,使學生回憶起原先的生活體驗,啟發他們在現實生活中探索蛋白質的作用,進一步系統歸納,培養學生生命的物質觀;培養學生留意生活瑣碎小事,提升發現生物學知識的科學探究精神,培養學生科學的歸納能力和思考能力。 教師的存在則是幫助學生將頭腦中原有的事實性知識進行科學系統的歸納,實現概念的學習。

2 搭建情境支架,例思蛋白質結構

建構主義教學觀認為,教師應結合學生各方面的特點,為學生創造一種歡快、輕松、舒適的學習情境,通過合作交流和主動參與的方式,實現對知識的構建。 因此,在教學過程中,教師應該注意創造情境。以“情境”為指導,營造一個有利于學生的學習氛圍,便于學生把握知識,從而達到核心素養的目標要求。學習知識要先從問題開始,一開始學生對于問題的態度是模棱兩可的,甚至不清楚自己存在的問題,教師的引領至關重要。 問題由教師提出,學生需要明確、清楚自己的不足,從基礎的知識入手,方能思慮周全背后的原因。 對于解決問題,通常采用直觀的方式,直接經驗是最直接有效的方式。 雖然不是經過自己的動手實踐,但是是自己親眼看到的,是一種變相的直接經驗。 高效率利用現代教育技術,也是提高學習效率的手段。 通過小視頻動畫的形式,為學生創造一種直觀的學習情境。 解決問題的方式也有很多,鑒于中學生尚處在快樂玩耍的年紀,采用“寓教于樂”的教學方式,既能讓孩子快樂,又能讓孩子在游戲中獲得更多的知識,從而最大限度地提高學習效率。

2.1 問題情境

在上一環節,學生了解到了蛋白質的各種作用,教師進一步引導學生思考“蛋白質的作用是如何精準完成的?”教師在黑板上展示某些氨基酸結構,組織學生討論交流,解決如下問題:“這些氨基酸的結構有什么共同特點?”“能試著用卡片組裝總結出來他們的結構通式嗎?”借助變式訓練題幫助學生鞏固氨基酸結構。

設計意圖:通過問題設置,激發學生的好奇心,引導學生進入探究蛋白質結構的情境中,并建立“每個蛋白質具有符合其功能的空間結構”的觀念,體驗結構與功能的契合;通過對氨基酸結構通式交流的過程,培養學生的歸納總結思考能力;通過變式訓練促進蛋白質結構的進階學習。

2.2 視頻情境

教師介紹世界上首個具有生物活性的牛胰島素結晶的科學史小故事,并通過視頻演示兩種氨基酸脫水縮合形成二肽的反應,以問題引導學生關注關鍵信息,組織學生討論和溝通,以解決以下問題:“兩個氨基酸結合部位在哪?”“兩個氨基酸形成二肽過程中反應物是什么? 產物是什么?”學生從簡單層面更直觀地了解氨基酸脫水縮合過程。 教師進一步向學生提出疑問:若三個氨基酸發生脫水縮合,又有著怎樣的變化? 幫助學生正確表達自己想法,了解蛋白質的形成過程。 教師再播放視頻進行論證教學,增強學生的自信心,最后組織學生嘗試歸納總結脫水縮合過程中的常規變化。

設計意圖:通過世界上第一個人工合成蛋白質科學史故事的插入,不僅培養學生堅持不懈的科學精神,也促進學生對進階內容的學習;通過視頻展示的方式,為學生搭建直觀的學習情境,促進學生從視聽多方面結合,感受脫水縮合動態變化的真實存在,便于對抽象內容的了解與把握,培養學生動態生命觀的認識;通過“看-猜-驗-總”四個階段,學習脫水縮合變化規律,幫助學生樹立自信心和成就感。

2.3 游戲情境

學習氨基酸脫水縮合形成蛋白質的過程中,教師組織一場游戲活動,由學生進行“手拉手”進行類比。將學生看成是一個氨基酸,氨基在左手邊,羧基在右手邊,“手拉手”就是形成肽鍵,將隊列看成是肽鏈。先從簡單的、可視化的開始,填寫表格中的數字,慢慢加以未知數,得出在多數情況下的認識。 從特殊到一般,師生在游戲中以找規律形式共同總結蛋白質合成過程中的相關數量關系。

設計意圖:通過游戲來強化學生的參與感,培養學生在游戲活動中主動思考和深入探究的科學精神,是“寓教于樂”的直接體現;通過游戲類比相關知識,學生由“手拉手”親身體驗脫水縮合的過程,類比推理到脫水縮合的相關規律,培養學生歸納概括、邏輯推理得出相關規律的科學思維。

3 搭建任務支架,例析蛋白質計算

信息加工原理認為,學生之所以會遺忘知識,是因為他們無法在短時間內將所需的資料抽取出來。如果教師給與正確的線索加以引導,是可以實現學生從腦海中提取出更多的信息。 建構主義知識觀主張,學生學習到的相關知識不是一成不變就能夠解決問題的,還需要進行自己的理解和變通,根據具體情境具體分析,能達到學習效果的最大化,用以促學。 在學習過程中,不僅要教給學生知識,更應該注重教會學生用頭腦中已有的知識來解決實際問題,能夠將記憶提取的方式方法。 在解題過程中,通常采用的就是任務分配,對于問題的解決實現有序處理。 教師在課堂中例舉一道習題,推動學生解決實際問題。 例題如下:

【例題】圖1 為牛胰島素(由51 個氨基酸構成)結構模式圖,該物質中-S-S-是由兩個-SH 脫去兩個H 形成的,下列說法正確的是( )

圖1 牛胰島素結構模式圖

A. 牛胰島素為51 肽,其中含有50 個肽鍵

B. 牛胰島素中至少有4 個游離的氨基和4 個游離的羧基

C. 牛胰島素中至少含有53 個O

D. 牛胰島素形成時,減少的相對分子質量為882

設計意圖:通過習題為例搭建任務型支架,幫助學生將大問題化簡,先從小問題、小任務入手,增強學生的自信心與成就感,培養學生的問題解析和邏輯推理的能力。 基于高考評價體系“一核四層四翼”,題目存在的意義主要為考查學生圖文轉化能力、從冗長內容中獲取處理信息、具體選項分析、運用知識綜合考慮解決問題的能力,通過任務的形式解構習題,培養多方面的能力,培養高素質人才。

4 搭建過程支架,例究蛋白質多樣性

建構主義學習觀認為,知識的獲取并非單純的“輸入”與“儲存”,教師在教學中應重視“構建”的過程,學生學習的知識是自主選擇和修飾了外部的知識。 在學習過程中,讓學生主動地進行學習,并將其轉化為自身的知識,以便于檢測學習進階是否完成。 “從做中學”,使學生在實際操作中產生知識,促進學習。

教師分發給學生三種圖形的卡片,學生根據教師的具體問題進行拼組回答問題。 圓形、正方形和三角形若每一個代表一種氨基酸,“這三種不同的圖形代表三種不同的氨基酸,那么三個氨基酸在一起會形成幾種三肽呢?”學生在動手排列的過程中,體會肽鍵的順序性。 “若是將小組四人組裝的肽鏈聚集在一起,又有多少種聚集方式?”學生在組裝過程中,體會多條肽鏈的空間結構復雜性。

設計意圖:通過圖形的拼裝搭建過程性支架,學生動手擺弄三種卡片的排布,能夠探究蛋白質的之所以種類繁多的原因,培養學生科學探索精神和實際操作技能;通過問題思考與實踐任務相結合,讓學生的手腦結合在一起,深究蛋白質種類多樣、功能多樣歸根到底是結構多樣,從而認同蛋白質“結構與功能相適應”的觀點。

本文為促進學生概念學習,運用例證,立足于生活,認真研讀課程標準,妥善安排教學內容,以背景支架例說蛋白質功能,情境支架例思蛋白質結構,任務支架例析蛋白質計算,過程支架例究蛋白質多樣性,引導學生參與教學活動,進行主動探究,以促進其核心素養的提升。