問題驅動的概念教學設計

摘 要：本文以“探秘人體衰老的奧秘”為情境，采用問題驅動的教學策略，引導學生運用自主學習、合作探究、模型構建等方法建立相關概念，旨在培養學生的科學思維和生命觀念，發展學生的生物學學科核心素養。

關鍵詞：問題驅動；概念教學；細胞衰老；細胞死亡

文章編號：1003-7586（2024）11-0026-04 中圖分類號：G633.91 文獻標識碼：B

在傳統的教學中，教師越要求面面俱到，就越容易導致“滿堂灌”的現象出現。在這種教學模式下，學生獲取的知識是相對獨立的，對知識的掌握也往往僅停留在記憶水平，難以理解概念的本質。為應對上述問題，教育改革不斷強調高效學習、深度學習，并推崇大概念教學的理念。《普通高中生物學課程標準（2017 年版2020年修訂）》（以下簡稱《課程標準》）在“教學建議”部分中明確指出：教師應以“少而精”為原則，圍繞大概念和重要概念展開教學活動，促進學生對生物學概念的建立、理解和應用。關于如何實施概念教學，相關研究指出：概念的建立源于對問題的研究，重要概念和大概念的建立是在研究一系列問題的過程中通過逐步歸納、概括得出的。教師在設計概念教學時應充分考慮學生過往的學習、生活經驗，創設相關情境，并圍繞該情境設置若干指向概念的問題串和教學活動，幫助學生建立、理解和應用生物學概念并培養生物學學科核心素養。^［1］為了將《課程標準》中的教學建議融入日常課堂教學，本文以“細胞的衰老和死亡”一節內容為例，闡述如何開展基于問題驅動策略的概念教學設計，以期為一線教師提供教學參考。

1 教材分析和設計思路

“細胞的衰老和死亡”是人教版普通高中教科書《生物學·必修1·分子與細胞》（以下簡稱“教材”）第6章第3節的內容。《課程標準》對本節的內容要求是“描述在正常情況下，細胞衰老和死亡是一種自然的生理過程”；學業要求是“舉例說明細胞的衰老和死亡等生命現象”。

細胞作為生命活動的基本單位，會經歷生長、增殖、分化、衰老和死亡的生命歷程，本節內容的學習能使學生認識到完整的細胞生命歷程。學生對細胞衰老的特征和原因、細胞衰老與個體衰老的關系、細胞死亡的方式和意義等內容的學習能夠培養自身的科學思維能力，發展結構與功能觀、穩態與平衡觀等生命觀念；對我國人口老齡化問題的討論也能夠

幫助

自身樹立正確的價值觀，增強社會責任意識，進而發展生物學學科核心素養。

本節課程在“探秘人體衰老的奧秘”情境的引領下，以探尋細胞衰老與個體衰老的關系、辨析細胞死亡的方式和意義為知識主線，采用問題驅動的教學策略，輔以模型構建、小組合作探究、視頻播放等教學方法，幫助學生從分子和細胞的角度理解細胞衰老的特征和原因，認識細胞衰老與個體衰老的關系，進而認同在正常情況下，細胞的衰老和死亡是一種自然的生理過程。本節課程設計思路如圖1所示。

2 教學目標

（1）通過對生物學事實的分析，理解細胞衰老與個體衰老的關系，培養分析、歸納與概括的科學思維能力，形成“細胞衰老是自然的生理過程”的生物學概念。

（2） 通過對衰老細胞在形態、結構和功能上變化的分析，運用細胞衰老的特征從細胞層次解釋個體衰老的現象，培養學生歸納與概括、演繹與推理的科學思維能力。

（3）通過對“端粒學說”和“自由基學說”的學習，從分子、亞細胞等微觀角度深刻理解細胞衰老的原因和特征，建立結構與功能觀的生命觀念。

（4）通過對相關生物學事實的分析，辨析細胞凋亡和壞死，認識到細胞死亡是一種自然的生理過程，建立穩態與平衡觀的生命觀念。

（5）通過對我國人口老齡化以及如何關愛老人等話題的分析、討論，增強責任和擔當，培養社會責任意識。

3 教學過程

3.1 創設情境，引入新課

教師提出問題：人體衰老時，外貌有何變化？除了外貌的變化，身體還可能會出現哪些衰老特征？人體衰老的原因是什么？

設計意圖：教師通過手機特效讓學生直觀地感受人體衰老時外貌的變化，激發學生學習興趣的同時創設了人體衰老的情境。教學過程中，教師應在板書上及時記錄學生描述的人體衰老特征，并通過提問人體衰老的原因引發學生的認知沖突，激發學生的學習興趣，為后續“細胞衰老與個體衰老的關系”“細胞衰老的特征”的教學奠定基礎。

3.2 探尋細胞衰老與個體衰老的關系

教師提出問題：“人體為什么會衰老？為什么會出現白發、皺紋、老年斑等衰老的特征？”接著引用細胞生物學家威爾遜（E. O. Wilson）的名言“一切生命的關鍵問題都要到細胞中去尋找答案”，將學生的關注點引向細胞衰老。教師向學生展示單細胞生物草履蟲的圖片，引導學生思考細胞衰老與單細胞生物個體的衰老的關系，學生得出結論：細胞的衰老或死亡就是單細胞生物的衰老或死亡。教師順勢引導學生思考：多細胞生物是否也遵循該規律？如果不符合，那么對于多細胞生物而言，細胞的衰老與個體的衰老有何關系？

教師展示人體各器官細胞更新周期表（見表1），介紹皮膚、腸、胃等器官細胞更新的周期，并提出下列問題：老年人體內是否有新細胞？小孩體內是否有衰老的細胞？人體內細胞不斷衰老和死亡、細胞不斷更新有何意義？學生通過對上述問題的思考和分析總結出：多細胞生物體內細胞的衰老和死亡并不意味著個體的衰老和死亡，相反，細胞的衰老和死亡是一種正常的生命現象，它有利于機體更好地自我更新、維持各器官的正常功能。

為了進一步闡述細胞衰老與個體衰老的關系，教師展示人體各器官衰老時間表（見表2）。師生通過對表2的分析，得出眾多器官衰老就會引起人體衰老的結論。教師再次提問：多細胞生物個體的衰老與體內細胞衰老有何關系？學生通過對表2的分析得出：多細胞生物個體衰老的過程就是組成該生物體的細胞普遍衰老的過程。

建立聯系，激發學生的學習興趣和求知欲。在學習過程中，學生以教師提供的資料為基礎，以問題串為線索，構建了“細胞衰老是自然的生理過程”的生物學概念。此過程培養了學生分析、歸納與概括的科學思維能力，幫助學生加深了對概念的理解，有利于學生形成結構與功能、穩態與平衡等生命觀念。

3.3 概述細胞衰老的特征

教師提出疑問：人體的衰老是體內細胞普遍衰老的過程，衰老細胞的結構和功能有何變化？白發、皺紋、老年斑的形成與細胞衰老有何關系？學生自主學習教材，小組討論并回答下列問題串：①衰老細胞的細胞膜、細胞核有何變化？②衰老細胞中水、酶、色素等物質有何變化？③衰老細胞的形態結構和功能有何變化？④如何用細胞衰老的特征解釋個體衰老的特征？待學生完成自主學習和小組討論后，教師組織學生展示學習成果，同時適時給予評價和補充。

設計意圖：在問題串的驅動下，學生通過自主學習和小組合作探究的方式尋找細胞衰老后形態、結構、功能的改變，分析細胞衰老和人體衰老特征的內在聯系，并嘗試從細胞層面解釋個體的衰老現象，此過程促進了學生對結構與功能相適應的生命觀點進行深度理解與運用，培養了學生的科學思維，體現了“以學為中心”的教學理念。

3.4 揭秘細胞衰老的原因

教師提出疑問：細胞衰老是個體衰老的根源，那么細胞衰老的原因是什么？教師組織學生分析教材第125頁“思考·談論”欄目的實驗，引導學生得出細胞的衰老與細胞核、細胞的分裂次數有密切相關的結論。教師適時補充介紹體外培養的人體某種細胞最多分裂50次左右就會停止分裂，并喪失正常的功能，說明細胞會隨著分裂次數的增多而衰老。接著教師播放“端粒學說”相關視頻，提出下列問題串：①什么是端粒？細胞都有端粒嗎？②端粒與細胞分裂有何關系？③端粒與細胞衰老的關系？④端粒酶的作用是什么？待學生回答相關問題后，教師及時評價和總結，幫助學生梳理“端粒學說”的相關內容。

接著，教師指出細胞的衰老機制十分復雜，除了“端粒學說”外，目前被大家普遍接受的假說還有“自由基學說”。教師組織學生自主學習教材第124頁相關內容，小組合作完成下列問題串：①什么是自由基？②自由基是如何產生的？③自由基會攻擊

細胞中

哪些物質？導致怎樣的結果？④根據上述問題構建“自由基學說”的概念模型；⑤運用已構建的概念模型解釋衰老細胞中酶活性降低、細胞膜運輸功能降低的原因；⑥運用所學知識，嘗試提出延緩衰老的方法。教師組織學生展示學習結果并補充總結，學生通過相互評價完善“自由基學說”的概念模型（見圖2）。教師聯系生活實際，介紹延緩衰老的方法，引導和鼓勵學生堅持積極健康的生活習慣。

設計意圖：教師采用視頻播放、問題串引領、自主學習和小組合作的教學策略，鼓勵學生構建并運用概念模型，解釋細胞衰老的原因和特征。在上述過程中，學生從分子和細胞等微觀角度認識和理解細胞衰老的特征和原因，體會生命的物質性，培養結構與功能相適應等生命觀念。學生在運用模型的過程中，不僅培養了科學思維，也有利于形成健康生活的理念，感悟學習生物學的價值。

3.5 辨析細胞死亡的方式

教師利用PPT展示了胎兒手部發育的過程圖和劃破的手指圖片，指出上述過程均涉及細胞的死亡，接著提出問題：這兩種細胞死亡方式是主動發生還是被動發生的？對人體是有利還是有害？待學生回答后，教師總結：手指劃傷引起的細胞死亡是被動發生的，且對人體有害，屬于細胞壞死；胎兒手部發育過程中細胞的死亡是主動發生的，且對人體有利，屬于細胞凋亡。教師可以將個體的發育類比為一個程序，該程序的代碼刻錄在人類的基因中，而在發育過程中細胞的死亡將受到遺傳機制的嚴格控制。因此，細胞凋亡又被稱為程序性死亡。為了進一步加深學生對細胞死亡類型的理解，教師可以引導學生對細胞死亡類型進行判斷（見表3），并由此總結出細胞凋亡是一種自然的生理過程，對個體正常的生長發育、維持內部環境的穩定和抵御外界因素的干擾都有著重要的意義。

設計意圖：通過對生物學事實的分析，學生學會辨析細胞凋亡和壞死，在培養分析、歸納能力的同時，也能夠認識到細胞死亡是一種自然的生理過程，對個體的生長發育、內部的穩態都有著積極的意義，有利于學生形成穩態與平衡的生命觀念。

3.6 關注社會熱點

2023年，中國60歲及以上人口占全國總人口的21.1％，人口老齡化勢必給老年人、家庭、社會帶來一系列問題。教師播放關愛老人的公益廣告并提出問題：我們應如何關愛身邊的老年人？待學生表達自己的觀點后，教師及時給予正面評價，鼓勵學生懷揣感恩之心，積極地關心老人們的生活，進而發展社會責任意識。

設計意圖：教師通過播放公益廣告引入老齡化的情境，引發學生共情，為之后討論“如何關愛身邊老年人”奠定基礎。教師在學生討論的過程中積極引導，培養學生的感恩意識，讓學生感悟自身肩負的責任和擔當，樹立正確的價值觀，發展社會責任意識。

4 教學反思

為了幫助學生深入理解“正常情況下，細胞衰老和死亡是一種自然的生理過程”這一次位概念，本文創設了探秘人體衰老機制的真實情境。在教師的引導下，學生意識到已有的認知無法解釋人體衰老這一自然現象，從而引發認知沖突，激發學習興趣。為了幫助學生深入地理解概念并且提高對概念的遷移和應用能力，教師采用了問題驅動、資料分析、自主學習、小組討論、模型構建、視頻播放、教師講述等多種教學策略，積極引導學生運用所學知識，從分子和細胞等微觀水平解釋人體衰老與細胞衰老的內在聯系。學生在探秘人體衰老的情境中，運用所學知識解決實際問題，加深了對概念的理解，構建了知識體系，提升了思維品質和生物學學科核心素養。

參考文獻

［1］劉恩山.普通高中生物學課程標準（2017年版）解讀［M］.北京：高等教育出版社，2018：65-66.