基于真實情境培養(yǎng)學(xué)科核心素養(yǎng)的教學(xué)實踐

摘要：本文從真實情境入手，激發(fā)學(xué)生的真實情感和興趣，以“情境－問題－活動－應(yīng)用”為主線展開教學(xué)過程，幫助學(xué)生深入理解“細胞衰老和死亡是一種自然的生理過程”，并能夠運用生物學(xué)知識解決現(xiàn)實生活中的實際問題，實現(xiàn)真實情境與核心素養(yǎng)的有效融通。

關(guān)鍵詞：真實情境；生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)；細胞衰老；細胞凋亡

文章編號：1003-7586（2024）05-0029-03 中圖分類號：G633.91 文獻標識碼：B

《普通高中生物學(xué)諜程標準（2017年版2020年修訂）》（以下簡稱《課程標準》）中指出，關(guān)注和參加與生物科學(xué)技術(shù)有關(guān)的個人與社會問題的討論和決策，是生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的重要組成部分，也是培養(yǎng)學(xué)生社會責任感的重要途徑。

本文以“細胞凋亡是編程性死亡”為例，利用真實情境進行創(chuàng)新性教學(xué)設(shè)計，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注且積極思考現(xiàn)實生活中與生物學(xué)有關(guān)的實際問題，宣傳生物學(xué)知識和健康的生活方式，識別偽科學(xué)，從而落實發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)的目標。

1教學(xué)內(nèi)容分析

“細胞凋亡是編程性死亡”為浙科版普通高中教科書《生物學(xué)·必修1·分子與細胞》（以下簡稱“教材”）第四章第三節(jié)的內(nèi)容，本節(jié)的學(xué)業(yè)要求是“舉例說明細胞的衰老、死亡等生命現(xiàn)象”，需要學(xué)生構(gòu)建次位概念“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”。本節(jié)授課對象為高一年級學(xué)生，通過之前的學(xué)習(xí)，學(xué)生已經(jīng)掌握了細胞的概念、組成成分、形態(tài)結(jié)構(gòu)、物質(zhì)出入細胞的方式、代謝過程等基本知識，對細胞有了整體的認識。同時，學(xué)生在生活中對于生物個體的衰老和死亡也有感性的認識，能夠快速進行細胞的衰老和凋亡的學(xué)習(xí)。

2教學(xué)目標

（1）根據(jù)個體衰老的體征推測細胞衰老對應(yīng)的功能性變化，并通過觀察衰老細胞電鏡圖查找證據(jù)進行驗證，鍛煉科學(xué)思維，體悟結(jié)構(gòu)與功能觀。

（2）通過分析細胞衰老的機制，認識到細胞衰老是一個不可抗拒的自然規(guī)律，對于相關(guān)“延緩衰老”措施的有效性能夠進行科學(xué)評價，并能提出延緩衰老、健康生活的有效方法，樹立正視衰老、關(guān)注社會熱點問題的意識。

（3）根據(jù)圖文資料，在了解細胞凋亡過程的基礎(chǔ)上，分析細胞凋亡與細胞壞死的區(qū)別，能夠?qū)毎劳龅膶嵗M行判斷，并能概括出細胞凋亡的意義，鍛煉歸納、概括的能力，初步形成穩(wěn)態(tài)與平衡觀。

3教學(xué)過程

3.1創(chuàng)設(shè)真實情境，引出核心問題

當前延緩衰老、健康長壽已成為社會的熱點議題。教師通過圖文展示生活中常見的相關(guān)醫(yī)美和保健品廣告并提問：同學(xué)們的家人為延緩衰老采取過哪些措施？這些措施是否有效？要研究這個問題需要了解哪些內(nèi)容？

結(jié)合學(xué)生回答，教師引出本節(jié)課的核心問題：個體為什么會衰老？細胞是生物體的基本結(jié)構(gòu)和功能單位，個體衰老和細胞衰老有什么關(guān)系？哪些方法能有效地延緩衰老？

設(shè)計意圖：以“如何有效延緩衰老”社會熱點議題作為切人點，創(chuàng)設(shè)真實情境，激發(fā)學(xué)生的求知欲，并通過層層思考提出本節(jié)課的核心問題。

3.2初探情境，探究個體衰老與細胞衰老的關(guān)系

教師提問：根據(jù)生活見聞，描述老年人有哪些體征？個體是由細胞組成的，細胞水平會有哪些生理性變化導(dǎo)致個體出現(xiàn)衰老的體征？

學(xué)生結(jié)合之前所學(xué)知識和教師提示“頭發(fā)花白是因為黑色素合成減少，而黑色素的形成需要酶的參與”，推測細胞衰老的相應(yīng)變化（見圖1）。

教師接著提問：如何證明這些猜想呢？學(xué)生很容易想到通過實驗觀察。學(xué)生根據(jù)細胞電鏡圖片（見圖2），從細胞形態(tài)結(jié)構(gòu)方面找出證實衰老細胞出現(xiàn)相應(yīng)生理性變化的證據(jù)。教師提醒學(xué)生需要識別細胞結(jié)構(gòu)，比較衰老細胞和正常細胞形態(tài)結(jié)構(gòu)上的差異，再找出支持衰老細胞出現(xiàn)功能性變化的相關(guān)證據(jù)。

活動過程中，學(xué)生對于細胞結(jié)構(gòu)的識別存在困難，教師適當提示，并說明空泡的成因之一是細胞衰老，水分流失，細胞質(zhì)濃縮，內(nèi)部出現(xiàn)真空化現(xiàn)象。

活動結(jié)束小組代表匯報討論結(jié)果：圖2a和圖2b對比，發(fā)現(xiàn)衰老細胞的細胞質(zhì)顏色變深，可證明色素沉積；圖2c和圖2d對比，發(fā)現(xiàn)衰老細胞內(nèi)的線粒體數(shù)量減少，體積增加，進而影響細胞呼吸速率，產(chǎn)熱降低，代謝減慢；圖2e～圖2h對比，發(fā)現(xiàn)衰老細胞形成空泡，說明存在水分流失的情況，且出現(xiàn)染色質(zhì)凝聚、溶解，核膜內(nèi)陷等變化。

學(xué)生并未從材料中找到酶活性降低、鈣離子吸收降低的證據(jù)，教師補充，通過相關(guān)實驗證明，由于細胞產(chǎn)生的強氧化性物質(zhì)的積累會破壞脂質(zhì)、蛋白質(zhì)等分子，進而影響酶活性和細胞膜的選擇透過性。

教師總結(jié)：通過查找證據(jù)，發(fā)現(xiàn)衰老細胞確實出現(xiàn)了形態(tài)結(jié)構(gòu)上的變化，進而影響了相應(yīng)的功能，最終體現(xiàn)在個體表型上，出現(xiàn)衰老的體征。

教師追問：一個細胞的衰老是否會導(dǎo)致一個個體的衰老？一個個體的衰老是否等同于所有細胞都衰老？學(xué)生通過思考這兩個問題，概括個體衰老與細胞衰老的關(guān)系并總結(jié)出，細胞普遍衰老才會導(dǎo)致個體的衰老。

設(shè)計意圖：針對如何解釋衰老現(xiàn)象，從宏觀個體水平到微觀細胞水平，層層遞進，實現(xiàn)學(xué)生思維進階，按照問題－猜想－驗證的模式，切實理解生物體結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的觀念。

3.3深入情境，分析細胞衰老的原因

通過前面的學(xué)習(xí)，學(xué)生已經(jīng)了解到細胞普遍衰老才會導(dǎo)致個體的衰老。教師引導(dǎo)學(xué)生思考：細胞為什么會走向衰老？學(xué)生通過閱讀教材第131頁第3段，列舉引發(fā)細胞衰老的因素，并概括細胞衰老的原因。

教師總結(jié)：細胞衰老是各種細胞成分在受到內(nèi)、外環(huán)境的損傷作用后，因缺乏完善的修復(fù)，使遺傳物質(zhì)的“差錯”積累，然后導(dǎo)致了細胞形態(tài)結(jié)構(gòu)和生理功能的變化的過程，所以這是一個不可抗拒的必然規(guī)律。

教師繼續(xù)提問：宣傳中常見的一些延緩衰老的方法是否有效？并組織學(xué)生開展活動討論，結(jié)合細胞衰老機制評價以下方法對延緩衰老的有效性，并說出依據(jù)。

（1）“讓青春延展、讓年輪菁彩——于細胞注射”。干細胞是一類具有自我更新能力和多向分化潛能的原始細胞，具有再生各種組織器官的潛在功能。

（2）“一次水光針等于一千張面膜——向皮膚注射玻尿酸、膠原蛋白等”。玻尿酸主要以膠狀形態(tài)存在于人體皮膚的真皮組織中，主要負責存儲水分、增加皮膚容積，讓皮膚看起來飽滿、豐盈、有彈性，所以玻尿酸有很好的保濕作用。

（3）“運動是最好的青春密碼”。適度的運動可促進細胞核內(nèi)呼吸因子的水平，防止細胞中的端粒縮短。

（4）“喝出鮮氣十足”。人參皂苷、槲皮素、淫羊藿苷等可以通過影響多種信號通路，誘導(dǎo)細胞自噬（細胞通過自噬可以及時清除胞內(nèi)廢物）。人參皂苷還可增強正常外周血單核細胞和CD34+造血干細胞端粒酶的活性，通過調(diào)控Wnt/B-Catenin信號通路下調(diào)DNA損傷反應(yīng)。

（5）“飲食上吃好，美容花錢少”。多攝人綠茶、藍莓、石榴、拘杞等富含抗氧化劑的食物。

小組匯報討論結(jié)果，各組相互評價、補充，最終達成一致結(jié)論：方法（1），通過局部注射干細胞，新生細胞替換了衰老細胞，可延緩人體某一部位的衰老，但無法改變整體衰老的趨勢；方法（2），向皮膚注射玻尿酸、膠原蛋白等物質(zhì)可保存皮膚水分，使個體外表看起來更年輕態(tài)，但不能解決導(dǎo)致衰老的本質(zhì)問題；方法（3），適度的運動能防止端粒縮短，增加細胞分裂的次數(shù)，保持青春態(tài)，可以延緩機體的衰老速度；方法（4），人參皂苷、槲皮素、淫羊藿苷等可通過誘導(dǎo)細胞自噬，及時清除胞內(nèi)廢物，且人參皂苷還能延長端粒、減少DNA損傷，因此飲用相應(yīng)口服液對于延緩衰老有效；方法（5），攝入含抗氧化劑的食物，有利于清除自由基，降低對DNA、蛋白質(zhì)和脂類等大分子物質(zhì)的損傷，也有一定功效。

教師總結(jié)：結(jié)合細胞衰老的機制，可通過一些方式去降低相關(guān)干擾因素對細胞的損傷，以延緩衰老的速度，但是并不能逆轉(zhuǎn)或者停滯衰老的進程，衰老的細胞終將凋亡。

設(shè)計意圖：在明確個體衰老與細胞衰老關(guān)系的基礎(chǔ)上，深入了解細胞衰老的機制，回歸情境，評價相關(guān)“延緩衰老”方法的有效性，辨別偽科學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生關(guān)注社會熱點問題的責任意識，提高學(xué)生運用生物學(xué)知識解決實際生活問題的能力。

3.4再探情境，理解細胞凋亡及意義

衰老細胞的死亡也稱為細胞凋亡，教師引導(dǎo)學(xué)生觀察圖片（見圖3），描述細胞凋亡及被機體清除的過程。

教師請學(xué)生判斷圖4是否為凋亡細胞并說明原因。學(xué)生對比細胞凋亡過程細胞形態(tài)的變化，判斷出該細胞不是凋亡細胞，因為該細胞表面沒有皺縮，且細胞核變大，細胞膜裂解。教師介紹該細胞屬于壞死，是病理性的死亡。機體受到撞擊或者擦傷時都會導(dǎo)致該部位細胞壞死。

教師引導(dǎo)學(xué)生聯(lián)系生活經(jīng)歷，探討受傷部位出現(xiàn)的癥狀，從而引出炎癥反應(yīng)的概念，并補充炎癥是由于細胞裂解內(nèi)容物流出導(dǎo)致的。教師提問：人體很多部位每天都有細胞凋亡，作為個體有什么感覺嗎？為什么細胞凋亡不會引發(fā)炎癥反應(yīng)？學(xué)生可分析出細胞凋亡過程始終有膜結(jié)構(gòu)包被最終被吞噬，所以不會引發(fā)炎癥反應(yīng)。

教師總結(jié)細胞凋亡的概念：衰老細胞的死亡也稱為細胞凋亡，是細胞發(fā)育過程中的巋然步驟，是由某種基因引發(fā)的，所以是編程性死亡。這種嚴格受基因調(diào)控的死亡，屬于正常的生理性變化，不同于病變或傷害導(dǎo)致的病理性死亡。

教師總結(jié)：綜合以上學(xué)習(xí)內(nèi)容，可得出人體的衰老和死亡是由于細胞普遍衰老和死亡導(dǎo)致的正常的生命歷程，“歲月催人老”是—個不可抗拒的自然規(guī)律。

設(shè)計意圖：通過觀察細胞凋亡的圖片，學(xué)生對細胞凋亡的變化有具象的認知，并與細胞壞死進行區(qū)別，培養(yǎng)學(xué)生比較和類比的能力。通過分析細胞凋亡的實例，概括細胞凋亡的意義，學(xué)生能夠充分認識到細胞凋亡是一種自然的生理過程，有利于形成穩(wěn)態(tài)與平衡觀。

4教學(xué)反思

本節(jié)課從現(xiàn)實問題入手，圍繞核心問題，通過層層遞進的活動設(shè)計，達成教學(xué)目標?；谡鎸嵡榫车膯栴}驅(qū)動，提高了學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的主動性和主體性，促進了其對概念的理解和構(gòu)建過程，實現(xiàn)了生物學(xué)知識與生活實際的有效融通。通過教學(xué)實踐，可進一步優(yōu)化教學(xué)流程，例如，細胞電鏡圖的識別對學(xué)生有較高難度，教師可先向?qū)W生介紹電鏡圖的特點，同時展示細胞凋亡和細胞壞死的電鏡圖，結(jié)合生物體細胞死亡的實例，讓學(xué)生自主區(qū)分兩種細胞死亡方式，并嘗試概括細胞凋亡的概念及意義。