啟迪綜合智慧 創設活動情境 實施深度學習

摘 要：啟發融合初高中理化生同學科不同學段、不同學科不同學段的多個實驗方案、器材、技術、方法等的智慧，分別創設模擬淀粉必須消化成葡萄糖才能被人體吸收、油脂不溶于水而溶于有機溶劑、制作環保型燃燒裝置、比較葡萄糖與食用油燃燒放能等情境，開展探究性實驗活動；啟迪耦合理化生學科中模型制作、模型分析等智慧，開展任務單引領下的糖類、脂質分子模型分析活動。在這些特創活動中，實施具有“四高”特征的深度學習，潛移默化地激發生物學科核心素養和綜合素養的發展。

關鍵詞：啟迪智慧；實驗情境；模型分析；深度學習；核心素養；綜合素養

著眼于學生個人生活和適應未來社會發展的需要，從生命觀念、科學探究、科學思維、社會責任四方面發展學生的生物學科核心素養和綜合素養，是高中生物新課程實施的基本要求。為此，新課程高度關注學習中的跨學科實踐經歷，強調學習是主動參與的過程，是讓學生積極動手和動腦的活動，是讓學生開展探索研究的活動[1]。因此，以發展學科核心素養和綜合素養為宗旨，以創新實驗情境為載體，實施具有高認知（充分理解）、高投入（全神貫注）、高反思（領悟學習）、高表現（積極活動）特征的深度學習，是廣大高中生物教師正在努力探索的一項課題[2]。本文以“細胞中的糖類和脂質”一節為例，淺談以啟迪綜合智慧為基礎，以提升學科核心素養和綜合素養為目標的實驗情境和深度學習的創設與實施。

一、啟發融合生物學科實驗智慧，創設和實施“模擬淀粉消化吸收”實驗情境下的深度學習

人體攝入的淀粉必須消化成葡萄糖才能被細胞吸收利用，這是基本的生命觀念。然而，對淀粉需要經歷口腔、小腸消化的深刻認識，以及借此生成有關多糖、二糖、單糖等多個概念的科學探究與思維，卻因缺乏感性認識而存在認知障礙。在多年級學生興趣小組之間的交流和啟發中，經過反復探索發現，以初中生物“淀粉在唾液下消化”實驗為基礎，應用高中生物“模擬探究膜透性”和“還原糖檢測”實驗裝置、思路、方法，創新增設學科內綜合的實驗情境，實施深度學習，可在有效克服認知障礙的同時，促進素養發展。

課前，由課外興趣小組為每個學習小組完成實驗前期準備：①取3個100mL燒杯并編號1、2、3，1號杯中加入30mL5%淀粉溶液與3mL清水，2號杯中加入30mL5%淀粉溶液與3mL唾液（模擬口腔內消化）。3號杯中加入30mL5%淀粉溶液與3mL唾液和麥芽糖酶混合液（模擬小腸內消化），均置于37℃條件下充分反應。②取3個長頸漏斗（模擬消化道腔），用玻璃紙封口（模擬消化道壁的細胞膜）后編號1、2、3。③取3個50mL燒杯并編號1、2、3（模擬消化道壁細胞），取3支50mL試管并編號1、2、3，取3支50mL試管并編號1'、2'、3'。④配備碘液、斐林試劑、65℃水浴裝置。另外，充分利用智能手機將課前準備過程拍攝成視頻。

課中，各學習小組成員分工合作，依次實施如下實驗學習活動：①用帶有長細硅膠的注射器將100mL燒杯中反應后的液體各抽取10mL分別注入對應編號的漏斗；向50mL的各個燒杯內分別加入10mL蒸餾水；將漏斗口浸沒于相同編號燒杯內的蒸餾水中3分鐘，進行模擬探究淀粉、麥芽糖、葡萄糖的跨細胞膜運輸實驗。②先將100mL燒杯中反應后的液體各抽取10mL分別注入對應編號的試管中；觀看所拍視頻了解前期實驗；最后向3個100mL燒杯剩余液體中滴加碘液，檢測前期實驗淀粉的消化情況。③3分鐘后拿出漏斗，將50mL燒杯內的液體按1對1'、2對2'、3對3'地加入試管中。④向1、1'試管中各滴加2滴碘液，觀察是否出現藍色，思考并討論淀粉能否直接被細胞吸收。⑤向2、2'，3、3'試管內分別加入2mL斐林試劑，并進行65℃水浴加熱，邊加熱邊觀察各試管內顏色變化（2中出現磚紅色、2'中基本不出現磚紅色，3、3'中出現磚紅色）。⑥比較2與2'試管的實驗結果，討論并分析在淀粉酶催化下的產物（主要是二糖中的麥芽糖）能否被細胞吸收；比較3與3'試管的實驗結果，討論并分析在淀粉酶與麥芽糖酶共同催化下的產物（葡萄糖）能否被細胞吸收。⑦表達交流，歸納總結，得出結論，生成概念。操作實驗、觀察現象的學習活動，既促使學生知識技能、情感態度得以充分體現，又強烈促進學生全神貫注地實施活動；小組成員操作活動的相互啟發，促使成員之間自覺進行感悟學習；各試管、燒杯內呈現出的明顯不同的直觀現象，強烈刺激學生深刻思考相關糖的消化情況，并用科學的方法分析、描述糖的跨膜運輸與吸收，促進學生在充分領悟的基礎上歸納生成相關生物學概念，提升科學思維和生命觀念等學科核心素養和綜合素養。

二、激發耦合化學生物實驗智慧，創設和實施“脂質溶解性”實驗情境下的深度學習

脂質通常不溶于水而溶于有機溶劑，是生物和化學的一個基本概念。為了促使學生借助活動進行更感性的學習，激發學生興趣小組綜合有關化學與生物實驗的智慧，創新設計蘇丹IV染液的配制方法，增設實踐出真知的實驗情境。

學習活動時，首先由學生代表用天平秤取一份0.1g的蘇丹Ⅳ干粉加入裝有油脂的燒杯中，對油脂進行染色，接著分別取等量染色后的油脂加入兩支試管中，再分別加入等量的清水和丙酮，先充分振蕩觀察，后靜置觀察。

染色后的油脂加水振蕩時形成紅色的乳濁液，靜置時在液面形成一層深紅色液體層；染色后的油脂加丙酮，無論振蕩還是靜置，紅色都均勻分布于整個液體中。這樣的視覺效果，促使學生更形象、更深刻地感知油脂在水及有機溶劑中的溶解性。學生嚴密謹慎地操作、聚精會神地觀察，不知不覺中發展了科學探究等核心素養。實驗情境下學科之間的有機交融，有利于理解科學本質、把握科學思維、應用科學方法，發展自然科學綜合素養。

三、啟迪交融理化生實驗智慧，創設和實施“比較糖脂燃燒放能”實驗情境下的深度學習

有關“1g脂肪徹底氧化分解時釋放的能量是1g糖的2倍多”的生命觀念，常常由教師不厭其煩地灌輸、學生囫圇吞棗地接受。然而，空洞說教、被動接受往往難以消除學生心存的疑慮。為此，設想增設“糖與脂肪燃燒”實驗，可是，實際操作中卻遇到了無法點燃糖和脂的極大困難。學生興趣小組在查閱資料、向同學征集方案、不氣餒嘗試的基礎上，探得高錳酸鉀作為助燃劑、高錳酸鉀與糖油的合適配比、聚噴式打火槍作為點火器的實驗方法與方案。然而，預實驗中又遇到燃燒產生濃煙污染環境的新問題。對此，在再次發動學生設計解決問題方法的基礎上，采用物理實驗方法制作出環保型密封盒，從而創設出實施深度學習的實驗情境。

由興趣小組利用課外時間，選用耐高溫、高強度、高透明的PC板制作帶密封插門的兩個方盒，在方盒中層板的中央挖出適合懸掛50mL燒杯的圓洞，在方盒頂板中央鉆出適合插入溫度傳感器探針（或紅色水銀溫度計）的小孔。同時準備兩個蒸發皿、兩份5g高錳酸鉀、1g葡萄糖、1g食用油、防風直沖氣體打火噴槍等材料用具。

學習活動由小組成員合作進行。第一步，向兩個蒸發皿中分別加入5g高錳酸鉀，再往一皿中加入1g葡萄糖混勻，往另一皿中加入1g食物油混勻[3]；第二步，將兩皿分別置于方盒底板的正中央，再在皿上方中層板中央圓洞中懸掛一盛有10mL清水的加厚燒杯，最后經燒杯上方頂板中央圓孔向水中插入溫度傳感器探針；第三步，將溫度傳感器、數據采集器、電腦按順序進行連接，并打開電腦相應軟件進行即時顯示溫度數據的相關設置，點擊軟件進行數據采集分析，觀察并記錄屏幕上顯示的起始水溫[4]；第四步，用打火噴槍迅速點燃蒸發皿中的葡萄糖或食用油，并迅速插上方盒密封門，在皿內糖或油劇烈燃燒的同時，屏幕上顯示不斷攀升的溫度數據，觀察、記錄、比較燃燒現象和溫度變化。

劇烈的火焰和飆升的溫度，強烈吸引學生注意，極大震撼學生心靈，學生心領神會生成放能觀念，油然而生多學科綜合探究情愫，自然而然提升科學思維、科學探究、學科綜合素養；密封盒內翻滾的濃煙，培植著關愛環境的社會責任素養。

四、創設糖類模型與活動任務單，探討糖的結構與種類

從單糖到二糖再到多糖，不同的單糖之間，不同的二糖之間，不同的多糖之間，存在著內在規律，但這些規律存在于肉眼不可見的分子水平。為了讓學生能在一定程度上直觀感知這些規律，并能用科學的生物學思維來分析、歸納、描述這些規律，筆者創設糖類模型活動任務單一至六引領下的模型分析活動情境。

【任務單一】觀察比較葡萄糖、麥芽糖和淀粉的結構模型，思考討論：①麥芽糖與葡萄糖在結構上的聯系；②淀粉與麥芽糖、葡萄糖在結構上的聯系。

【任務單二】將所有糖類模型按單糖、二糖和多糖進行歸類。

【任務單三】觀察單糖模型背面的分子結構，思考討論：①單糖的組成元素；②各種單糖所含的碳原子數；③單糖分子中H、O原子數之比的規律。

【任務單四】觀察比較三種二糖模型，思考：①組成三種二糖的單糖；②二糖與其單糖在H、O原子數上的差異。

【任務單五】觀察比較淀粉、糖原、纖維素三種多糖模型，思考討論：①三種多糖在分子組成上的共性；②三種多糖分子結構的主要差異。

【任務單六】將所有糖的模型按分布進行分類：①動植物細胞共有的；②植物細胞特有的；③動物細胞特有的。

巧妙選用白色硬質亮光紙，在課前制作糖類模型。用正五邊形紙片作為五碳糖模型，用正六邊形紙片作為葡萄糖與半乳糖模型，用帶一分支的正五邊形紙片作為果糖模型，用帶一分支的正六邊形紙片作為乙酰葡糖胺模型，并在各模型上印刷所模擬糖的名稱或結構式；將葡萄糖模型用釘書釘連接成麥芽糖、淀粉、糖原、纖維素模型，將葡萄糖模型分別與果糖模型、半乳糖模型用釘書釘連接成蔗糖、乳糖模型，將乙酰葡糖胺模型連接成幾丁質模型；將葡萄糖、麥芽糖、淀粉模型與任務單一裝于材料袋1中，將所有糖模型與任務單二至六裝于材料袋2中。

課堂學習活動時，各小組首先圍繞任務單一的任務，觀察、分析、交流、討論材料袋1中的模型，歸納三種糖的組成規律、形成方式、所屬類型、基本概念以及能否被吸收的原因；然后依次圍繞任務單二至六呈現的任務，分析材料袋2中的模型，邊活動邊探討規律，從而歸納糖的歸類、元素組成、氫氧之比、基本單位、分布等。

在將所有糖的模型按種類進行歸類，按動植物分布進行分類活動中，可利用手機攝像與電腦投影鏡像技術，即時同步將某些小組的結果用大屏幕顯示出來，用于全班性的指導、借鑒與校正。

五、創設脂質模型與活動任務單，探討脂質的結構與共性

分子結構差異很大的脂肪、磷脂、固醇，之所以都屬于脂質，之所以通常不溶于水而溶于脂溶性有機溶劑，是因為它們在細微抽象的分子水平存在著共性。為了讓學生能夠借助活動過程合作建構脂質的結構與共性，筆者再次創設任務單驅動的模型活動情境，化微觀抽象為宏觀形象，化聆聽說教為主動探討，促進學生用學科思維習慣去分析比較、歸納總結。

在課外，在亮光紙上打印上脂肪與葡萄糖開鏈、脂肪與磷脂、脂肪與三類固醇分子結構圖，并沿著結構圖邊緣剪出分子模型。同時，精心設計用于指導模型分析活動的脂質模型活動任務單七，將模型與任務單七放入材料袋3中。

【任務單七】①觀察比較脂肪和葡萄糖開鏈分子結構模型，描述二者在結構上的最大不同點，探討脂肪不溶于水而溶于有機溶劑的原因；②觀察比較磷脂與脂肪的分子結構模型，描述二者在結構上的相同之處和不同之處，探討磷脂分子的頭部和尾部在水中的溶解情況；③觀察比較膽固醇、性激素、維生素D的分子結構模型，找一找三者在結構上的共性及與脂肪的相似之處，探討它們的溶解性。

學生以小組為學習共同體開展模型探討學習活動。在各小組活動過程中，利用手機投影將教師與某小組共同活動，討論脂肪三條不含氧的碳氫鏈的過程用大屏幕顯示出來，進行全班性引導，以便突破這次模型分析活動中的難點。

另外，有關本節糖類和脂質的其他功能，以及應用知識解決生活實際問題，可借助智能手機的交互功能，如建立QQ群、微信群等，利用推送的資料開展交互探討活動，提升學生對生物學事實的歸納、描述、應用能力。

結束語

以促進學科核心素養和綜合素養發展為目標的創設活動情境、注重實踐過程、開展探究活動的深度學習，正成為廣大生物教師越來越倡導的教學方法。

參考文獻

[1]中華人民共和國教育部.普通高中生物學課程標準[M].北京：人民教育出版社，2020.

[2]崔允漷.指向學科核心素養的教學即讓學科教育“回家”[J].基礎教育課程，2019（Z1）：5-9.

[3]朱躍辰.演示葡萄糖體外燃燒的實驗[J].生物學通報，2000（10）：18.

[4]蔡三娟.傳感器在中學生物學實驗中的應用[J].生物學教學，2016（1）：43-44.

本文系江蘇省教育科學“十三五”規劃2020年度課題“基于真實問題情境的高中物理深廣度學習實踐研究”（課題編號：B-a/2020/02/46）的研究成果。