基于核心素养的复习课教学设计

李绍奉

关键词 跨膜运输 复习课 教学设计 核心素养

中图分类号 G633.91

文献标志码 B

1教学内容分析及设计思路

在《普通高中生物学课程标准（2017年版）》中，有关“水的跨膜运输”概念分列在大概念2“细胞的生存需要能量和营养物质，并通过分裂实现增殖”下的重要概念1“细胞的物质输入和输出”。确定本节课的概念体系：

2细胞的生存需要水

2.1水通过被动运输进出细胞，以维持细胞的正常代谢活动。

2.1.1阐明生物膜具有选择透过性。

2.1.2水顺浓度梯度进出细胞，不需要额外的能量。

生物学学科核心素养是学生在解决实际问题时综合运用生物学科的观念和方法、知识与技能，所表现出来的持久品格和能力，本质上就是学生进行生物学解释的能力。从认知层次和思维含量看，生物学解释应该有三重境界：一重境界是以事實判断为主的还原性解释，解释“是什么”的问题;二重境界是以成因判断为主的因果性解释，解释“为什么”的问题;三重境界是以是非判断为主的价值性解释，解释“怎么办”的问题。生物学解释素养的培育是由浅入深的发展过程，能够较准确地衡量学生核心素养的层级水平：还原性解释是生物学认知的基础;因果性解释是生物学分析的关键;价值性解释是生物学教育的归宿。高三复习课的教学设计应体现出这种层次性，进而培养学生的生物学学科核心素养。

通过新课的学习，学生掌握了与水跨膜运输的众多概念，但是这些生物学事实和概念主要呈“碎片化”的存在，学生未能完全领悟相关概念生成的逻辑，缺乏运用相关知识解释较复杂情景的能力。本节课以渗透装置为切入点，引导学生利用模型建构和类比推理提出科学猜想，并通过实证得出结论。学生按照假说-演绎法，体会知识概念形成的逻辑链，应用已有知识去解决生活实践中的问题，实现相关概念从理解到应用的发展。

2教学目标

1通过分析比较渗透装置、动物细胞和成熟植物

细胞的物理模型，认同生物膜具有选择透过性，发展归纳概括、模型与建模思维、批判性思维、创造性思维等，掌握基于生物学事实的概念构建方法。

2针对真实情境，能够做出合理的猜想或假设、设计探究实验方案、预测实验结果、得出并评价结论，巩固基于实验设计的科学探究方法，掌握基于实验探究的概念构建方法。

3通过讨论分析生活实际中与渗透作用相关的生物学问题，形成积极运用所学知识对现实生活中相关问题作出理性解释和判断的社会责任意识。

3教学过程

3.1优化问题情境创设，助推科学概念形成

教师展示渗透现象，引导学生回顾渗透作用概念和渗透现象发生的条件，提出问题：漏斗管内的液面为什么会升高？如果漏斗管足够长，管内的液体会无限升高吗？为什么？

针对学生的含糊回答，教师引入渗透压的概念辅助释疑。教师利用模型构建模拟膜的通透性，引导学生基于特定的生物学事实，采用归纳与概括等思维方式，总结渗透作用的概念及发生的条件并分析漏斗管内液面上升的原因，从而引入渗透压的概念。并结合物理学中力的平衡（重力=渗透压力）或者能量平衡（渗透势能=重力势能），一方面让学生认同渗透作用所强调的浓度应该指的是物质的量浓度，另一方面也让学生理解渗透作用不是不消耗能量，而是不消耗细胞内化学反应所释放的能量，也为理解继发性主动运输的所需能量的来源提供基础。通过物理、化学和生物等学科知识交叉融合，学生逐步认同结构与功能

观、物质与能量观。

3.2倡导深度学习，提升科学思维能力

小组合作探究动物细胞和成熟的植物细胞是否为渗透系统，完成表1。学生结合渗透作用发生的条件，比较渗透装置、动物细胞和成熟的植物细胞，得出“动物细胞和成熟的植物细胞也是渗透系统”的结论。教师提醒：要证明上述结论是否正确，还要设计实验来证明，“哺乳动物成熟的红细胞在不同浓度溶液中发生的现象”及“质壁分离及复原”就是对上述推论进行实证的过程。教师引导学生总结：在横向对比时，使用类比推理、提出假说等实验方法;在做纵向思考时，使用假说演绎法的科学探究思路。最后，学生通过对半透膜和生物膜进行区别和比较，认同生物膜是系统根据自己生命活动需要主动控制物质进出的选择透性过膜。

设计意图：教师利用表格，引导学生通过类比推理思维进行科学猜想，提出动、植物细胞可以作为渗透系统的假说，并用假说-演绎法进行实证。学生在复习实验设计的实验思路、原理、步骤以及预期实验结果和结论等同时，也体验了类比推理和假说-演绎法等科学研究方法，提升了科学思维能力。

3.3开展延伸探究实验，提升科学探究能力

学生课前按照任务单（表2）进行分组实验、查阅资料、收集证据，课堂汇报总结。

在展示环节中，开展分组实验1的小组指出：物质量浓度为0.3g/mL蔗糖下会出现质壁分离，加清水后发生质壁分离复原。其原因是细胞壁的伸缩性小于原生质层，在渗透失水时发生质壁分离，在此基础上，渗透吸水会导致质壁分离复原。物质量浓度为0.5g/mL蔗糖溶液会出现质壁分离，加清水后不会发生质壁分离复原，其原因是外界浓度过高导致植物细胞过度失水而死亡。物质量浓度为0.3g/mL的硝酸钾溶液中会出现质壁分离自动复原，原因是水分子扩膜运输的同时K+和NO3-也在跨膜运输，导致细胞液与外界溶液浓度逆转。教师引导学生归纳质壁分离及复原实验可以用于溶液浓度大小、溶液溶质种类和细胞活性的有无的判断。开展分组实验2的小组指出：未成熟的细胞不能发生质壁分离，黑藻叶片会发生，内表皮细胞可以发生质壁分离但不太容易观察到。在查阅资料后，该组通过降低视野亮度和使用染色剂，改进实验。

在展示过程中，学生和教师可以随时质疑和补充。

最后，教师总结质壁分离和复原实验的选材非常重要：1外界溶液种类的选择，进一步验证生物膜具有选择透过性;2成熟的植物活细胞都可以作为该实验的材料，紫色的洋葱鳞片叶外表皮细胞因为有颜色便于观察;存在于细胞质中的叶绿体也可以作为参照便于观察，不会影响实验结果;内表皮细胞的液泡无色透明，不太容易观察，可以降低视野亮度或者在外界溶液中加入不影响细胞活性的染色剂作为参照进行观察。

设计意图：拓展实验可以让学生深层次参与学习过程，根据实验目的，熟练地使用常见器材，制定简单的实验方案并开展实验，如实记录、分析实验数据，得出合理结论。在探究活动中，学生交流分享、建构概念、凝练生命观念，从而发展科学探究能力和团队协作能力。

3.4联系生活实际，增强社会责任

学生利用所学的知识解释教材中相关的生物学现象：1当吃咸的食物时，你的口腔和唇的黏膜有什么感觉？为什么？2白菜剁馅时，常常要放一些盐，为什么稍后有水渗？3对农作物施肥过多，为什么会造成“烧苗”？4说出萎蔫的菜叶浸泡在清水中能够变得硬挺的原因。5解释果脯在腌制过程中慢慢变甜。6不同饮料的浓度不同，浓度低的饮料可以用来补充体内水分，浓度高的饮料能起这样的作用吗？生产高浓度饮料的厂家能够宣传他们的产品很解渴吗？7囊性纤维病的发生主因是肺部支气管上皮细胞表面转运氯离子的载体蛋白的功能发生异常，患者支气管中因Cl-含量减少导致黏稠的黏液增多，造成细菌感染。尝试分析患者支气管中黏液积累的原因。

设计意图：本环节涉及的生活实例的真实情境全部来源于教材，学生通过真实情景的探究、讨论活动，可以体验到科学研究与发现源于生活，必然也要回归到生活解决实际问题。教师引领学生回归教材，落实双基，提升能力。问题1～5考查学生能否用微观的知识去探寻宏观现象的本质原因;问题6要求学生能利用所学知识辨别与其相悖的虚假宣传，抵制伪科学，对有关生物学的社会性热点议题进行理性判断;问题7引领学生关注人类健康，形成热爱生命等观念。学生通过解决这些问题，将所学知识应用到生活中，逐步树立将自身所学服务于社会、服务于人类的观念，增强社会责任意识。

4教学反思

生物学学科核心素养包括生命观念、科学思维、科学探究、社会责任4个方面。基于学科核心素养的教学重视知识点之间的联结及其运用，强调知识点从理解到应用的跃迁。本教学设计通过“前概念引入——类比思維——科学探究——实际应用”4个环节按照“是什么”“为什么”“怎么办”的思维进阶模式，让学生亲历生物学核心素养的几个层次，有利于学生掌握科学探究的一般方法，锤炼了比较、类比、假说、推理、分析、归纳等科学思维，同时将“碎片化”的生物学事实和概念按照逻辑联系关联起来，助推科学概念的构建，形成一定的生命观念，有利于培养学生的生物学学科核心素养。