基于核心素养的PBL模式在高中生物教学中的应用

徐雪梅

PBL（Problem-Based Learning，PBL）是一套设计学习情境的完整方法，最早起源于20世纪50年代的医学教育。目前，在美国已经有多所学校开展PBL课程，但在国内仍属于方兴未艾。PBL学习的核心是通过“以学生为中心”的理念去优化传统教育中的被动学习模式，激发出学生的创造力和潜能，让学生从被动学习者转变为主动学习。与传统的以学科为基础的教学法有很大不同，PBL强调以学生的主动学习为主，而不是传统教学中的以教师讲授为主;PBL将学习与更大的任务或问题挂钩，使学习者投入于问题中;它设计真实性任务，强调把学习设置到复杂的、有意义的问题情景中，通过学习者的自主探究和合作来解决问题，从而学习隐含在问题背后的科学知识，形成解决问题的技能和自主学习的能力。随着社会的发展和进步，社会需要能力和素质双高的人才，而普通高中的培养目标是进一步提升学生综合素质，着力发展核心素养，最终落实立德树人的根本任务。为了顺应时代的需要，新课程特别强调了“核心素养为宗旨”的教学理念，这与PBL的教学模式的理念不谋而合。下面以“蛋白质是生命活动的主要承担者”为例，尝试将PBL模式运用到生物教学中，以达到新课程对培养学生学科核心素养的要求。

1设计理念

本节内容按照PBL教学的一般流程，以问题为学习的起点，教师以问题为主轴架构学生的一切学习内容，以发展学生核心素养为落脚点进行了教学设计。在教学设计中，教师注重培养学生的生命观念、科学思维、科学探究、社会责任的学科核心素养，同时利用生活中的问题引发学生的思考，激发他们学习生物的热情和兴趣。

2教材分析

“蛋白质是生命活动的主要承担者”是人教2019版普通高中生物学《必修1·分子与细胞》模块第一章第四节的内容。本节主要是蛋白质的功能、蛋白质的基本组成单位——氨基酸以及蛋白质的结构及其多样性，此外在最后部分还设计了一个生物科学史话“世界上第一个人工合成蛋白质的诞生”。本节内容承前启后：学生一方面通过前面学习，了解到了蛋白质是细胞中含量组多的有机物，再基于“检测生物组织中糖类、脂肪和蛋白质”的实践经验，意识到蛋白质普遍存在于实物之中;另一方面，以这一节的学习为基础，学生还将陆续学习，糖被、分泌蛋白、载体、酶、基因的表达、抗体等知识。本节的学习比较抽象，而且学生没有有机化学的基础，对一些官能团都很陌生，学习起来困难较大。教师可通过一些动手操作、视频动画、打比方、模型构建等方法直观地呈现相关知识，将抽象难懂的内容简约化。

3教学目标

1归纳概括氨基酸的结构通式和特点，阐明氨基酸是蛋白质的基本组成单位。

2分析蛋白质分子结构多样性和功能多样性的关系，举例说明蛋白质的结构是与功能相适应的。

3说出氨基酸构成多肽链或蛋白质的过程。

4阐明蛋白质是生命活动的主要承担者，认同蛋白质与人体健康、营养等关系密切。

4教学重、难点教学重点：蛋白质的结构和功能;氨基酸的结构特点及其形成蛋白质的过程。教学难点：氨基酸形成蛋白质的过程;蛋白质的结构和功能多样性的原因。

5教学过程

5.1创设情境，利用科学史导课

教师展示镰刀型细胞贫血症患者的血红细胞圖，启发学生观察患者的血细胞呈镰刀状。接着，介绍：人类1908年初次从某非洲黑人的血细胞中认识到镰状红细胞。此后的百年中，人们对该现象进入深入研究，已经有了一定的成果。教师播放一段视频，提出问题：什么原因使血红细胞变成镰刀状？学生从视频中找到：镰状细胞是由于血红蛋白的结构异常造成的。在正常的血红细胞中，血红蛋白是独立的;镰状细胞是几个血红蛋白相互连接呈棒状结构，使得细胞变形。

设计意图：学生在初中学习过血红蛋白，教师以此为切入点学习，符合学生的认知。同时，整节课以血红蛋白为线索贯穿始终，体现了课程的完整和连贯性。

5.2活动一：结合实例，阐明功能

从血红蛋白的运输功能开始，学生分组观察书本图例，以小组接龙的形式，介绍蛋白质的主要功能。教师补充展示胰岛素、多酶片等图片，帮助学生理解蛋白质的功能。教师要引导学生尽可能多地列举出生活常见的蛋白质，如毛发、肌肉、血红蛋白等，同时试着简要说出这些蛋白质的功能。

设计意图：教师创设真实情境，引导学生归纳得出蛋白质的功能，训练学生归纳与概括的科学思维，使学生理解蛋白质是生命活动的主要承担者，认同蛋白质与人体营养、健康等关系密切。

5.3活动二：观察结构，构建模型

教师出示几种常见的氨基酸结构简式（图1）。学生回忆初中化学中氨气和乙酸的结构，仔细观察，圈出其中相同的结构，采用不同颜色的记号笔圈画不同基团，尽量不割裂圈画;同时，利用所给材料构建氨基酸的结构模型，并总结氨基酸特点。教师提出问题：观察图2所示的4种氨基酸的结构，蛋白质的氨基酸分子中都只含有一个氨基和一个羧基吗？若有一个以上的氨基或羧基，多出来的氨基或羧基分布在哪里？“氨基酸”这一名词与其分子结构有怎样的对应关系？

设计意图：教师先从氨气和乙酸入手，讲解两个重要的官能团-NH2表示氨基和-COOH表示羧基，再引导学生去发现共同点，避免了学生在圈画时把氨基和羧基割裂圈画。学生利用材料袋中的材料自主构建氨基酸模型，比简单用甲烷球棍模型类比氨基酸，更加有助于形成归纳与概括的科学思维。教师在4种氨基酸的选择上兼顾了酸性氨基酸、碱性氨基酸以及含硫氨基酸，有助于后面蛋白质中氨基数和羧基数以及二硫键形成的学习。最后，教师展示球棍模型，明确氨基酸不是一个平面结构，而是一个立体结构，避免了学生的认识误区。

5.4活动三：演绎过程，总结规律

教师播放氨基酸脱水缩合视频，提出问题：脱去的水分子中的H和O分别来自于哪里？学生从活动单中选出两种氨基酸，并利用材料包中材料，演绎脱水缩合，展示在白板上，汇报交流。教师引导学生分析：6个氨基酸形成1条肽链时，形成的肽键、脱掉的水分子数;n个氨基酸形成1条肽链，n个氨基酸形成2条肽链，n个氨基酸形成m条肽链时形成的肽键、脱掉的水分子数，并总结氨基酸、肽链、水分子、肽键的数量关系。教师展示由氨基酸形成血红蛋白的示意图及视频，要求学生以血红蛋白为例，说出氨基酸形成蛋白质的过程。

设计意图：氨基酸的脱水缩合过程比较抽象。教师利用视频，使学生直观地了解整个过程，有助于学生建构肽键、二肽的概念。学生自主拼搭演绎血红蛋白中2个氨基酸的脱水缩合过程，更加清晰地了解水中氢和氧元素的来源，同时为后面学习血红蛋白的形成提供了真实的情境。氨基酸数目、水分子数、肽键数、肽链数之间的数学关系比较抽象，学生通过具体的数据分析，开展归纳与总结，有利于培养他们的科学思维。蛋白质的空间结构比较复杂，学生通过视频对照图片总结出蛋白质的结构层次，降低了学习的难度，促进了对比分析和空间想象能力的提高。

5.5活动四：讨论结构，体会关系

教师展示异常血红蛋白氨基酸序列片段与正常血红蛋白的氨基酸序列片段。学生寻找两者的不同点。正常血红蛋白氨基酸序列片段：缬氨酸—组氨酸—亮氨酸—苏氨酸—脯氨酸—谷氨酸—谷氨酸—赖氨酸;异常血红蛋白氨基酸序列片段：缬氨酸—组氨酸—亮氨酸—苏氨酸—脯氨酸—缬氨酸—谷氨酸—赖氨酸。教师提出问题：这样的改变对于蛋白质的结构与功能会产生什么影响？氨基酸序列多样性取决于什么？血红蛋白A结合一个氧后变为B，结合氧气能力变强。观察图3，血红蛋白发生了怎样的变化？这说明蛋白质功能与什么因素有关呢？

 教师引导学生结合示意图（图4）总结蛋白质结构多样性的原因。

设计意图：学生比较正常与异常血红蛋白氨基酸序列片段，理解氨基酸的序列会影响蛋白质的结构，进而影响蛋白质的功能。同时该活动解决了上课开始提出的问题，首尾呼应，理解结构与功能的统一性。

6教学反思

本节课依据PBL教学方法的教学特征，从一个需要解决的问题开始学习——为什么患者会出现异常的红细胞，引发学生的学习兴趣和思考。然后，学生以血红蛋白为主线，学习了氨基酸的结构与特点、蛋白质的空间结构以及多样性功能，从而认同细胞的功能主要由蛋白质完成，培养了生命观念、科学思维、社会责任这三个生物学科素养，符合新课标的理念，也符合学生自身的认知规律。