基于生物学学科核心素养的教学设计

来源 :中学生物学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:tshy65655
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
  摘要:通过“现象一假说一证据一结论”的逻辑过程进行探究性教学活动,意在促进学生思考,培养学生的生命观念、科学思维及社会责任生物学学科核心素养。
  关键词:假说;证据;建模;核心素养
  中图分类号:G633.91 文献标志码:B
  1教材分析及设计思路
  “细胞的物质输入和输出”选自人教社2019版高中生物学《必修1.分子与细胞》第四章,由两节组成——第一节“被动运输”、第二节“主动运输和胞吞、胞吐”。本章在《普通高中生物学课程标准(2017年版)》(以下简称《新课标》)中的要求有“说明物质进出细胞的方式”,所以本节对第四章的教学内容进行了优化,重点讲解物质进出细胞的方式。《新课标》的要求中“说明”的涵义是构建某一系统的因果模型。要求中的“物质”有水、离子、小分子、大分子和颗粒性物质等。要求中的“进出细胞的方式”主要有:①小分子和离子进出细胞的方式,包括被动运输(即自由扩散、协助扩散)和主动运输;②大分子和颗粒性物质进出细胞的方式,包括胞吞和胞吐。教学重点是3种物质跨膜运输方式的特点,难点是用膜转运蛋白的空间结构特点说明生物膜的选择透过性。
  2教学目标
  ①通过资料分析和问题探讨,说明3种物质跨膜运输方式及其特点,初步形成“结构与功能相适应”的生命观念,培养获取信息及归纳与概括、逻辑推理等科学思维。
  ②通过绘制概念图以及建构数学模型等活动,掌握自由扩散、协助扩散、主动运输的异同。
  ③学习我国科学家研究葡萄糖转运蛋白的结构,来领悟科研对人们健康生活的意义,增强社会责任。
  3教学过程
  3.1创设情境,导入新课
  教师播放一则科技新闻视频“我国生命科学领域取得世界级成果:首次揭示葡萄糖转运蛋白结构”,请学生描述新闻的主要内容,并提出问题:葡萄糖通过葡萄糖转运蛋白跨过细胞膜的方式是什么?H2O、O2、氨基酸等其他物质又是怎样跨膜运输的?引入本节课的学习。
  3.2物質跨膜运输的研究
  教师提出问题:怎样对物质的跨膜运输进行研究的?
  3.2.1分析现象,提出假说
  教师展示人工脂双层对物质的通透性的图片(图1),介绍人工膜,并提出问题引导学生思考:分析图1,O2、CO2、甘油是怎么通过人工膜的?你能作出什么假说?学生提出假说:O2、CO2、甘油能全部通过人工膜。教师及时引导学生归纳出“自由扩散”概念,填写表1中现象和假说的相关内容。
  教师提出问题:什么样的物质可以通过自由扩散进行跨膜运输?引导学生总结得出:小分子(易穿过间隙)、脂溶性物质(易溶于磷脂分子中)。教师追问:这反映了什么样的生物学观念?学生回答:结构与功能相适应。
  设计意图:从3种具体物质跨膜的运输中寻找其共性,这里运用的是归纳法,培养了学生科学思维的核心素养。教师通过引导学生分析小分子、脂溶性物质能按自由扩散方式进行跨膜运输,对学生进行了“结构与功能相适应”的观念教育。
  3.2.2提供证据,得出结论
  教师出示生物膜和人工膜对不同物质通透性的曲线图(图2),提供证据,引导学生思考:从图中,能看出什么信息?学生观察图2发现,O2、CO2、甘油等物质通过人工膜与生物膜的通透性相同。教师提问:这能不能证明它们的跨膜方式是“自由扩散”?引导学生总结得出,O2、CO2、甘油等这些分子能直接通过磷脂双分子层进入细胞,从膜的一侧扩散到另一侧,这种跨膜运输称为自由扩散,讲解自由扩散的概念。自由扩散的动力来自物质的浓度差,扩散方向是从高浓度向低浓度扩散。体会这种运输方式对细胞的意义。在学习过程中完成表1中关于证据、结论和意义有关内容的填写。
  设计意图:培养学生运用证据和逻辑作出判断的科学精神,以及归纳与概括、推理等科学思维能力。
  3.2.3水分子、葡萄糖、离子等物质跨膜运输的研究
  教师分别按照上述两个环节开展水分子、葡萄糖、离子等物质跨膜运输的研究。在水分子跨膜运输研究教学中,学生根据图1现象,提出的假说是“自由扩散”及“协助扩散”。假说提出后,教师及时引导学生总结出“协助扩散”的概念。师生共同总结“协助扩散”的特点,分析“自由扩散”与“协助扩散”的异同点。
  教师补充:根据相同点,把这2种方式又统称为“被动运输”。接着进行“证据”及“结论”部分教学,再次展示图2,并提供资料:
  在动物肾脏内,水分子的跨膜运输速率远大于自由扩散的速率。之后,类似结果不时公之于众,直到1988年美国科学家阿格雷(P.Agre)才成功地将构成水通道的蛋白质分离出来,他在分离纯化红细胞膜上的蛋白质时,发现了一个疏水性跨膜蛋白称为AQPl。阿格雷将含有AQPl蛋白和不含此蛋白的细胞进行了对比实验。当将这2种细胞放在同一种水溶液中时,膜中含有AQPl蛋白的细胞通过渗透作用不断吸收水分而发生肿胀,不含该蛋白的细胞则没有变化。由此看来,水分子的跨膜运输有2种形式:自由扩散和协助扩散。水分子更多的是借助细胞膜上的水通道蛋白以协助方式进出细胞。如尿液形成过程中水分进入肾脏细胞,正常成年人每天产生的原尿约为180L,最终只有约1.5L的尿液排出。其他的水去哪儿了?被肾小管细胞吸收进入血液了。该过程需要水分子大量、快速通过细胞膜进入肾脏细胞,自由扩散的运输速率远不能满足生命活动的需要,而协助扩散能提高水的转运速率。可见,水的2种跨膜运输方式是细胞适应不同状况的需要。
  教师提出水通道蛋白及运转机理,促进学生形成“结构与功能相适应”观念。
  在分析“被动运输”的意义时,教师提出问题:这种运输方式有何不足呢?学生回答:只能从高浓度一侧运往低浓度一侧,细胞很“被动”。教师追问:细胞能不能主动从外界获取物质呢?接着,按照“现象——假说——证据——结论”的逻辑过程进行有关“葡萄糖、离子跨膜运输的研究”的教学,最终完成表1的填写。根据图2提供的证据,学生提出离子的运输是“自由扩散”和“主动运输”的假说是完全符合逻辑推理的,教师应该给与大力表扬与鼓励(因为这种观点与教材有出入),培养学生实事求是、大胆质疑的科学精神。   在教学过程中,教师提供哺乳动物细胞2种离子在细胞内外浓度的有关数据(表2),可以更有力地使学生明确“主动运输”的存在及意义。教师引导学生归纳主动运输及特点、与被动运输的异同点,使学生理解主动运输和被动运输都属于“跨膜运输”,转运的物质一般是小分子、离子等内容。然后,教师追问:“主动运输”的机理是怎样的?提供关于载体蛋白的结构、运转机理的图片(图3)或视频,促进学生建立体现“结构与功能相适应”观念。
  设计意图:学生了解了物质跨膜运输方式的研究方法,观察到实验结果,并通过2种膜的通透性数据图表,将定性与定量证据结合在一起,真实地触摸到实证,通过归纳、推理、概括等科学方法的训练,培养了科学思维。学生认识到2种膜在物质通透方面确实存在差异,进而学习通道蛋白与载体蛋白的运转机理,依据结构与功能的适应性提出假说:部分水分子、葡萄糖、离子的跨膜运输需要蛋白质的协助。
  3.2.4观看动画,描述模式图
  教师播放胞吞和胞吐的动画过程,提出问题:小分子、离子一般是通过跨膜运输方式进行转运的,而大分子、颗粒状物质又是怎样运输的?学生阅读教材中有关内容,概括胞吞和胞吐运输方式的共同点。教师引出膜泡运输的概念,引导学生比较跨膜运输和膜泡运输,自主建构概念。
  3.2.5梳理概念总结归纳
  教师创设情境:你能选择一种标准对3种方式进行分类吗?师生共同根据是否需要载体、物质运输的浓度方向、是否耗能等条件对物质跨膜运输方式进行总结(图4)。
  3.2.6模型建构
  教师展示细胞膜的流动镶嵌模型示意图,引导学生开展物理模型建构活动:在图中画出CO2出细胞、葡萄糖(G)进出红细胞、K 进或出细胞时跨膜运输的过程示意图,可借助必要的箭头和文字说明(图5)。
  教师引导学生在坐标曲线中描述3种运输方式与运输速率之间的关系,开展数学模型建构的活动。对协助扩散与主动运输存在的“饱和效应”,教师按照“系统论”的思想提出:细胞与其他系统一样,内部也是由各种组分组成的,各组分之间相互作用、相互调节。这样最终实现物质能量的“平衡与稳态”,完成“生命观念”中“平衡与稳态”观的教学目标。
  4教学反思
  (1)基于学科核心素养的教学要尊重事实。生命是复杂的,事实远比教材呈现给学生的内容复杂得多。例如,对水的跨膜运输方式,教材中只提到了自由扩散,事实上协助扩散能实现水的大量转运。再如,协助扩散过程中除载体蛋白外,还有通道蛋白。生物学教师要尊重事实,思考为学生提供什么样的实证资料。学生在学习中,不能只是获悉生物学结论性的知识,更应该学会在真实复杂的情境中作出正确判断,从而对生命现象、生命规律有科学的认识,树立正确的生命观念。
  (2)基于学科核心素养的的课堂要创设民主、和谐、开放的课堂氛围,唤醒学生沉寂而僵化的思维,鼓励学生独立思考。例如,在出示人工膜与生物膜物质通透性图示后,教师的问题是“你从图中得出什么信息”,而不是指向性更明确的“生物膜的通透性与人工膜有什么不同”。这种开放性问题能促使學生仔细观察图表,尽可能多地获得图中信息,从而全面深入地分析问题。
其他文献
在学习完特殊三角形的内容后,老师给我们出了如下一道题!  如图1,在一款名为“超级玛丽”的游戏中,马里奥到达一个高为10 m的高台A,他利用挂在旗杆顶部O的绳索,划过90°到达与高台A水平距离为17 m.高为3m的矮台B,求旗桿的高度OM和马里奥在荡绳过程中的最低点的高度MN.  这个题目的背景生动有趣,并且数学味十足.图1可抽象为图2.最初的思路,已知AC=10 m,CD=17 m,BD=3 m
1. 请于2008年11月1日前将答案寄至:(450004) 郑州市顺河路11号《中学生数理化》(初中)杂志社 蔡华杰 收,信封正面请注明“10月物理潜能”字样,答卷请用16开稿纸誊写清楚,并写清楚你的姓名、通信地址、学校、班级及辅导老师的姓名、电话和E-mail.  2. 欢迎老师组织学生集体参赛.每期将评出优胜个人及辅导老师奖若干名.答案及获奖名单在本刊2008年12月号上公布(也在本刊网站上
在小学,同学们曾学习到正整数的一种分类,按这种分类,所有正整数可分为:质数(或称素数)、合数和1,在做了这种分类后,同学们会进一步了解到:每个合数都可以由几个质数相乘得到,由此引入了一个非常自然的问题:如果知道了一个数是合数,如何把这个合数分解质因数呢?一种常用的方法称为试除法,具体地说,为了分解一个合数,我们可以试着从最小的质数2开始,用质数2,3,5,……一个一个地去试除给定的合数,看这些质数
最简二次根式、同类二次根式是“二次根式”一章很重要的两个概念.深刻理解、牢固把握这些概念的本质,可以帮助我们更好、更快地进行二次根式的运算.  一、概念及概念间的联系  1.最简二次根式  一般地,最简二次根式具备如下特征:  (1)被开方数中不含能开得尽方的因数或因式:  (2)被开方数中不含分母;  (3)分母中不含根号.  2.同类二次根式  几个二次根式化成最简二次根式后,如果被开方数相同
我们都喜欢看魔术,无中生有“大变活人”是最吸引人的.如果有人说他能用一个“苹果”变出一座“小山”,你相信吗?这是一个能源魔术.  提起能源,还有一个惊人的消息,就是地球上蕴藏的煤石油等矿藏不久就将消耗殆尽.这个消息也许不新鲜了,但是,科学家是很认真的,他们正在努力寻找新能源,很成功的一种新能源就是核能.小小的原子核在裂变反应中所能释放的能量竟比化学反应中释放的能量约大5 000万倍!1 kg的铀裂
在《三角形》一章的学习中,充分运用到了四种非常重要的数学思想:转化思想,类比思想,从特殊到一般的思想,从一般到特殊的思想。 本文为全文原貌 未安装PDF浏览器用户请先下载安装 原版全文
1 请于2010年2月1目前将答案寄至(450004)郑州市顺河路11号中学生数理化(初中)杂志社程哲,信封正面请注明“12月物理潜能”字样,答案请用16开稿纸誊写清楚,并写清楚你的姓名、通信地址、学校、班级及辅导老师的姓名、电话和E-mail。 本文为全文
17世纪末,牛顿和莱布尼茨独立地发明了微积分,从此数学进入到高等数学阶段.高等数学“高”在哪里呢?我想至少有两点值得注意:一是高等数学难学难懂,不像中学学的那个初等数学.是个脑袋就能学会.从小学到中学的12年,年年都得学数学,可学过来学过去还是初等数学.也就是算术、代数、几何、三角、概率、统计,到解析几何已经算是登峰造极了.初等数学中当然也有难题,比如数独、奥数什么的,最难的当然是中学生国际数学奥
八年级《物理》(人教版)下册第62页的图9.1-1和9.1-2,是有关罗盘和司南的两幅图片.  我国是世界上最早发现磁铁的指极性的国家.早在战国时期,我国劳动人民就利用磁铁的指极性发明了世界上最早的指南仪器——司南.    司南是怎样制成的呢?  据专家研究,司南大约是把整块的天然磁铁轻轻地琢磨成勺子的形状,很像我们现在用的汤匙(如图1),并且把它的S极琢磨成长柄,使重心落在圆而光滑的底部正中.待
托马斯·爱迪生是美国著名发明家、企业家,_。生拥有一千多项专利、两千多项发明.他的四大发明——留声机、电灯、电力系统和有声电影,极大地改善和丰富了人类的生活,美国第31任总统胡佛曾说:“他是_位伟大的发明家,也是人类的恩人,”  爱迪生有长时间工作的习惯,根本不注意时间的飞逝.他从来不戴手表,也不在实验室里安放钟表,对他来说,只有彻底完成了所计划的工作,才算到了下班的时候.当爱迪生完全沉浸于某项实