基于深度学习的高中生物教学设计

覃世柱

摘  要：从表层学习到深度学习，从被动学习到能动学习，关键取决于问题的产生与驱动。挖掘教材内容，坚持学生立场，设计核心问题和系列问题来驱动相关学习，发展学生的关键能力。

关键词：深度学习;核心问题;关键能力

深度学习是相对浅层学习的一种学习方式，是将学习者置身于真实、复杂且有挑战性的学习情境中，主动地、批判地运用多样化的学习策略来深度加工知识信息，使原有的认知结构能有效地迁移到新的情境中，解决新问题，发展学科能力。基于深度学习的课堂教学设计，就是以问题为核心，以自主探究为主要方式，以解决问题为目标，让学生置身于复杂而有意义的问题情境中，通过个人和小组开展讨论、探究、表达等学习活动，解决生物学科问题，发展学科关键能力。本文以“细胞膜控制细胞与周围环境的联系”一节为例，通过设计核心问题和问题系列，将科学探究、模型建构、科学史话等内容有机地结合起来，从而促进学生深度学习，提升学生的核心素养。

一、教学设计

核心问题一、探索细胞膜的选择透过性

活动：提前一天让学生做“活动—通过模拟实验探究膜的透过性”，将全班同学分成12个活动小组，其中六个活动小组完成教材中的A组实验，并拍下加入碘—碘化钾溶液后实验装置的照片;另外六个活动小组完成教材中的B组實验（部分）。在课堂上取静止12小时后的B组透析袋外的蒸馏水2ml放入试管中，再加入2ml本尼迪特试剂，并水浴加热2—3min，观察实验现象。

问题1.A组加入碘—碘化钾溶液后，烧杯内蒸馏水呈现什么颜色？静止12小时后，颜色又如何？原因是什么？

问题2.静止12小时后，A组透析袋内淀粉溶液的颜色有何变化？A组实验结果说明了什么？

问题3.静止12小时后，B组透析袋外的蒸馏水加本尼迪特试剂检测到的现象是什么？B组实验结果说明了什么？

问题4.细胞膜是细胞的边界，将细胞内与外界环境分开，是外界物质进入细胞的屏障。根据模拟实验推测细胞膜对物质的进出具有什么特性？

设计意图：通过与他人合作完成模拟实验探究膜的透过性，并如实记录实验结果，在特定生物学现象进行分析、讨论和交流中，了解科学探究的基本方法。

核心问题二、探索细胞膜的组成成分和结构

问题1.细胞膜的组成成分是什么呢？

资料1.1895年欧文顿（E.Overton）用500多种化学物质对植物细胞的通透性进行上万次实验，发现细胞膜对不同物质的通透性是不一样的：可以溶于脂质的物质比不能溶于脂质的物质更容易通过细胞膜。据此，你能作出怎样的推测？

资料2.科学家将哺乳动物的红细胞的细胞膜分离出来，然后用蛋白酶处理（已知蛋白酶能专一性的催化蛋白质的分解），结果细胞膜被破坏。据此，你能得出什么结论？

问题2.细胞膜中的磷脂分子是如何排列的？

资料3.1925年两位荷兰科学家戈特（E.Gorter）和格兰德尔（F.Grendel）用丙酮（一种有机溶剂，可以溶解脂质）从人的红细胞膜中提取脂质，在空气——水界面上铺展成单分子层，测得单分子层的面积恰好为红细胞表面积的2倍。据此，你能推测细胞膜中磷脂是如何排列的？

资料4.磷脂分子是一端为含磷酸基团的“头”部，具有亲水性，另一端为两条长长的脂肪酸链形成的“尾”部，具有疏水性。请根据资料3和4，画出细胞膜中磷脂分子的排列模型，并说说你排列的理由。

问题3.蛋白质在细胞膜中是怎样分布的？

资料5.20世纪50年代科学家采用冰冻蚀刻电子显微法，将细胞膜冰冻，然后再用冷刀将其撕裂，升温后暴露出断裂面，再对断裂面进行染色和电镜观察，发现蛋白质分子有的镶在磷脂双分子层表面，有的全部或部分嵌入磷脂双分子层中，有的贯穿于整个磷脂双分子层中。

请结合上述材料，用磷脂分子和蛋白质分子构建细胞膜的结构模型。

设计意图：提供科学家所做实验的资料，让学生根据实验现象推测细胞膜的组成成分，建构细胞膜的结构模型，发展学生模型与建模的科学思维方法。

核心问题三、探索细胞膜具有流动性

问题1、蛋白质和磷脂在细胞膜中是静止不动的吗？

资料5、1970年，费雷和埃迪登，将人和鼠的细胞膜蛋白质用不同荧光染料（用绿色荧光染料标记小鼠细胞表面的蛋白质，用红色荧光染料标记人细胞表面的蛋白质）标记后融合，开始时，融合的细胞一半成绿色，一半成红色。在37℃下培养40min后，两种颜色的荧光染料在细胞膜中都呈均匀分布。这说明什么？

教师补充，通过其他实验证明细胞膜中的磷脂分子也是运动的，说明细胞膜具有一定的流动性，流动性是细胞膜重要的结构特性。

资料6. 1972年，桑格和尼克森总结了当时有关膜结构模型及各种研究新技术的成就，提出了生物膜的流动镶嵌模型，奠定了生物膜结构与功能的基础。

问题2.生物膜的流动镶嵌模型的主要论点是什么？学生根据自己构建的细胞膜结构模型，总结生物膜的流动镶嵌模型的主要论点.

设计意图：提供科学家所做实验的资料，让学生根据实验现象推测细胞膜的结构特性，发展学生归纳与概括的科学思维方法。

二、教学反思

这节课运用了实验和模型的方法，以核心问题和系列问题来驱动相关学习，探究膜的透过性实验让学生直观地感受到了半透膜的作用，以此类推细胞膜的功能特性。在探索细胞膜组成成分、结构和结构特性时，提供了丰富的科学史实，为学生发现知识提供了强有力的支撑。学生通过构建细胞膜的结构模型，既动脑又动手，激发了学生的学习兴趣。最后根据学生构建的细胞膜的结构模型总结生物膜的流动镶嵌模型的主要论点，有助于概念的深刻理解和迁移应用。

参考文献

[1]  周初霞《指向核心素养的普通高中课堂教学设计案例丛书》浙江教育出版社