系统论认识下的高中生物学复习课概念教学设计与实施路径
时间：2023-02-12 10:20:06 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
◎ 金子明 刘玉配 武宇清
“内容聚焦大概念”是高中生物学课程的理念之一［1］，而以单元设计、情境创设、问题驱动、探究构建等为策略实施概念教学，有助于学生深度学习和核心素养发展。有教师总结，在单元教学设计中应首先基于大情境、聚焦大问题，然后根据大问题解决的步骤，所使用的知识、方法，情境所涉及的范围等因素，将大问题分解为若干具体小问题，通过小问题的解决实现大问题的解决。［2］这种具有还原论思想特征的教学模式，在课堂教学中被广泛认同。
还原论认识下的教学设计，注重对问题的拆分和解决，通过从大到小的问题分解，和自下而上的问题解决与概念建构，实现“总–分–总”式的概念教学路径。例如，以地下农场建设为情境，以如何建设地下农场为大问题，对沪科版高中生物学教材“生物的代谢”单元进行教学设计，可以将大问题拆解，形成问题链以驱动教学：植物生长需要哪些物质和条件？植物细胞如何吸收物质？物质如何进行转变？植物产量与哪些内在因素有关？如何提高植物同化作用能力、降低异化作用能力？植物实现同化和异化作用的主要过程是什么？光合作用与呼吸作用的场所和基本过程是什么？影响光合速率和呼吸速率的因素是什么？提高光合速率、降低呼吸速率的具体方法有什么？并提出地下农场建设的建议。通过“情境创设、问题分解—逐项解决、建构概念—整体解释、迁移运用”的教学过程，不仅建构了新概念，也触发了学生的深度学习，发展了其学科核心素养，因此还原论认识下的教学设计具有较强的实践意义和价值。
我们生活在一个复杂多变的世界中，面临的是更为复杂、劣构的情境，并非所有问题都能通过由整体向下分解的还原论思想得到解决。而系统论吸收了还原论、整体论等思想，注重整体与部分、部分与部分、整体与环境之间的相互关系和协调整合，关注新一层次下系统显现的新特征，在解决复杂问题中具有重要意义，也是生物学重要的思想观念之一。［3］如果我们把中学生物学课程概念体系看作是整体，把各个概念看作是部分，则学科概念体系与概念、概念与概念、学科概念体系与社会环境之间也应存在关联，在社会环境和学科交互的层面上，学科概念体系显现出社会性的新特征。因此，我们可以进行假设：若在系统论认识下进行教学设计，注重对问题的整合和反思，有助于学生创新思维和问题解决能力的发展，在由散到聚的问题凝汇和自上而下的追问解决中，引导学生对概念的迁移运用，和对概念或概念体系本身的审视与重建。教学过程可以概括为：情境导入、关联概念—碰撞情境、凝练问题—设计方案、交流分析—跳出情境、审视反思。
这样的教学路径是否有价值？在何种课型中运用更具操作性？如何运用这种路径进行教学设计和实施？笔者在高中生物学等级考第二轮专题复习阶段进行了探索实践。
本复习课设计和实施所依据的教材为沪科版《高中生命科学（试用本）》，涉及的主要章节是“动物体的细胞识别和免疫”“基因工程与转基因生物”“微生物传染病的传播和预防”。需要说明的是，该教材于2022年9月起变更为新沪科版教材《高中生物学》。新教材中“人体的免疫调节”“基因工程”两章内容与老教材相关内容对应，在“双新”背景下，本实践研究仍有参考价值。
（一）课标分析与情境选取
《普通高中生物学课程标准（2017年版2020年修订）》对学生的学业质量提出了要求（以“水平3”为例），如“在特定问题情境中，能以生命观念为指导，分析生命现象”“采用文字、图示或模型的形式，举例说明生物工程与技术的原理及其与社会之间的关系”“能够针对特点情境提出可探究的生物学问题或生物工程需求，基于给定条件，设计方案”等，而这些正是学生的薄弱点。在复习阶段，学生初步形成学科概念体系，绝大部分学生达到“水平2”及以上要求，通过专题复习可以进一步达到更上一级的学业质量水平。而与新冠肺炎疫情有关的情境蕴藏着大量高中生物学课程内容，极具综合性，其中有关免疫和生物工程的内容是培养学生核心素养的良好载体。以“新冠病毒疫苗研发”为情境，给予学生运用“免疫系统能够抵御病原体的侵袭，识别并清楚机体内衰老、死亡或异常细胞，实现机体稳态”“基因工程在农牧、食品及医药等行业的广泛应用改善了人类的生活品质”等概念解决现实问题的契机。需要说明的是，本课为长短课时制下的长课，时长为60分钟。
系统论认识下的复习课概念教学在进行课标分析时应注意两点：一是研读课标中对不同学业质量水平的描述，并分析学生学业质量水平现状；
二是提前通过作业和测验，评价学生对概念体系的掌握程度，找到大多数学生的薄弱概念。建议根据学情设置复习内容，找到学生的最近发展区，以便确定学习目标和教学策略；
建议选取有综合性、挑战性、趣味性的情境，其来源可以是区级及以上的大规模测试题的题干、热点生物学社会议题或重大科研成果；
建议关注课时是否能保证教学实施，可以考虑多课时微单元或长课时实施。
（二）教学目标和策略制定
本复习课教学目标设计为：回顾并迁移免疫及生物工程等核心概念，提出几种缓解或阻遏新冠肺炎疫情的方法；
选择适宜的工程技术，采用图文形式绘制新冠疫苗制备流程，并交流完善；
通过分析灭活或减毒疫苗、基因工程疫苗、核酸疫苗制备的原理，比较它们的优缺点；
回顾并重新审视生物工程的定义，思考人类、社会、科学和技术的关系。
系统论认识下的复习课概念教学在目标设计时有三点关注。第一，关注学生概念体系的形成与完善，建议将分属在不同大概念下的子概念，在新情境的整合下进行逻辑勾连，建立新的概念之间的关系，如与免疫有关的次位概念和与生物工程有关的次位概念在课程标准中分布于不同的大概念下，但彼此之间可以有所关联，有助于发展学生知识迁移能力。第二，关注学生在情境中对概念的运用，建议“一境贯穿”，关注问题链和学习活动的设计，引导学生主动回忆并表述概念，以多种形式呈现对概念的运用。第三，关注元认知在复习中的作用，建议精心设计问题并充分预设，借助课堂生成，诱发生生互动，引导学生审视核心概念，反思学习经历，发展学科核心素养。
（三）教学过程
1.情境导入、关联概念：做好概念迁移的准备
请学生交流新冠肺炎疫情对学习生活、社会发展的影响，并举例与疫情有关的生物学概念。学生发散性地联系多个生活场景和社会现象，列举若干与病毒、免疫、疫苗、传染病、生物工程等有关的概念，教师适当追问概念细节。
【设计意图】情境导入、关联概念是指引导学生回忆并表述与情境有关的概念。其目的有三个：一是调动学生学习的积极性和热情；
二是帮助教师掌握学生对相关概念的熟悉程度和理解的准确程度；
三是回顾知识，为全体学生完成后续学习活动搭建台阶。
2.碰撞情境、凝练问题：在情境中运用概念，指出要解决的问题
教师提问学生：可以从哪些方面缓解或阻遏新冠肺炎疫情扩散、降低其危害呢？学生联系各个生活场景，提出若干个具体的切断传染链的方法，包括加强检测、接种疫苗、开发特效药等。再次提问：其中最重要的措施是什么？为什么？基于已学知识和生活实际，学生认为是开发有效疫苗和实现全民接种。此时，教师出示图文信息，“COVID-19是一种以单链RNA为遗传物质的包膜病毒，包膜上存在棘突，不同的冠状病毒的棘突有明显的差异，它会引起强烈的呼吸道感染症状”，并提出问题：如何制备新冠病毒疫苗？
【设计意图】 同样是关注“情境”和“问题”，新授课中“情境创设、聚焦问题”的主要目的，是针对学生暴露的前科学概念来激疑生惑，并引导概念建构。［4］而系统论认识下的复习课概念教学中，“碰撞情境、凝练问题”的主要意图是调动学生对概念的理解，主动与情境进行碰撞，提出问题，发展学生的发散性思维和创新思维，并在师生、生生交互中，引导学生凝练出最具解决价值的问题以驱动教学。由于该环节具有开放性，建议在充分预设的基础上，关注学生有价值的生成，为之后“跳出情境、审视反思”的教学环节提供素材。
3.设计方案、交流分析：迁移概念、解决问题的核心环节
教师设计学习活动：结合图文信息，绘制新冠病毒疫苗的制备流程。教师预设并观察到学生构建了三类疫苗（灭活或减毒疫苗、基因工程蛋白质疫苗和DNA疫苗）的制备流程。完成后，教师请三位学生分别交流介绍。学生介绍的过程中，教师综合备课时预设的问题和实际生成，微调问题链并追问细节，落实重要知识的复习，并在师生、生生互动中完善流程图，解决如何制备新冠病毒疫苗的问题。教学内容如表1所示，其中将基因工程蛋白疫苗的制备作为复习的重点。
表1 学生绘制的流程及教师的问题链
【设计意图】通过迁移概念进行方案设计，并在互动交流中完善方案、解决问题，是本环节的教学意图。绘制出流程图，首先需要学生迁移免疫调节的结构与物质基础的相关概念分析材料，选择合适的生物工程或技术，以建模的形式将内化的概念具象，将学科核心素养外显。由于在日常作业中，学生有回答关于这三类疫苗问题的经历，因此教师提前预设了学生的绘制结果、追问的关键点和问题链，也为学生不能绘制三类流程图做好了准备。需要强调的是，教师追问不仅要保证知识点的落实，还应有助于学科素养发展。如追问三类疫苗发挥作用的原因，应引导学生意识到免疫应答是以抗原–受体的结合为基础的，体现了结构与功能观、物质与信息观；
如追问学生三类疫苗的优缺点，应引导他们运用列表法进行比较与归纳，发展科学思维；
如追问学生有关筛选、受体细胞选择、疫苗保存等问题，其目的都是综合学科知识、理性分析实际，发展科学探究素养。
4.跳出情境、审视反思：收获对生物学概念的元认知
系统论认识下的教学，注重对学生概念迁移、创新思维、问题解决能力的培养，期待学生对概念或概念体系本身的审视与重建。本环节是教学难点，也更能印证系统论认识下教学设计有效性，因此以师生对话的形式加以呈现。
教师：除制备疫苗外，也有同学提到开发特效药。大家有何思路？
学生：制备单克隆抗体。将减毒疫苗注射给猴，提取浆细胞，并与骨髓瘤细胞融合为杂交瘤细胞，筛选后生产单克隆抗体，注射给患者。体内病毒与之结合，危害降低。
教师：很好！但为何用猴替代教材中提到的鼠？
学生：我认为猴与人的亲缘关系更近，猴产抗体可能更有效，而鼠产抗体可能引起人的排异反应。
教师：这个想法非常棒！事实上，不论鼠源性抗体或猴源性抗体，医学上都会将它们处理后再应用。
教师：还有同学提到对物流链进行抽检，那如何开发检测工具？
学生A：还是用单克隆抗体做成试剂，用棉签涂抹货物后浸入其中。若存在病毒，试剂中的抗体会和病毒结合，产生沉淀。
学生B：若货物上病毒很少，观察不出来怎么办？
学生A：可以通过显微镜观察。
学生C：那得需要电子显微镜吧！太不方便了！能不能结合显色反应的原理？
教师：讨论得很好，显色物质和单克隆抗体的配合已经接近真相。因为时间有限，我们课后交流。相关资料将发送在班级群内，感兴趣的同学可以查看。
教师：大家为什么想到单克隆抗体在疫情防控中可能会起到作用？
学生：因为病毒是抗原，抗体和抗原可以结合。
教师：很好！注意问题是，为什么要用单克隆抗体？
学生：单克隆抗体特异性强、灵敏度高……
学生：可以大规模生产！
教师：效果好又便于生产！结合今天的课题，如何生产它？
学生：依靠生物工程！
教师：请大家用自己的语言说说，什么是生物工程？
学生：运用生物学规律改造生物或者细胞，生产人类所需产物的工程。
教师：人类哪方面所需？
学生：医疗、农业、食品、改善环境……不可以用于武器！
教师：你们收获了一种运用生物学解决问题的思维！请同学们再次浏览教材上关于生物工程的定义，思考人类、社会、科学、技术之间的关系。
【设计意图】基于SOLO分类理论，学习者思维水平的最高层次是扩展抽象，代表了学生高水平的学习能力和创造意识，该思维水平的特点是学生对问题有整体的把握，还能将知识在新情境中运用，拓展问题本身的意义，加入自身推理和揣摩，形成具有概括性、抽象性、开放性的结论。［5］因此，“跳出情境”是为了引导学生养成对问题进行整体把握的意识，通过对概念的反思和深度理解，提升运用概念解释或解决问题的能力。通常学生更关注生物工程的技术类型、操作步骤，反而对生物工程“是什么、为什么”缺乏关注。在绘制疫苗制备流程的环节中，学生对运用生物学知识和原理指导实践有了体验，感受到生物工程是运用知识和原理，解决人类生活、社会发展实际问题的，因此新药开发、检测工具制作等都可以用相似技术和相关原理实现。学生之所以能够想到很多应对疫情的方法，实际是已经内化了相关生物学概念，初步掌握了一些生物技术原理，初步形成了解决相关问题的思维方式。但还需要引导学生意识到自己为何形成了这样的素养，运用这样的素养还能解决什么问题，引导元认知的发生。
基于对系统论思想的认识，笔者认为该思想的整体性、层次性、开放性、关联性等适合对复习课的概念教学进行指导。笔者引导学生主动联系生活和生物学概念，与情境碰撞，激发了学习热情，也为后续学习活动的完成搭建台阶；
充分预设学生的实际表现，针对学生的概念呈现进行追问，推动知识点复习，达到了较好的成效；
从课堂生成中，选择有助于学生跳出情境的新情境，引导他们对生物学概念进行审视和反思，锻炼了概念迁移的意识和能力，达成了教学目标和设计意图。通过教学效果印证了系统论认识下的概念教学设计与实施路径在复习课具有可操作性和价值。
