王麗娟

（北京市回民學(xué)校 北京 100053）

生物學(xué)是自然科學(xué)中的一門(mén)基礎(chǔ)學(xué)科，是研究生命現(xiàn)象和生命活動(dòng)規(guī)律的科學(xué)。它是農(nóng)業(yè)科學(xué)、醫(yī)藥科學(xué)、環(huán)境科學(xué)及其他有關(guān)科學(xué)和技術(shù)的基礎(chǔ)。學(xué)科核心素養(yǎng)是學(xué)科育人價(jià)值的集中體現(xiàn)，是學(xué)生通過(guò)學(xué)科學(xué)習(xí)而逐步形成的正確價(jià)值觀、必備品格和關(guān)鍵能力。生物學(xué)學(xué)科素養(yǎng)包括生命觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究和社會(huì)責(zé)任?；凇镀胀ǜ咧猩飳W(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》（以下簡(jiǎn)稱(chēng)《課程標(biāo)準(zhǔn)》）的要求和近年來(lái)生物學(xué)試題的特點(diǎn)，復(fù)習(xí)課的主要任務(wù)不僅是鞏固已有知識(shí)，更要提升各項(xiàng)能力，達(dá)到高效系統(tǒng)的復(fù)習(xí)目標(biāo)。筆者將教材中的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)與“諾貝爾獎(jiǎng)”成果相聯(lián)系組織教學(xué)，嘗試將知識(shí)復(fù)習(xí)與能力訓(xùn)練共同落實(shí)。

1 內(nèi)容分析與設(shè)計(jì)思路

筆者利用氧氣將教材中“物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞的方式”“細(xì)胞呼吸”“內(nèi)環(huán)境”等相關(guān)內(nèi)容與相關(guān)的“諾貝爾獎(jiǎng)”成果進(jìn)行加工、整合，沿著“氧氣進(jìn)入組織細(xì)胞—氧氣參與細(xì)胞內(nèi)的物質(zhì)與能量代謝—細(xì)胞如何感知與響應(yīng)氧氣含量變化”這條主線(xiàn)組織教學(xué)。這樣可以幫助學(xué)生建立科學(xué)的知識(shí)體系，為知識(shí)的理解和應(yīng)用奠定基礎(chǔ)，同時(shí)發(fā)展學(xué)生的生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

2 教學(xué)目標(biāo)

①通過(guò)氧氣進(jìn)入細(xì)胞過(guò)程的分析，理解機(jī)體細(xì)胞通過(guò)內(nèi)環(huán)境與外界進(jìn)行物質(zhì)交換。

②通過(guò)氧氣參與細(xì)胞內(nèi)的物質(zhì)與能量代謝及感知與響應(yīng)氧氣含量變化分子機(jī)制的分析，形成物質(zhì)與能量觀、穩(wěn)態(tài)與平衡觀。

③能夠以特定的生物學(xué)事實(shí)為基礎(chǔ)形成生物學(xué)概念，并用文字或圖示的方式進(jìn)行正確表達(dá)，進(jìn)而用其解釋相應(yīng)的生命現(xiàn)象，提升社會(huì)責(zé)任感。

3 教學(xué)過(guò)程

3.1 解讀生命現(xiàn)象，樹(shù)立生命觀念

“生命觀念”是指對(duì)觀察到的生命現(xiàn)象及相互關(guān)系或特征進(jìn)行解釋后的抽象，是人們經(jīng)過(guò)實(shí)證后的觀點(diǎn)，是能夠理解或解釋生物學(xué)相關(guān)事件和現(xiàn)象的意識(shí)、觀念和思想方法。

教師提出問(wèn)題：從生命的角度來(lái)說(shuō)，食物、水、氧氣讓我們一刻也不能分割的是什么？為什么氧氣在體內(nèi)沒(méi)有“余糧”？以此引導(dǎo)學(xué)生聯(lián)系生活思考，并引入本節(jié)課的“主題”。

教師展示“大氣中氧氣進(jìn)入細(xì)胞的過(guò)程”圖片（圖1），引導(dǎo)學(xué)生思考：氧氣在大氣中占1/5，大氣中的氧氣如何進(jìn)入組織細(xì)胞？氧氣以什么方式通過(guò)生物膜？組織細(xì)胞中氧氣濃度如何？機(jī)體細(xì)胞如何與外界環(huán)境進(jìn)行物質(zhì)交換？在問(wèn)題驅(qū)動(dòng)下，學(xué)生分析并完成學(xué)習(xí)任務(wù)單上的問(wèn)題。

教師繼續(xù)追問(wèn)：根據(jù)高中階段已學(xué)知識(shí)，進(jìn)入細(xì)胞的氧氣如何參與代謝活動(dòng)？并指定學(xué)生完成有氧呼吸3個(gè)階段的板書(shū)演示（圖2），同時(shí)提出明確要求“要體現(xiàn)在特定場(chǎng)所進(jìn)行的物質(zhì)與能量代謝”。其他學(xué)生獨(dú)立完成學(xué)習(xí)任務(wù)單上的問(wèn)題。

有氧呼吸的過(guò)程是一個(gè)動(dòng)態(tài)的概念，該過(guò)程中龐大的信息量容易使學(xué)生產(chǎn)生認(rèn)知負(fù)荷。教師采用板畫(huà)，對(duì)信息進(jìn)行整合加工，繪制概念圖并歸納細(xì)胞呼吸對(duì)生物體的主要意義。氣體交換與細(xì)胞呼吸是密切相關(guān)的個(gè)體與細(xì)胞間穩(wěn)態(tài)維持的2個(gè)過(guò)程。教師以人為例，使學(xué)生理解：氣體交換是氧氣進(jìn)入肺再進(jìn)入血液，通過(guò)動(dòng)脈和毛細(xì)血管進(jìn)細(xì)胞的過(guò)程。細(xì)胞呼吸是在每個(gè)細(xì)胞內(nèi)將葡萄糖氧化產(chǎn)生二氧化碳，再通過(guò)毛細(xì)血管和靜脈進(jìn)入肺中，并被呼出體外的過(guò)程。氣體交換與細(xì)胞呼吸之間相互聯(lián)系、共同調(diào)節(jié)，維持生命系統(tǒng)的相對(duì)穩(wěn)定。

設(shè)計(jì)意圖：準(zhǔn)確掌握生物學(xué)概念是形成必備知識(shí)體系的重要前提，是能夠解釋生物學(xué)相關(guān)事件和現(xiàn)象的必備條件。生命觀念的形成是建立在深刻掌握生物學(xué)知識(shí)體系的基礎(chǔ)之上的。教師引導(dǎo)學(xué)生回顧已學(xué)知識(shí)，形成核心概念。學(xué)生鞏固細(xì)胞有氧呼吸各階段的場(chǎng)所及物質(zhì)與能量的變化，形成物質(zhì)與能量觀。

3.2 借助諾獎(jiǎng)成果，發(fā)展科學(xué)思維

“科學(xué)思維”是指尊重事實(shí)和證據(jù)，崇尚嚴(yán)謹(jǐn)和務(wù)實(shí)的求知態(tài)度，運(yùn)用科學(xué)的思維方法認(rèn)識(shí)事物、解決實(shí)際問(wèn)題的思維習(xí)慣和能力。在高中生物學(xué)教學(xué)過(guò)程中，教師適時(shí)讓學(xué)生探究與教材知識(shí)有關(guān)的諾貝爾獎(jiǎng)成果，不僅可以培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力，而且有助于學(xué)生對(duì)教材知識(shí)的理解。當(dāng)然，教師在應(yīng)用“諾貝爾獎(jiǎng)”成果創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境時(shí)，既不能過(guò)于簡(jiǎn)單，讓學(xué)生沒(méi)有思考的欲望，也不能過(guò)于復(fù)雜，讓學(xué)生望而卻步。

教師提出問(wèn)題：細(xì)胞如何感知與響應(yīng)氧氣含量的改變？同時(shí)提供兩則“資料”供學(xué)生閱讀。

資料①：2019年，諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)授予了威廉·凱林、彼得·拉特克利夫以及格雷格·塞門(mén)扎3位科學(xué)家。他們的貢獻(xiàn)在于闡明了人類(lèi)和大多數(shù)動(dòng)物細(xì)胞在分子水平上感知、適應(yīng)不同氧氣環(huán)境的基本原理，揭示了其中重要的信號(hào)機(jī)制?？茖W(xué)家在研究地中海貧血癥的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)了“缺氧誘導(dǎo)因子”（HIF）。HIF由兩種不同的DNA結(jié)合蛋白（HIF-la和ARNT）組成，其中對(duì)氧氣敏感的是HIF-la，而ARNT穩(wěn)定表達(dá)且不受氧調(diào)節(jié)，即HIF-la是機(jī)體感受氧氣含量變化的關(guān)鍵。當(dāng)細(xì)胞處于正常氧條件時(shí)，在脯氨酰羥化酶的參與下，氧原子與HIF-la脯氨酸中的氫原子結(jié)合形成羥基。羥基化的HIF-la能與VHL蛋白結(jié)合，致使HIF-la被蛋白酶體降解。在缺氧的情況下，HIF-la羥基化不能發(fā)生，導(dǎo)致HIF-la無(wú)法被VHL蛋白識(shí)別，從而不被降解而在細(xì)胞內(nèi)積聚，并進(jìn)入細(xì)胞核與ARNT形成轉(zhuǎn)錄因子，激活缺氧調(diào)控基因。人體缺氧時(shí)，會(huì)有超過(guò)300種基因被激活，或者加快紅細(xì)胞生成、或者促進(jìn)血管增生，從而加快氧氣輸送。這就是細(xì)胞的缺氧保護(hù)機(jī)制。HIF控制著人體和大多數(shù)動(dòng)物細(xì)胞對(duì)氧氣變化的復(fù)雜又精確的反應(yīng)，3位科學(xué)家一步步揭示了生物氧氣感知通路。動(dòng)物細(xì)胞感知不同氧氣濃度的能力，以及隨之而來(lái)的對(duì)基因表達(dá)模式的重塑，對(duì)于幾乎所有動(dòng)物的生存都至關(guān)重要。這不僅在基礎(chǔ)科學(xué)上有其價(jià)值，還有望為某些疾病的治療帶來(lái)創(chuàng)新性的療法。

資料②：2004年，諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)授予以色列科學(xué)家阿龍·切哈諾沃、阿夫拉姆·赫什科和美國(guó)科學(xué)家歐文·羅斯，以表彰他們發(fā)現(xiàn)了泛素在細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)降解調(diào)節(jié)作用，揭開(kāi)了蛋白質(zhì)“死亡”的重要機(jī)理。泛素（Ub）是一條由76個(gè)氨基酸殘基組成的肽鏈。蛋白酶體也被稱(chēng)為多催化活性蛋白酶復(fù)合物，廣泛存在于細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞核中。在泛素激活酶E1、泛素結(jié)合酶E2、泛素連接酶E3（目前已發(fā)現(xiàn)人體中存在成百上千種E3，且E3具有特異性）的依次催化下，泛素被以特定的方式連接到靶蛋白上，最后被蛋白酶體識(shí)別，并降解成短肽。這些短肽再被降解為氨基酸回收利用（圖3）。研究發(fā)現(xiàn)，細(xì)胞中的VHL基因編碼的VHL蛋白是一種可以預(yù)防癌癥的蛋白質(zhì)，是泛素連接酶E3的關(guān)鍵部分。在常氧狀態(tài)下，VHL蛋白可以特異性識(shí)別并結(jié)合羥基化的HIF-1α，使其被泛素標(biāo)記，進(jìn)而被蛋白酶體降解。

教師引導(dǎo)學(xué)生閱讀資料①并完成“細(xì)胞適應(yīng)氧氣水平變化的分子機(jī)制圖”（圖4），指定學(xué)生進(jìn)行板書(shū)演示和講解。圖4中有一處蛋白質(zhì)的降解途徑需要進(jìn)行補(bǔ)充完善。學(xué)生閱讀資料②，對(duì)分子機(jī)制圖進(jìn)行完善并對(duì)泛素-蛋白酶體降解蛋白質(zhì)途徑進(jìn)行介紹。

設(shè)計(jì)意圖：教師利用自主閱讀資料促進(jìn)學(xué)生自主構(gòu)建模型的過(guò)程，訓(xùn)練了學(xué)生閱讀生物文本、邏輯推理和總結(jié)概括的能力?！爸Z貝爾獎(jiǎng)”是創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境很好的素材，學(xué)生對(duì)于這些前沿的新知識(shí)很感興趣，每一個(gè)“諾貝爾獎(jiǎng)”的背后也都有一部科學(xué)奮斗史。教師在創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境的過(guò)程中，要注意引導(dǎo)學(xué)生把社會(huì)、生活、生物科學(xué)和學(xué)習(xí)過(guò)程緊密聯(lián)系起來(lái)，才能把素質(zhì)教育真正落到實(shí)處。

3.3 關(guān)注社會(huì)熱點(diǎn)，增強(qiáng)社會(huì)責(zé)任

“社會(huì)責(zé)任”是指基于生物學(xué)的認(rèn)識(shí)，參與個(gè)人與社會(huì)事務(wù)的討論，做出理性解釋和判斷，解決生產(chǎn)生活問(wèn)題的擔(dān)當(dāng)和能力。將關(guān)注的社會(huì)熱點(diǎn)問(wèn)題與高中生物教學(xué)有機(jī)結(jié)合，有利于為學(xué)生傳遞正確、先進(jìn)的科學(xué)知識(shí)；有助于學(xué)生理性科學(xué)地思考，學(xué)會(huì)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并提升運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決現(xiàn)實(shí)問(wèn)題的能力。

教師引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)細(xì)胞適應(yīng)氧氣含量變化的分子機(jī)制，對(duì)以下實(shí)際問(wèn)題進(jìn)行分析：①云南呈貢訓(xùn)練基地海拔超過(guò)2 000 m，該地區(qū)氧氣供應(yīng)不足。但是中國(guó)田徑隊(duì)常在此訓(xùn)練以提高成績(jī)。請(qǐng)對(duì)此策略做出合理解釋。②腫瘤細(xì)胞的增殖將導(dǎo)致腫瘤附近局部供氧不足，請(qǐng)從打破癌細(xì)胞缺氧保護(hù)機(jī)制的角度，提出治療癌癥的新思路。

設(shè)計(jì)意圖：教師引導(dǎo)學(xué)生學(xué)以致用，利用所學(xué)知識(shí)對(duì)社會(huì)熱點(diǎn)問(wèn)題做出合理解釋?zhuān)⒔鉀Q實(shí)際問(wèn)題，提升社會(huì)責(zé)任感?！爸Z貝爾獎(jiǎng)”離高中生物學(xué)并不遙遠(yuǎn)，高中生物學(xué)中有很多內(nèi)容直接或間接與許多“諾貝爾獎(jiǎng)”成果相聯(lián)系。教師以“諾貝爾獎(jiǎng)”的成果為情境素材，培養(yǎng)學(xué)生的生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)，使學(xué)生熏陶在“諾貝爾獎(jiǎng)”的懷抱中，也讓諾貝爾精神在學(xué)生心里生根發(fā)芽。

4 教學(xué)反思

在氧氣與細(xì)胞綜合復(fù)習(xí)的過(guò)程中，教師突出了知識(shí)的層次與脈絡(luò)，為學(xué)生提供一條清晰的思維主線(xiàn)：氧氣進(jìn)入組織細(xì)胞——氧氣參與細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)與能量代謝——細(xì)胞如何感知與響應(yīng)氧氣含量變化。氧氣隨體液運(yùn)輸而發(fā)揮調(diào)節(jié)作用，并且已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了在分子水平上對(duì)基因的表達(dá)進(jìn)行調(diào)控。氧氣參與細(xì)胞內(nèi)部時(shí)刻發(fā)生的物質(zhì)變化、能量轉(zhuǎn)換和信息轉(zhuǎn)導(dǎo)的過(guò)程，組織、器官得以正常運(yùn)轉(zhuǎn)，個(gè)體得以正常生長(zhǎng)。教師引導(dǎo)學(xué)生逐步形成物質(zhì)與能量觀、穩(wěn)態(tài)與平衡觀。細(xì)胞如何感知與響應(yīng)氧氣含量改變環(huán)節(jié)訓(xùn)練了學(xué)生閱讀生物文本、提取關(guān)鍵信息、建立模型和解決實(shí)際問(wèn)題的能力。提高學(xué)生的生物學(xué)學(xué)科素養(yǎng)需要教師和學(xué)生堅(jiān)持不懈地實(shí)踐。復(fù)習(xí)課不能是簡(jiǎn)單的知識(shí)再現(xiàn)過(guò)程，而應(yīng)是在落實(shí)學(xué)科核心概念的基礎(chǔ)上，打破章節(jié)界限，進(jìn)行跨章節(jié)、跨學(xué)段的多角度素養(yǎng)提升。