摘 要：?jiǎn)l(fā)融合初高中理化生同學(xué)科不同學(xué)段、不同學(xué)科不同學(xué)段的多個(gè)實(shí)驗(yàn)方案、器材、技術(shù)、方法等的智慧，分別創(chuàng)設(shè)模擬淀粉必須消化成葡萄糖才能被人體吸收、油脂不溶于水而溶于有機(jī)溶劑、制作環(huán)保型燃燒裝置、比較葡萄糖與食用油燃燒放能等情境，開展探究性實(shí)驗(yàn)活動(dòng)；啟迪耦合理化生學(xué)科中模型制作、模型分析等智慧，開展任務(wù)單引領(lǐng)下的糖類、脂質(zhì)分子模型分析活動(dòng)。在這些特創(chuàng)活動(dòng)中，實(shí)施具有“四高”特征的深度學(xué)習(xí)，潛移默化地激發(fā)生物學(xué)科核心素養(yǎng)和綜合素養(yǎng)的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)⒌现腔郏粚?shí)驗(yàn)情境；模型分析；深度學(xué)習(xí)；核心素養(yǎng)；綜合素養(yǎng)

著眼于學(xué)生個(gè)人生活和適應(yīng)未來(lái)社會(huì)發(fā)展的需要，從生命觀念、科學(xué)探究、科學(xué)思維、社會(huì)責(zé)任四方面發(fā)展學(xué)生的生物學(xué)科核心素養(yǎng)和綜合素養(yǎng)，是高中生物新課程實(shí)施的基本要求。為此，新課程高度關(guān)注學(xué)習(xí)中的跨學(xué)科實(shí)踐經(jīng)歷，強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)是主動(dòng)參與的過(guò)程，是讓學(xué)生積極動(dòng)手和動(dòng)腦的活動(dòng)，是讓學(xué)生開展探索研究的活動(dòng)[1]。因此，以發(fā)展學(xué)科核心素養(yǎng)和綜合素養(yǎng)為宗旨，以創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)情境為載體，實(shí)施具有高認(rèn)知（充分理解）、高投入（全神貫注）、高反思（領(lǐng)悟?qū)W習(xí)）、高表現(xiàn)（積極活動(dòng)）特征的深度學(xué)習(xí)，是廣大高中生物教師正在努力探索的一項(xiàng)課題[2]。本文以“細(xì)胞中的糖類和脂質(zhì)”一節(jié)為例，淺談以啟迪綜合智慧為基礎(chǔ)，以提升學(xué)科核心素養(yǎng)和綜合素養(yǎng)為目標(biāo)的實(shí)驗(yàn)情境和深度學(xué)習(xí)的創(chuàng)設(shè)與實(shí)施。

一、啟發(fā)融合生物學(xué)科實(shí)驗(yàn)智慧，創(chuàng)設(shè)和實(shí)施“模擬淀粉消化吸收”實(shí)驗(yàn)情境下的深度學(xué)習(xí)

人體攝入的淀粉必須消化成葡萄糖才能被細(xì)胞吸收利用，這是基本的生命觀念。然而，對(duì)淀粉需要經(jīng)歷口腔、小腸消化的深刻認(rèn)識(shí)，以及借此生成有關(guān)多糖、二糖、單糖等多個(gè)概念的科學(xué)探究與思維，卻因缺乏感性認(rèn)識(shí)而存在認(rèn)知障礙。在多年級(jí)學(xué)生興趣小組之間的交流和啟發(fā)中，經(jīng)過(guò)反復(fù)探索發(fā)現(xiàn)，以初中生物“淀粉在唾液下消化”實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，應(yīng)用高中生物“模擬探究膜透性”和“還原糖檢測(cè)”實(shí)驗(yàn)裝置、思路、方法，創(chuàng)新增設(shè)學(xué)科內(nèi)綜合的實(shí)驗(yàn)情境，實(shí)施深度學(xué)習(xí)，可在有效克服認(rèn)知障礙的同時(shí)，促進(jìn)素養(yǎng)發(fā)展。

課前，由課外興趣小組為每個(gè)學(xué)習(xí)小組完成實(shí)驗(yàn)前期準(zhǔn)備：①取3個(gè)100mL燒杯并編號(hào)1、2、3，1號(hào)杯中加入30mL5%淀粉溶液與3mL清水，2號(hào)杯中加入30mL5%淀粉溶液與3mL唾液（模擬口腔內(nèi)消化）。3號(hào)杯中加入30mL5%淀粉溶液與3mL唾液和麥芽糖酶混合液（模擬小腸內(nèi)消化），均置于37℃條件下充分反應(yīng)。②取3個(gè)長(zhǎng)頸漏斗（模擬消化道腔），用玻璃紙封口（模擬消化道壁的細(xì)胞膜）后編號(hào)1、2、3。③取3個(gè)50mL燒杯并編號(hào)1、2、3（模擬消化道壁細(xì)胞），取3支50mL試管并編號(hào)1、2、3，取3支50mL試管并編號(hào)1'、2'、3'。④配備碘液、斐林試劑、65℃水浴裝置。另外，充分利用智能手機(jī)將課前準(zhǔn)備過(guò)程拍攝成視頻。

課中，各學(xué)習(xí)小組成員分工合作，依次實(shí)施如下實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)活動(dòng)：①用帶有長(zhǎng)細(xì)硅膠的注射器將100mL燒杯中反應(yīng)后的液體各抽取10mL分別注入對(duì)應(yīng)編號(hào)的漏斗；向50mL的各個(gè)燒杯內(nèi)分別加入10mL蒸餾水；將漏斗口浸沒(méi)于相同編號(hào)燒杯內(nèi)的蒸餾水中3分鐘，進(jìn)行模擬探究淀粉、麥芽糖、葡萄糖的跨細(xì)胞膜運(yùn)輸實(shí)驗(yàn)。②先將100mL燒杯中反應(yīng)后的液體各抽取10mL分別注入對(duì)應(yīng)編號(hào)的試管中；觀看所拍視頻了解前期實(shí)驗(yàn)；最后向3個(gè)100mL燒杯剩余液體中滴加碘液，檢測(cè)前期實(shí)驗(yàn)淀粉的消化情況。③3分鐘后拿出漏斗，將50mL燒杯內(nèi)的液體按1對(duì)1'、2對(duì)2'、3對(duì)3'地加入試管中。④向1、1'試管中各滴加2滴碘液，觀察是否出現(xiàn)藍(lán)色，思考并討論淀粉能否直接被細(xì)胞吸收。⑤向2、2'，3、3'試管內(nèi)分別加入2mL斐林試劑，并進(jìn)行65℃水浴加熱，邊加熱邊觀察各試管內(nèi)顏色變化（2中出現(xiàn)磚紅色、2'中基本不出現(xiàn)磚紅色，3、3'中出現(xiàn)磚紅色）。⑥比較2與2'試管的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，討論并分析在淀粉酶催化下的產(chǎn)物（主要是二糖中的麥芽糖）能否被細(xì)胞吸收；比較3與3'試管的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，討論并分析在淀粉酶與麥芽糖酶共同催化下的產(chǎn)物（葡萄糖）能否被細(xì)胞吸收。⑦表達(dá)交流，歸納總結(jié)，得出結(jié)論，生成概念。操作實(shí)驗(yàn)、觀察現(xiàn)象的學(xué)習(xí)活動(dòng)，既促使學(xué)生知識(shí)技能、情感態(tài)度得以充分體現(xiàn)，又強(qiáng)烈促進(jìn)學(xué)生全神貫注地實(shí)施活動(dòng)；小組成員操作活動(dòng)的相互啟發(fā)，促使成員之間自覺進(jìn)行感悟?qū)W習(xí)；各試管、燒杯內(nèi)呈現(xiàn)出的明顯不同的直觀現(xiàn)象，強(qiáng)烈刺激學(xué)生深刻思考相關(guān)糖的消化情況，并用科學(xué)的方法分析、描述糖的跨膜運(yùn)輸與吸收，促進(jìn)學(xué)生在充分領(lǐng)悟的基礎(chǔ)上歸納生成相關(guān)生物學(xué)概念，提升科學(xué)思維和生命觀念等學(xué)科核心素養(yǎng)和綜合素養(yǎng)。

二、激發(fā)耦合化學(xué)生物實(shí)驗(yàn)智慧，創(chuàng)設(shè)和實(shí)施“脂質(zhì)溶解性”實(shí)驗(yàn)情境下的深度學(xué)習(xí)

脂質(zhì)通常不溶于水而溶于有機(jī)溶劑，是生物和化學(xué)的一個(gè)基本概念。為了促使學(xué)生借助活動(dòng)進(jìn)行更感性的學(xué)習(xí)，激發(fā)學(xué)生興趣小組綜合有關(guān)化學(xué)與生物實(shí)驗(yàn)的智慧，創(chuàng)新設(shè)計(jì)蘇丹IV染液的配制方法，增設(shè)實(shí)踐出真知的實(shí)驗(yàn)情境。

學(xué)習(xí)活動(dòng)時(shí)，首先由學(xué)生代表用天平秤取一份0.1g的蘇丹Ⅳ干粉加入裝有油脂的燒杯中，對(duì)油脂進(jìn)行染色，接著分別取等量染色后的油脂加入兩支試管中，再分別加入等量的清水和丙酮，先充分振蕩觀察，后靜置觀察。

染色后的油脂加水振蕩時(shí)形成紅色的乳濁液，靜置時(shí)在液面形成一層深紅色液體層；染色后的油脂加丙酮，無(wú)論振蕩還是靜置，紅色都均勻分布于整個(gè)液體中。這樣的視覺效果，促使學(xué)生更形象、更深刻地感知油脂在水及有機(jī)溶劑中的溶解性。學(xué)生嚴(yán)密謹(jǐn)慎地操作、聚精會(huì)神地觀察，不知不覺中發(fā)展了科學(xué)探究等核心素養(yǎng)。實(shí)驗(yàn)情境下學(xué)科之間的有機(jī)交融，有利于理解科學(xué)本質(zhì)、把握科學(xué)思維、應(yīng)用科學(xué)方法，發(fā)展自然科學(xué)綜合素養(yǎng)。

三、啟迪交融理化生實(shí)驗(yàn)智慧，創(chuàng)設(shè)和實(shí)施“比較糖脂燃燒放能”實(shí)驗(yàn)情境下的深度學(xué)習(xí)

有關(guān)“1g脂肪徹底氧化分解時(shí)釋放的能量是1g糖的2倍多”的生命觀念，常常由教師不厭其煩地灌輸、學(xué)生囫圇吞棗地接受。然而，空洞說(shuō)教、被動(dòng)接受往往難以消除學(xué)生心存的疑慮。為此，設(shè)想增設(shè)“糖與脂肪燃燒”實(shí)驗(yàn)，可是，實(shí)際操作中卻遇到了無(wú)法點(diǎn)燃糖和脂的極大困難。學(xué)生興趣小組在查閱資料、向同學(xué)征集方案、不氣餒嘗試的基礎(chǔ)上，探得高錳酸鉀作為助燃劑、高錳酸鉀與糖油的合適配比、聚噴式打火槍作為點(diǎn)火器的實(shí)驗(yàn)方法與方案。然而，預(yù)實(shí)驗(yàn)中又遇到燃燒產(chǎn)生濃煙污染環(huán)境的新問(wèn)題。對(duì)此，在再次發(fā)動(dòng)學(xué)生設(shè)計(jì)解決問(wèn)題方法的基礎(chǔ)上，采用物理實(shí)驗(yàn)方法制作出環(huán)保型密封盒，從而創(chuàng)設(shè)出實(shí)施深度學(xué)習(xí)的實(shí)驗(yàn)情境。

由興趣小組利用課外時(shí)間，選用耐高溫、高強(qiáng)度、高透明的PC板制作帶密封插門的兩個(gè)方盒，在方盒中層板的中央挖出適合懸掛50mL燒杯的圓洞，在方盒頂板中央鉆出適合插入溫度傳感器探針（或紅色水銀溫度計(jì)）的小孔。同時(shí)準(zhǔn)備兩個(gè)蒸發(fā)皿、兩份5g高錳酸鉀、1g葡萄糖、1g食用油、防風(fēng)直沖氣體打火噴槍等材料用具。

學(xué)習(xí)活動(dòng)由小組成員合作進(jìn)行。第一步，向兩個(gè)蒸發(fā)皿中分別加入5g高錳酸鉀，再往一皿中加入1g葡萄糖混勻，往另一皿中加入1g食物油混勻[3]；第二步，將兩皿分別置于方盒底板的正中央，再在皿上方中層板中央圓洞中懸掛一盛有10mL清水的加厚燒杯，最后經(jīng)燒杯上方頂板中央圓孔向水中插入溫度傳感器探針；第三步，將溫度傳感器、數(shù)據(jù)采集器、電腦按順序進(jìn)行連接，并打開電腦相應(yīng)軟件進(jìn)行即時(shí)顯示溫度數(shù)據(jù)的相關(guān)設(shè)置，點(diǎn)擊軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)采集分析，觀察并記錄屏幕上顯示的起始水溫[4]；第四步，用打火噴槍迅速點(diǎn)燃蒸發(fā)皿中的葡萄糖或食用油，并迅速插上方盒密封門，在皿內(nèi)糖或油劇烈燃燒的同時(shí)，屏幕上顯示不斷攀升的溫度數(shù)據(jù)，觀察、記錄、比較燃燒現(xiàn)象和溫度變化。

劇烈的火焰和飆升的溫度，強(qiáng)烈吸引學(xué)生注意，極大震撼學(xué)生心靈，學(xué)生心領(lǐng)神會(huì)生成放能觀念，油然而生多學(xué)科綜合探究情愫，自然而然提升科學(xué)思維、科學(xué)探究、學(xué)科綜合素養(yǎng)；密封盒內(nèi)翻滾的濃煙，培植著關(guān)愛環(huán)境的社會(huì)責(zé)任素養(yǎng)。

四、創(chuàng)設(shè)糖類模型與活動(dòng)任務(wù)單，探討糖的結(jié)構(gòu)與種類

從單糖到二糖再到多糖，不同的單糖之間，不同的二糖之間，不同的多糖之間，存在著內(nèi)在規(guī)律，但這些規(guī)律存在于肉眼不可見的分子水平。為了讓學(xué)生能在一定程度上直觀感知這些規(guī)律，并能用科學(xué)的生物學(xué)思維來(lái)分析、歸納、描述這些規(guī)律，筆者創(chuàng)設(shè)糖類模型活動(dòng)任務(wù)單一至六引領(lǐng)下的模型分析活動(dòng)情境。

【任務(wù)單一】觀察比較葡萄糖、麥芽糖和淀粉的結(jié)構(gòu)模型，思考討論：①麥芽糖與葡萄糖在結(jié)構(gòu)上的聯(lián)系；②淀粉與麥芽糖、葡萄糖在結(jié)構(gòu)上的聯(lián)系。

【任務(wù)單二】將所有糖類模型按單糖、二糖和多糖進(jìn)行歸類。

【任務(wù)單三】觀察單糖模型背面的分子結(jié)構(gòu)，思考討論：①單糖的組成元素；②各種單糖所含的碳原子數(shù)；③單糖分子中H、O原子數(shù)之比的規(guī)律。

【任務(wù)單四】觀察比較三種二糖模型，思考：①組成三種二糖的單糖；②二糖與其單糖在H、O原子數(shù)上的差異。

【任務(wù)單五】觀察比較淀粉、糖原、纖維素三種多糖模型，思考討論：①三種多糖在分子組成上的共性；②三種多糖分子結(jié)構(gòu)的主要差異。

【任務(wù)單六】將所有糖的模型按分布進(jìn)行分類：①動(dòng)植物細(xì)胞共有的；②植物細(xì)胞特有的；③動(dòng)物細(xì)胞特有的。

巧妙選用白色硬質(zhì)亮光紙，在課前制作糖類模型。用正五邊形紙片作為五碳糖模型，用正六邊形紙片作為葡萄糖與半乳糖模型，用帶一分支的正五邊形紙片作為果糖模型，用帶一分支的正六邊形紙片作為乙酰葡糖胺模型，并在各模型上印刷所模擬糖的名稱或結(jié)構(gòu)式；將葡萄糖模型用釘書釘連接成麥芽糖、淀粉、糖原、纖維素模型，將葡萄糖模型分別與果糖模型、半乳糖模型用釘書釘連接成蔗糖、乳糖模型，將乙酰葡糖胺模型連接成幾丁質(zhì)模型；將葡萄糖、麥芽糖、淀粉模型與任務(wù)單一裝于材料袋1中，將所有糖模型與任務(wù)單二至六裝于材料袋2中。

課堂學(xué)習(xí)活動(dòng)時(shí)，各小組首先圍繞任務(wù)單一的任務(wù)，觀察、分析、交流、討論材料袋1中的模型，歸納三種糖的組成規(guī)律、形成方式、所屬類型、基本概念以及能否被吸收的原因；然后依次圍繞任務(wù)單二至六呈現(xiàn)的任務(wù)，分析材料袋2中的模型，邊活動(dòng)邊探討規(guī)律，從而歸納糖的歸類、元素組成、氫氧之比、基本單位、分布等。

在將所有糖的模型按種類進(jìn)行歸類，按動(dòng)植物分布進(jìn)行分類活動(dòng)中，可利用手機(jī)攝像與電腦投影鏡像技術(shù)，即時(shí)同步將某些小組的結(jié)果用大屏幕顯示出來(lái)，用于全班性的指導(dǎo)、借鑒與校正。

五、創(chuàng)設(shè)脂質(zhì)模型與活動(dòng)任務(wù)單，探討脂質(zhì)的結(jié)構(gòu)與共性

分子結(jié)構(gòu)差異很大的脂肪、磷脂、固醇，之所以都屬于脂質(zhì)，之所以通常不溶于水而溶于脂溶性有機(jī)溶劑，是因?yàn)樗鼈冊(cè)诩?xì)微抽象的分子水平存在著共性。為了讓學(xué)生能夠借助活動(dòng)過(guò)程合作建構(gòu)脂質(zhì)的結(jié)構(gòu)與共性，筆者再次創(chuàng)設(shè)任務(wù)單驅(qū)動(dòng)的模型活動(dòng)情境，化微觀抽象為宏觀形象，化聆聽說(shuō)教為主動(dòng)探討，促進(jìn)學(xué)生用學(xué)科思維習(xí)慣去分析比較、歸納總結(jié)。

在課外，在亮光紙上打印上脂肪與葡萄糖開鏈、脂肪與磷脂、脂肪與三類固醇分子結(jié)構(gòu)圖，并沿著結(jié)構(gòu)圖邊緣剪出分子模型。同時(shí)，精心設(shè)計(jì)用于指導(dǎo)模型分析活動(dòng)的脂質(zhì)模型活動(dòng)任務(wù)單七，將模型與任務(wù)單七放入材料袋3中。

【任務(wù)單七】①觀察比較脂肪和葡萄糖開鏈分子結(jié)構(gòu)模型，描述二者在結(jié)構(gòu)上的最大不同點(diǎn)，探討脂肪不溶于水而溶于有機(jī)溶劑的原因；②觀察比較磷脂與脂肪的分子結(jié)構(gòu)模型，描述二者在結(jié)構(gòu)上的相同之處和不同之處，探討磷脂分子的頭部和尾部在水中的溶解情況；③觀察比較膽固醇、性激素、維生素D的分子結(jié)構(gòu)模型，找一找三者在結(jié)構(gòu)上的共性及與脂肪的相似之處，探討它們的溶解性。

學(xué)生以小組為學(xué)習(xí)共同體開展模型探討學(xué)習(xí)活動(dòng)。在各小組活動(dòng)過(guò)程中，利用手機(jī)投影將教師與某小組共同活動(dòng)，討論脂肪三條不含氧的碳?xì)滏湹倪^(guò)程用大屏幕顯示出來(lái)，進(jìn)行全班性引導(dǎo)，以便突破這次模型分析活動(dòng)中的難點(diǎn)。

另外，有關(guān)本節(jié)糖類和脂質(zhì)的其他功能，以及應(yīng)用知識(shí)解決生活實(shí)際問(wèn)題，可借助智能手機(jī)的交互功能，如建立QQ群、微信群等，利用推送的資料開展交互探討活動(dòng)，提升學(xué)生對(duì)生物學(xué)事實(shí)的歸納、描述、應(yīng)用能力。

結(jié)束語(yǔ)

以促進(jìn)學(xué)科核心素養(yǎng)和綜合素養(yǎng)發(fā)展為目標(biāo)的創(chuàng)設(shè)活動(dòng)情境、注重實(shí)踐過(guò)程、開展探究活動(dòng)的深度學(xué)習(xí)，正成為廣大生物教師越來(lái)越倡導(dǎo)的教學(xué)方法。

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本文系江蘇省教育科學(xué)“十三五”規(guī)劃2020年度課題“基于真實(shí)問(wèn)題情境的高中物理深廣度學(xué)習(xí)實(shí)踐研究”（課題編號(hào)：B-a/2020/02/46）的研究成果。