创设问题情境培养高阶思维

王岳琼

摘 要 以“细胞的基本结构”复习课为例，创设问题情境，促进学生应用基础知识解决问题，引导学生从进化、发育、代谢三个视角，思考、构建“细胞各部分结构既分工又合作，共同执行细胞的各项生命活动”的概念。在解决问题过程中，将对细胞结构的感性认识上升至理性认识，促进结构功能观的形成，提升分析、综合、创新等高阶思维能力。

关键词 高中生物学 问题情境 高阶思维

中图分类号 Ｇ633. 91 文献标志码 B

“问题”是个体想做某件事，但不能马上知道对这件事所采取的一系列行动。为学生创设问题情境，使提出的问题不能立即用学生已有知识解决，与学生知识经验产生冲突，引发学生思考，在解决问题过程中培养高阶思维。在“细胞的基本结构”一节的复习课教学中，从进化、发育、代谢三个视角创设问题情境。利用问题引导学生思考细胞中各部分结构之间的联系，构建“细胞各部分结构既分工又合作，共同执行细胞的各项生命活动”的概念，在完善知识结构的同时培养分析、综合、创新等高阶思维能力。

1 教学背景分析与设计思路

“细胞的基本结构”是人教版高中《必修1·分子与细胞》第三章的内容。本教学设计是本章的复习课。

本节主要内容是在细胞膜、细胞质、细胞核相关知识的基础上，对细胞是一个“动态的系统”加深认识，构建“细胞各部分结构既分工又合作，共同执行细胞的各项生命活动”的概念。

学生初学细胞结构的知识，很容易将看到的各种细胞显微照片当作细胞的真实状态。而显微照片中看到的结构只能反映细胞在某一时刻所处的状态或只展现了细胞中某结构的局部。通过本节课提供的学习资料，学生将细胞结构由静态变为动态，利用“局部”还原“整体”，进一步构建细胞是一个“系统”的观念。在实现上述认识的转变过程中，提高能力和素养。

基于以上分析，本节的教学思路是引导学生从进化、发育、代谢视角看细胞，思考细胞中各部分结构之间的关系（如图1）。促使学生深入理解细胞各部分的结构和功能的关系，理解“细胞各部分结构既分工又合作”的关系，促进高阶思维发展。

2 教学目标

① 结合资料和细胞的各部分结构和功能，从细胞进化、发育、代谢三个视角，阐明细胞各部分结构既分工又合作的关系

② 通过细胞进化、发育、代谢三个方面的资料分析，提高分析、综合、创新能力

③ 认同细胞是一个动态变化的系统

3 教学过程

3.1 从进化角度看真核细胞内各种结构的关系

教师提供资料1：真核细胞中其他细胞器均为单层膜，而线粒体、叶绿体是具有双层膜的细胞器。但二者的外膜与内膜在性质、成分等方面具有明显差异。外膜与真核细胞膜系统相似，内膜与原核细胞质膜相似。线粒体、叶绿体内部很多化合物的结构、性质与原核细胞类似。

问题1：依据上述资料，你对线粒体、叶绿体外膜的来源有怎样的推测？

学生根据材料进行分析，写出自己的推测，线粒体和叶绿体外膜的来源是真核细胞的膜结构；
而内膜与外膜的来源可能不同。

教师提供资料2：细胞内膜结构的可能的起源途径有三种，① 原核细胞在进化过程中质膜内陷，产生原始的核膜，形成早期的真核细胞。② 好氧细菌和蓝细菌被真核细胞内吞，最终与真核细胞共生，使得原始真核细胞获得线粒体、叶绿体两种细胞器。③ 质膜内陷形成很多胞内小泡，有些小泡进一步发育为内质网和高尔基体，进而形成多种具膜细胞器。

问题2：请根据以上细胞内的膜结构起源假说，描述真核细胞内部膜结构的来源。

学生思考回答：细胞膜内陷而形成核膜、内质网、高尔基体等细胞内部具膜的结构；
线粒体和叶绿体的外膜也来源于细胞膜，其内膜来源于原核细胞的细胞膜。

问题3：从进化角度，解释真核细胞内的膜结构为什么具有统一性？

学生思考回答：进化过程中，细胞膜与真核细胞内部膜结构的产生有紧密的关联。

问题4：你认为上述关于细胞结构起源的假说可以从哪些方面寻找证据？

学生思考回答：基因测序、各种细胞结构的分子组成对比、现存生物的结构对比等方面寻找证据。

设计意图：学生从进化角度看细胞内各种结构的来源，认识细胞中各种结构演化上的联系。促使学生感悟细胞中各种结构不是完全独立的。在演化过程中，细胞内部结构逐渐复杂，出现各种细胞器，细胞的结构有渐变的过程。教师设置问题1、2，引导学生根据已学的真核细胞膜结构的知识以及资料1、2的信息，从进化角度，构建线粒体膜、叶绿体膜以及细胞其他膜结构之间的联系。设计问题3、4，训练学生综合能力、理性思维的同时培养学生证据意识。通过四个问题，引导学生将已有知识与新信息进行综合、分析。问题1到4的设置，从封闭到开放，使学生不断提升能力，解決问题。

3.2 从细胞发育角度看细胞结构之间的联系

问题5：根据内质网的功能推断，内质网本身的膜面积扩大的主要方式是什么？

学生思考回答：参与形成膜的蛋白质和脂类，一般是内质网本身合成的，新合成的分子嵌在内质网膜的各个部分，形成、保持和扩大内质网膜。

教师提供资料3，① 利用图片展示细胞核膜、内质网、高尔基体、溶酶体、细胞膜之间的联系；
② 内质网膜上的磷脂分子通过磷脂转移蛋白转运至线粒体和叶绿体上。③ 新液泡来源有多种途径，可以由高尔基体端部膨大、断落、扩大形成、也可以由内质网出芽或端部膨大、断落形成，或由细胞膜内陷形成；
④ 核膜的崩解与再形成：细胞分裂期开始时，核膜崩解，崩解的核膜组分主要被吸收融合到内质网上；
在细胞分裂的后期，核膜开始形成时，大量的膜泡或管状内质网富集到染色质表面，然后膜泡或内质网由管状逐渐铺展成片状，同时进行融合。

问题6：请用文字和“→”表示细胞中各种膜结构的联系。

学生根据上述资料，构建细胞内膜结构的联系模型如图2所示。

问题7：结合发育过程中细胞内部膜结构的产生过程，解释真核细胞内的膜结构的统一性。

学生思考回答，在细胞发育过程中，细胞内部结构是动态变化的。如内质网可以合成脂质、蛋白质，并为其他细胞器输送必需的物质。细胞内部的结构在结构和功能上构成统一的整体。

问题8：关于细胞发育过程中细胞器的形成，有哪些可进一步研究的问题？

学生思考、提问，例如：内质网膜变为高尔基体膜的具体过程是怎样的？高尔基体和内质网膜有明显不同，如何形成的？细胞中的膜结构为什么不混合均匀，而是存在极性。

设计意图：教師设置问题5、6，结合基础知识和提供的资料，引导学生利用已知的知识（内质网的功能），解决新问题（内质网膜面积扩大的原因）。利用构建模型的方式，增强学生概括能力，加深对细胞内部结构关系的认识。接着通过问题7、8的引领，促进学生从细胞内部结构的产生角度认识细胞内部的结构的统一性，引导学生提出问题，增强创新能力。

3.3 从细胞代谢角度看细胞结构之间的联系

教师提供资料4：研究发现蚕的丝腺细胞在5龄初期主要是细胞自身增大，这时细胞质中核糖体多为游离型，而内质网很贫乏，此时蚕并不会吐丝结茧；
但到5龄后半期，腺细胞开始大量分泌丝心蛋白时，核糖体大部分与内质网结合，形成发达的粗面内质网。

资料5：研究人员用构树做为实验材料，研究盐胁迫条件下，细胞膜的脂肪酸组成的变化，结果如表1所示。

问题9：结合资料4、5，谈一谈细胞内部结构之间、细胞结构与外部环境、生理状态之间有何关联。

学生思考回答，细胞处于不同的生理状态或不同的外部环境，细胞内部结构会有所变化。细胞内部结构的改变会涉及细胞中的多种结构，如遇到逆境，细胞膜脂的改变会涉及到细胞中核糖体与内质网中磷脂合成的相关酶的含量、线粒体供能、高尔基体运输等。

设计意图：通过问题9的引领，促进学生将已学的多种细胞器的结构和功能构建关联，并综合运用已学知识进行分析，解决新情境下的问题，建立细胞是动态变化的统一整体的观念。

3.4 总结提升

师生共同总结，完善本节知识结构。在总结过程中引导学生回顾本节课，从细胞中膜的来源、不同膜结构之间的关系、细胞的动态变化等方面解释真核细胞中膜结构的内在联系，从而形成本节的重要概念——细胞各部分有分工有合作，共同执行生命活动。如图3所示。

4 教学反思

教师在学生已有的细胞结构相关知识基础上，从进化、代谢、发育三个“新”视角，带领学生分析细胞内部结构之间的联系，在分析材料的同时，促使学生应用基础知识解决问题。完善知识结构的同时，将有关细胞结构的感性认识上升至理性认识，促进结构功能观等生命观念的形成，提升分析、综合、创新等高阶思维能力。

本节课的教学每一个环节的实施以问题为引领，根据学生的作答情况给出评价，同时每一个问题的表述均明确了思考或作答的方向，如“根据内质网的功能推断，……”“请用文字和‘→表示……”，为学生的思考和作答做支撑。利用问题引领学习，可以使学生的思维过程外显，利于教师及时了解学生的学习情况，适时进行指导与评价。

课后作业有不同的类型，包括：基础性作业，如有关细胞结构研究资料的分析、 “细胞的基本结构”的知识结构图绘制；
实践性作业，如制作细胞模型、细胞结构蛋糕烘焙、细胞结构相关拓展实验等；
拓展性作业，如细胞结构的最新研究资料的阅读和分析等。通过不同类型的作业的设置，引导学生完成个性化的作业，激发学习兴趣，进一步促进高阶思维发展。

参考文献：

［1］ 陈琦，刘德儒著，当代教育心理学［M］.北京：北京师范大学出版社，1997.

［2］ 张强，黄婧，周鹏，张敏.NaCl胁迫对构树质膜脂肪酸组成和膜流动性的影响［J］.东北林业大学学报，2020，48（08）：22-26+49.

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