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立足5E模式培育生命观念的“免疫调节”教学

姜文浩

[摘要] 生命观念是生物学科不同于科学教育中其他学科核心素养的重要特色,是学生认识生命世界、解释生命现象的重要抓手与最终归宿。以高中生物“免疫调节”一节为例,巧用5E教学模式灵活组合教学实施环节,使学生在掌握生物学基本概念和专业知识的同时,培养生命观念。

[关键词] 生命观念;科学史;情境教学;学段衔接;问题链

生物学学科核心素养包括了生命观念、科学探究、科学思维和社会责任。该内容与物理、化学等科学课程的学科核心素养相比,独特之处就在于生命观念。生命观念是学生在理解生物学概念性知识的基础上,形成有关生命特征与现象的核心观念,如“结构与功能观”“进化与适应观”“稳态与平衡观”等。一线教学中往往让学生亲历教学的实践过程,方能更好地习得生物学知识,形成良好的生命观念、严谨的科学态度,以及必备的学习能力。近年来,5E教学模式合理有效地满足了以上所述一线教学的应然要求。[1]其实施步骤分为引入(Engagement)、探究(Exploration)、解释(Explanation)、精致(Elaboration)、评价(Evaluation)。合理运用5E教学模式完成课堂教学,可以使学生在自主学习、合作探究等学习认知过程中潜移默化地树立生命观念,建立生物学科的认知构架,并最终形成珍爱生命、保护自然的科学意识。研究者以北师大版教材中的“免疫调节”实践教学为例,论述了运用5E教学模式逐步培育学生生命观念的具体策略。

一、新课引入,激疑诱趣

教学过程:利用人体皮肤出现伤口感染变化过程作为情境背景,让学生探讨感染的原因。在明确了感染是病原微生物入侵的现象之后,接着让学生带着“病原微生物的入侵是否会影响内环境稳态”“神经调节和激素调节可以对其做出反应吗”这两个问题进行以下的教学活动。先用一段伤口感染化脓并痊愈的科普小视频,让学生了解脓液中含有大量的白细胞等免疫细胞,伤口化脓是白细胞中的吞噬细胞到达组织间隙吞噬病菌进行免疫调节的结果。由此得出上述两个问题的答案,明确机体依靠免疫系统及其调节功能来抵御病原微生物并维持稳态的重要概念,并引出新课的学习内容——免疫调节。

[设计意图]本环节教学过程从生活中常见的现象出发,引导学生将所学生物学知识联系到实际生活中。问题链的设置让学生了解病原微生物侵入机体会影响内环境稳态的生理现象,从而引入免疫调节并凸显其对维持机体稳态的重要作用。此外,该教学过程将之前学习的激素调节和神经调节内容与免疫调节联系起来,形成新旧概念交叉和部分认知冲突,从更深层次上揭示了生命活动的整体性,对于引导学生认识生命活动的多样性和整体性具有重要意义,渗透并培育学生“稳态与平衡观”的生命观念。

二、探究解释,导疑深入

本节知识点繁多、衔接紧密,为使渗透生命观念的核心素养便于学生内化吸收,现将5E教学模式中的“探究”和“解释”环节进行组合重复,分别用在“免疫系统的组成”“免疫系统三道防线”“特异性免疫的两大途径和过程”三个知识板块,引导学生逐步探究学习。

1.科学史分析——了解组成

探究一:向学生展示教材中的实验内容材料,要求学生在认真分析推理实验过程的同时思考如下的几个问题:(1)为什么杀死了白细胞中的淋巴细胞和其他细胞,小鼠便失去了免疫能力?(2)注射来自胸腺的淋巴细胞后为什么免疫功能得到一定恢复,这说明此类细胞具有什么功能?(3)抗体是由什么细胞产生的?

(4)为什么同时注射两种淋巴细胞小鼠才能恢复全部免疫功能?根据材料中获得的信息和自我思考,初步构建出免疫系统的组成。

解释一:学生基于对上述材料的分析讨论,通过教师的讲解和补充,结合教材中的图示完成对免疫系统组成的学习,即免疫系统包括免疫器官(免疫细胞生成及分布的场所)、免疫细胞(吞噬细胞和淋巴细胞)、免疫活性物质(抗体),从而为了解免疫系统各组成成分的功能,推测免疫系统可能存在的不同免疫调节途径做了铺垫。

[设计意图]此环节让学生从真实的科学史情境中体验科学探究的过程,在对生命现象、实验结果的分析上培养和发展学生的思维品质。[2]让学生了解到生命现象的发生必有其内在规律,不同的生命结构对应了不同类型的生物学功能,以树立“结构与功能观”的生命观念,并且在培养学生探究思维的基础上对学生进行科学精神和科学态度的教育,使学生树立踏实严谨、坚持不懈的科学价值观。

2.初高中衔接——明确特点

探究二:要求学生结合自己的生活常识和生物学知识思考或讨论回答以下问题:免疫系統的主要功能是什么?回顾初中学过的免疫系统的“三道防线”分别是什么?各有什么特点与作用?这三道防线就一定能够保证我们抵御一切病原体的侵害吗,有没有什么情况会破坏人体的三道防线呢?

解释二:学生经过回忆和讨论,教师对学生们的回答进行补充和整合,带领学生共同完成三道防线及其特点的知识结构图。此时学生对最后一个问题仍然可能产生不同的想法和疑问,教师便可利用学生强烈的好奇心顺势引入艾滋病的话题,并播放一段科普小视频给学生解释什么是艾滋病,艾滋病病毒究竟是怎么突破人类的三道防线的,艾滋病究竟该怎么防治。通过该过程,告诉学生人类为抵御病原微生物可以进化出三道防线,同样也有病原微生物可以进化出攻击免疫系统的方式进行宿主寄生并繁殖。

[设计意图]让学生回顾初中学过的生物学概念,使其在温故而知新地完成初高中知识联动的同时,理解生物学功能的形成是长期以来的自然选择、物种进化结果,以培育学生“进化与适应观”的生命观念。除此之外,在该环节中通过了解艾滋病的相关常识,引起学生对这一全球性疾病的关注,认识到自尊自爱的重要性,培养学生的人道主义情怀和社会责任感。

3.情境化教学——理解过程

探究三:紧承艾滋病的话题,让学生结合课本中的“资料分析”引导他们深入讨论以下问题:T细胞的多少和HIV浓度之间有什么关系?HIV浓度升高、人体免疫能力丧失和艾滋病患者的直接死因有什么关系?T细胞在人体内可能发挥什么功能?经过讨论与解释,教师带着学生回顾学校组织注射疫苗的事件,让学生结合课本了解到为什么注射了疫苗以后人体对疾病获得终身的免疫能力,疫苗属于免疫过程中的什么物质。

解释三:在艾滋病与注射疫苗的两次探讨交流、学习分析过程中,教师不断对学生的回答进行解释和补充,并带领学生结合教材上的内容学习“细胞免疫”的过程。教师整合学生对特异性免疫学习过程中存在的重、难点集中进行深入讲解,带领学生一起梳理两大途径作用的具体过程,最终共同整理完成了免疫过程示意图。具体如图1所示。

[设计意图]此环节最终帮助学生建构出一张免疫调节的知识结构网络,让学生更加明白免疫调节是一个复杂且精密的响应机制,是维持机体稳态的重要机制。学生深入理解生命活动的整体性和多样性,潜移默化中渗透了“稳态与平衡观”的生命观念。此过程中,学生认识到T细胞、B细胞来自不同的器官和结构,经过了不同的分化,最终导致其功能的不同并形成两种不同的免疫调节方式。这就帮助学生内化、吸收“结构与功能观”的生命观念。

三、精致体系,迁移拓展

教学过程:5E教学中的精致是要求学生能够运用已学的知识解决处理新的问题,从而完善知识体系。[3]接着上文的情境教师提出问题:艾滋病是由于人体免疫功能下降造成的疾病,那免疫功能是不是越强大越好呢?学生通过阅读教材,结合生活中的花粉过敏、电视剧中器官移植时发生排斥反应,对过敏反应和自身免疫病做出自由的理解阐述。引起过敏反应的抗原物质为变应原,教师可以给出以该物质为起点的反应示意图,具体如图2所示。

[设计意图]不论是从知识完整性的角度,还是从加强知识在生产生活上的理解应用来看,过敏反应都是对加深学生对免疫调节全过程理解、扩展知识面,以及激发学生学习兴趣的最好教学材料。教师带领学生在平时接触到的实例中,分析并发现免疫功能异常可能引发相关的疾病,最终让学生深入理解生命活动有其内在规律,建构“稳态与平衡”的生命观念,即部分调节功能强或弱并不都是有益的,其应当让生物体处于一个稳态的环境中。

四、评价多维,关联运用

教学过程:多个维度的评价可以让教师清楚学生对知识的掌握程度,并使学生再次深入理解所学的知识。实际教学中要求学生充分掌握特异性免疫途径的过程,可以让学生从发挥效应的细胞、作用对象、效应方式和相互间的联系四大方面,分析比较细胞免疫与体液免疫的异同。此外,教学中应让学生用所学的有关免疫调节的知识,讨论回答一些现实问题。如在器官移植手术中为什么要求先进行配型,同型的器官才可以进行移植?如果移植中产生了排斥反应,所使用到的免疫抑制剂功能应当是什么?

[设计意图]教学过程中联通看似零散的各个知识点之间的联系,在检测学生知识内化程度的同时,帮助学生构建整体知识网络构架,便于更深刻清晰地掌握知识。与此同时,教学中提到的器官移植问题以及免疫抑制剂的作用,都是在引导学生用生命观念认识生命世界、解释生命科学,使学生了解免疫学的发展现状和广泛应用,意识到科技进步对人类健康和发展的重要性。

经过上文的课例论述不难发现,5E教学不仅仅可以用于培育科学学科中共性的核心素养,如科学思维、科学探究与社会责任,其对于生物学科特性的核心素养生命观念的培育也具有一定的实践意义。生命观念的获取是学生在学习、生活和未来发展中更加科学理性地看待世界的重要保障。学生可以利用其认知并解释生物学现象,解决生活中的科学问题,并最终将其融入自身人格品质发展中去。因此,教师在生物教学过程中,应在注重概念传授的同时,结合5E等各种教学模式逐步培育学生的生命观念。

[本文系重庆师范大学研究生课程改革试点项目“中学生物教学法应用案例库建设研究”(项目编号:xyjg16007)研究成果]

[参考文献]

[1]张杏娟,刘恩山.5E教学模式在发展學生能力和课程建设中的价值及作用[J].生物学通报,2015,50(2):21-23.

[2]丁奕然,宋巧玲.“提高生物科学素养”的教学落实策略[J].中学生物教学,2016(7):20-22.

[3]吴成军,张敏.美国生物学“5E”教学模式的内涵、实例及其本质特征[J].课程·教材·教法,2010(6):108-112.

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