1. 引言
《普通高中生物学课程标准(2017年版2020年修订)》将“提升学生终身发展所需的生物学学科核心素养”作为生物学课程的根本任务,并强调教学内容要“以主题为引领,使课程内容情境化,促进学科核心素养的落实”[1]。由此可见,“情境”在核心素养的培育中具有重要地位,是联结知识学习与素养发展的关键载体。然而,在具体的教学实践中,教师多把“情境”当作导入知识或提高学生兴趣的工具,经常出现“一知识一情境”、“一课多情境”的现象,情境设计零散、彼此缺乏联系,呈现出碎片化、表层化的特点,不利于知识体系的建构与迁移运用,难以促进学科核心素养的发展与提升[2]。这一问题在生物学学科中尤为突出:生物学核心概念通常以“结构与功能”“稳态与调节”“进化与适应”等核心观念为统领,内容跨越分子、细胞、个体到种群等多个层面,并以机制过程的理解与解释为重点。若教学仅停留在多个零散情境中对知识点逐一讲解,学生容易将复杂机制简化为“概念清单”或“步骤背诵”,从而忽视概念之间的因果关联与功能联系,最终导致概念堆砌、知识碎片化,并削弱其知识迁移运用能力。
基于上述困境,“境脉”可视为对“情境”的升华,相较于孤立的、静态的情境,境脉更强调动态性和连续性,是围绕同一主题持续展开、不断发展的整体情境[3]。“境脉”通过将“情境”与“脉络”有机融合,强调情境的内在联系、知识的系统建构、学习任务的连贯推进以及问题链条的逻辑结构[4]。在境脉教学中,教师以特定主题为核心创设整体性主题情境,并据此设计一系列内在逻辑严密、前后衔接紧密的子情境,围绕各子情境提出层层递进的任务与问题,通过问题解决与任务探究有序推动教学进程,使教学过程不再是零散情境的简单堆砌,而是沿着“情境链–任务链–知识链”有序展开(如图1)。由此,
Figure 1. Contextual teaching flowchart
图1. 境脉教学流程图
“脉络”成为组织教学的逻辑骨架,其中“情境链”提供真实情境与问题,“任务链”承载学生思维进阶路径,“知识链”则按一定的逻辑关系组织关键概念并在不同环节持续回扣。在这种“脉络化”的教学过程中,学生在连续递进、联系紧密的任务情境中开展探究,需要在每一步问题解决中调用前一环节结论并形成新的推论,从而在问题解决过程中将分散知识点整合重构为可解释、可迁移的知识体系,降低知识碎片化风险,强化学生的知识整合与迁移应用能力,进而实现学科核心素养的螺旋式发展与提升。
本文以人教版高中生物学教材选择性必修1《稳态与调节》第4章第2节“特异性免疫”的教学为例进行具体的实践探讨。
2. 教学内容分析与学情分析
2.1. 教学内容分析
“特异性免疫”是人教版高中生物学教材选择性必修1《稳态与调节》第4章第2节的内容,是在学生理解了机体免疫系统的整体构成、基本功能以及三大免疫防线的基础上,进一步认识特异性免疫机制的关键环节。本节主要围绕机体对病原体的特异性免疫机制展开,涉及免疫识别、体液免疫、细胞免疫以及二次免疫等内容,揭示机体如何通过特异性免疫维持内环境稳态与机体健康,并为后续学习“免疫失调”和“免疫学的应用”奠定了认知基础。
本节的教学重点在于把握体液免疫与细胞免疫的反应过程及二者的分工与协作;教学难点在于帮助学生构建特异性免疫的整体过程模型,理解初次免疫与二次免疫的关系,并将这些抽象机制与生活中病原体感染的真实情境相联系。
依据课程标准,本节需要掌握的重要概念是“阐明特异性免疫是通过体液免疫和细胞免疫两种方式,针对特定病原体发生的免疫应答”,学业要求为能够“结合日常生活中的情境,分析说明人体通过免疫系统的调节作用对内、外环境的变化作出反应,以维持内环境稳态”[1],指向生命观念、科学思维等学科核心素养的综合发展。
2.2. 学情分析
本节课面向高二年级学生。在前一节的学习中,学生已经了解了免疫系统的基本组成、功能及三道防线等内容,对相关概念具有一定的认知基础;同时,在公共卫生事件中积累了生活经验,对免疫相关问题具有较高的关注度,具备将课堂知识与生活真实情境相联系的情感和经验基础。然而,特异性免疫涉及多类免疫细胞和分阶段反应等抽象过程,学生学习容易停留在零散记忆层面,理解不够深入,难以自发整合建构完整的知识体系。在学习能力方面,学生普遍具备一定的阅读理解和逻辑推理能力,并对任务探究、小组合作等活动有较高的兴趣,但在资料解读、模型建构、实验设计、解决实际问题等方面仍显薄弱。基于上述特点,本节教学在设计时重点考虑从学生已有经验与知识出发,借助科研资料、实验设计与模型建构等多种任务,引导学生在境脉化的学习过程中突破抽象难点,构建特异性免疫的整体机制,并在此过程中提升学科核心素养。
3. 教学设计思路
本节教学设计立足于境脉教学理念,以“校园流感事件”为整体性主题情境,确立“免疫系统如何识别并清除流感病毒”这一主线任务。在此基础上,将主题情景沿“免疫识别–体液免疫–细胞免疫–二次免疫”的知识链分解为四个前后衔接紧密的子情境,并在每一子情境下依次聚焦“免疫系统如何区分自己和异己”、“病毒在体液中如何被清除”、“病毒进入细胞后如何被清除”、“为何再次感染症状减轻”四个层层递进的问题,配套实验设计、资料解读、曲线分析和模型建构等学习任务,引导学生在连续的问题解决与任务探究中逐步理解特异性免疫的反应机制。最后引导学生对四个子情境中形成的关键知识加以梳理与整合,构建“特异性免疫”知识网络,并回归校园流感的原始情境,解决主线任务,实现知识的迁移与应用(如图2)。由此,教学过程真正实现情境链、任务链、知识链的贯通,在促进学生系统理解特异性免疫机制的同时,有效推动学科核心素养的发展与提升。
Figure 2. Teaching design ideas for “Specific Immunity” based on contextual learning
图2. 基于境脉教学的“特异性免疫”教学设计思路
4. 教学目标
(1) 通过分析相关实验、科学史实以及模型图,学生能够理解免疫系统区分“自己”与“非己”的基本原理,发展基于证据与逻辑进行分析与推理的科学思维。
(2) 通过分析科学史资料、设计探究实验、建构模型与探究问题进阶,学生能够阐明体液免疫的主要参与细胞及其作用,概述体液免疫的具体机制,发展科学思维与科学探究能力,提升实验设计与模型建构能力。
(3) 通过模型建构阐明细胞免疫的具体机制,并在与体液免疫的对比中理解二者的分工与协作,概述特异性免疫的完整机制,提升模型建构、对比分析、归纳总结的科学思维,形成结构与功能观、稳态与平衡观等生命观念。
(4) 通过曲线分析和实验验证,理解记忆细胞在免疫防御中的重要作用,阐明初次免疫与二次免疫的差异,强化数据分析、实验探究与科学推理能力。
5. 教学过程
5.1. 情境引入与任务启境——以真实问题激发学习动机
教师展示校园防疫通报:冬季校园中出现流感病毒传播现象,许多学生出现发热、咳嗽、乏力等症状,但不同学生感染程度不同。医生指出,这可能与个体的免疫系统反应强弱有关。由此引出核心问题:“为什么同样接触病毒,有的人易感染,而有的人不易感染?我们的免疫系统是如何识别并清除病毒的?”从而引出本节课题——《特异性免疫》。
设计意图:以“校园流感事件”的真实情境为切入点,将学生生活经历与免疫学知识紧密结合。一方面,情境贴近生活、问题富有现实意义,能激发学生的学习兴趣与探究动机;另一方面,学生从真实情境出发探究“免疫系统如何识别并清除病毒”,既有助于培养学生分析与解决实际问题的科学思维,又能引导学生关注公共卫生与社会责任,体现生命教育与社会价值的融合。
5.2. 情境递进与任务探究——以链式推进实现知识建构
5.2.1. 免疫识别
子情景1:当流感病毒入侵人体后,免疫系统如何识别自身正常细胞和流感病毒?
教师展示“小鼠皮肤移植实验”和“科学史上组织相容性复合体的发现”的资料,设计任务引导学生总结得出:小鼠能够区分自体与异体皮肤,其细胞表面的组织相容性复合体可视为机体的“身份标签”。在此基础上,教师展示“自身细胞–免疫细胞–病原体”模型示意图,组织学生小组讨论完成探究任务:
① 根据组织相容性复合体的“身份标签”作用,在图中标注“自我标记”、“非我标记”以及“免疫细胞受体”;
② 结合图示,总结免疫系统识别“自己”和“异己”的具体分子机制。
设计意图:通过分析实验资料与科学史实、解读免疫识别的模型示意图,学生在任务探究中理解免疫识别的分子基础,既培养了学生的科学推理与证据分析能力,又发展了其从宏观现象观察到分子机制推理的认知迁移能力,还为后续特异性免疫反应的学习奠定了认知基础。
5.2.2. 体液免疫
子情境2:在流感感染早期,流感病毒突破前两道防线但仍停留在细胞外的体液中时,免疫系统依靠什么机制发挥作用?
教师展示“科学史中抗体的发现与研究历程”资料,设计问题引导学生总结得出“抗体是体液免疫中抵御病毒的重要产物,其化学本质为蛋白质”。教师进一步提出问题,“抗体的产生与哪些免疫细胞有关?”,并布置实验设计任务:
① 根据所给实验材料,小组合作设计实验,探究抗体的产生与免疫细胞类型的关系,设计实验方案,书写实验报告(表1);
② 分析实验结果,归纳得出实验结论,说明抗体产生的细胞来源。
Table 1. Experiment report on “Cellular Origin of Antibody Production”
表1. “抗体产生的细胞来源”实验报告
实验名称 |
实验材料 |
实验操作步骤 |
实验结果与结论 |
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经X射线照射的小鼠(无淋巴细胞)、某种抗原、同源胸腺细胞(含有T细胞)、同源骨髓细胞(含有B细胞)、生理盐水、注射器、抗体检测材料等 |
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随后,教师引导学生结合课本图文资料,以小组为单位利用提供的模型材料,用文字与箭头构建完整、简洁、科学的体液免疫过程模型。各小组展示并讲解模型,其他学生进行点评,教师适时引导完善模型。最后,基于该模型,学生探讨学案中的问题串,深入理解体液免疫的反应过程与作用机制。
设计意图:“科学史实–实验探究–模型建构”的学习路径,学生逐步把握抗体产生所依赖的细胞基础,理清体液免疫的整体过程,并在此基础上借助“问题进阶”进一步深化对体液免疫作用机制的理解。实验设计任务有利于培养学生设计实验、分析数据的科学思维与科学探究能力;模型建构活动促进学生将抽象机制可视化,强化建模思维,形成系统化的知识结构。同时,通过小组合作与交流展示,培养学生的合作学习与语言表达能力。
5.2.3. 细胞免疫
子情境3:在感染中后期,大量流感病毒已进入宿主细胞内进行复制。当病毒隐藏于细胞内部时,抗体是否仍能直接发挥作用?免疫系统又将依靠什么机制发挥作用呢?
通过子情景3引出细胞免疫,教师给出细胞免疫的概念,并引导学生理解“细胞免疫的针对对象不只有被病原体侵染的靶细胞,还有衰老细胞、受损细胞、癌细胞以及异体器官移植的细胞”,从而拓展学生对“细胞免疫的作用对象以及作用情境”的认识边界。
在厘清概念的基础上,教师引导学生结合课本图文资料与所给模型材料,以小组为单位用文字与箭头构建完整、简洁、科学的细胞免疫过程模型。各组完成后进行模型展示与讲解,学生之间进行互评,教师根据学生共性问题进行针对性点拨与规范化总结,突出关键环节,完善模型建构。随后,学生围绕学案的问题串展开探讨,深入理解细胞免疫的反应过程与作用机制。
最后,教师布置综合任务:对比体液免疫与细胞免疫,完成学案上表格的填写(表2),并在此基础上构建两条路径的总模型,总结二者的差异与协同关系。
Table 2. The relationship between humoral immunity and cellular immunity
表2. 体液免疫与细胞免疫的关系
项目 |
体液免疫 |
细胞免疫 |
参与细胞 |
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作用对象 |
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作用方式 |
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联系 |
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设计意图:本环节以“病毒进入细胞–抗体作用受限–转向细胞免疫”的问题链实现自然衔接,以“对象拓展–模型建构–问题进阶–对照比较–整合总模”的任务链,帮助学生系统掌握特异性免疫的完整机制。可视化模型建构让学生直观理解细胞免疫的具体过程;体液免疫与细胞免疫的对照分析,使学生认识到二者在功能上的分工与协作;“展示–互评–点拨–重构”的学习过程,有利于培养学生的逻辑推理、表达交流与系统整合能力,并强化从知识理解到迁移应用的能力,为后续深入探究奠定坚实基础。
5.2.4. 二次免疫
子情景4:查阅校园防疫通报发现,去年冬天也发生过类似的流感病毒爆发事件,许多学生出现高烧不退、全身酸痛等症状,而部分去年得过流感的学生这次症状明显减轻、恢复更快。为什么部分学生第二次感染时症状减轻、恢复更快呢?这与体内的“记忆细胞”和“抗体水平”有何关系?
教师展示“记忆细胞档案资料”,帮助学生理解记忆细胞在二次免疫反应中的关键作用。随后展示一张未标注的“抗体浓度随时间变化的双曲线图”,提出探究任务:
① 请给两条曲线命名,判断哪条代表初次免疫、哪条代表二次免疫;
② 从起始时间、峰值高低、持续时间三个维度比较两条曲线的差异;
③ 结合“校园两年流感”的真实案例,解释为什么部分同学第二年感染症状减轻、恢复更快;
④ 举例说明二次免疫在生活中的应用实例。
在上述探究的基础上,教师引导学生进一步思考:如何通过动物实验验证二次免疫的特点?学生以小组为单位设计对照实验方案(以小鼠为模型),探讨实验假设、实验组与对照组的设置方法、检测指标以及预期结果,并在讨论后进行方案展示与交流,评选最优设计思路。
设计意图:本环节通过校园流感复发的真实情境,引导学生探究二次免疫的作用机制,激发学习兴趣;通过对抗体浓度变化曲线进行探究,帮助学生直观理解初次免疫与二次免疫的差异,掌握二次免疫的特点及在生活生产中的应用,培养学生的数据分析、逻辑推理与迁移应用能力;以小鼠实验设计任务为载体,学生经历“提出假设–设计方案–预测结果–归纳结论”的科学探究过程,强化实验探究与科学推理能力。整个教学过程以“真实情境–曲线分析–实验验证”为主线,帮助学生在递进式探究中构建系统化的二次免疫框架,深化对特异性免疫规律的理解,促进科学思维与探究能力的综合提升。
5.3. 整合建构与知识出境——以迁移应用促进素养提升
教师带领学生回顾前4个子情境,引导学生以小组为单位梳理课堂境脉,整合“免疫识别–体液免疫–细胞免疫–二次免疫”的知识线索,构建“特异性免疫”知识网络图,形成系统化的知识框架。在此基础上,教师再次呈现校园流感的真实案例,引导学生思考:“我们的免疫系统如何实现从识别到清除再到记忆的全过程?”促使学生运用所学知识进行分析与解释,完成知识的迁移与应用。
设计意图:本环节以境脉梳理为切入点,引导学生整合重构“特异性免疫”知识网络,强化知识之间的逻辑关联与知识体系的完整性;通过再现主题情境,学生能够将抽象的免疫过程与生活实际现象相联系,在分析与解释中实现知识的迁移应用,提升了综合运用知识解决实际问题的能力。
6. 总结与反思
本教学案例以“校园流感事件”为主题情景,以境脉视角整合“特异性免疫”一节的主要内容,尝试在连续的情境中实现知识建构、思维训练和素养培育的统一。
从实施效果看,一是有助于避免知识碎片化。通过“病毒从进入体内被识别到被清除”的情境脉络,将“免疫识别”、“体液免疫”、“细胞免疫”、“二次免疫”等知识点串联起来,并围绕各子情境设计递进的任务序列,使学生在情境的有序推动与问题解决过程中形成特异性免疫的知识框架。二是有利于促进学生主动探究。以科学史阅读、科研数据解读、模型建构和实验探究等任务为抓手,学生不再被动接受结论,而是在自主探究中主动习得知识。三是有利于落实学科核心素养。通过境脉教学的开展,学生能够围绕特定脉络形成稳定的知识网络,并在新的情境中实现知识的迁移应用,在生命观念、科学思维、科学探究和社会责任等方面均得到一定的提升。
同时,本案例也存在待改进之处。例如,课堂时间有限,探究任务需要根据各班实际情况进行删减或整合,以避免课堂节奏过于紧凑;不同层次学生在参与探究任务时存在差异,有待在今后的教学实践中设计更具弹性的分层任务。
总体而言,以“校园流感事件”为主题情景的境脉教学设计,为“特异性免疫”这一抽象内容提供了一个贴近生活、结构清晰、探究丰富的实施范式,对推动高中生物学课程“由知识传授走向素养发展”具有一定的实践价值。
NOTES
*通讯作者。