基于科學(xué)探究的概念教學(xué)

黃開華

摘要 在“細(xì)胞的分化”一節(jié)的教學(xué)中，從學(xué)生已有的經(jīng)驗出發(fā)，同時呈現(xiàn)大量感性材料，引發(fā)學(xué)生質(zhì)疑，引導(dǎo)學(xué)生探究，促進學(xué)生探尋概念的本質(zhì)屬性，最終通過問題解決的學(xué)習(xí)方式構(gòu)建核心概念。

關(guān)鍵詞 科學(xué)探究 概念教學(xué) 細(xì)胞分化

中圖分類號 G633.91 文獻標(biāo)志碼 B

探究被認(rèn)為是主動學(xué)習(xí)的核心，探究教學(xué)的原則是“讓學(xué)生自己得出概念，而不是把概念灌輸給學(xué)生”?！镀胀ǜ咧猩镎n程標(biāo)準(zhǔn)（實驗）》將基于重要概念的教學(xué)理念引入到中學(xué)課堂，進一步強調(diào)“提高生物科學(xué)素養(yǎng)”及“倡導(dǎo)探究性學(xué)習(xí)”的要求。學(xué)生通過自己的努力來解決問題是探究教學(xué)的目標(biāo)之一。因此，在實際教學(xué)過程中，教師應(yīng)利用建構(gòu)主義教學(xué)理論指導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)，遵循學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，充分調(diào)動學(xué)生進行實驗等探究活動，進而帶領(lǐng)學(xué)生主動進行科學(xué)概念的建構(gòu)。下面以人教版必修1“細(xì)胞的分化”為例，對基于科學(xué)探究的概念教學(xué)進行介紹。

1設(shè)計思路

“細(xì)胞的分化”是人教版必修1第六章第二節(jié)的教學(xué)內(nèi)容，課程標(biāo)準(zhǔn)的要求是“說明細(xì)胞的分化”“舉例說明細(xì)胞的全能性”“搜集有關(guān)干細(xì)胞研究進展和應(yīng)用的資料”。本節(jié)內(nèi)容既是對細(xì)胞結(jié)構(gòu)、功能、分裂等知識的拓展和延伸，又為學(xué)習(xí)遺傳、變異打下基礎(chǔ)。另外，細(xì)胞全能性及干細(xì)胞的知識又是選修課本中植物組織培養(yǎng)技術(shù)、動物體細(xì)胞核移植技術(shù)的理論基礎(chǔ)。由于本節(jié)課的概念性內(nèi)容相對較多，因此在教學(xué)中，教師一方面可通過引導(dǎo)學(xué)生以觀察和經(jīng)驗為基礎(chǔ)，主動獲取概念；另一方面可引導(dǎo)學(xué)生進行推理性探究，探尋概念的本質(zhì)；同時充分利用生物校本課程提供的證據(jù)，促使學(xué)生認(rèn)同概念的內(nèi)涵；最后，利用視頻等相關(guān)資料，帶領(lǐng)學(xué)生關(guān)注生物科學(xué)發(fā)展、關(guān)注生命健康。

2重要概念及重要觀點

本節(jié)的重要知識結(jié)構(gòu)如圖1所示。其中需要構(gòu)建的概念包括：多細(xì)胞生物不同細(xì)胞的形態(tài)、結(jié)構(gòu)和生理功能發(fā)生穩(wěn)定性差異，是細(xì)胞分化的結(jié)果；細(xì)胞的全能性體現(xiàn)在已分化的細(xì)胞仍具有發(fā)育成完整個體的潛能；植物細(xì)胞普遍能夠體現(xiàn)出全能性，動物體細(xì)胞一般只有細(xì)胞核能夠體現(xiàn)出全能性，干細(xì)胞保留了分裂分化能力。

本節(jié)課的重點：細(xì)胞分化的概念和意義；細(xì)胞全能性的概念。本節(jié)課的難點：細(xì)胞分化的原因；細(xì)胞全能性的概念。

3學(xué)情分析

在初中階段，學(xué)生已學(xué)習(xí)過有關(guān)組織、器官、系統(tǒng)的知識；對于細(xì)胞分化有感性的認(rèn)識，容易理解細(xì)胞分化對于形成各種組織、器官、系統(tǒng)的重要意義。關(guān)于分化的本質(zhì)，由于學(xué)生還沒有學(xué)習(xí)基因的表達，所以會比較抽象難懂。此外，學(xué)生對于動手實驗充滿了興趣，一部分學(xué)生參與了校本課程“過把克隆癮——植物組織培養(yǎng)技術(shù)”，并且在學(xué)習(xí)本節(jié)課之前已經(jīng)取得了一定的實驗成果。

4教學(xué)目標(biāo)

（1）知識目標(biāo)：通過分析一些事實，歸納細(xì)胞分化的概念；說明細(xì)胞分化在生物個體發(fā)育中的意義；說明細(xì)胞分化的原因；能舉例說明細(xì)胞全能性的概念。

（2）能力目標(biāo)：嘗試動手進行植物的組織培養(yǎng)；通過公共信息資源，收集干細(xì)胞研究進展與人類健康的資料。

（3）情感、態(tài)度與價值觀目標(biāo)：關(guān)注細(xì)胞分化和細(xì)胞全能性在實際中的應(yīng)用；逐步養(yǎng)成關(guān)注生物科學(xué)發(fā)展、關(guān)注生命健康等熱點問題的好習(xí)慣。

5教學(xué)過程

5.1回顧舊知，引入新課

教師提出問題：

①每個人都是由一個細(xì)胞發(fā)育而來的，這個細(xì)胞是什么？

②一個成年人細(xì)胞總數(shù)約1014個，人體如此眾多的細(xì)胞是怎樣產(chǎn)生的？

③通過有絲分裂產(chǎn)生的細(xì)胞有何特點？

④人體這么多的細(xì)胞都是一模一樣的嗎？

教師通過設(shè)置疑問，引導(dǎo)學(xué)生回顧有絲分裂相關(guān)知識：遺傳物質(zhì)先復(fù)制然后平均分配，得到兩個一模一樣的細(xì)胞。

此時，學(xué)生會產(chǎn)生認(rèn)知沖突：為什么組成人體的細(xì)胞是多種多樣的？這樣的問題串會使學(xué)生迅速進入思考狀態(tài)。

5.2問題引領(lǐng)。探尋細(xì)胞分化的概念及意義

教師展示同一個體的各種細(xì)胞圖片，提出疑問：

①這些細(xì)胞都來源于同一個受精卵，現(xiàn)在形態(tài)結(jié)構(gòu)一樣嗎？

②你認(rèn)識這些細(xì)胞嗎？它們分別具有什么功能？

接著，教師展示同一綠色植物的各種細(xì)胞圖片，提出同樣的問題。在學(xué)生給出相關(guān)答案后，教師給出本節(jié)的重要概念：細(xì)胞分化。教師進一步提出疑問：

①能嘗試給細(xì)胞分化下一個定義嗎？

②如果細(xì)胞已經(jīng)分化成了皮膚細(xì)胞，還能返回到原先的狀態(tài)嗎？在生物體里面，皮膚細(xì)胞還能轉(zhuǎn)變?yōu)榧∪饧?xì)胞嗎？

③如何完善細(xì)胞分化的概念？

④細(xì)胞分化在胚胎期達到最大程度，現(xiàn)在你們體內(nèi)還有沒有細(xì)胞分化？

教師利用形象的展示圖片，引導(dǎo)學(xué)生回顧已有知識，接著一步一步地質(zhì)疑，引導(dǎo)學(xué)生主動說出細(xì)胞分化的概念，并且能夠說出細(xì)胞分化是一種持久性的變化，是生物界中普遍存在的生命現(xiàn)象。

在學(xué)生主動獲取細(xì)胞分化的概念后，教師進一步提出質(zhì)疑：

①在人生長發(fā)育過程中，如果只有細(xì)胞增殖而沒有細(xì)胞分化，會出現(xiàn)什么現(xiàn)象？會形成具有特定形態(tài)、結(jié)構(gòu)和功能的組織和器官嗎？生物體會正常發(fā)育嗎？

②細(xì)胞分化對多細(xì)胞生物體有何意義？以此引導(dǎo)學(xué)生主動描述細(xì)胞分化的意義。

5.3尋找證據(jù)，探究細(xì)胞分化的原因

教師陳述有絲分裂與細(xì)胞分化的事實，引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建如圖2所示的邏輯事件圖。

教師提出疑問：

①細(xì)胞分化之后不同的組織細(xì)胞之間有差異，這個差異主要體現(xiàn)在哪種分子上？

②蛋白質(zhì)為什么有差異？是不是因為起決定作用的遺傳物質(zhì)發(fā)生了改變？

教師引導(dǎo)學(xué)生對細(xì)胞分化的原因作出假設(shè)。教師小結(jié)：假設(shè)一是細(xì)胞分化是由于遺傳物質(zhì)發(fā)生了改變；假設(shè)二是細(xì)胞分化過程中遺傳物質(zhì)并沒有改變，僅是由于蛋白質(zhì)出現(xiàn)差異。然后用圖3直觀地表示兩種假設(shè)，并組織學(xué)生分小組討論尋找證據(jù)，探究細(xì)胞分化的實質(zhì)。

教師給予學(xué)生充分的討論時間，然后邀請小組代表闡述實驗思路。教師進行小結(jié)，并展示相關(guān)證據(jù)。證據(jù)一：克隆羊“多莉”成功培育的事實。該實例說明：即便是高度分化的哺乳動物體細(xì)胞也含有完整的遺傳物質(zhì)。這一證據(jù)否定了假設(shè)一。證據(jù)二：科學(xué)家用一些先進的技術(shù)對同一人體內(nèi)兩種體細(xì)胞中含有的基因和蛋白質(zhì)情況進行了檢測，結(jié)果見表1。該實驗結(jié)果說明：同一個體不同的組織細(xì)胞中遺傳信息相同，蛋白質(zhì)不同。教師進一步質(zhì)疑：為什么遺傳信息相同，蛋白質(zhì)卻不同？結(jié)合圖3B，教師引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)：同一個體的不同的組織細(xì)胞中基因開啟情況不同，因而合成了不同的蛋白質(zhì)。

通過組織學(xué)生對細(xì)胞分化的實質(zhì)進行探究，尋找證據(jù)，一方面能夠開拓學(xué)生思維。另一方面根據(jù)實驗證據(jù)，能幫助學(xué)生主動構(gòu)建概念。

5.4展示證據(jù)，理解細(xì)胞全能性的概念

教師提出問題：體細(xì)胞與受精卵含有相同的遺傳物質(zhì)，是否也能發(fā)育為新個體？

依據(jù)學(xué)生回答，教師總結(jié)細(xì)胞分化的特點具有穩(wěn)定性：不可逆。

教師進一步提出問題：細(xì)胞離體，能否實現(xiàn)該設(shè)想？

校本課程代表講解植物組織培養(yǎng)技術(shù)的實驗流程，并展示相關(guān)圖片，向全班同學(xué)呈現(xiàn)實驗成果的相關(guān)實物：脫分化形成的愈傷組織、再分化形成的試管苗。

學(xué)生分小組觀察愈傷組織和試管苗。

教師指出：通過實驗得到了這樣的結(jié)論——已經(jīng)分化的植物細(xì)胞具有發(fā)育成完整植物的能力，并把這個能力叫做細(xì)胞的全能性。然后，教師介紹植物組織培養(yǎng)技術(shù)的應(yīng)用。最后反問學(xué)生：是否想嘗試動手進行植物的組織培養(yǎng)？以此調(diào)動學(xué)生積極參與的熱情。

教師提出問題，引導(dǎo)學(xué)生思考克隆羊“多莉”的實例能否說明動物體細(xì)胞具有全能性。教師介紹動物體細(xì)胞核移植技術(shù)，以此說明動物體細(xì)胞核的全能性。

關(guān)于“細(xì)胞全能性”相關(guān)概念的獲取，由校本課程小組學(xué)生代表發(fā)言并且提供實證，這樣的處理方式更能讓學(xué)生信服，同時能夠激發(fā)學(xué)生嘗試動手進行植物組織培養(yǎng)的積極性。最后，教師補充介紹相關(guān)科學(xué)前沿信息，能夠促使學(xué)生關(guān)注細(xì)胞分化和細(xì)胞全能性在實際中的應(yīng)用；并能夠幫助學(xué)生逐步養(yǎng)成關(guān)注生物科學(xué)發(fā)展、關(guān)注生活等熱點問題的好習(xí)慣。

5.5聯(lián)系社會，關(guān)注干細(xì)胞

教師設(shè)疑：

①在人和動物體內(nèi)還有沒有能繼續(xù)分裂和分化的細(xì)胞？

②造血干細(xì)胞還能再分化成哪些細(xì)胞？教師講解干細(xì)胞，造血干細(xì)胞等相關(guān)知識，并陳述白血病患者血液中的異常情況。

③白血病如何治療呢？目前我們國家在骨髓移植這一方面的現(xiàn)狀怎樣呢？教師播放相關(guān)視頻資料。根據(jù)資料教師引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識到器官移植等醫(yī)療技術(shù)面臨的實際問題，同時對學(xué)生進行情感升華。

6教學(xué)反思

（1）教師根據(jù)學(xué)生已學(xué)知識構(gòu)建邏輯事件圖，引發(fā)學(xué)生的認(rèn)知沖突，激發(fā)學(xué)生的探究欲望，引導(dǎo)學(xué)生作出假設(shè)，并根據(jù)假設(shè)尋求實驗證據(jù)。這樣的探究活動能開拓學(xué)生思維，輔助學(xué)生主動建構(gòu)概念。

（2）通過參與校本課程的學(xué)生的講述以及呈現(xiàn)出的實驗成果，充分調(diào)動了學(xué)生的興趣，有利于提高學(xué)生積極參與科學(xué)實驗的熱情。

（3）注重與現(xiàn)實生活的聯(lián)系。教師對干細(xì)胞和器官移植等相關(guān)知識的介紹有助于學(xué)生養(yǎng)成積極關(guān)注生物科學(xué)發(fā)展、關(guān)注生命健康等熱點問題的好習(xí)慣。

（4）教師所做的除了引導(dǎo)學(xué)生通過科學(xué)探究活動獲得相關(guān)概念外，更重要的是側(cè)重于學(xué)生學(xué)科素養(yǎng)的提升，包括分析資料得出結(jié)論、設(shè)計實驗、語言表達、合作學(xué)習(xí)等能力，進而培養(yǎng)學(xué)生終生學(xué)習(xí)的能力。