基于科研情境主線促進(jìn)素養(yǎng)提升的教學(xué)設(shè)計(jì)

摘要：本文以秀麗隱桿線蟲研究為科研背景創(chuàng)設(shè)情境主線，復(fù)習(xí)細(xì)胞的生命歷程，構(gòu)建單元境脈體系，引導(dǎo)學(xué)生自主梳理以遺傳信息表達(dá)為基礎(chǔ)的神奇生命歷程，從而深化概念理解，提升生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：科研情境；生命歷程；素養(yǎng)提升

文章編號：1003-7586（2024）04-0038-03 中圖分類號：G633.91 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

1 內(nèi)容分析及設(shè)計(jì)思路

復(fù)習(xí)課主要強(qiáng)調(diào)知識梳理與問題解決能力的提升，“細(xì)胞的分化”“細(xì)胞的衰老和死亡”是人教版普通高中教科書《生物學(xué)·必修1·分子與細(xì)胞》第6章第2、3節(jié)的內(nèi)容，在新課教學(xué)時(shí)學(xué)生對生命歷程的各環(huán)節(jié)的概念、過程、意義等必備知識進(jìn)行了學(xué)習(xí)，而本節(jié)課的復(fù)習(xí)，教師將利用模式生物秀麗隱桿線蟲相關(guān)科研成果建立起知識之間的聯(lián)系，以“情境+問題串+活動+評價(jià)”為教學(xué)主線，通過問題串引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建知識網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)一步促進(jìn)學(xué)生對重要概念“細(xì)胞會經(jīng)歷生長、增殖、分化、衰老和死亡等生命進(jìn)程”的深入理解，強(qiáng)調(diào)細(xì)胞的生命歷程也是物質(zhì)、能量、信息的相統(tǒng)一的過程。

2 教學(xué)目標(biāo)

（1）通過秀麗隱桿線蟲的個(gè)體發(fā)育過程視頻，回顧細(xì)胞生命歷程的重要環(huán)節(jié)，基于問題串梳理生命歷程主線，自主構(gòu)建細(xì)胞的生命歷程概念圖。促進(jìn)概念的深化理解。

（2）通過分析秀麗隱桿線蟲不同種類的神經(jīng)細(xì)胞，闡明基因選擇性表達(dá)的實(shí)質(zhì)，進(jìn)一步深化結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的生命觀念。

（3）以秀麗隱桿線蟲的細(xì)胞衰老為科研情境，解釋細(xì)胞衰老的原因。

（4）通過利用高考真題進(jìn)行學(xué)習(xí)檢測與診斷，引導(dǎo)知識遷移與應(yīng)用，提升問題解決能力。

3 教學(xué)過程

3.1 依托科研情境載體，問題引導(dǎo)知識回顧

教師呈現(xiàn)資料，介紹科學(xué)研究模式生物--秀麗隱桿線蟲。秀麗隱桿線蟲是多細(xì)胞真核生物，成蟲體長約2～3 mm，繁殖能力強(qiáng)，生命周期14～28天，秀麗隱桿線蟲只有302個(gè)神經(jīng)元，96塊肌肉。線蟲不同神經(jīng)元可感知不同的信號，完成感知、逃逸、覓食、交配等復(fù)雜行為，其行為和生理指標(biāo)包括攝食、運(yùn)動、認(rèn)知、免疫、代謝能力等，會伴隨著個(gè)體的衰老而下降。與單細(xì)胞生物相比，多細(xì)胞的秀麗隱桿線蟲更能適應(yīng)復(fù)雜多變的環(huán)境。

教師展示秀麗隱桿線蟲培養(yǎng)及顯微觀察其胚胎發(fā)育的視頻，展示線蟲神經(jīng)細(xì)胞結(jié)構(gòu)形態(tài)和功能示意圖（見圖1），引導(dǎo)學(xué)生明確細(xì)胞分化的概念、特點(diǎn)、結(jié)果和意義。

教師提出問題：秀麗隱桿線蟲胚胎發(fā)育的起點(diǎn)是什么？細(xì)胞數(shù)量增加后還經(jīng)歷了哪些生命活動？根據(jù)結(jié)構(gòu)示意圖，思考細(xì)胞分化后基因是否發(fā)生改變？導(dǎo)致神經(jīng)細(xì)胞形態(tài)功能不同的原因是什么？不同神經(jīng)元的遺傳物質(zhì)是否不同？通過復(fù)習(xí)細(xì)胞分化的意義，強(qiáng)調(diào)細(xì)胞分化的實(shí)質(zhì)是基因的選擇性表達(dá)并比較秀麗隱桿線蟲的受精卵、胚胎干細(xì)胞和神經(jīng)細(xì)胞的分化程度和全能性，進(jìn)而理解分化程度越大，全能性越小的特點(diǎn)。

設(shè)計(jì)意圖：創(chuàng)設(shè)科研情境，感受細(xì)胞的基因密碼控制生命歷程的復(fù)雜與精密。引導(dǎo)學(xué)生回顧受精卵按照生命藍(lán)圖經(jīng)歷細(xì)胞分裂、分化的發(fā)育過程，進(jìn)一步理解細(xì)胞分化的實(shí)質(zhì)。

3.2 科研情境過程分析，促進(jìn)概念深層理解

活動一：數(shù)據(jù)分析，提升信息獲取能力。

教師展示科研人員實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果，分析比較牡蠣酶解提取物（EPO）、牡蠣肽（OP）和牡蠣水提取物（WPO）對線蟲體內(nèi)衰老標(biāo)志物--脂褐素含量影響的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)（見圖2）。引導(dǎo)學(xué)生回歸教材，歸納細(xì)胞衰老的特征及原因，并利用相關(guān)知識進(jìn)行科學(xué)解釋；聯(lián)系生活，討論健康生活延緩衰老的好習(xí)慣，提升學(xué)生知識應(yīng)用與遷移的能力。

設(shè)計(jì)意圖：在解決問題過程中引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用細(xì)胞衰老的特征、細(xì)胞衰老的原因等知識鞏固復(fù)習(xí)所學(xué)內(nèi)容，形成知識框架，實(shí)現(xiàn)知識的應(yīng)用與遷移。

活動二：現(xiàn)象研討，培養(yǎng)科學(xué)解釋能力。

教師呈現(xiàn)秀麗隱桿線蟲生殖細(xì)胞的細(xì)胞凋亡檢測實(shí)驗(yàn)過程示意圖（見圖3），提供資料：用吖啶橙熒光染料對發(fā)育成熟的線蟲的生殖腺細(xì)胞染色，通過熒光顯微鏡可以清晰地觀察到細(xì)胞的凋亡，呈亮黃色或亮橙色的是線蟲凋亡的細(xì)胞，沒有凋亡的細(xì)胞呈現(xiàn)暗綠色。凋亡的細(xì)胞與正常細(xì)胞顏色不同，這主要是因?yàn)榈蛲龅募?xì)胞體積會縮小，核膜崩解，細(xì)胞骨架消失，其染色質(zhì)片段化，能使DNA嵌合的吖啶橙熒光染料聚集濃縮，染料的密度增大，所以在熒光顯微鏡下呈現(xiàn)更加明亮的顏色。

教師提出問題：凋亡的細(xì)胞體積會縮小、染色體凝集呈現(xiàn)片段化、核被膜崩解、細(xì)胞骨架消失的根本原因是什么？為什么會發(fā)生細(xì)胞的凋亡？細(xì)胞壞死、細(xì)胞凋亡和細(xì)胞自噬的區(qū)別是什么？引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)資料分析思考并回答問題，讓學(xué)生區(qū)分細(xì)胞凋亡和細(xì)胞壞死的概念、原因、影響因素、意義等方面的不同。

設(shè)計(jì)意圖：在科研情境下，組織自主探究活動，通過問題串，引導(dǎo)學(xué)生回顧細(xì)胞凋亡的實(shí)質(zhì)、意義及其與人體的關(guān)系，加深理解細(xì)胞衰老的特征與原因等相關(guān)內(nèi)容。

活動三：構(gòu)建概念圖，實(shí)現(xiàn)知識結(jié)構(gòu)化。

教師引導(dǎo)學(xué)生閱讀本單元相關(guān)概念，總結(jié)細(xì)胞的生命歷程，歸納“細(xì)胞的增殖”“細(xì)胞的分化”“細(xì)胞的衰老”“細(xì)胞的凋亡”及“細(xì)胞的癌變”概念并構(gòu)建大單元知識概念圖（見圖4）。

設(shè)計(jì)意圖：通過概念圖，梳理單元知識脈絡(luò)，進(jìn)一步整合單元知識，促進(jìn)大概念的建構(gòu)。

3.3 合理利用真題檢測，導(dǎo)向新情境問題解決

診斷檢測是復(fù)習(xí)教學(xué)的重要環(huán)節(jié)，高考真題命題規(guī)范，試題科學(xué)性與嚴(yán)謹(jǐn)性有保證，高考真題能幫助復(fù)習(xí)教學(xué)更精準(zhǔn)地貼合《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》（以下簡稱《課程標(biāo)準(zhǔn)》）核心素養(yǎng)要求與高考“一核四層四翼”評價(jià)理念，是學(xué)習(xí)檢測的良好資源，能夠訓(xùn)練學(xué)生信息獲取能力與在新情境下整合所學(xué)知識進(jìn)行科學(xué)解釋的能力，實(shí)現(xiàn)知識遷移與應(yīng)用，檢驗(yàn)復(fù)習(xí)效果，進(jìn)一步促進(jìn)概念的深入理解。

4 教學(xué)反思

培養(yǎng)學(xué)生生物學(xué)核心素養(yǎng)是生物學(xué)課程的價(jià)值追求和目標(biāo)，《課程標(biāo)準(zhǔn)》中學(xué)業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)調(diào)“以真實(shí)問題情境考查學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)的知識與技能解決問題的能力”。在復(fù)習(xí)教學(xué)中，教師利用科研素材創(chuàng)設(shè)情境，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用歸納與概括、模型構(gòu)建等科學(xué)方法闡釋生命現(xiàn)象及規(guī)律，是生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)達(dá)成的重要途徑，有利于學(xué)生對大概念進(jìn)行深入理解，促進(jìn)知識的遷移與應(yīng)用，從而提升解決問題的能力，實(shí)現(xiàn)教考銜接，促進(jìn)核心素養(yǎng)發(fā)展。