基于科學探究的概念教學

黃開華

摘要 在“細胞的分化”一節的教學中，從學生已有的經驗出發，同時呈現大量感性材料，引發學生質疑，引導學生探究，促進學生探尋概念的本質屬性，最終通過問題解決的學習方式構建核心概念。

關鍵詞 科學探究 概念教學 細胞分化

中圖分類號 G633.91 文獻標志碼 B

探究被認為是主動學習的核心，探究教學的原則是“讓學生自己得出概念，而不是把概念灌輸給學生”。《普通高中生物課程標準（實驗）》將基于重要概念的教學理念引入到中學課堂，進一步強調“提高生物科學素養”及“倡導探究性學習”的要求。學生通過自己的努力來解決問題是探究教學的目標之一。因此，在實際教學過程中，教師應利用建構主義教學理論指導學生學習，遵循學生的認知規律，充分調動學生進行實驗等探究活動，進而帶領學生主動進行科學概念的建構。下面以人教版必修1“細胞的分化”為例，對基于科學探究的概念教學進行介紹。

1設計思路

“細胞的分化”是人教版必修1第六章第二節的教學內容，課程標準的要求是“說明細胞的分化”“舉例說明細胞的全能性”“搜集有關干細胞研究進展和應用的資料”。本節內容既是對細胞結構、功能、分裂等知識的拓展和延伸，又為學習遺傳、變異打下基礎。另外，細胞全能性及干細胞的知識又是選修課本中植物組織培養技術、動物體細胞核移植技術的理論基礎。由于本節課的概念性內容相對較多，因此在教學中，教師一方面可通過引導學生以觀察和經驗為基礎，主動獲取概念；另一方面可引導學生進行推理性探究，探尋概念的本質；同時充分利用生物校本課程提供的證據，促使學生認同概念的內涵；最后，利用視頻等相關資料，帶領學生關注生物科學發展、關注生命健康。

2重要概念及重要觀點

本節的重要知識結構如圖1所示。其中需要構建的概念包括：多細胞生物不同細胞的形態、結構和生理功能發生穩定性差異，是細胞分化的結果；細胞的全能性體現在已分化的細胞仍具有發育成完整個體的潛能；植物細胞普遍能夠體現出全能性，動物體細胞一般只有細胞核能夠體現出全能性，干細胞保留了分裂分化能力。

本節課的重點：細胞分化的概念和意義；細胞全能性的概念。本節課的難點：細胞分化的原因；細胞全能性的概念。

3學情分析

在初中階段，學生已學習過有關組織、器官、系統的知識；對于細胞分化有感性的認識，容易理解細胞分化對于形成各種組織、器官、系統的重要意義。關于分化的本質，由于學生還沒有學習基因的表達，所以會比較抽象難懂。此外，學生對于動手實驗充滿了興趣，一部分學生參與了校本課程“過把克隆癮——植物組織培養技術”，并且在學習本節課之前已經取得了一定的實驗成果。

4教學目標

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

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

（3）情感、態度與價值觀目標：關注細胞分化和細胞全能性在實際中的應用；逐步養成關注生物科學發展、關注生命健康等熱點問題的好習慣。

5教學過程

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胞發育而來的，這個細胞是什么？

②一個成年人細胞總數約1014個，人體如此眾多的細胞是怎樣產生的？

③通過有絲分裂產生的細胞有何特點？

④人體這么多的細胞都是一模一樣的嗎？

教師通過設置疑問，引導學生回顧有絲分裂相關知識：遺傳物質先復制然后平均分配，得到兩個一模一樣的細胞。

此時，學生會產生認知沖突：為什么組成人體的細胞是多種多樣的？這樣的問題串會使學生迅速進入思考狀態。

5.2問題引領。探尋細胞分化的概念及意義

教師展示同一個體的各種細胞圖片，提出疑問：

①這些細胞都來源于同一個受精卵，現在形態結構一樣嗎？

②你認識這些細胞嗎？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胞圖片，提出同樣的問題。在學生給出相關答案后，教師給出本節的重要概念：細胞分化。教師進一步提出疑問：

①能嘗試給細胞分化下一個定義嗎？

②如果細胞已經分化成了皮膚細胞，還能返回到原先的狀態嗎？在生物體里面，皮膚細胞還能轉變為肌肉細胞嗎？

③如何完善細胞分化的概念？

④細胞分化在胚胎期達到最大程度，現在你們體內還有沒有細胞分化？

教師利用形象的展示圖片，引導學生回顧已有知識，接著一步一步地質疑，引導學生主動說出細胞分化的概念，并且能夠說出細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象。

在學生主動獲取細胞分化的概念后，教師進一步提出質疑：

①在人生長發育過程中，如果只有細胞增殖而沒有細胞分化，會出現什么現象？會形成具有特定形態、結構和功能的組織和器官嗎？生物體會正常發育嗎？

②細胞分化對多細胞生物體有何意義？以此引導學生主動描述細胞分化的意義。

5.3尋找證據，探究細胞分化的原因

教師陳述有絲分裂與細胞分化的事實，引導學生構建如圖2所示的邏輯事件圖。

教師提出疑問：

①細胞分化之后不同的組織細胞之間有差異，這個差異主要體現在哪種分子上？

②蛋白質為什么有差異？是不是因為起決定作用的遺傳物質發生了改變？

教師引導學生對細胞分化的原因作出假設。教師小結：假設一是細胞分化是由于遺傳物質發生了改變；假設二是細胞分化過程中遺傳物質并沒有改變，僅是由于蛋白質出現差異。然后用圖3直觀地表示兩種假設，并組織學生分小組討論尋找證據，探究細胞分化的實質。

教師給予學生充分的討論時間，然后邀請小組代表闡述實驗思路。教師進行小結，并展示相關證據。證據一：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胞也含有完整的遺傳物質。這一證據否定了假設一。證據二：科學家用一些先進的技術對同一人體內兩種體細胞中含有的基因和蛋白質情況進行了檢測，結果見表1。該實驗結果說明：同一個體不同的組織細胞中遺傳信息相同，蛋白質不同。教師進一步質疑：為什么遺傳信息相同，蛋白質卻不同？結合圖3B，教師引導學生總結：同一個體的不同的組織細胞中基因開啟情況不同，因而合成了不同的蛋白質。

通過組織學生對細胞分化的實質進行探究，尋找證據，一方面能夠開拓學生思維。另一方面根據實驗證據，能幫助學生主動構建概念。

5.4展示證據，理解細胞全能性的概念

教師提出問題：體細胞與受精卵含有相同的遺傳物質，是否也能發育為新個體？

依據學生回答，教師總結細胞分化的特點具有穩定性：不可逆。

教師進一步提出問題：細胞離體，能否實現該設想？

校本課程代表講解植物組織培養技術的實驗流程，并展示相關圖片，向全班同學呈現實驗成果的相關實物：脫分化形成的愈傷組織、再分化形成的試管苗。

學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論——已經分化的植物細胞具有發育成完整植物的能力，并把這個能力叫做細胞的全能性。然后，教師介紹植物組織培養技術的應用。最后反問學生：是否想嘗試動手進行植物的組織培養？以此調動學生積極參與的熱情。

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

關于“細胞全能性”相關概念的獲取，由校本課程小組學生代表發言并且提供實證，這樣的處理方式更能讓學生信服，同時能夠激發學生嘗試動手進行植物組織培養的積極性。最后，教師補充介紹相關科學前沿信息，能夠促使學生關注細胞分化和細胞全能性在實際中的應用；并能夠幫助學生逐步養成關注生物科學發展、關注生活等熱點問題的好習慣。

5.5聯系社會，關注干細胞

教師設疑：

①在人和動物體內還有沒有能繼續分裂和分化的細胞？

②造血干細胞還能再分化成哪些細胞？教師講解干細胞，造血干細胞等相關知識，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狀怎樣呢？教師播放相關視頻資料。根據資料教師引導學生認識到器官移植等醫療技術面臨的實際問題，同時對學生進行情感升華。

6教學反思

（1）教師根據學生已學知識構建邏輯事件圖，引發學生的認知沖突，激發學生的探究欲望，引導學生作出假設，并根據假設尋求實驗證據。這樣的探究活動能開拓學生思維，輔助學生主動建構概念。

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

（3）注重與現實生活的聯系。教師對干細胞和器官移植等相關知識的介紹有助于學生養成積極關注生物科學發展、關注生命健康等熱點問題的好習慣。

（4）教師所做的除了引導學生通過科學探究活動獲得相關概念外，更重要的是側重于學生學科素養的提升，包括分析資料得出結論、設計實驗、語言表達、合作學習等能力，進而培養學生終生學習的能力。