學(xué)科核心素養(yǎng)背景下“細(xì)胞的增殖”的模型構(gòu)建教學(xué)研究

北京 吳 悅 李 程

《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)》)強(qiáng)調(diào)，要重視對學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。學(xué)科核心素養(yǎng)是科學(xué)方法、科學(xué)態(tài)度、科學(xué)價(jià)值觀以及學(xué)生對生物知識的應(yīng)用能力的綜合體現(xiàn)。在《課程標(biāo)準(zhǔn)》中,模型建構(gòu)方法被認(rèn)為是培養(yǎng)學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的重要手段之一。模型的建立過程是一個(gè)科學(xué)探究的過程，在觀察的基礎(chǔ)上，通過模型建構(gòu)還原生命活動(dòng)規(guī)律或現(xiàn)象，培養(yǎng)學(xué)生觀察、實(shí)踐操作以及科學(xué)思維等方面的能力。人教版教材中安排了建模內(nèi)容，可向?qū)W生展示的模型約有100個(gè)。因此，在教學(xué)過程中，教師需要合理地應(yīng)用模型建構(gòu)法描述生命現(xiàn)象，將抽象的事物具象化，引導(dǎo)學(xué)生更好地理解和掌握相關(guān)知識，促進(jìn)學(xué)生尊重事實(shí)、堅(jiān)持真理的科學(xué)態(tài)度的形成。

高一年級學(xué)生具備一定的探究能力、邏輯思維和實(shí)踐操作能力，且學(xué)生已經(jīng)了解了科學(xué)探究的基本步驟，但是在科學(xué)探究過程中基于模型建構(gòu)的推理能力亟待提升。本文以“細(xì)胞的增殖”為例，介紹基于模型建構(gòu)的教學(xué)嘗試。

一、教材分析及設(shè)計(jì)思路

“細(xì)胞的增殖”是人教版高中生物學(xué)教材必修1 《分子與細(xì)胞》第6章第1節(jié)的內(nèi)容。本節(jié)內(nèi)容中“細(xì)胞增殖”是新細(xì)胞“一生”的起點(diǎn)，也是生物體生長、發(fā)育、繁殖的前提，因此本節(jié)課在教學(xué)中起著至關(guān)重要的作用。有絲分裂是學(xué)習(xí)減數(shù)分裂和遺傳變異規(guī)律的基礎(chǔ)。分裂過程中染色體的行為和數(shù)目變化是本節(jié)課的重點(diǎn)和難點(diǎn)，但有絲分裂內(nèi)容微觀抽象，動(dòng)態(tài)過程多，學(xué)生對細(xì)胞分裂的變化很難理解，因此通過模型建構(gòu)將抽象的事物轉(zhuǎn)化成真實(shí)的、可觸摸的、甚至可操作的事物是學(xué)生理解有絲分裂的關(guān)鍵。

本節(jié)課先從整體觀察有絲分裂的過程,再分別講解每個(gè)時(shí)期的變化特點(diǎn),最后回歸到有絲分裂的連續(xù)過程，有意識地引導(dǎo)學(xué)生逐步探索細(xì)胞增殖過程，以問題為驅(qū)動(dòng)，通過模型的建構(gòu)，讓學(xué)生在主動(dòng)思考和動(dòng)手操作中完成這一節(jié)內(nèi)容，既充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，又鍛煉了學(xué)生的實(shí)踐操作能力和科學(xué)思維，最終實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)的有效達(dá)成。

二、教學(xué)目標(biāo)

依據(jù)《課程標(biāo)準(zhǔn)》并圍繞培養(yǎng)學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的要求制訂了如下教學(xué)目標(biāo)：

(1)通過問題串引導(dǎo)，理解細(xì)胞生長和增殖的周期性。

(2)通過小組合作構(gòu)建模型，培養(yǎng)質(zhì)疑、創(chuàng)新的科學(xué)精神，建立結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的生命觀念。

(3)通過識圖和分析，闡明有絲分裂的意義。

三、教學(xué)過程

1.創(chuàng)設(shè)情境，引入新課

教師播放動(dòng)圖“人的一生”，提出問題：人的一生都經(jīng)歷了哪些生命歷程？作為人類最基本的生命系統(tǒng)，細(xì)胞的一生又經(jīng)歷了哪些生命歷程呢？學(xué)生根據(jù)認(rèn)知，能夠回答出細(xì)胞的生命歷程：增殖、分化、衰老和死亡。由此教師引出細(xì)胞增殖的意義：細(xì)胞增殖作為新細(xì)胞的起點(diǎn)，是生物體生長、發(fā)育、繁殖、遺傳的基礎(chǔ)。然后，教師用PPT展示植物細(xì)胞增殖的顯微照片(圖1)并提問：圖中細(xì)胞增殖過程中，遺傳物質(zhì)的主要載體——染色體都發(fā)生了哪些變化？由此引入本節(jié)課的學(xué)習(xí)。

設(shè)計(jì)意圖：貫徹從已知到未知的設(shè)計(jì)思路，從學(xué)生熟悉的生物體出生到死亡的生命歷程說起，過渡到細(xì)胞的“一生”，激發(fā)學(xué)生的興趣，引出細(xì)胞的增殖，使學(xué)生關(guān)注細(xì)胞增殖對個(gè)體生命活動(dòng)的意義。通過觀察細(xì)胞增殖的顯微照片，激發(fā)學(xué)生的求知欲，進(jìn)一步探究細(xì)胞增殖的具體過程。

2.問題引導(dǎo)，小組討論

細(xì)胞增殖具有周期性，那什么是細(xì)胞周期呢？教師組織各小組學(xué)生自主探究教材第111頁內(nèi)容，并完成以下層層遞進(jìn)的問題串：①哪種細(xì)胞具有細(xì)胞周期？②細(xì)胞周期從何時(shí)開始？到何時(shí)結(jié)束？③閱讀教材第111頁表6-1可知，細(xì)胞周期分為哪兩個(gè)階段？哪個(gè)階段時(shí)間更長?④圖2中細(xì)胞分裂間期范圍是什么？分裂期范圍是什么？一個(gè)完整的細(xì)胞周期范圍是什么？⑤圖3中細(xì)胞分裂間期范圍是什么？分裂期范圍是什么？細(xì)胞周期范圍是什么？⑥細(xì)胞間期主要做了哪些物質(zhì)準(zhǔn)備？

圖2 細(xì)胞周期線段表示法

圖3 細(xì)胞周期圓形表示法

學(xué)生們討論期間，教師可以適當(dāng)點(diǎn)撥，討論結(jié)束后，各小組學(xué)生代表匯報(bào)探究成果。

設(shè)計(jì)意圖：這部分內(nèi)容對學(xué)生來說較容易理解，教師以問題為任務(wù)驅(qū)動(dòng)，讓學(xué)生通過自主學(xué)習(xí)掌握細(xì)胞周期的概念、特點(diǎn)。小組合作目的是讓同學(xué)們互幫互助，共同進(jìn)步。由于不同層次的學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力不同，因此教師通過小組交流的教學(xué)模式，不僅能調(diào)動(dòng)學(xué)生參與學(xué)習(xí)的積極性，還可以讓學(xué)生有收獲、有進(jìn)步。

3.構(gòu)建模型，展示成果

(1)了解教具，構(gòu)建模型

細(xì)胞分裂過程中染色體行為變化錯(cuò)綜復(fù)雜，學(xué)生理解起來有一定的難度。教師利用“扭扭棒”這一教具模擬染色質(zhì)，現(xiàn)場制作染色質(zhì)模型，學(xué)生嘗試動(dòng)手制作染色質(zhì)，教師通過構(gòu)建模型(圖4)引導(dǎo)學(xué)生思考“一條染色質(zhì)經(jīng)過復(fù)制→螺旋→解螺旋”后染色體、姐妹染色單體和DNA之間的關(guān)系，讓學(xué)生明確染色體、姐妹染色單體和DNA的數(shù)量判斷方法。

圖4 染色質(zhì)、染色體關(guān)系轉(zhuǎn)化圖

在此基礎(chǔ)上，教師利用“軟磁貼”模擬一個(gè)植物細(xì)胞，用2條顏色不同的“扭扭棒”模擬兩條不同的染色質(zhì)，引導(dǎo)學(xué)生回顧植物細(xì)胞細(xì)胞核的結(jié)構(gòu)，教師使用白板筆補(bǔ)齊細(xì)胞核內(nèi)部結(jié)構(gòu)，而后邀請學(xué)生利用“扭扭棒”幫助教師完成分裂間期染色質(zhì)的變化模型的構(gòu)建。

設(shè)計(jì)意圖：通過模型的構(gòu)建，使學(xué)生直觀了解染色質(zhì)、染色體和DNA之間的關(guān)系，為學(xué)習(xí)有絲分裂做鋪墊。在教師的引導(dǎo)下，師生合作共同完成植物細(xì)胞有絲分裂間期變化模型的構(gòu)建，激發(fā)學(xué)生實(shí)踐操作的興趣。

(2)小組合作，展示成果

對于真核生物來說，有絲分裂是其進(jìn)行細(xì)胞分裂的主要方式。教師播放植物有絲分裂過程的視頻，讓學(xué)生通過視頻中的演示，對有絲分裂的過程產(chǎn)生一個(gè)完整的印象，了解有絲分裂是一個(gè)動(dòng)態(tài)、連續(xù)的過程。在此基礎(chǔ)上，教師布置任務(wù)：學(xué)生以小組為單位，查閱教材而后交流與討論，并通過模型建構(gòu)，嘗試還原植物細(xì)胞有絲分裂的各個(gè)時(shí)期，最后進(jìn)行成果展示(圖5)。學(xué)生們根據(jù)模型建構(gòu)的差異，產(chǎn)生認(rèn)知沖突，并以此進(jìn)行討論與交流，最終修正模型，完成植物細(xì)胞有絲分裂各時(shí)期模型的構(gòu)建(圖6)。討論與交流期間老師可通過引導(dǎo)的方式幫助學(xué)生完成有絲分裂各時(shí)期模型的構(gòu)建。

圖5 植物細(xì)胞模型建構(gòu)修正前

圖6 植物細(xì)胞模型建構(gòu)修正后

設(shè)計(jì)意圖：有絲分裂內(nèi)容比較抽象，通過播放植物細(xì)胞有絲分裂的視頻，讓學(xué)生產(chǎn)生初步印象；通過閱讀教材第112頁、113頁圖文，構(gòu)建有絲分裂模型，將微觀結(jié)構(gòu)放大，把抽象的、難以理解的內(nèi)容形象化、直觀化，進(jìn)一步突出教學(xué)重點(diǎn)、突破教學(xué)難點(diǎn)。討論、互評、修正等過程，不僅能加深學(xué)生對有絲分裂各時(shí)期特點(diǎn)的掌握，還能讓學(xué)生體會(huì)到學(xué)習(xí)的樂趣、獲得成功的體驗(yàn)。

4.首尾呼應(yīng)，總結(jié)升華

教師再次播放植物有絲分裂視頻，學(xué)生通過視頻感受生命的奇妙。

教師展示已打亂順序的動(dòng)物有絲分裂的顯微照片(圖7)，學(xué)生利用本節(jié)課所學(xué)內(nèi)容，嘗試分辨圖中各顯微照片所對應(yīng)的時(shí)期。

圖7 馬蛔蟲受精卵細(xì)胞有絲分裂

設(shè)計(jì)意圖：通過視頻加深學(xué)生對有絲分裂全過程的認(rèn)識。辨別各時(shí)期的顯微照片，與本課開始時(shí)形成首尾呼應(yīng)，可以檢測學(xué)生對有絲分裂各時(shí)期特點(diǎn)的掌握情況。

學(xué)生自行完成一條染色體在整個(gè)細(xì)胞增殖過程中的變化，并通過染色體的變化體會(huì)有絲分裂的意義：有絲分裂將親代細(xì)胞的染色體經(jīng)過復(fù)制(關(guān)鍵是DNA的復(fù)制)之后，精確地平均分配到兩個(gè)子細(xì)胞中。由于染色體上有遺傳物質(zhì)DNA，因而在細(xì)胞親代和子代之間保持了遺傳的穩(wěn)定性。

設(shè)計(jì)意圖：通過一條染色質(zhì)在有絲分裂過程中的變化，讓學(xué)生理解有絲分裂這一過程在親代和子代之間發(fā)揮了保持遺傳物質(zhì)穩(wěn)定性的作用。

四、教學(xué)反思