基于核心素養的“細胞的分化”教學設計

李靜

（山東省淄博第十一中學，山東淄博 255086）

一、教材分析

“細胞分化”是新教材人教版必修1第6章第2節的內容，核心內容是細胞分化，《課程標準》對此的要求為理解水平。學習本節之前，學生已經學習了細胞結構、功能、分裂等知識，這一節既是對之前知識的拓展和延伸，又可為學習遺傳、變異打下基礎。全能性、干細胞是由細胞分化的內容拓展而來的，這兩個知識點還是選修課本中克隆技術和胚胎工程的理論基礎，因此本節內容的學習非常重要。

二、教學目標

（一）知識目標

理解細胞分化的概念及意義，說出細胞分化是細胞中的基因選擇性表達的結果，是形成多細胞生物體的必要過程，舉例說明細胞的全能性。

（二）目標能力

探究細胞分化的實質，細胞全能性概念的內涵與外延，提高科學探究和團隊合作的能力。

（三）核心素養

第一，生命觀念。基于教材示意圖，運用結構與功能觀理解細胞分化的概念及意義。

第二，科學思維。歸納與概括：基于圖示和事例，概括出細胞分化的特點；基于不同細胞的遺傳信息，理解細胞的全能性。

第三，科學探究。運用卡片填涂活動探究細胞分化實質體驗的科學探究過程。

第四，社會責任。了解生物科學技術的發展，運用生物學知識，增強解決人類健康問題的信息，增強關愛生命、拯救生命的社會責任感和使命感。

三、教學過程

（一）設置情景、問題導入

通過觀看12歲少年捐獻骨髓救母的視頻[1]，引導學生思考三個問題：（1）白血病的癥狀。（2）引起這些癥狀的內部原因。（3）捐獻骨髓能治療白血病的原因。引導學生通過分析白血病患者的全血化驗單（圖1），得出白血病患者白細胞異常增多但失去免疫功能，所以易感染；血紅蛋白減少所以貧血；血小板減少，所以易出血（圖2）。

圖1

圖2

設計意圖：結合圖片引導學生理解骨髓中含有造血干細胞，可以分化出形態、結構、功能不同的血細胞。通過傾聽12歲少年邵帥的話語：“為了我的媽媽，我什么都不怕……”學習12歲少年的勇敢及孝順，弘揚中華民族的傳統美德，百善孝為先。

（二）歸納得出細胞分化的定義

采用歸納法、問思法講述細胞分化。以人體胚胎發育中細胞形態結構功能的變化（圖3）及各種植物細胞的分化（圖4）的實例入手，幫助學生理解問題1和問題2。

圖3

圖4

問題1：圖3中各細胞在形態、結構、生理功能上相同嗎？它們來源于什么細胞？

它們在形態、結構、生理功能上不同，都來源于受精卵。

問題2：它們都是由受精卵不斷分裂產生的，剛分裂形成的一團細胞的形態是否一樣？ 一樣。

歸納細胞分化的概念：在個體發育中，由一個或一種細胞增殖產生的后代，在形態、結構和生理功能上發生穩定性差異的過程，叫作細胞分化。

設計意圖:結合問題分析動植物個體不同細胞分化過程的圖片，引導學生分析、處理信息并歸納出細胞分化的概念。

（三）細胞分化的實質

通過問思式教學引導學生分析思考1和思考2兩個問題。在理解了思考1和思考2兩個問題的基礎上進行卡片填涂活動，卡片填涂活動分小組進行，通過小組合作探究理解細胞分化的實質。

思考1：在人體發育過程中，各種組織細胞如圖5所示，這些不同細胞的遺傳物質有沒有變化？

就一個個體來說，各種細胞的遺傳信息完全相同。

思考2：如圖5所示的各細胞來源于同一受精卵，遺傳物質完全相同，為什么形態、結構和生理功能卻存在穩定性的差異？（結合資料1進行思考）

圖5

資料1：人體每個細胞中具有功能的基因大約有3.5萬個，基因通過指導蛋白質的合成來控制性狀，這一過程稱為基因的表達。

假設一：所有基因都表達

假設二：部分基因表達，部分基因不表達

通過思考2和資料1分析得出如圖5所示細胞：肌肉細胞、胰島B細胞、未成熟的紅細胞都是由受精卵增殖、分化產生的，所以含有的基因相同，但是表達的基因不完全相同，合成的蛋白質不完全相同，所以形態、結構、功能不同。

卡片填涂——探究細胞分化的實質：卡片共4類：第1類卡片以受精卵細胞為例；第2類卡片以肌肉細胞為例；第3類卡片以胰島細胞為例；第4類卡片以未成熟紅細胞為例。圖6是受精卵細胞的卡片內容，其余卡片除細胞名稱不同以外，其余同圖6。學生分別用這4類卡片進行分組探究兩個問題：1.每一類細胞中含有①～ ⑥種哪些基因？2.每一類細胞表達①～ ⑥中哪些基因？探究完畢將結果填涂到卡片上，每個小組填涂結束后，在班內進行講解和展示。

圖6

①呼吸酶基因 ②核糖體蛋白基因 ③ATP水解酶基因

④血紅蛋白基因 ⑤胰島素合成基因 ⑥肌動蛋白基因

在學生討論與展示的過程中逐漸得出：四類細胞都含有①～ ⑥這6種基因，但是表達的基因各不相同，從而直觀地理解細胞分化的實質是基因的選擇性表達。

奢侈基因（組織特異性基因）的選擇性表達 造成細胞穩定性差異的到底是哪一類基因呢？由此問題，進一步引導學生統計探究結果并整理成表格，并分析如圖7所示。可以看出①～ ③這三類基因在每一類細胞中都表達，但④～ ⑥這三類基因只在某一類細胞中表達，由此引申出管家基因和奢侈基因的概念，進一步將細胞分化的實質延伸到奢侈基因的選擇性表達的深度。

圖7

管家基因是指幾乎所有細胞中均表達的一類基因，其產物是維持細胞基本生命活動所必需的，例如，糖酵解酶系基因等。組織特異性基因是指不同類型細胞中特異性表達的基因，其產物賦予各種類型細胞特異的形態結構特征與特定的功能，如卵清蛋白基因、胰島素基因等[2]。

設計意圖：基因的概念及基因的選擇性表達是必修2的知識，而管家基因、奢侈基因（組織特異性基因）是大學課本內容，在高中階段后續的練習題中也會出現，這些知識點若在這節課中只靠講解的方式處理，高一的學生學習起來顯然是比較吃力的，但通過設計的填涂活動和表格分析活動，在增加趣味性的同時，給了學生探究這一問題的實物載體，使看不見摸不著的基因直觀化，高一的學生輕而易舉地將細胞分化的實質一步理解到位。

（四）細胞分化的特點 本知識點通過連連看游戲來學習

設計意圖：細胞分化的實質補充的資料和拓展的新知識點較多，學生思維力度較大，需要適當地緩和大腦的疲勞，而細胞分化的特點通過事例與特點對比，學生很容易將連連看練成功，如圖8所示。與此同時，細胞分化的特點也就掌握了。

圖8

（五）細胞分化的意義

引導學生分析思考3和圖9，結合課本，歸納出細胞分化的意義。

圖9

思考3：細胞分化在多細胞生物體的個體發育過程中有什么意義？

細胞分化是生物個體發育的基礎，使多細胞生物體中的細胞趨向專門化，有利于提高各種生理功能的效率。

（六）細胞的全能性

通過細胞增殖分化，多細胞生物體呈現出千姿百態，如圖10所示。

圖10

思考4：如果給予一定的條件，這些美麗的花中已經高度分化的細胞，還能形成一個新的個體嗎？

播放微課：植物組織培養大致過程，引導學生在微課的基礎上閱讀課本，歸納出細胞全能性的定義、原因和表現條件。

思考5：已經高度分化的動物細胞是否也能發育為一個完整的個體呢？

回顧克隆猴“中中”和“華華”克隆過程，得出已分化的動物體細胞的細胞核是具有全能性的，進而過渡到克隆可以在器官移植，拯救珍稀瀕危動物等方面得以應用。

思考6：通過克隆技術可不可以給白血病患者帶來福音？

資料2：

2013年5月15日美國科學家運用克隆技術，向女性提供的卵細胞內植入他人皮膚細胞的細胞核，首次成功制作了能夠分化成各種組織的胚胎干細胞。

干細胞是機體中能進行自我更新（產生與自身相同的子代細胞）并具有多向分化潛能（分化形成不同細胞類型）的一類細胞。它們在個體發育和成體維持等生命過程中，起著關鍵和決定性的作用。

根據分化潛能的不同，干細胞可分為全能干細胞（totipotent stem cell）、多潛能干細胞（pluripotent stem cell）、多能干細胞（multipotent stem cell）和單能干細胞（unipotent stem cell）[3]。

基于人胚胎干細胞系的建立和克隆羊的成功，2001年B.Haseltine提出了再生醫學的概念，這一旨在將治療性克隆技術與人胚胎干細胞的制備相結合，利用體外構建的患者自身來源的干細胞，分化產生無免疫排斥的組織與器官，用于疾病治療的全新理念，開啟了生物醫學的新紀元[4]。

設計意圖：通過欣賞大自然的美麗花卉，感受生命千姿百態的同時，從細胞分化的學習過渡到細胞全能性的學習。通過回顧克隆過程，分析資料，引導學生可以通過努力學習，將克隆造血干細胞投入生產，從而給白血病患者及其家庭帶來福音，增強學生的社會責任感和使命感。

（七）學以致用，回報社會

引導學生從知識、技術、社會、價值等方面對本節課進行總結，以知識樹的形式進行板書，最后給學生提出希望：希望社會因你的存在而變得更美好！

四、教學反思

本節課是必修1許多相關知識的全面總結和升華，本節內容較抽象，特別是細胞分化的實質，學生缺乏基因表達的知識，理解起來有一定困難，并且對干細胞的功能與細胞全能性之間的關系等內容，很難理解透徹。為了解決這些難點，首先從已有知識出發，引導學生用通俗和簡單的事例加以理解；其次結合實際生命現象，用發展、聯系和辯證的觀點介紹細胞在發生、發展過程中由于時間、空間位置的不同及其他因素（如營養物質、環境條件）等的影響而使遺傳物質（基因）的表達情況不同，從而使細胞出現分化現象；最后對于細胞具有全能性，借助細胞分化的知識進行聯系和梳理。這樣，從根本上解決了本節的難點、矛盾問題。

本節課設計時借助圖3、圖4，引出細胞分化的概念，形象直觀，容易理解掌握。另外，學生通過思考問題，填涂活動能直觀地歸納出細胞分化的實質，細胞分化不改變遺傳物質，只是奢侈基因的選擇性表達，同時配以精美圖片，充分調動學生的學習熱情及積極性。整堂課中主要采用了學生自主探究，教師穿插講解易錯點及難點的教學方法，教學過程中遵循由簡到難的漸進式認知規律。