問題情境在生物學教學中的應用

胡雨田

摘要：問題情境可以激發學生興趣，將已有經驗與科學概念建立聯系.在“細胞通過分裂實現增殖”一節教學中，通過大情境下問題的層層深入，利用模型建構等多種方式予以輔助，落實學生科學思維、科學探究等生物學核心素養的培養要求.

關鍵詞：問題情境；細胞通過分裂實現增殖;高中生物

中圖分類號：G632文獻標識碼：A文章編號：1008-0333（2023）15-0139-03

美國著名教育學家約翰·杜威的“探究認識論”中指出：探究學習的動因來源于解決真實情境中的困惑或阻礙，是探究的直接動力［1］.而情境教學是指教師通過創設源于學生生活或實踐的真實情境，親身感悟所學知識的內涵和本質，并靈活運用所學知識與方法創造性地解決問題［2］.由此可知，情境對于探究學習重要性可見一斑.

《普通高中生物學課程標準（2017年版2020年修訂）》倡導教學過程中重視問題情境的設計，問題應來源于學生日常生活經驗，源于已有知識，源于對未知事物的好奇與探索.基于此，本文以“細胞通過分裂實現增殖”一節為例，以問題情境為線索進行教學設計.

1 教學背景分析

1.1 教材分析

本節為普通高中生物學教科書必修第一冊《分子與細胞》（上海科學技術出版社）第5章《細胞的生命歷程》中第1節內容.對應課程標準大概念2“細胞的生存需要能量和營養物質，并通過分裂實現增殖”中次位概念2.3.1“描述細胞通過不同的方式進行分裂，并且有絲分裂保證了遺傳信息在親代和子代細胞中的一致性”.

教材分3目及1個實驗幫助建構相關概念.在第1目中，以動物細胞為對象，用“從染色質到染色體”“染色體被平均分配”和“紡錘絲保障染色體向兩極移動”等生物學事實闡明“有絲分裂保證了遺傳信息的準確傳遞”概念，從結構與功能相適應的角度描述有絲分裂過程中細胞發生的系列變化.其中“從染色質到染色體”部分，教材用毛線纏繞為團類比圖5-2中染色質與染色體結構，引發學生思考其形態轉變的作用，對學生進行科學思維模式訓練.“染色體被平均分配”部分，教材用圖文結合的方式說明每個時期的特征，體現結構和功能相適應的觀點，培養學生科學思維、科學探究、生命觀念等核心素養.

第2目從探究實驗結果分析出發，利用觀察分裂細胞數目多少引出“細胞周期”的概念.教材重點分析了在分裂間期細胞內進行活躍的物質準備，學生通過學習該部分內容，體會分裂間期對細胞有絲分裂過程中遺傳信息準確傳遞的重要性.

第3目簡要介紹不同類型的細胞會以不同的分裂方式來增殖，以此維持生命的穩定延續和對環境的適應性，體現了細胞增殖方式的多樣性.教材通過列舉實例并結合圖示，概述了無絲分裂的分裂方式及意義，簡述減數分裂的作用，為《遺傳與進化》分冊做鋪墊.

1.2 教學目標

（1）通過探討上皮細胞分裂如何保證遺傳物質平均分配，理解染色質螺旋化形成染色體及其意義，加深對結構和功能相適應的認識.

（2）通過觀看上皮細胞分裂動畫及建構模型，理解有絲分裂中染色體被平均分配及紡錘絲保障染色體被平均分配等變化規律，并闡明有絲分裂過程，培養歸納與概括的科學思維.

（3）以上皮細胞修復為例，理解細胞會經歷生長、增殖等生命進程，培養生命觀念等核心素養.

（4）通過觀察皮膚細胞與植物根尖細胞分裂，比較動植物細胞分裂異同之處.

（5） 通過實驗觀察，得出細胞分裂具有周期性結論，并且不同種類細胞的細胞周期不同.

（6）描述細胞通過不同方式進行分裂，能用適應、進化等生命科學觀點來看待各種生命現象.

1.3 教學流程（如圖1所示）

2 教學過程

2.1 創設真實情境，通過問題引入學習

展示人體皮膚表皮受傷圖片，提出問題：受傷后機體如何彌補表皮細胞數量損失？學生通過觀看皮膚細胞修復過程視頻回答問題，并引出新問題：新生皮膚細胞與原皮膚細胞是否相同？新生皮膚細胞與原皮膚細胞相同之處有哪些？

設計意圖：立足生活，從實際生活出發創設情境，引入話題，增強學生求知欲，為接下來的情境與問題做好鋪墊.

2.2 有絲分裂保證遺傳信息的準確傳遞

問題1：新生皮膚細胞如何保證遺傳信息等物質與親代細胞相同？

闡述遺傳物質通過復制保證遺傳信息等物質與親代細胞相同.

問題2：皮膚細胞如何確保復制后兩套遺傳物質的平均分配 ？

以毛線團類比，通過觀察細胞分裂圖，引出染色質到染色體的變化.

設計意圖：結合導入環節的皮膚細胞分裂情境設置問題，引導學生逐步深入問題本質，發展學生科學思維.

2.3 在模型建構中感知細胞有絲分裂過程

通過圖片，在了解染色質和染色體的關系后，學生用扭扭棒模擬染色質螺旋形成染色體的過程.之后，學生結合上皮細胞分裂過程視頻及教材108頁圖5-4，分工合作完成扭扭棒模擬細胞分裂的動態過程，并進行展示（如圖2所示），用生物學語言描述細胞增殖的主要特征，再圍繞染色體行為變化，從利于姐妹染色單體準確分離的角度出發，再次觀察并記錄紡錘絲等行為.在學生展示的基礎上，教師用表格小結有絲分裂各時期染色質（體）、紡錘絲等變化，側重從結構與功能角度，引導學生思考細胞分裂過程中出現的染色質（體）、紡錘絲形態及結構變化在細胞生命活動中的作用（見表1）.

設計意圖：學生通過建構并使用模型，增強對染色質到染色體變化的感性認識，并通過觀察處于細胞分裂不同階段的細胞，引導學生主動探究有絲分裂現象和真實情景中的規律，逐步建構有絲分裂模型，并通過用生物學語言描述細胞增殖的主要特征，落實基于事實歸納規律的科學思維，突破本節難點.

2.4 實驗探究

通過實驗“觀察植物根尖細胞有絲分裂”，引導學生根據上皮細胞有絲分裂過程，觀察比較植物與動物細胞有絲分裂的異同點.

設計意圖：通過實驗操作，建立對有絲分裂各時期特征的感性認識，培養科學探究素養及科學精神.

2.5 細胞分裂具有周期性

問題3：上皮細胞會一直處于分裂狀態么？

圖示植物根尖有絲分裂及上皮細胞分裂過程，引出細胞分裂需要有物質準備階段.對于連續分裂的細胞來說，細胞分裂具有周期性，引出“細胞周期”概念，并利用教材圖5-7，描述細胞周期分為分裂間期和分裂期.比較上皮細胞及植物根尖細胞有絲分裂細胞周期時長表格（見表2），提示學生觀察分裂間期與分裂期所持續的時間長短，得出植物根尖有絲分裂及上皮細胞分裂圖中分裂細胞較少的結論.

設計意圖：通過圖片及表格比較，培養學生真實情境下分析歸納、概括比較的能力，落實科學思維、科學探究的核心素養.

2.6細胞有多種分裂方式

問題4：除有絲分裂外，細胞還有哪些分裂方式？

展示草履蟲等單細胞生物的無絲分裂，學生思考無絲分裂和有絲分裂的異同.

2.7 聚集概念，總結升華

教材引言中設置了“從嬰兒到成年生長發育過程中人體細胞的變化”情境，結合該情境及本節課所學的細胞分裂過程及細胞周期相關知識，引導學生小結歸納，并提出問題：在該過程中細胞除分裂外，還會發生哪些變化？通過播放視頻，學生初步建立概念，為本單元接下來的學習做鋪墊.

本節課通過創設皮膚細胞磨損情境引出4個主要問題，層層遞進，闡述細胞通過不同的方式進行分裂，且分裂保證了遺傳信息在親代和子代細胞中的一致性等相關概念.學生通過觀察視頻和圖片快速準確的理解新的概念，在動手搭建模型中，將概念具象化，同時又在不斷完善模型的過程中，將細胞磨損修復情境與科學概念建立起聯系，學生的生物學學科核心素養得到了充分的鍛煉和展示.

參考文獻：

［1］?鄒紅軍，柳海民.杜威的“探究認識論”與探究學習［J］.全球教育展望，2018，47（5）：56-70.

［2］ 吳舉宏.促進深度學習的中學生物學教學策略［J］.生物學教學，2017，42（10）：18.

［責任編輯：季春陽］