基于科研情境主線促進素養提升的教學設計

摘要：本文以秀麗隱桿線蟲研究為科研背景創設情境主線，復習細胞的生命歷程，構建單元境脈體系，引導學生自主梳理以遺傳信息表達為基礎的神奇生命歷程，從而深化概念理解，提升生物學學科核心素養。

關鍵詞：科研情境；生命歷程；素養提升

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

1 內容分析及設計思路

復習課主要強調知識梳理與問題解決能力的提升，“細胞的分化”“細胞的衰老和死亡”是人教版普通高中教科書《生物學·必修1·分子與細胞》第6章第2、3節的內容，在新課教學時學生對生命歷程的各環節的概念、過程、意義等必備知識進行了學習，而本節課的復習，教師將利用模式生物秀麗隱桿線蟲相關科研成果建立起知識之間的聯系，以“情境+問題串+活動+評價”為教學主線，通過問題串引導學生構建知識網絡，進一步促進學生對重要概念“細胞會經歷生長、增殖、分化、衰老和死亡等生命進程”的深入理解，強調細胞的生命歷程也是物質、能量、信息的相統一的過程。

2 教學目標

（1）通過秀麗隱桿線蟲的個體發育過程視頻，回顧細胞生命歷程的重要環節，基于問題串梳理生命歷程主線，自主構建細胞的生命歷程概念圖。促進概念的深化理解。

（2）通過分析秀麗隱桿線蟲不同種類的神經細胞，闡明基因選擇性表達的實質，進一步深化結構與功能相適應的生命觀念。

（3）以秀麗隱桿線蟲的細胞衰老為科研情境，解釋細胞衰老的原因。

（4）通過利用高考真題進行學習檢測與診斷，引導知識遷移與應用，提升問題解決能力。

3 教學過程

3.1 依托科研情境載體，問題引導知識回顧

教師呈現資料，介紹科學研究模式生物--秀麗隱桿線蟲。秀麗隱桿線蟲是多細胞真核生物，成蟲體長約2～3 mm，繁殖能力強，生命周期14～28天，秀麗隱桿線蟲只有302個神經元，96塊肌肉。線蟲不同神經元可感知不同的信號，完成感知、逃逸、覓食、交配等復雜行為，其行為和生理指標包括攝食、運動、認知、免疫、代謝能力等，會伴隨著個體的衰老而下降。與單細胞生物相比，多細胞的秀麗隱桿線蟲更能適應復雜多變的環境。

教師展示秀麗隱桿線蟲培養及顯微觀察其胚胎發育的視頻，展示線蟲神經細胞結構形態和功能示意圖（見圖1），引導學生明確細胞分化的概念、特點、結果和意義。

教師提出問題：秀麗隱桿線蟲胚胎發育的起點是什么？細胞數量增加后還經歷了哪些生命活動？根據結構示意圖，思考細胞分化后基因是否發生改變？導致神經細胞形態功能不同的原因是什么？不同神經元的遺傳物質是否不同？通過復習細胞分化的意義，強調細胞分化的實質是基因的選擇性表達并比較秀麗隱桿線蟲的受精卵、胚胎干細胞和神經細胞的分化程度和全能性，進而理解分化程度越大，全能性越小的特點。

設計意圖：創設科研情境，感受細胞的基因密碼控制生命歷程的復雜與精密。引導學生回顧受精卵按照生命藍圖經歷細胞分裂、分化的發育過程，進一步理解細胞分化的實質。

3.2 科研情境過程分析，促進概念深層理解

活動一：數據分析，提升信息獲取能力。

教師展示科研人員實驗數據結果，分析比較牡蠣酶解提取物（EPO）、牡蠣肽（OP）和牡蠣水提取物（WPO）對線蟲體內衰老標志物--脂褐素含量影響的實驗數據（見圖2）。引導學生回歸教材，歸納細胞衰老的特征及原因，并利用相關知識進行科學解釋；聯系生活，討論健康生活延緩衰老的好習慣，提升學生知識應用與遷移的能力。

設計意圖：在解決問題過程中引導學生運用細胞衰老的特征、細胞衰老的原因等知識鞏固復習所學內容，形成知識框架，實現知識的應用與遷移。

活動二：現象研討，培養科學解釋能力。

教師呈現秀麗隱桿線蟲生殖細胞的細胞凋亡檢測實驗過程示意圖（見圖3），提供資料：用吖啶橙熒光染料對發育成熟的線蟲的生殖腺細胞染色，通過熒光顯微鏡可以清晰地觀察到細胞的凋亡，呈亮黃色或亮橙色的是線蟲凋亡的細胞，沒有凋亡的細胞呈現暗綠色。凋亡的細胞與正常細胞顏色不同，這主要是因為凋亡的細胞體積會縮小，核膜崩解，細胞骨架消失，其染色質片段化，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更加明亮的顏色。

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

設計意圖：在科研情境下，組織自主探究活動，通過問題串，引導學生回顧細胞凋亡的實質、意義及其與人體的關系，加深理解細胞衰老的特征與原因等相關內容。

活動三：構建概念圖，實現知識結構化。

教師引導學生閱讀本單元相關概念，總結細胞的生命歷程，歸納“細胞的增殖”“細胞的分化”“細胞的衰老”“細胞的凋亡”及“細胞的癌變”概念并構建大單元知識概念圖（見圖4）。

設計意圖：通過概念圖，梳理單元知識脈絡，進一步整合單元知識，促進大概念的建構。

3.3 合理利用真題檢測，導向新情境問題解決

診斷檢測是復習教學的重要環節，高考真題命題規范，試題科學性與嚴謹性有保證，高考真題能幫助復習教學更精準地貼合《普通高中生物學課程標準（2017年版2020年修訂）》（以下簡稱《課程標準》）核心素養要求與高考“一核四層四翼”評價理念，是學習檢測的良好資源，能夠訓練學生信息獲取能力與在新情境下整合所學知識進行科學解釋的能力，實現知識遷移與應用，檢驗復習效果，進一步促進概念的深入理解。

4 教學反思

培養學生生物學核心素養是生物學課程的價值追求和目標，《課程標準》中學業質量標準強調“以真實問題情境考查學生綜合運用所學的知識與技能解決問題的能力”。在復習教學中，教師利用科研素材創設情境，引導學生運用歸納與概括、模型構建等科學方法闡釋生命現象及規律，是生物學學科核心素養達成的重要途徑，有利于學生對大概念進行深入理解，促進知識的遷移與應用，從而提升解決問題的能力，實現教考銜接，促進核心素養發展。