大概念統領下的概念教學
——以“植物細胞”為例

李連梅 張莉敏 張 慧

(1.青島市城陽區第二實驗中學 山東青島 266108)

(2.青島市第四十四中學 山東青島 266031)

1 教材分析及設計思路

“植物細胞”是人教版《生物學·七年級·上冊》第二單元第二章第二節的內容,教材介紹了三種常見的玻片標本、制作洋蔥鱗片葉內表皮細胞臨時裝片的方法和植物細胞的結構等內容。

生物學課程內容是以學科大概念為核心構建的,大概念統領下的不同層級的概念共同構成了學科課程內容的框架。大概念是聯結學科知識的紐帶,它幫助學習者將孤立、零散的事實性知識和技能整合起來,使學習者形成對學科內容的綜合性理解。本節內容涉及大概念“生物體具有一定的結構層次,能夠完成各項生命活動”統領下的三個次位概念“生物由細胞構成”“植物細胞都具有細胞膜、細胞質、細胞核等結構”“細胞不同結構的功能各不相同,共同完成細胞的各項生命活動”,是構建重要概念“細胞是生物體結構和功能的基本單位”的基礎。

本節內容是以實驗為載體構建“細胞是植物體結構和功能的基本單位”這一重要概念的基礎。教師在教學實踐中發現,學生初次接觸玻片標本的制作,對切片、涂片和裝片的制作方法沒有感性與理性認知,因此,教師采用了試錯—分析—改正的教學策略。首先,學生在動手實踐中理解不同材料的不同處理方法,培養學生科學處理問題的能力;接著,教師通過動手操作、分析錯誤原因等活動,使學生理解實驗規范操作的方法和目的,幫助學生在實踐中理解實驗原理;再次,教師通過讓學生觀察多種植物的標本,使學生明確細胞是構成植物體的基本單位,培養學生的科學探究能力;最后,教師引導學生依據事實和證據認識細胞結構的特點及功能,使學生認同細胞內的結構共同完成植物的生命活動、理解細胞是植物體功能的基本單位;最終幫助學生構建“細胞是植物體結構和功能的基本單位”這一重要概念。

2 教學目標

(1)通過自主活動認識不同材料的處理方法,了解三種玻片標本的制作方法,形成嚴謹的科學態度。

(2)通過試錯—分析原因等活動,掌握制作臨時裝片的方法,發展動手實踐能力;通過觀察同一植物的不同器官、同一器官的不同部位和不同植物同一部位的植物標本,理解細胞是構成植物體的基本單位,增強科學思維和探究實踐能力。

(3)通過視頻、實驗現象、比較、推測等方式,認識不同的細胞結構執行不同的功能,認同細胞是植物體功能的基本單位,形成結構與功能相適應的生命觀念。

3 教學過程

3.1 課堂導入

教師請學生品嘗圣女果和葡萄,并要求學生從口感和味道等方面說一說果皮和果肉的區別。學生指出,果皮相對堅韌、不易嚼碎、無味道,果肉柔軟、酸甜、易嚼碎,而且兩種水果的味道不同。教師補充:通過科學研究發現這些差異主要與細胞的大小、排列及內部結構有關,你能通過實驗驗證這個結論嗎? 學生指出要驗證這個結論首先要看清細胞,但是直接將水果放置在顯微鏡下卻無法看見細胞,教師請學生分析原因。

學生經過討論后指出被觀察的材料必須薄而透明才能在顯微鏡下被看見。教師進一步提出挑戰性問題:請動手試一試如何將實驗桌上的材料變得薄而透明? 學生能夠說出撕取果皮、挑取果肉、切取葡萄莖、涂抹液體材料等方法。教師補充:在自然界還有一些天然的薄而透明的實驗材料,請在大蔥和洋蔥中找一找。最后,師生共同總結不同材料的處理方法,教師依據評價標準對學生的表現進行評分,導入環節的評價標準見表1。

表1 導入部分評價標準

設計意圖:教師在學生已有知識的基礎上,通過品嘗—試錯等活動,引導學生初步體驗制作玻片標本實驗材料的基本要求,使學生學會多角度處理生物學問題,幫助學生從實踐活動中獲取生物學知識。

3.2 構建概念一——“細胞是植物體結構的基本單位”

教師請學生閱讀課本并嘗試制作洋蔥鱗片葉內表皮細胞的臨時裝片。教師在巡視過程中,拍照記錄學生的不規范操作并上傳到教學平臺,學生制作臨時裝片的主要問題包括:物像中有氣泡、染色效果不佳,師生共同分析原因并探討解決問題的方案。

在分析問題一時,教師引導學生認識到氣泡的實質是被水封在蓋玻片和載玻片之間的空氣,學生由此推測可在蓋蓋玻片時減少載玻片和蓋玻片之間的空氣,即減小蓋玻片與載玻片之間的夾角,并緩慢地將氣體趕出,從而避免產生氣泡。教師肯定以上推測,學生進一步結合教師提前錄制的規范操作視頻進行練習。

在分析問題二時,教師展示將碘液滴在細胞上或蓋玻片上、橫拿滴管等不規范操作,請學生說一說這些錯誤操作可能導致的后果。學生指出,將碘液直接滴在細胞上會導致染色不均勻或染色過深;將碘液滴在蓋玻片上會使細胞接觸不到碘液,從而無法染色。學生一致認定:應該將碘液滴在蓋玻片的一側,在蓋玻片的另一側用吸水紙吸引,才能使細胞均勻染色。

接著,教師指導學生正確使用滴管:用手指捏緊橡膠頭,將滴管伸入瓶中并松開手指,碘液被吸入滴管內;接著,從滴瓶中將滴管豎直取出,用拇指與食指輕捏橡膠頭,滴一滴碘液在蓋玻片的一側,最后將滴管保持垂直狀態放回滴瓶中。教師請學生按照規范操作方法重新進行染色。

最后,學生梳理臨時裝片的制作過程及操作規范。實驗失敗的學生反思原因并重新制作,實驗成功的學生任選實驗桌上的材料繼續觀察,并用手機拍照上傳到教學平臺,教師統一展示并進行評價,評價標準見表2。

表2 裝片制作評價標準

設計意圖:教師通過試錯—分析原因—再實踐的過程,讓學生在實踐中理解實驗原理和規范的操作方法,使教學脫離說教實驗教學模式。通過指導學生制作番茄果皮、番茄果肉、黑藻葉片、黑藻莖、葫蘆蘚葉片、鴨跖草花、石竹花、芹菜導管、洋桔梗葉片表皮、洋蔥鱗片葉內表皮和洋蔥鱗片葉外表皮的臨時裝片,教師引導學生歸納得出:不同植物的同一器官、同一植物的不同器官、同一器官不同部位的細胞雖然大小、形態各不相同,但是皆由細胞構成。教師從而幫助學生構建“細胞是植物體結構的基本單位”這一次位概念。

3.3 構建概念二——“細胞是植物體功能的基本單位”

3.3.1 認識細胞壁與細胞核

教師請學生依據同一放大倍數下不同的植物細胞圖片,畫出細胞的結構,教師進行巡視指導。學生能夠畫出細胞壁、細胞質和細胞核。教師進一步提出問題:不同細胞的細胞壁厚度相同嗎? 學生經過觀察后發現大多數表皮細胞比內部細胞小、細胞壁更厚,教師補充說明植物體越堅硬的結構細胞壁越厚,學生由此推測細胞壁的作用是保護和支持。教師進一步補充細胞核內含遺傳物質,控制著生物的發育和遺傳。

3.3.2 利用特殊處理觀察細胞膜、細胞質和液泡

教師指出植物細胞內還具有其它結構,必須通過特殊處理才能看見。教師展示用5% KNO3溶液處理的洋蔥鱗片葉外表皮細胞圖片,在質壁分離復原過程中可清晰地看到細胞膜、液泡膜和縮小的液泡,由此證實細胞內還有細胞膜和液泡等結構。學生還可觀察到細胞膜與液泡膜之間的結構—細胞質,并認識到它是細胞新陳代謝的主要場所。最后,教師展示用0.01%中性紅染色的西紅柿果皮細胞和果肉細胞的圖片,學生由圖片發現果肉細胞的液泡更大,進而推測出液泡的功能是儲存營養物質。

3.3.3 觀察細胞質與葉綠體

教師用數碼顯微鏡演示放大640 倍的黑藻葉片,學生可清晰地觀察到呈綠色球狀的葉綠體沿細胞壁緩緩流動,教師引導學生分析:葉綠體無運動結構,它的流動是一種被動行為,學生進而推測細胞質的流動帶動了葉綠體的流動,由此證明細胞質呈液體流動狀態。

最后,師生共同總結植物細胞的結構及功能,學生嘗試畫出植物細胞的結構模式圖。

3.3.4 評價

在觀察和認識各種細胞結構及其功能的過程中,教師依據評價標準對學生進行評價,評價標準見表3。

表3 細胞各部分結構的功能評價量表

設計意圖:教師通過指導學生畫圖,引導學生形成尊重事實的科學態度;通過實驗—分析等活動,引導學生證明:細胞內的不同結構執行不同功能,它們共同完成生命活動,幫助學生構建“細胞是植物體功能的基本單位”這一次位概念。

4 課后反思

在設計本節課時,教師觀察了幾十種植物材料,通過研究發現:①觀察表皮細胞的理想材料是新鮮韭菜;洋桔梗的表皮雖然易撕取卻不易染色。②觀察葉綠體的理想材料是黑藻葉片,但是需放大640 倍以上;葫蘆蘚的葉片雖然是單層細胞,但是細胞太小,無法看清葉綠體;黃瓜的質地較硬,用挑取的方法很難獲得分離的細胞,可用削取法獲得果肉薄片,但是很難看清葉綠體。③觀察花的細胞的理想材料是石竹和鴨跖草,其花皆由單層細胞構成。④觀察果肉細胞比較理想的材料是西紅柿,不新鮮的西紅柿更容易分離出單細胞。

教師研究還發現:將洋蔥鱗片葉放置2—3 小時后再撕取外表皮,無需染色即可看清細胞核。教師認為,可能的原因是在撕取的過程中液泡膜被破壞,流出的細胞液將細胞核染色了。但是用提取的洋蔥色素卻不能對細胞染色,原因可能是色素分子較大而難以進入細胞內部。