“假說—演繹法”在“細胞的分化”教學設計中的應用

范運梁

(山東大學附屬中學 山東濟南 250100)

1 教材分析及設計思路

人教版高中生物學教材(2019年版)《必修1·分子與細胞》第六章第二節(jié)“細胞的分化”包含兩部分內(nèi)容:“細胞分化及其意義”“細胞全能性”。本節(jié)內(nèi)容凸顯了生命系統(tǒng)觀、結(jié)構(gòu)與功能觀、部分與整體觀,承接了《必修1·分子與細胞》中“細胞的生命歷程”、《必修2·遺傳與進化》中的“基因的表達”、《選擇性必修1·穩(wěn)態(tài)與調(diào)節(jié)》中“免疫調(diào)節(jié)”和《選擇性必修3·生物技術與工程》中“誘導多能干細胞”“細胞核移植”等內(nèi)容。

教材以“白血病起因和治療”為情境,通過資料分析構(gòu)建細胞分化的概念和意義,重點利用“假說—演繹法”去探究細胞分化的實質(zhì)和細胞全能性,讓學生重走科學家之路,使學生像科學家一樣思考,在引導學生掌握必備知識的同時,幫助學生形成解決問題的思維和提高解決問題的能力。

2 教學目標

(1)通過對比細胞分裂和細胞分化的異同,分析細胞分裂和細胞分化在個體發(fā)育中的地位,構(gòu)建細胞分化的概念和意義,形成結(jié)構(gòu)與功能相適應的生命觀念。

(2)通過小組探究構(gòu)建細胞分化的物理模型,并利用“假說—演繹法”探究細胞分化的實質(zhì),形成發(fā)現(xiàn)問題、提出假說、數(shù)據(jù)分析、交流與討論等科學探究能力。

(3)利用“假說—演繹法”探究細胞全能性,并能夠運用全能性的原理提出治療白血病的思路,提高解決實際問題的能力。

3 教學過程

3.1 創(chuàng)設情境,導入新課

教師呈現(xiàn)三種癥狀和血常規(guī)化驗單,提出問題:基于數(shù)據(jù)初步判斷患者可能患有什么疾病? 從而引入白血病的話題。接著,教師呈現(xiàn)兩則資料:①白血病患者造血干細胞發(fā)生突變,生產(chǎn)大量的異常白細胞,并且抑制了骨髓正常的造血功能,不能分化出正常的血細胞。② 人體內(nèi)仍保留著少數(shù)具有分裂和分化能力的細胞,如造血干細胞,它可以通過分裂和分化補充衰老、死亡的血細胞。教師基于兩則資料進一步提問:造血干細胞移植治療白血病的機理是什么?

設計意圖:通過真實的臨床診斷書和研究資料,教師讓學生去發(fā)現(xiàn)問題和解決問題,同時通過對骨髓移植治療白血病機理的探討,教師引出干細胞和細胞分化的概念。

3.2 對比分析,構(gòu)建模型——細胞分化概念

教師呈現(xiàn)“細胞分裂”和“細胞分化”的對比圖,并要求學生思考:①細胞分裂和細胞分化的區(qū)別是什么? ②四種細胞在哪些方面不同? ③正常情況下,肌肉細胞能不能恢復成受精卵?

設計意圖:教師通過對比細胞分裂和細胞分化的不同,培養(yǎng)學生獲取信息的能力、分析信息的能力、語言表達能力和抽象概括能力,進而引導學生構(gòu)建出完整的細胞分化的概念。

3.3 類比推理,辨析真?zhèn)巍毎只囊饬x

教師引導學生類比推理:①細胞若只分裂不分化將是什么結(jié)果? ②若細胞只分化不分裂會造成什么結(jié)果? ③分裂和分化與個體發(fā)育之間的關系是什么? 并要求學生辨析真?zhèn)?①所有生物都能發(fā)生細胞分化。②細胞分化使細胞趨向?qū)ｉT化,有利于提高生理功能的效率。③細胞分化現(xiàn)象發(fā)生在生物體的整個生命進程中。④細胞分化的根本原因是細胞內(nèi)蛋白質(zhì)種類不同。⑤細胞分化前后遺傳物質(zhì)發(fā)生改變。

設計意圖:教師通過類比推理,使學生能夠理解細胞分裂和分化是個體發(fā)育的基礎,有利于學生構(gòu)建完整的生命系統(tǒng)觀、結(jié)構(gòu)與功能觀、部分與整體觀。教師通過辨析真?zhèn)沃小凹毎只辜毎δ苴呄驅(qū)ｉT化”,引導學生向班級分工、社會分工、細胞器分工和物質(zhì)分工類比,使學生建立物質(zhì)觀、結(jié)構(gòu)觀和功能觀的聯(lián)系,更有利于學生理解微觀世界與宏觀世界的一致性,有利于學生形成科學的自然觀和世界觀。

3.4 假說—演繹,活動探究——細胞分化的實質(zhì)

教師首先提出問題:細胞分化的原因是什么? 細胞分化前后基因和蛋白質(zhì)是否會有變化?

各小組提出假說,進行小組活動,構(gòu)建細胞分化的物理模型。每個小組擁有五種基因卡片和五種蛋白質(zhì)卡片,學生模擬細胞,如造血干細胞、未成熟紅細胞、白細胞和血小板等,小組任務是研究不同的細胞中含有哪些基因和蛋白質(zhì),學生將基因貼在背后,將蛋白質(zhì)貼在身前,最后小組合作展示模型。

在各小組展示模型后,教師呈現(xiàn)實驗證據(jù),見表1。教師基于實驗證據(jù)引導學生總結(jié)歸納,學生總結(jié)出細胞分化的實質(zhì),并分析出細胞分化的直接原因是蛋白質(zhì)的種類不完全相同,根本原因是基因選擇性表達。

表1 實驗證據(jù)

設計意圖:在分子水平上理解細胞分化的實質(zhì)是本節(jié)課的重點和難點,教師通過核心問題“細胞分化前后基因和蛋白質(zhì)是否會有變化?”來驅(qū)動學生活動,要求學生小組合作共同提出假說。在組員之間合作探究的過程中,學生會出現(xiàn)認知沖突、自我修正等現(xiàn)象,教師從而能夠培養(yǎng)學生的邏輯思維能力和批判性思維;在展示環(huán)節(jié),教師通過小組間的相互評價能夠很好地引起學生的沖突和共鳴,既能夠增強學生的學習動機,又能夠提升學生的邏輯思維能力和語言表達能力。假說—演繹法的應用有助于學生學會科學探究的方法,教師通過小組探究活動,使學生充分認識到分子水平、細胞水平乃至個體水平之間的關系,從而使學生牢固樹立生命觀念和系統(tǒng)觀念。

3.5 假說—演繹,學以致用——全能性的內(nèi)涵及應用

教師首先提出問題:既然細胞分化前后遺傳物質(zhì)不變,已分化的細胞在一定條件下能否發(fā)育成完整個體? 并讓學生提出假說。學生提出兩個相反的假說,建立認知沖突。接著,教師呈現(xiàn)植物組織培養(yǎng)技術和動物細胞核移植技術的相關資料,讓學生分析討論兩個實驗的結(jié)論與區(qū)別,從而幫助學生構(gòu)建“細胞全能性”的概念。最后,教師要求學生學以致用:利用細胞全能性原理提出治療白血病的思路。

設計意圖:教師通過“提出問題—提出假說—演繹推理—實驗驗證—總結(jié)建構(gòu)”等環(huán)節(jié),能夠引發(fā)學生的認知沖突,進而激發(fā)學生思考,使學生在證據(jù)中發(fā)現(xiàn)事件的本源。教師借助“假說—演繹法”能夠讓學生很好地理解細胞分化與細胞全能性的邏輯關系,有利于學生厘清“物質(zhì)—結(jié)構(gòu)—功能”的關系、形成結(jié)構(gòu)與功能相適應的生命觀念。在學以致用環(huán)節(jié),教師要求學生利用細胞核的全能性提出治療白血病的思路,不僅有助于學生形成理論聯(lián)系實際的觀念,更有助于學生形成生命脆弱和科學技術的重要性的觀念,激發(fā)學生珍愛生命、關愛生命的意識。

4 教學總結(jié)

情境是問題的來源,問題是思維的源泉,思維是課堂的核心,學以致用是學習目的。本節(jié)課以“白血病的起因和治療”為情境,遵循思維型課堂的五大基本原理:動機激發(fā)—認知沖突—合作建構(gòu)—自我修正—應用遷移。教師將“假說—演繹法”運用到細胞分化實質(zhì)和細胞全能性的發(fā)現(xiàn)過程中,能夠很好地讓學生在親歷發(fā)現(xiàn)問題、提出假說、獲取信息、尋找證據(jù)、檢驗假設、發(fā)現(xiàn)規(guī)律等過程中習得知識,幫助學生形成核心價值觀、必備品格和關鍵能力。