基于核心素養(yǎng)促進(jìn)概念形成的教學(xué)設(shè)計(jì)

摘 要：本文運(yùn)用概念形成策略及問題鏈支架策略，引導(dǎo)學(xué)生剖析落地生根的繁殖現(xiàn)象、細(xì)胞全能性的探究史、細(xì)胞全能性的現(xiàn)代應(yīng)用等實(shí)例，在解決問題的過程中達(dá)成對(duì)“細(xì)胞全能性”概念的深度理解，旨在培養(yǎng)學(xué)生的生命觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究能力及社會(huì)責(zé)任意識(shí)。

關(guān)鍵詞：細(xì)胞的全能性；情境教學(xué)；概念教學(xué)；概念形成

文章編號(hào)：1003-7586（2024）07-0030-04 中圖分類號(hào)：G633.91 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

內(nèi)容聚焦大概念是高中生物學(xué)課程的基本理念，其以概念為核心，使課程內(nèi)容情境化，有利于學(xué)生對(duì)重要的生物學(xué)概念進(jìn)行理解和應(yīng)用，從而發(fā)展學(xué)生的生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論主張概念不是由教師教授，必須由學(xué)生通過探究自主構(gòu)建。［1］

在認(rèn)知心理學(xué)中，概念形成是指學(xué)習(xí)者通過比較、辨別、抽象等方式，從大量具體的實(shí)例中概括得出事物的關(guān)鍵特征，是一種發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)的過程。［2］概念形成的一般過程如圖1所示。在感知概念階段，學(xué)生在真實(shí)的情境中有目的地感知、觀察生物學(xué)現(xiàn)象；在認(rèn)知加工階段，教師以問題為支架引導(dǎo)學(xué)生對(duì)生物學(xué)典型實(shí)例進(jìn)行分析與討論，深入理解概念的關(guān)鍵特征；在形成概念階段，教師引導(dǎo)學(xué)生合并實(shí)例，提煉本質(zhì)特征并做出定義，明晰概念內(nèi)涵；在深化概念階段，教師補(bǔ)充關(guān)鍵材料，帶領(lǐng)學(xué)生開展溯因、辨析等活動(dòng)，通過聯(lián)系與整合拓寬概念的外延；在應(yīng)用概念階段，學(xué)生運(yùn)用概念解釋生物學(xué)現(xiàn)象，解決實(shí)際生產(chǎn)生活問題，使教師即時(shí)獲取反饋。

本課例聚焦《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》中必修課程模塊1中的次位概念，運(yùn)用概念形成策略，幫助學(xué)生整體構(gòu)建“細(xì)胞全能性”的概念體系。

1 教材分析及設(shè)計(jì)思路

“細(xì)胞的全能性”選自人教版普通高中教科書《生物學(xué)·必修1·分子與細(xì)胞》（以下簡稱“教材”）第6章第2節(jié)“細(xì)胞的分化”。教材中“細(xì)胞的全能性”這一小節(jié)的編寫體現(xiàn)了概念構(gòu)建的基本理念，通過呈現(xiàn)事實(shí)、合并事實(shí)、分析推理、抽象概括等步驟形成“細(xì)胞全能性”的概念。

高一學(xué)生在初中階段就已接觸到植物的繁殖方式及動(dòng)物克隆相關(guān)知識(shí)，具有一定的分析推理和歸納概括的能力，但對(duì)多數(shù)生命現(xiàn)象的認(rèn)知仍停留于表面，缺乏剖析實(shí)質(zhì)的意識(shí)。教師應(yīng)當(dāng)引導(dǎo)學(xué)生通過實(shí)物觀察和科學(xué)實(shí)驗(yàn)證據(jù)的方式，結(jié)合已有的知識(shí)概念，進(jìn)一步擴(kuò)充知識(shí)體系。

2 教學(xué)目標(biāo)

（1）通過對(duì)落地生根植株的觀察與分析討論，運(yùn)用結(jié)構(gòu)與功能觀闡述落地生根的繁殖現(xiàn)象及其機(jī)理，認(rèn)同生命的多樣性和復(fù)雜性。

（2）通過分析科學(xué)家早期對(duì)植物細(xì)胞全能性的探究歷程，推理探究形成細(xì)胞全能性的概念。比較植物組織培養(yǎng)與動(dòng)物細(xì)胞

核移植實(shí)驗(yàn)，闡述動(dòng)植物細(xì)胞全能性的差異，從而進(jìn)一步完善、深化概念。

（3）舉例說明細(xì)胞的全能性在植物組織培養(yǎng)、動(dòng)物克隆和疾病治療等方面的應(yīng)用。嘗試將細(xì)胞全能性的原理運(yùn)用于瀕危物種火焰蘭的保護(hù)與繁育，形成應(yīng)用生物學(xué)知識(shí)解決生產(chǎn)生活問題的能力和責(zé)任擔(dān)當(dāng)。

3 教具與用途

3.1 教具介紹

落地生根（Bryophyllum pinnatum）是景天科落地生根屬的一類多年生肉質(zhì)草本植物（見圖2、圖3）。

落地生根的無性繁殖：落地生根屬營養(yǎng)體胎生植物類型［3］，葉片邊緣凹陷處長出整齊美觀的不定芽，其基部可以分化出氣生根，形成胎生苗，胎生苗根系成熟后便與母體分離，形成新的獨(dú)立植株。

落地生根的有性繁殖：花期一般在2～5個(gè)月。開花時(shí)，植株中央抽出一條花莖，呈現(xiàn)圓錐花序頂生排列，所產(chǎn)生的筒狀花冠倒吊下垂，其后會(huì)進(jìn)行正常傳粉受精。 圖2 落地生根的兩種繁殖方式

3.2 用途說明

落地生根的有性繁殖現(xiàn)象蘊(yùn)藏著細(xì)胞分化的原理，無性繁殖現(xiàn)象則是植物細(xì)胞全能性的例證（見表1）。通過對(duì)這一特殊繁殖方式的分析與討論，能夠在課堂教學(xué)中增強(qiáng)學(xué)生對(duì)細(xì)胞全能性的感性認(rèn)識(shí)，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生的自然觀察能力。2024年第7期教學(xué)研究

4 教學(xué)策略與教學(xué)流程圖

本課例以“細(xì)胞全能性”概念的形成路徑為主線，圍繞感知概念、推理探究、形成概念、深化概念、應(yīng)用概念五個(gè)階段展開；以核心素養(yǎng)培育為暗線，通過問題支架引導(dǎo)學(xué)生對(duì)落地生根的繁殖現(xiàn)象、早期對(duì)細(xì)胞全能性的科學(xué)探索史、細(xì)胞全能性的現(xiàn)代應(yīng)用等實(shí)例進(jìn)行剖析，在解決問題的過程中發(fā)展學(xué)生的核心素養(yǎng)（見圖4）。

5 教學(xué)過程

5.1 創(chuàng)設(shè)情境，感知概念

教師通過設(shè)置小組活動(dòng)，引導(dǎo)學(xué)生觀察落地生根的兩種繁殖方式，并基于落地生根的無性繁殖現(xiàn)象設(shè)問：一片葉是否能發(fā)育形成具有根、莖、葉的完整個(gè)體？教師引導(dǎo)學(xué)生思考新植株的發(fā)育起點(diǎn)，并從生命系統(tǒng)最基本的層次（即細(xì)胞層面）探討植株個(gè)體的生命現(xiàn)象。學(xué)生經(jīng)對(duì)比、分析得出：在無性繁殖中，落地生根葉片邊緣已分化的體細(xì)胞可以發(fā)育形成完整的個(gè)體。

設(shè)計(jì)意圖：回顧細(xì)胞分化的特點(diǎn)。教師在實(shí)物觀察的基礎(chǔ)上引發(fā)學(xué)生的認(rèn)知沖突：葉片邊緣已分化的體細(xì)胞并沒有停留在分化后的狀態(tài)，而是繼續(xù)發(fā)育形成完整個(gè)體。在這一過程中激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，并引導(dǎo)其運(yùn)用結(jié)構(gòu)與功能觀層層深入地剖析落地生根的無性繁殖現(xiàn)象，從而感知并深化概念。

5.2 推理探究，形成概念

基于對(duì)以上自然現(xiàn)象的觀察，教師進(jìn)一步追問：已分化的體細(xì)胞發(fā)育形成完整個(gè)體是落地生根特有的能力，還是植物界的普遍規(guī)律？ 結(jié)合科學(xué)史實(shí)，教師介紹科學(xué)家對(duì)植物細(xì)胞全能性的探究歷程：人們觀察到植物的無性繁殖現(xiàn)象，德國著名的植物生理學(xué)家哈布蘭特（G. Haberlandt）根據(jù)細(xì)胞學(xué)說推測植物的體細(xì)胞經(jīng)過離體培養(yǎng)可以發(fā)育形成完整的有機(jī)體。這一猜想在1958年斯圖爾德（J.B. Stewand）的胡蘿卜韌皮部組織培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)中得到證實(shí)。

由此，教師引導(dǎo)學(xué)生分析胡蘿卜韌皮部組織培養(yǎng)的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)，并設(shè)置問題串如下：①胡蘿卜的韌皮部細(xì)胞是否已經(jīng)分化？②斯圖爾德的實(shí)驗(yàn)是否證實(shí)了哈布蘭特的猜想？③從實(shí)驗(yàn)中可以得到什么結(jié)論？學(xué)生通過解讀實(shí)驗(yàn)結(jié)果，形成植物細(xì)胞具有全能性的概念：已分化的植物體細(xì)胞仍然具有發(fā)育形成完整有機(jī)體的能力。

教師進(jìn)一步展示近現(xiàn)代科學(xué)家的實(shí)踐探索：20世紀(jì)50年代，我國植物生理學(xué)家羅士韋對(duì)菟絲子莖尖進(jìn)行離體

培養(yǎng)，使其在試管中長成植株并開花；20世紀(jì)70年代，我國細(xì)胞工程研究人員通過植物莖尖分生組織離體培養(yǎng)來生產(chǎn)脫毒苗；20世紀(jì)70年代中后期，我國科學(xué)家通過原生質(zhì)體培養(yǎng)獲得了如水稻、小麥、玉米等多種作物的再生植株。學(xué)生通過分析實(shí)例進(jìn)一步完善概念：無論是體細(xì)胞還是生殖細(xì)胞，植物細(xì)胞經(jīng)分裂和分化之后，仍然具有發(fā)育成完整有機(jī)體的能力。

設(shè)計(jì)意圖：教師通過史料分析，引導(dǎo)學(xué)生像科學(xué)家一樣思考，有利于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維與科學(xué)探究能力。學(xué)生通過解讀科學(xué)家的探索史與近現(xiàn)代植物組織培養(yǎng)的實(shí)踐史，對(duì)科學(xué)知識(shí)的形成基于實(shí)證研究，并隨著科學(xué)發(fā)展不斷變化的觀念產(chǎn)生認(rèn)同，從而強(qiáng)化對(duì)科學(xué)本質(zhì)的理解。

5.3 溯因推理，深化概念

教師從細(xì)胞層面解析已分化的植物細(xì)胞發(fā)育成完整有機(jī)體的生命歷程，即在植物組織培養(yǎng)過程中，已分化的植物細(xì)胞需要經(jīng)過脫分化和再分化才能形成新的個(gè)體。教師進(jìn)一步追問：脫分化與再分化是否會(huì)在自然狀態(tài)下發(fā)生？學(xué)生結(jié)合細(xì)胞分化的特點(diǎn)，推斷出多數(shù)植物細(xì)胞需要在特定條件下才能表現(xiàn)出全能性，并進(jìn)一步完善概念：植物細(xì)胞的全能性是一種內(nèi)在的潛能與特性。隨后，教師引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合細(xì)胞分化的本質(zhì)，分析植物細(xì)胞表現(xiàn)出全能性的原因——在細(xì)胞分化的過程中，細(xì)胞保留了個(gè)體全部的遺傳物質(zhì)，在一定條件下仍可以發(fā)育形成完整個(gè)體。

教師引導(dǎo)學(xué)生從植物細(xì)胞的全能性過渡到動(dòng)物細(xì)胞的全能性，并設(shè)問：①已分化的動(dòng)物體細(xì)胞是否具有全能性？依據(jù)是什么？②如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證猜想？③與植物細(xì)胞的全能性相比，動(dòng)物細(xì)胞的全能性有什么特點(diǎn)？學(xué)生通過比較非洲爪蟾核移植實(shí)驗(yàn)與胡蘿卜韌皮部組織培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)，推斷出動(dòng)物細(xì)胞相較植物細(xì)胞全能性受分化程度的影響更大，但已分化的動(dòng)物體細(xì)胞的細(xì)胞核仍具有全能性，通過核移植技術(shù)可激發(fā)細(xì)胞核的全能性。

隨后，教師展示骨髓移植與中華骨髓庫建設(shè)的實(shí)例，引導(dǎo)學(xué)生剖析白血病產(chǎn)生的原因及治療方法，并在完善概念：“全能性”不僅是指細(xì)胞分化的全能，還包括細(xì)胞分化的多能，即可能分化為其他各種類型的細(xì)胞。

設(shè)計(jì)意圖：以問題串為支架引導(dǎo)學(xué)生分析植物細(xì)胞表現(xiàn)出全能性的條件及原因、動(dòng)植物細(xì)胞全能性的差異，并拓寬概念外延，從而深化概念，突破教學(xué)難點(diǎn)。在理解植物細(xì)胞全能性的概念及本質(zhì)的基礎(chǔ)上，學(xué)生對(duì)動(dòng)物細(xì)胞是否具有全能性做出推測并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)加以驗(yàn)證，分析科學(xué)家的實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出相應(yīng)結(jié)論，在這一過程中發(fā)展科學(xué)探究能力。

5.4 服務(wù)社會(huì)，應(yīng)用概念

教師列舉細(xì)胞全能性在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用：應(yīng)用植物組織離體培養(yǎng)技術(shù)快速繁殖花卉和蔬菜等作物；臍帶血應(yīng)用于治療血液系統(tǒng)疾病等。結(jié)合昆明植物園新聞資訊“蘭生幽谷無人識(shí)，一朝落難有人幫”，教師引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)就“野生蘭花有性繁殖存在困難”這一現(xiàn)狀提出解決措施。

設(shè)計(jì)意圖：教師通過相關(guān)實(shí)例使學(xué)生認(rèn)同細(xì)胞全能性在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用前景。最后引導(dǎo)學(xué)生將“細(xì)胞的全能性”應(yīng)用于解決瀕危物種的保護(hù)問題，培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用生物學(xué)知識(shí)解決生產(chǎn)生活問題的能力，強(qiáng)化社會(huì)責(zé)任意識(shí)。

6 教學(xué)反思

本課例基于自然觀察與生物學(xué)實(shí)驗(yàn)獲取證據(jù)，觀察落地生根的無性繁殖現(xiàn)象，并通過對(duì)若干實(shí)驗(yàn)的分析推理形成概念，使學(xué)生形成對(duì)概念的深度理解。教師通過史料分析進(jìn)一步完善概念，使學(xué)生認(rèn)識(shí)到生物學(xué)概念的形成基于實(shí)踐，并緊跟科學(xué)發(fā)展的步伐不斷修正和完善，強(qiáng)化學(xué)生的科學(xué)本質(zhì)觀。［4］

參考文獻(xiàn)

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［2］孟獻(xiàn)華.初中化學(xué)概念形成與教學(xué)策略［J］.化學(xué)教育，2004（2）：36-37．

［3］蔣文婷，曾會(huì)明.落地生根胎生苗發(fā)育及其相關(guān)基因研究進(jìn)展［J］.生物技術(shù)通報(bào)，2016，32（7）：13-20．

［4］周世元，卜祥通.對(duì)細(xì)胞全能性概念的闡釋與教學(xué)建議［J］.中學(xué)生物教學(xué)，2021， 360（19）：53-56．