基于概念轉(zhuǎn)變的高中生物學(xué)論證式教學(xué)設(shè)計(jì)

摘 要：本文以“細(xì)胞的分化”一節(jié)內(nèi)容為例，在論證式教學(xué)背景下探索“細(xì)胞分化的本質(zhì)”概念的轉(zhuǎn)變路徑。學(xué)生根據(jù)論題整理出合適的論證資料，提出初步的主張，并為主張?zhí)峁┭a(bǔ)充資料，積極地實(shí)現(xiàn)概念轉(zhuǎn)變，提高生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：高中生物學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)；論證式教學(xué)；概念轉(zhuǎn)變；學(xué)科核心素養(yǎng)

文章編號(hào)：10037586（2024）10000303 中圖分類號(hào)：G633.91 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

論證式教學(xué)是當(dāng)今國(guó)際科學(xué)教育的熱點(diǎn)研究領(lǐng)域。在論證的過程中，學(xué)生需要像科學(xué)家一樣經(jīng)歷構(gòu)建理論知識(shí)、分析評(píng)價(jià)資料、提出主張、為主張進(jìn)行辯駁修正的過程。^［1］該模式與傳統(tǒng)教學(xué)的主要區(qū)別在于知識(shí)的傳授方式不同，論證式教學(xué)并非直接將知識(shí)傳授給學(xué)生，而是通過師生、生生之間的辯證討論幫助學(xué)生實(shí)現(xiàn)對(duì)科學(xué)本質(zhì)和科學(xué)概念的深刻理解。

科學(xué)概念是學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)的重要載體，大量的實(shí)證研究表明，基于傳統(tǒng)概念轉(zhuǎn)變的諸多教學(xué)策略并未收獲預(yù)期的效果。^［2］實(shí)現(xiàn)概念轉(zhuǎn)變需要對(duì)原有概念產(chǎn)生疑問，并能夠理解、認(rèn)同新概念的合理性和有效性。論證式教學(xué)中對(duì)主張進(jìn)行反駁就是對(duì)前概念產(chǎn)生疑問的過程，而基于證據(jù)進(jìn)行完善主張就是實(shí)現(xiàn)概念轉(zhuǎn)變、認(rèn)同新概念的途徑。學(xué)生只有深刻理解了概念，才能避免在學(xué)習(xí)中和學(xué)習(xí)后產(chǎn)生迷思概念或錯(cuò)誤概念。^［3］

1 教材及學(xué)情分析

“細(xì)胞的分化”是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(jiǎn)稱“教材”）第6章第2節(jié)的內(nèi)容，涉及細(xì)胞分化的概念、本質(zhì)及意義還有細(xì)胞全能性等知識(shí)。從宏觀角度看，細(xì)胞的分化是組成生物體的細(xì)胞在形態(tài)、結(jié)構(gòu)、功能上發(fā)生穩(wěn)定性差異的過程；從基因?qū)用婵?，?xì)胞的分化是控制生物體蛋白質(zhì)合成的基因發(fā)生了選擇性表達(dá)的結(jié)果。教師需要為學(xué)生提供相關(guān)資料，幫助學(xué)生初步理解基因和蛋白質(zhì)的關(guān)系。其次，教師需要結(jié)合基因檢測(cè)技術(shù)和植物組織培養(yǎng)技術(shù)，引導(dǎo)學(xué)生理解在細(xì)胞分化的過程中基因沒有發(fā)生改變，只是進(jìn)行了選擇性表達(dá)。學(xué)生對(duì)于細(xì)胞分化本質(zhì)的理解，也為“遺傳與進(jìn)化”模塊中“基因指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成”等內(nèi)容的學(xué)習(xí)打下了基礎(chǔ)。

2 教學(xué)目標(biāo)

（1）通過比較不同組織細(xì)胞的特征，從結(jié)構(gòu)角度分析不同組織細(xì)胞的功能差異，歸納細(xì)胞分化的概念，培養(yǎng)生命觀念和科學(xué)思維。

（2）基于基因表達(dá)的相關(guān)證據(jù)和資料，推理細(xì)胞分化的原因，結(jié)合基因檢測(cè)技術(shù)和植物組織培養(yǎng)技術(shù)的事實(shí)結(jié)果，修正并闡述細(xì)胞分化的實(shí)質(zhì)。

（3）結(jié)合對(duì)植物組織培養(yǎng)和動(dòng)物體細(xì)胞核移植的分析，歸納與概括細(xì)胞的全能性。

（4）關(guān)注干細(xì)胞在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用價(jià)值，提出疾病治療的思路，培養(yǎng)社會(huì)責(zé)任意識(shí)。

3 教學(xué)過程設(shè)計(jì)

3.1 創(chuàng)設(shè)情境，引入新課

教師播放“從受精卵到胚胎的發(fā)育過程”視頻，引導(dǎo)學(xué)生觀察發(fā)育過程中受精卵的變化并提出問題：人體的組織細(xì)胞有200多種，若僅依靠有絲分裂獲得相同細(xì)胞，人體如何完成復(fù)雜的生命活動(dòng)？學(xué)生根據(jù)視頻介紹說出有絲分裂產(chǎn)生的細(xì)胞還能朝著不同的方向進(jìn)行變化，進(jìn)而引出本節(jié)課的主題。

設(shè)計(jì)意圖：學(xué)生通過視頻真實(shí)地感受從細(xì)胞到個(gè)體的發(fā)育過程，產(chǎn)生認(rèn)知沖突，進(jìn)而激發(fā)學(xué)生對(duì)于細(xì)胞分化這一生物學(xué)現(xiàn)象的探索欲望。

3.2 歸納細(xì)胞分化概念，分析分化原因

教師展示動(dòng)物上皮細(xì)胞、神經(jīng)細(xì)胞、紅細(xì)胞、肌細(xì)胞等各類細(xì)胞示意圖（見圖1），學(xué)生分析不同組織內(nèi)細(xì)胞結(jié)構(gòu)及功能的差異性，初步歸納細(xì)胞分化的概念。同時(shí)，教師引導(dǎo)學(xué)生思考“細(xì)胞如果已經(jīng)分化成了平滑肌細(xì)胞，是否能夠再變?yōu)樯窠?jīng)細(xì)胞？是否能夠返回受精卵的狀態(tài)？”最終結(jié)合事實(shí)，總結(jié)細(xì)胞分化的特點(diǎn)。

設(shè)計(jì)意圖：引導(dǎo)學(xué)生回憶初中生物學(xué)相關(guān)知識(shí)，從細(xì)胞結(jié)構(gòu)的角度理解不同組織細(xì)胞的功能，樹立結(jié)構(gòu)和功能相適應(yīng)的生命觀念，為后續(xù)內(nèi)容的學(xué)習(xí)進(jìn)行鋪墊。

學(xué)生的認(rèn)知水平有限，往往認(rèn)為細(xì)胞在分化過程中會(huì)發(fā)生部分基因的丟失，從而表達(dá)不同的蛋白質(zhì)，執(zhí)行不同的功能。教師講授細(xì)胞分化對(duì)于生物生命活動(dòng)的重要性，提出驅(qū)動(dòng)性問題：什么原因?qū)е铝思?xì)胞分化？教師解釋“基因是具有遺傳效應(yīng)的DNA片段，基因指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成的過程被稱為基因的表達(dá)”，并以直觀圖示的形式展示基因表達(dá)的過程，引導(dǎo)學(xué)生思考直接決定細(xì)胞形態(tài)的是哪種物質(zhì)。學(xué)生通過推理分析說出蛋白質(zhì)決定細(xì)胞形態(tài)，且細(xì)胞形態(tài)和組織細(xì)胞的功能有關(guān)，從而得出結(jié)論：細(xì)胞分化的直接原因是蛋白質(zhì)的種類不同。教師舉例“紅細(xì)胞之所以能夠運(yùn)輸氧氣，其實(shí)就是血紅蛋白具有結(jié)合氧的能力，而蛋白質(zhì)的合成從根本上受到基因的控制”，讓學(xué)生從基因水平理解細(xì)胞分化的原因。

設(shè)計(jì)意圖：教師為學(xué)生提供基因表達(dá)相關(guān)概念的框架，引導(dǎo)學(xué)生從細(xì)胞水平轉(zhuǎn)向分子水平分析細(xì)胞分化的原因，培養(yǎng)學(xué)生的分析與推理能力。但是學(xué)生的認(rèn)知程度有限，只能推測(cè)有關(guān)細(xì)胞分化原因的前概念。

3.3 證據(jù)推理，理解分化的本質(zhì)

教師結(jié)合學(xué)生的觀點(diǎn)，讓學(xué)生思考如何證明細(xì)胞分化中基因發(fā)生了丟失。教師提供不同組織細(xì)胞的基因檢測(cè)情況和蛋白質(zhì)檢測(cè)情況（見表1），引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)科研結(jié)果進(jìn)行分析。學(xué)生分析發(fā)現(xiàn)細(xì)胞分化的過程中基因并未發(fā)生變化。在此基礎(chǔ)上，學(xué)生分析哪些基因在所有細(xì)胞中表達(dá)，哪些基因在特定的細(xì)胞中表達(dá)。教師講解管家基因和奢侈基因的概念，明確奢侈基因的選擇性表達(dá)是細(xì)胞分化的本質(zhì)。接著教師提供胡蘿卜韌皮部細(xì)胞培養(yǎng)完整植株的實(shí)驗(yàn)資料，說明已經(jīng)高度分化的植物細(xì)胞依舊具有發(fā)育成完整植株的潛能，即單個(gè)細(xì)胞內(nèi)存在生物體發(fā)育的全套遺傳信息。學(xué)生認(rèn)同細(xì)胞分化的實(shí)質(zhì)不是基因的丟失，而是基因的選擇性表達(dá)。

設(shè)計(jì)意圖：教師提供相關(guān)的證據(jù)資料，以實(shí)驗(yàn)和科研結(jié)果為依據(jù)，反駁學(xué)生提出的“基因在分化過程中發(fā)生丟失”觀點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)生理解細(xì)胞分化的原因是基因的選擇性表達(dá)，達(dá)成對(duì)概念的理解。

3.4 學(xué)以致用，細(xì)胞全能性的應(yīng)用

重現(xiàn)教材“問題探討”欄目中的問題情境，教師提問：為什么健康個(gè)體的血細(xì)胞不會(huì)隨著細(xì)胞的死亡而減少？骨髓與血細(xì)胞的形成有什么關(guān)系？學(xué)生閱讀教材第121頁，回答什么是干細(xì)胞。教師提供干細(xì)胞在骨髓移植、白血病治療領(lǐng)域的應(yīng)用資料，學(xué)生分析其應(yīng)用原理及重大價(jià)值，討論出生嬰兒保留臍帶血的意義。

設(shè)計(jì)意圖：學(xué)生基于對(duì)干細(xì)胞的生物學(xué)認(rèn)知，領(lǐng)悟生命科學(xué)知識(shí)對(duì)醫(yī)療和社會(huì)的幫助和貢獻(xiàn)，形成“人類命運(yùn)共同體”的生命觀念，樹立關(guān)愛他人、珍愛生命的社會(huì)責(zé)任意識(shí)。

4 論證思路及教學(xué)反思

本節(jié)課的論證思路如圖2所示，教師以“細(xì)胞分化的實(shí)質(zhì)是基因的選擇性表達(dá)”為主線，引導(dǎo)學(xué)生采用論證式的科學(xué)思維結(jié)合資料提出初步主張，暴露學(xué)生的錯(cuò)誤概念。學(xué)生再以基因檢測(cè)和植物組織培養(yǎng)的事實(shí)為依據(jù)，對(duì)初步主張進(jìn)行辯證分析，感受生物學(xué)事實(shí)和自身認(rèn)知的沖突，進(jìn)而進(jìn)行自我批評(píng)和修正，用高階思維構(gòu)建科學(xué)概念體系。

教學(xué)研究2024年第10期

經(jīng)過科學(xué)論證形成的概念往往都有充分的證據(jù)支持，學(xué)生能夠深刻認(rèn)識(shí)概念本質(zhì)，提高邏輯思維能力，形成感悟求真、務(wù)實(shí)的科學(xué)精神，提升自身科學(xué)素養(yǎng)。教師通過回歸真實(shí)情境，引導(dǎo)學(xué)生探討現(xiàn)實(shí)生活中的生物學(xué)問題，加深學(xué)生對(duì)概念的理解，培養(yǎng)學(xué)生社會(huì)責(zé)任意識(shí)，將生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)滲入課堂教學(xué)。

參考文獻(xiàn)

［1］何嘉媛，劉恩山.論證式教學(xué)策略的發(fā)展及其在理科教學(xué)中的作用［J］.生物學(xué)通報(bào)，2012，47（5）：3134．

［2］李多，呂艷坤.基于概念轉(zhuǎn)變理論的科學(xué)概念教學(xué)：現(xiàn)實(shí)困境與破解路徑［J］.化學(xué)教學(xué)，2023（10）：37．

［3］唐元宵，王丹，程思，等.例談深度學(xué)習(xí)理念下的迷思概念轉(zhuǎn)變策略［J］.中學(xué)生物教學(xué)，2022（5）：3335．