吳紅漫

摘 要 以“細胞增殖”教學為例，從分析教學現(xiàn)狀入手，闡述如何基于學生前概念，完成預實驗、設(shè)計觀察實驗、分析實驗結(jié)果、獲得事實性知識、建構(gòu)核心概念的過程。

關(guān)鍵詞 細胞增殖前概念建構(gòu) 核心概念

中圖分類號 G633.91 文獻標志碼 B

文件編號： 1003 - 7586（2016）06 - 0042 - 03

生物學科核心概念是指生物學課程中超越具體、事實性知識的概念，是具有統(tǒng)攝一般概念和事實性知識的概念，對核心概念的學習是學生學習活動的重中之重，提高核心概念教學的有效性是高中生物教學的核心話題。研究表明大多生物學概念的形成離不開實驗論證，所以創(chuàng)設(shè)實驗情境，讓學生設(shè)計、觀察、分析和實施相應實驗，逐步完成核心概念的建構(gòu)，能幫助學生理解概念的本質(zhì)，有事半功倍之效。

下面以“細胞增殖”的教學過程為例，闡述如何實現(xiàn)“實驗教學”與“核心概念教學”的有效鏈接?！凹毎鲋场笔歉咧猩镎n程中的核心概念，通常的教學設(shè)計是先學習細胞分裂的相關(guān)知識，再進行觀察細胞的有絲分裂的實驗。筆者嘗試設(shè)計系列探究和觀察實驗，采用組織學生進行課前準備實驗、課中設(shè)計實驗和邊進行實驗邊歸納概念的教學策略，引導學生逐步完成細胞增殖概念的學習。

1 教學現(xiàn)狀分析與教學策略確定

1.1 理解課標要求，確定教學思路

《普通高中生物課程標準（實驗）》對于“細胞增殖”教學提出的具體內(nèi)容標準是：簡述細胞的生長和增殖的周期性；觀察細胞的有絲分裂并概述其過程。

本節(jié)教學思路為：組織學生在進行“觀察細胞的有絲分裂過程系列實驗及過程分析”的基礎(chǔ)上，使其逐步構(gòu)建“細胞有絲分裂”“細胞增殖”的概念，幫助學生理解“什么是有絲分裂？”“細胞周期的含義”、“動、植物細胞有絲分裂的異同”“有絲分裂在細胞生命歷程中的地位和作用”，從而達到“簡述細胞周期、概述有絲分裂過程”的學習目標。

1.2 分析教材地位，確定教學重點和難點

必修一第5章“細胞增殖”一節(jié)，是“細胞生命歷程”教學的開篇內(nèi)容，有細胞的亞顯微結(jié)構(gòu)和細胞代謝的知識作鋪墊為細胞分化、衰老、癌變、凋亡、減數(shù)分裂、染色體變異、免疫、細胞工程等知識作準備，因此這個概念的學習對學生理解前后相關(guān)知識很關(guān)鍵，既是細胞結(jié)構(gòu)知識的深化和應用，又是今后學習細胞功能及細胞發(fā)展變化的基礎(chǔ)。

因而將本節(jié)課教學重點確定為：細胞生長與分裂在個體生長中的作用；有絲分裂細胞周期的定義、階段、變化和特點；植物和動物細胞有絲分裂過程中的細胞形態(tài)、結(jié)構(gòu)的變化，以及各個時期染色體行為和數(shù)量的變化、DNA數(shù)量變化；細胞增殖的種類和意義。其中有兩個教學難點：① 如何理解細胞周期？② 歸納出有絲分裂中染色體、DNA的變化規(guī)律。

1.3 引伸學生“前概念”，設(shè)計實驗內(nèi)容

常見教學設(shè)計是以細胞分裂的模式圖解為主要學習資料，教師通過分析圖解中細胞分裂的染色體、細胞形態(tài)等變化，配合適當?shù)哪Ｐ徒?gòu)活動，完成概念教學。實踐中發(fā)現(xiàn)，高一學生具備一定的初中生物學知識和高中細胞學知識，對細胞增殖內(nèi)容存在前概念，教師通過問題呈現(xiàn)與啟示，激發(fā)學生的認知沖突，創(chuàng)設(shè)實驗情境，設(shè)計學生實驗如表1。讓學生在前概念的基礎(chǔ)上，設(shè)計和完成相應實驗，自主建構(gòu)“細胞增殖”的新概念，既培養(yǎng)學生實驗探究能力，更學生全面認識和深入理解“細胞增殖”核心概念。具體設(shè)計見表1。

2 教學實例及分析

奧蘇伯爾認為學生獲得概念主要有兩條途徑，即概念形成和概念同化。概念形成是指學生從大量的同類事物或現(xiàn)象的不同例證中獨立發(fā)現(xiàn)共同的本質(zhì)特征，獲得概念的初級形式。概念同化是學生利用認知結(jié)構(gòu)中原有的有關(guān)概念學習新概念的方式，是獲得概念的主要形式。細胞增殖的概念教學就是讓學生在實驗過程中發(fā)現(xiàn)細胞增殖的本質(zhì)，并利用原有的前概念，通過對比、分析、論證和歸納，完成概念的形成與同化。

2.1 布置預實驗，探究植物生長的“根源”

以洋蔥根尖有絲分裂為例，課前布置學生做準備實驗——“水培根尖”，并提出問題：根尖為什么會生長？

教學過程如下：每人1個洋蔥鱗莖，標明實驗時間；去掉老根，切掉基部腐爛層，打破休眠；將洋蔥放在直徑合適的燒杯口上，洋蔥底部接觸水面；放置室外溫暖、有陽光處，培養(yǎng)4～7 d；記錄生根情況，并拍照。

結(jié)果展示：有的洋蔥長出比較多的“白胡須”狀的須根，有的只長了一圈或沒有長出。

結(jié)果分析：有的學生在切掉基部腐爛層時，切的過多，破壞了根原基，沒有了根部分生組織，無法生根。

由此學生得出了結(jié)論：植物的生長主要是通過尖端分生組織的細胞分裂和生長實現(xiàn)的，觀察細胞增殖過程的實驗材料是根尖。

2.2 討論實驗設(shè)計，指導制作根尖臨時裝片

運用問題鏈的逐層提問與提示，師生共同研討，設(shè)計出“制作洋蔥根尖臨時裝片”的實驗方案，然后將預實驗水培的根尖制成裝片，研究根尖細胞不同區(qū)域的細胞。師生討論過程簡錄：

師：我們都切取0.5 cm根尖（不是2～3 mm），怎么看到細胞？

生：放在顯微鏡下。

師：直接放？顯微鏡下能看到嗎？根近于圓柱體？

生：壓平成一薄層，便于光線透過。（初中顯微鏡技能）

師：你壓一下。（提供載玻片、蓋玻片、根尖）

生：壓碎了。（動手操作）

師：需解離。（展示初中教材胞間連絲圖片，并介紹解離的原理、試劑、用法等）。

師再問：解離后就能看清細胞變化嗎？

生：染色。

師：給什么染色？什么是染色體和染色質(zhì)？（介紹染色的原理、方法等）

生：給染色體（質(zhì)）染色，要看到細胞形態(tài)、大小變化及染色體形態(tài)和數(shù)目的變化，需制作根尖臨時裝片，即解離→漂洗→染色→壓片后才能鏡檢。（學生完成裝片制作）

將學生制作裝片實驗安排在學習分裂各時期特點之前，目的是讓學生能用自己制作的裝片進行觀察，體驗科學家發(fā)現(xiàn)問題并解決問題的過程。

2.3 指導顯微觀察，啟迪發(fā)現(xiàn)細胞分裂的作用

以往的教學中，教師會直接告訴學生，取根尖2～3 mm觀察，找到分生區(qū)細胞觀察，這樣容易出現(xiàn)一些問題。例如學生初中知識遺忘了，不能區(qū)分成熟區(qū)和分生區(qū)細胞，或在成熟區(qū)尋找細胞分裂相。從認知水平的角度看，學生是沒有理解根尖為什么會生長？根尖生長的細胞學基礎(chǔ)是什么？因此在指導顯微觀察中，需要幫助學生完善對根尖生長的認識。

教師指導學生觀察裝片簡述：①取0.5 cm根尖制作臨時裝片；②低倍鏡觀察，找到根尖的根毛區(qū)、伸長區(qū)、分生區(qū)（生長點）、根冠；③高倍鏡觀察，對比四區(qū)細胞形態(tài)、長短、結(jié)構(gòu)的差異，找到正在分裂和生長的細胞；④去發(fā)現(xiàn)伸長區(qū)細胞生長現(xiàn)象明顯，分生區(qū)有的細胞正在分裂。

提出問題：根尖生長主要取決于伸長區(qū)細胞生長還是分生區(qū)細胞增殖？

通過師生共同觀察與分析，引導學生得出結(jié)論：細胞不能無限長大；根尖生長與細胞生長和分裂都有關(guān)，主要取決于細胞分裂；觀察細胞分裂的部位是根尖分生區(qū)，不用取材0.5 cm，只需取2～3 mm。

2.4 對比排序不同分裂相，完善細胞周期的概念

“細胞周期”是學生學習的難點問題，難在3處，主要采取3方面的教學策略。

難點之一是學生幾乎無法真實觀察到細胞連續(xù)分裂的動態(tài)過程，影響學生對“細胞周期”概念內(nèi)涵的理解。教學中通常通過動畫、模型展示“一次分裂完成開始，到下一次分裂完成為止為一個細胞周期”的過程。

本節(jié)課從觀察“自制分生區(qū)細胞裝片”出發(fā)：首先指導學生觀察裝片，從細胞形態(tài)、細胞大小、細胞核有無、染色質(zhì)多少、染色體位置等方面充分描述不同細胞分裂相的特征；然后將相同細胞分裂相歸類、排序，從而分辨細胞周期的間期和分裂期的前、中、后、末4個時期。例如：有一類細胞數(shù)目很多，都有一個細胞核、有明顯核仁、核占體積比很大；有幾個細胞很特殊，深色的染色體集中在細胞中央；有幾個細胞的染色體到細胞的兩極等；再指導學生排出3-5類細胞出現(xiàn)的前后順序，排列出細胞分裂時期。最后教師點拔學生認識到，觀察到的是細胞解離殺死后，固定在不同的分裂時期的“相”，不能看到每個細胞分裂動態(tài)過程；一個細胞的分裂歷程，就構(gòu)成一次細胞周期，它與時間周期、時鐘周期、鐘擺周期等的本質(zhì)區(qū)別，就是細胞結(jié)構(gòu)的周期性改變；不同類型的細胞表示它們分別停留在不同分裂時期，這些時期被依次人為地劃分為間期和分裂期，分裂期又依次被人為劃分為前期、中期、后期和末期；區(qū)分不同時期的依據(jù)主要是細胞核中染色體的變化，為學生歸納不同時期細胞的染色體、染色單數(shù)、DNA分子形態(tài)數(shù)目等變化，從而突破教學難點，引導學生從分子水平和細胞水平理解細胞周期，并為建構(gòu)相應數(shù)學模型打下基礎(chǔ)。

難點之二是學生容易對細胞周期的時間分配產(chǎn)生誤解，只關(guān)注細胞數(shù)目以指數(shù)函數(shù)的形式遞增，而忽略分裂間期的實質(zhì)變化和重要作用，因為相關(guān)動畫、模型的連續(xù)播放讓學生容易產(chǎn)生沒有間期或間期很短的錯覺。本節(jié)課是通過指導學生觀察比較不同分裂相的細胞數(shù)目的多少來突破此難點的。學生會發(fā)現(xiàn)最多的是間期細胞，最少的是中期細胞，說明什么？間期本質(zhì)是發(fā)生在準備期，完成了染色體復制過程，經(jīng)歷時間最長，而中期是分裂期中時間最短的，使學生從物質(zhì)變化的角度認識到細胞周期的本質(zhì)，即細胞中遺傳物質(zhì)復制后平均分配的、周而復始的過程。從實驗方法的角度，也讓學生知道通過“數(shù)目占比”推算“時間分配”是實驗分析中的常用方法。

難點之三是細胞周期什么時候開始？什么時候停止？學生對細胞周期外延的理解容易停留在周期性分裂的層次，對細胞為什么分裂、分裂后“去哪兒了”等不作深入思考。本節(jié)課通過組織學生觀察根尖的根冠、分生區(qū)、伸長區(qū)、成熟區(qū)的細胞圖像，引導學生從生物學事實中發(fā)現(xiàn)問題，如：不是所有細胞都在分裂；形成的子細胞有的繼續(xù)分裂，有的發(fā)生分化等，這樣形成對細胞周期更完整的認識。

2.5 展示模擬分裂過程，歸納有絲分裂概念

囿于學生觀察自制的洋蔥根尖分生區(qū)細胞顯微圖像的清晰程度不夠，學生由此歸納細胞中染色體等變化規(guī)律有困難，因此用模擬動畫和相應圖片輔助學生觀察有絲分裂過程中細胞各部分結(jié)構(gòu)的變化。教師引導學生在實物觀察的基礎(chǔ)上，將自制顯微圖像與模擬圖片相對比，更容易找出各時期的特征。從以下四個角度歸納建構(gòu)有絲分裂的概念，包括“絲”的含義、來源和變化規(guī)律；染色體數(shù)量、運動、形態(tài)的變化規(guī)律；DNA、染色單體、著絲點數(shù)量等變化規(guī)律；動物和植物細胞中核膜、核仁、細胞器等亞顯微結(jié)構(gòu)的變化規(guī)律。

3 實驗教學輔助概念教學的教后反思

3.1 融入探究理念

在觀察根尖、制作裝片、對比分裂相等系列實驗過程中，讓學生獲得了豐富的事實性知識，基于觀察逐步深入探究，更有助于建構(gòu)概念。

3.2 借助前概念引伸

學生已形成的前概念是新概念形成的基礎(chǔ)，也可能成為新概念形成的障礙，充分利用前概念引導學生設(shè)計實驗、觀察分析，能夠豐富學生前概念，也能糾正概念誤區(qū)，從而建構(gòu)新概念，為形成更上位的概念打好基礎(chǔ)。

3.3 還原實驗初衷

教師要重視學生實驗，在做中思、做中學，不能停留在“重在參與”的層次，更要注重實驗中的問題提出、目標確定、方案設(shè)計、過程分析和結(jié)論產(chǎn)生，使學生最終形成對相應生物學概念的認識。培養(yǎng)學生從實踐中發(fā)現(xiàn)真理，從實驗中形成概念，這正是實驗教學的初衷，提高學生的生物科學素養(yǎng)，使其受益終生。