基于模型構建的“生物體的結構層次”（第1課時）的教學設計*

黃建林 （浙江省杭州市文海實驗學校 浙江杭州 310018）

生物學是一門以實驗為基礎的學科。在生物學實驗教學中，模型構建在突出重點、突破難點、培養學生的思維和提高學生的動手能力及理解能力等方面起著重要的作用。在“生物體的結構層次”（第1 課時）的教學中，通過基于模型構建的實驗教學，提高學生的理解能力，促進其學習。

1 教材分析

“生物體的結構層次”是浙教版《科學》7年級上冊第2 章第3 節的內容。此節內容在《義務教育初中科學課程標準（2011年版）》中屬于生命科學部分［1］，是生命科學教學中的重點和難點。同時，它也是連接微觀內容（細胞）和宏觀內容（器官、系統及生物體）的紐帶，起到從微觀向宏觀過渡的作用。此節中的染色體知識為深度學習細胞分裂、遺傳和變異等知識奠定一定的基礎，起承上啟下的作用。此節內容是繼學生學習“細胞”之后的一節內容，學生已具備細胞的一些知識，并對許多生命現象有一定的了解，但不全面。對于細胞是如何構成一個完整的生物體心存疑惑和好奇，特別是對于分裂過程中染色體如何分配到子細胞中的知識，學生并不了解。因此，將細胞的分裂、生長和分化作為本節課的重點；將染色體如何分配到2 個子細胞作為本節的難點。教學設計主要通過受精卵發育成一個個體這一任務情境展開，將細胞的分裂、生長、分化等的各個知識點串聯并融合在此情境中，通過模型的制作、分析、評價等探究活動，學生構建知識和理解概念，在活動中培養生物學學科核心素養，最終實現教學目標的達成。

2 教學目標

1）掌握和理解分裂、生長和分化等概念，通過學習染色體相關知識，明確穩態和平衡觀；通過學習分化后細胞的形態、功能等的不同，理解結構與功能相適應的生命觀。

2）通過對細胞分裂、分化、生長等模型的展示和對比，培養觀察能力和比較思維能力。通過對模型的評價，培養質疑能力和批判性思維能力。

3）通過設計模型方案，在用模型分析問題、解決問題的過程中培養團結協作、實事求是、嚴謹、求實的科學態度和科學精神。

4）通過學習由一個受精卵細胞發育到一個個體的過程，嘗試解決現實生活中與此相關的問題，并用習得的知識造福人類。

3 教學過程

3.1 呈現“細胞”，引發思考 教師在PPT 上呈現一個人的圖片，提問：人的發育起點是什么？從一個受精卵細胞發育成一個個體，要解決哪些問題？

通過人體和受精卵之間關系的提問，使學生領略生命科學之奧秘，既激發學生的內驅力；又引出本節課的關注點，即細胞經歷的過程。通過追問要解決哪些問題，引發學生思考，為介紹細胞分裂作鋪墊。

3.2 模型及視頻展示，轉化前概念 一個細胞要變成一個個體，學生指出首先細胞要變多，即細胞分裂。各小組合作，用橡皮泥在塑料板上演示一次細胞分裂的過程。學生展示并說明理由，展示情況如下：有1 個變2 個且大小不同；有1 個變2 個且大小相同；有1 個變3 個或4 個甚至更多的等。學生評價后認為：這3 種情況都有道理。此時，教師播放細胞分裂的視頻，并拿出1 個面包模擬母細胞，隨意一分為二，讓學生評價對錯，評價得出2 點：一是沒有平均分配；二是斷層面沒有細胞膜。

教師播放細胞分裂時染色體變化特點的視頻（只說明染色體是平均分配到2 個子細胞中）。提問:如果母細胞中染色體是46 條，經分裂后的子細胞有幾條？理由是什么？大多數學生認為是23 條，因為母細胞中的染色體是平均分配到2 個子細胞中的。但對此回答有學生質疑：如果分裂一次變成23 條，2 次再少一半，多次分裂就接近0了。還有學生認為：分裂后是23 條，但在子細胞中還有一個復制過程，會變成46 條，染色體總數保持不變。在學生回答和評價的基礎上，教師再次播放染色體變化的視頻，強調染色體是先在母細胞中復制，然后平均分配到2 個子細胞中。為更形象表示染色體的變化過程，教師用2 支水筆進行類比染色體：一開始1 個母細胞中的染色體是1 支水筆，分裂前進行復制變成2 支，然后再將2 支水筆平均分配到2 個子細胞中，即1 個細胞分到1 支。這樣，2 個子細胞中染色體的形態、結構都是相似的，從而真正達到穩態和平衡。追問：通過細胞分裂，你覺得對于多細胞生物例如人體有什么重大意義？（生：多細胞生物體中的細胞數量增多。）

利用模型展示，培養學生的動手能力，同時也暴露學生的前概念——分裂就是細胞變多，但到底變成多少不一定。通過面包模型的撕裂模擬細胞分裂過程及相應的評價，再次理解細胞分裂的特點。通過視頻播放、母細胞中的46 條到子細胞變成幾條的設問及學生質疑和視頻的再次播放，充分理解什么才是真正的染色體平均分配到2 個子細胞中，從而突破本節的難點，用分筆的類比，再次強調細胞分裂時染色體變化特點，學生知其然更知其所以然。

提問：在受精卵發育成個體的過程中，細胞除了要不斷分裂，還需要進行什么過程？理由是什么？（生：細胞生長，因為如果細胞只分裂不生長，經過多次分裂后細胞會很小，甚至到最后會消失。）教師肯定學生的說法，同時要求學生以小組合作的形式，通過橡皮泥模型展示細胞的生長過程。展示評價后，要求學生說出細胞生長的意義。學生交流后得出：細胞體積變大。

通過設問受精卵發育成人體的過程中，細胞除了要不斷地分裂，還要進行生長，將前、后知識進行有序連接，并培養學生的實證意識——即為自己的觀點提供理論或邏輯上的證據。學生用橡皮泥模擬細胞生長過程，充分理解細胞的生長特點。

3.3 構建“分化”模型，理解結構與功能觀 提問：受精卵發育成個體的過程中，是否只有一定數量的細胞且簡單地堆積就能成為一個個體？教師視學生的回答定教，學生回答要變成不同形狀的細胞最好，若不能回答，可提供一定的支架——呈現不同種類的細胞，例如，神經細胞、肌細胞、上皮細胞等，讓學生根據PPT 呈現的圖片和自己的理解，小組合作用橡皮泥模型展示細胞的另一個過程——細胞分化過程。通過展示、評價，得出分化的定義：形成形態和功能不同的細胞。學生歸納總結細胞分化的結果：一是細胞種類增多，適時介紹神經細胞、肌細胞的結構與功能（例如，神經細胞的結構中有很多突觸，這樣有利于信息的傳導），指出：通過結構可知其功能，反之，通過功能可推測其結構，強調生物學的結構與功能觀；二是形成組織。同時教師適時給出組織的概念——由很多形態相似、功能相同的細胞群構成。

通過設置支架，學生的思維能循序漸進、螺旋上升。通過小組合作、評價細胞分化過程，特別是對神經細胞、肌細胞的結構呈現和功能的講解，學生樹立結構與功能相適應觀。

3.4 器官系統有序，構成生物整體 提問：通過細胞的分裂、生長和分化，形成了不同的組織，這是否就意味著能直接變成一個個體，中間是否還要經過其他過程？其他動物和植物與人體的過程是否一樣？學生自學后經交流、匯報得出：動物的結構層次為：從細胞到組織，再從組織到個體還缺器官、系統等，完整的應該是：細胞、組織、器官、系統、生物體這5 個層次。植物與動物不同，植物缺少系統這個層次，只有4 個層次。教師指出：多莉羊也是從一個細胞變成一個生物體的，但它與人的發育過程有些不同，請大家課后繼續研究，哪里不同？針對這節課的知識，你還有什么想說的？

學生通過自學、對比，得出動物和植物的結構層次不同，這節課學習的知識只是其中的一部分，還需學習器官和系統的知識。通過人體與其他動物的對比，學生明白，所有高等動物的結構層次是一樣的；通過說明多莉羊與人的發育過程的不同，激發學生強烈的學習興趣，為后續繼續研究和學習打下堅實的基礎。

4 教學反思

生物學教學，特別是初中生物學教學，要多培養學生學習生物學的興趣。在達成目標的前提下，可根據學生的年齡特點，設置一些學生感興趣的任務或情境，例如，本節課探討一個受精卵變成一個個體的任務，學生感到新奇、有趣。在任務完成的過程中，可用模型構建突出重點、突破難點，例如，用橡皮泥模型的制作和展示，突出細胞分裂、分化和生長的重點及突破難點；用面包被撕裂的過程加深學生的理解。當然，教學過程要遵循學生的認知發展規律，遇到知識難點或思維障礙時，教師要適時提供一些支架供學生學習。教師還要注重探究活動的設置，在探究過程中，通過方案的設計、展示、評價等過程，培養學生的觀察、分析、歸納能力及證據意識。教師還可應用現代教育技術手段，例如，本節課的細胞分裂視頻、染色體分配視頻等，用視覺沖擊有效突破教學難點，提高生物學教學效率。