基于核心素養促進概念形成的教學設計

摘 要：本文運用概念形成策略及問題鏈支架策略，引導學生剖析落地生根的繁殖現象、細胞全能性的探究史、細胞全能性的現代應用等實例，在解決問題的過程中達成對“細胞全能性”概念的深度理解，旨在培養學生的生命觀念、科學思維、科學探究能力及社會責任意識。

關鍵詞：細胞的全能性；情境教學；概念教學；概念形成

文章編號：1003-7586（2024）07-0030-04 中圖分類號：G633.91 文獻標識碼：B

內容聚焦大概念是高中生物學課程的基本理念，其以概念為核心，使課程內容情境化，有利于學生對重要的生物學概念進行理解和應用，從而發展學生的生物學學科核心素養。建構主義學習理論主張概念不是由教師教授，必須由學生通過探究自主構建。［1］

在認知心理學中，概念形成是指學習者通過比較、辨別、抽象等方式，從大量具體的實例中概括得出事物的關鍵特征，是一種發現學習的過程。［2］概念形成的一般過程如圖1所示。在感知概念階段，學生在真實的情境中有目的地感知、觀察生物學現象；在認知加工階段，教師以問題為支架引導學生對生物學典型實例進行分析與討論，深入理解概念的關鍵特征；在形成概念階段，教師引導學生合并實例，提煉本質特征并做出定義，明晰概念內涵；在深化概念階段，教師補充關鍵材料，帶領學生開展溯因、辨析等活動，通過聯系與整合拓寬概念的外延；在應用概念階段，學生運用概念解釋生物學現象，解決實際生產生活問題，使教師即時獲取反饋。

本課例聚焦《普通高中生物學課程標準（2017年版2020年修訂）》中必修課程模塊1中的次位概念，運用概念形成策略，幫助學生整體構建“細胞全能性”的概念體系。

1 教材分析及設計思路

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

高一學生在初中階段就已接觸到植物的繁殖方式及動物克隆相關知識，具有一定的分析推理和歸納概括的能力，但對多數生命現象的認知仍停留于表面，缺乏剖析實質的意識。教師應當引導學生通過實物觀察和科學實驗證據的方式，結合已有的知識概念，進一步擴充知識體系。

2 教學目標

（1）通過對落地生根植株的觀察與分析討論，運用結構與功能觀闡述落地生根的繁殖現象及其機理，認同生命的多樣性和復雜性。

（2）通過分析科學家早期對植物細胞全能性的探究歷程，推理探究形成細胞全能性的概念。比較植物組織培養與動物細胞

核移植實驗，闡述動植物細胞全能性的差異，從而進一步完善、深化概念。

（3）舉例說明細胞的全能性在植物組織培養、動物克隆和疾病治療等方面的應用。嘗試將細胞全能性的原理運用于瀕危物種火焰蘭的保護與繁育，形成應用生物學知識解決生產生活問題的能力和責任擔當。

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，形成新的獨立植株。

落地生根的有性繁殖：花期一般在2～5個月。開花時，植株中央抽出一條花莖，呈現圓錐花序頂生排列，所產生的筒狀花冠倒吊下垂，其后會進行正常傳粉受精。 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象蘊藏著細胞分化的原理，無性繁殖現象則是植物細胞全能性的例證（見表1）。通過對這一特殊繁殖方式的分析與討論，能夠在課堂教學中增強學生對細胞全能性的感性認識，同時培養學生的自然觀察能力。2024年第7期教學研究

4 教學策略與教學流程圖

本課例以“細胞全能性”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、應用概念五個階段展開；以核心素養培育為暗線，通過問題支架引導學生對落地生根的繁殖現象、早期對細胞全能性的科學探索史、細胞全能性的現代應用等實例進行剖析，在解決問題的過程中發展學生的核心素養（見圖4）。

5 教學過程

5.1 創設情境，感知概念

教師通過設置小組活動，引導學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象設問：一片葉是否能發育形成具有根、莖、葉的完整個體？教師引導學生思考新植株的發育起點，并從生命系統最基本的層次（即細胞層面）探討植株個體的生命現象。學生經對比、分析得出：在無性繁殖中，落地生根葉片邊緣已分化的體細胞可以發育形成完整的個體。

設計意圖：回顧細胞分化的特點。教師在實物觀察的基礎上引發學生的認知沖突：葉片邊緣已分化的體細胞并沒有停留在分化后的狀態，而是繼續發育形成完整個體。在這一過程中激發學生的學習興趣，并引導其運用結構與功能觀層層深入地剖析落地生根的無性繁殖現象，從而感知并深化概念。

5.2 推理探究，形成概念

基于對以上自然現象的觀察，教師進一步追問：已分化的體細胞發育形成完整個體是落地生根特有的能力，還是植物界的普遍規律？ 結合科學史實，教師介紹科學家對植物細胞全能性的探究歷程：人們觀察到植物的無性繁殖現象，德國著名的植物生理學家哈布蘭特（G. Haberlandt）根據細胞學說推測植物的體細胞經過離體培養可以發育形成完整的有機體。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實驗中得到證實。

由此，教師引導學生分析胡蘿卜韌皮部組織培養的經典實驗，并設置問題串如下：①胡蘿卜的韌皮部細胞是否已經分化？②斯圖爾德的實驗是否證實了哈布蘭特的猜想？③從實驗中可以得到什么結論？學生通過解讀實驗結果，形成植物細胞具有全能性的概念：已分化的植物體細胞仍然具有發育形成完整有機體的能力。

教師進一步展示近現代科學家的實踐探索：20世紀50年代，我國植物生理學家羅士韋對菟絲子莖尖進行離體

培養，使其在試管中長成植株并開花；20世紀70年代，我國細胞工程研究人員通過植物莖尖分生組織離體培養來生產脫毒苗；20世紀70年代中后期，我國科學家通過原生質體培養獲得了如水稻、小麥、玉米等多種作物的再生植株。學生通過分析實例進一步完善概念：無論是體細胞還是生殖細胞，植物細胞經分裂和分化之后，仍然具有發育成完整有機體的能力。

設計意圖：教師通過史料分析，引導學生像科學家一樣思考，有利于培養學生的科學思維與科學探究能力。學生通過解讀科學家的探索史與近現代植物組織培養的實踐史，對科學知識的形成基于實證研究，并隨著科學發展不斷變化的觀念產生認同，從而強化對科學本質的理解。

5.3 溯因推理，深化概念

教師從細胞層面解析已分化的植物細胞發育成完整有機體的生命歷程，即在植物組織培養過程中，已分化的植物細胞需要經過脫分化和再分化才能形成新的個體。教師進一步追問：脫分化與再分化是否會在自然狀態下發生？學生結合細胞分化的特點，推斷出多數植物細胞需要在特定條件下才能表現出全能性，并進一步完善概念：植物細胞的全能性是一種內在的潛能與特性。隨后，教師引導學生結合細胞分化的本質，分析植物細胞表現出全能性的原因——在細胞分化的過程中，細胞保留了個體全部的遺傳物質，在一定條件下仍可以發育形成完整個體。

教師引導學生從植物細胞的全能性過渡到動物細胞的全能性，并設問：①已分化的動物體細胞是否具有全能性？依據是什么？②如何設計實驗驗證猜想？③與植物細胞的全能性相比，動物細胞的全能性有什么特點？學生通過比較非洲爪蟾核移植實驗與胡蘿卜韌皮部組織培養實驗，推斷出動物細胞相較植物細胞全能性受分化程度的影響更大，但已分化的動物體細胞的細胞核仍具有全能性，通過核移植技術可激發細胞核的全能性。

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

設計意圖：以問題串為支架引導學生分析植物細胞表現出全能性的條件及原因、動植物細胞全能性的差異，并拓寬概念外延，從而深化概念，突破教學難點。在理解植物細胞全能性的概念及本質的基礎上，學生對動物細胞是否具有全能性做出推測并設計實驗加以驗證，分析科學家的實驗結果得出相應結論，在這一過程中發展科學探究能力。

5.4 服務社會，應用概念

教師列舉細胞全能性在生產生活中的應用：應用植物組織離體培養技術快速繁殖花卉和蔬菜等作物；臍帶血應用于治療血液系統疾病等。結合昆明植物園新聞資訊“蘭生幽谷無人識，一朝落難有人幫”，教師引導學生運用所學知識就“野生蘭花有性繁殖存在困難”這一現狀提出解決措施。

設計意圖：教師通過相關實例使學生認同細胞全能性在生產生活中的應用前景。最后引導學生將“細胞的全能性”應用于解決瀕危物種的保護問題，培養學生應用生物學知識解決生產生活問題的能力，強化社會責任意識。

6 教學反思

本課例基于自然觀察與生物學實驗獲取證據，觀察落地生根的無性繁殖現象，并通過對若干實驗的分析推理形成概念，使學生形成對概念的深度理解。教師通過史料分析進一步完善概念，使學生認識到生物學概念的形成基于實踐，并緊跟科學發展的步伐不斷修正和完善，強化學生的科學本質觀。［4］

參考文獻

［1］趙占良.概念教學芻議（六）——概念的習得：相關理論及其教學啟示［J］.中小學教材教學，2021（12）：26-31．

［2］孟獻華.初中化學概念形成與教學策略［J］.化學教育，2004（2）：36-37．

［3］蔣文婷，曾會明.落地生根胎生苗發育及其相關基因研究進展［J］.生物技術通報，2016，32（7）：13-20．

［4］周世元，卜祥通.對細胞全能性概念的闡釋與教學建議［J］.中學生物教學，2021， 360（19）：53-56．