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基于核心素养发展的教学案例设计——细胞的增殖

上了《中学生物学课程标准与教材研究》这门课,我们究竟学到了什么?大部分可以下面一张图概括:

   VR  
  ====  
   PCR
 =======  
   STAR
==========  

字母含义如下:

VR: Value & Rational-----------------------(价值、理念)  
PCR: Pedagogy、Content、Representation----(教法、内容、表征)  
STAR: Space、Time、Activity、Resources--(空间、时间、活动、资源)  

(一)上层结构。

价值:就是发展学生的学科核心素养,生命观念、理性思维、科学探究、社会责任。  
理念:核心素养为宗旨,内容聚焦大概念,教学过程重实践,学业评价促发展。  

(二)中层结构。

教法:科学探究、启发式问答、科学论证、讲授法、社会性科学议题等。  
内容:科学知识、科学探究与工程实践、科学本质、科学-技术-社会。  
表征:抽象符号、示例、问答、隐喻、脚手架,其形式如文字、图片、媒体、程序等。   

(三)底层结构。

时间:时间对教学活动的限制和脉络。  
空间:空间对教学活动的支持和限制。  
活动:活动为学生创造的学习机会多与少,好与坏。
资源:资源在时空的分布以及对活动的支持。  

以上修改自:张春雷.核心素养视角下课堂结构的审视与重构[J].教师教育研究.2018,30(179):66-71

这个,有点抽象呀!! :/

好,那么,让我们用一个具体的案例来说话。

《细胞的增殖》教学案例

【引出话题】你知道一个人拥有多少细胞吗?人类个体平均拥有37.2万亿个细胞。

【吸引】我们知道人都是有一个细胞发育而来的,这个细胞就是受精卵。那么,一个受精卵如何变成数以万亿的细胞的呢?

【研究】对于细胞数目是如何增多的这个问题,我们怎么研究呢?

我们当然可以直接研究人,直接观察一个受精卵,但是相对比较困难,很难获得,价格昂贵,而且也存在医学风险和伦理道德隐患。

【解释】上节课,我们研究了植物是如何进行细胞分裂的,我们选择洋葱根尖的分生区细胞作为实验材料。谁能说说选择这个材料有什么好处?

结果,我们观察到了什么?你们记录下来了吗?

这个一定要记录下来,照片或者绘图,这就是科学数据。这也是证明植物细胞是如何分类的重要证据。我很高兴有几位同学做了记录,还有同学技术很好拍到了很清晰的照片。下面,我们就选一张比较清晰、细胞形态最为多样的照片来分析植物细胞分裂的过程。

出示:植物洋葱根尖分生区细胞照片
mitosis-photo

首先,你们看到了什么?很多细胞是不是?这些细胞一样吗?怎么不一样了?那么,到底有多少种类型呢,你可以和同桌一起数一数吗?

通过归类,我们发现有一种类型的细胞特别多,我们一起看一下这类细胞的结构特征。

出示:典型细胞典型结构照片(细胞壁、细胞膜、细胞质、细胞核)
plant-cell

其他类型的细胞,则相对数目较少,而且都有些特别之处,有哪些特别之处呢?有共同点吗?

实际上,这些特别奇怪的细胞就是进入了细胞分裂期的细胞。而形态最典型的细胞则是没有进入分裂期的细胞,它们可能正在准备分裂,我们称之为间期。间期+分裂期刚好构成一个循环,也就是一个细胞周期。细胞可以向钟表一样一直分裂个不停,一个分成2个,2个分成4个,这样不断增加下去。这是不是就是解释了细胞是如何变多的这个问题。

画板书:1分为2,2分为4,4分为8,……。
cell-cycle

【吸引】那么,大家看一看,分裂期细胞多,还是分裂间期细胞多?这能说明什么?假如,照片中所有的细胞都是不停的正在进行细胞分裂的话,只是当我们给细胞染色的时候,这些细胞就被冻结到了它但是所处的时期,那么由此你可以就细胞分裂间期和分裂期的持续时间推测出什么?

植物洋葱根尖分生区细胞是这样,我们再看看其他物种是不是也是这样?

出示:不通物种细胞分裂周期表格
mitosis-table

【解释】从这个表格,我们能得出什么结论。

【吸引】为什么是这样?大家有什么猜测吗?

【探究】要回答这个问题,我们需要继续研究一下细胞分裂的过程。请大家为细胞分裂期的细胞进行排序。
谁来说一下,有不同的排序方法吗?

【解释】说说你的理由?你为什么这么排序?

你认为这样证据足够吗?其实不太好说,因为照片提供的数据仅仅是一个切面,我们无法看到完整的过程。
播放视频:细胞有丝分裂的动态过程。
mitosis-vedio

怎么办?让我们一起看一下,动态的细胞分裂过程?看清楚了吗?

哪一种正确,这一种。为什么?

接下来,为了让大家搞清楚,具体每个时期细胞发生的变化,我们借助一个动画来给大家演示。请大家一起观察、记录(画下来)并提问和讨论。

演示动画:植物细胞有丝分类动画
mitosis-animation

首先,最开始肯定是细胞分类间期,之后进入前期、中期、后期、末期。要知道,这些时期都是人们根据形态特点认为划分的,而实际上细胞分类是一个连贯过程,并不会有任何停歇。

细胞有丝分裂各个时期的特点:
间期:蛋白质合成、DNA复制、细胞体积增加。
前期:核仁、核膜逐渐消失;出现纺锤体、染色体。
中期:纺锤丝牵引染色体排列在细胞中央的一个平面上;染色体的最佳观察时期。
后期:着丝点分裂成两个,姐妹染色单体也分开成为两条子染色体,在纺锤丝牵引下分向两极。
末期:核仁、核膜重新出现;纺锤体、染色体消失;细胞板将一个细胞分隔成2个子细胞。

【精致】
前期:膜仁消失现两体
中期:形定数清赤道齐
后期:点裂体增均两极
末期:两消两现重开始

【吸引】了解了整个细胞有丝分裂的过程,我们发现细胞分裂不是简单的一分为二,还需要完成很多重要物质的分配?比如遗传物质、细胞器,还有什么?营养物质,磷脂分子、糖、酶、蛋白质、还有很多。它们的重要性一样吗?哪个最重要,遗传物质。遗传物质在哪里呢,就在染色体上。所以染色体的分配、或者说遗传物质DNA的分配就是细胞分裂的头等大事。为什么这样说呢?

那么,染色体是怎么分配到2个子细胞的呢?平均分配。而且,非常严格的平均分配,不是简单的数目相等,而是要每个染色体都要复制一份,然后分到2个细胞中去。这有什么好处?不这样会有什么后果?

好处是每个子细胞都完整的继承一套遗传物质,没有增加也没有减少,这样还可以保持遗传信息的完整性。如果不均等分配,有些细胞遗传物质就会部分缺失、甚至完全消失,这样的细胞失去了遗传物质的调控,生命活动就会紊乱,没有办法继续生活下去,当然更无法继续增殖。

【解释】所以这是头等大事,下面我们就对细胞周期中的DNA数目变化进行追踪,进而更深入的体会细胞生命世界中的神奇和巧妙之处。

DNA数量变化

【评估】你能解释有丝分裂是如何保证细胞遗传物质的稳定性的吗?如果一个细胞在有丝分裂中期时有4条染色体,那么在后期有多少条染色体?假如,洋葱根尖分生区细胞的分裂周期是16小时,那么,你根据实验中拍摄的照片估计其分裂期的时常吗?说一说你理由。

【精致】有丝分裂名词的由来。有丝分裂(Mitosis)是有佛莱明于1882年提出,其字首mitos来自希腊文,是指线,字尾osis是指过程,mitosis即为“有线形成的过程”,而当时佛莱明观察细胞分裂时,观察到的线状结构实际上是染色质浓缩而成的、显微镜下可以清晰看到的染色体。

最后欣赏一下细胞中美景奇观:细胞同步分裂的荧光染色照片。
Synchronized-Division

案例设计要点

价值和理念

构建细胞有丝分裂的过程模型,进一步理解细胞生命活动的物质基础,建构结构与功能相适应的生命观念。提高观察、记录、分析数据得出结论的科学探究能力,发展逻辑推理、概率统计等科学思维。学习过程注重调动学生主动思考和提问,为学生提供参与科学探究、分析实验结果、讨论实验材料的选取的学习机会,促进学生自主学习和合作交流。

内容、策略、表征

内容:选取了有丝分裂重点内容开展学习,主要包括细胞有丝分裂的意义、过程和机制。
策略:采用5E教学模式——吸引、探究、解释、精致、评估。
表征:使用了照片、示意图、动画、视频、曲线图等多种知识表征的形式促进理解、引发思考。

空间、时间、活动、资源

与上一节的洋葱根尖分生区观察实验联系起来,基于前面实验的结果来开展本节课的学习,具有时间连续性。由于上课是在普通多媒体教室,因此采用了多种媒体资源,比如图片、视频、动画等配合教学活动,整个教学活动得到了相应的课程资源的支持。

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