基于核心素养的“细胞的分化”教学设计

李静

（山东省淄博第十一中学，山东淄博 255086）

一、教材分析

“细胞分化”是新教材人教版必修1第6章第2节的内容，核心内容是细胞分化，《课程标准》对此的要求为理解水平。学习本节之前，学生已经学习了细胞结构、功能、分裂等知识，这一节既是对之前知识的拓展和延伸，又可为学习遗传、变异打下基础。全能性、干细胞是由细胞分化的内容拓展而来的，这两个知识点还是选修课本中克隆技术和胚胎工程的理论基础，因此本节内容的学习非常重要。

二、教学目标

（一）知识目标

理解细胞分化的概念及意义，说出细胞分化是细胞中的基因选择性表达的结果，是形成多细胞生物体的必要过程，举例说明细胞的全能性。

（二）目标能力

探究细胞分化的实质，细胞全能性概念的内涵与外延，提高科学探究和团队合作的能力。

（三）核心素养

第一，生命观念。基于教材示意图，运用结构与功能观理解细胞分化的概念及意义。

第二，科学思维。归纳与概括：基于图示和事例，概括出细胞分化的特点；基于不同细胞的遗传信息，理解细胞的全能性。

第三，科学探究。运用卡片填涂活动探究细胞分化实质体验的科学探究过程。

第四，社会责任。了解生物科学技术的发展，运用生物学知识，增强解决人类健康问题的信息，增强关爱生命、拯救生命的社会责任感和使命感。

三、教学过程

（一）设置情景、问题导入

通过观看12岁少年捐献骨髓救母的视频[1]，引导学生思考三个问题：（1）白血病的症状。（2）引起这些症状的内部原因。（3）捐献骨髓能治疗白血病的原因。引导学生通过分析白血病患者的全血化验单（图1），得出白血病患者白细胞异常增多但失去免疫功能，所以易感染；血红蛋白减少所以贫血；血小板减少，所以易出血（图2）。

图1

图2

设计意图：结合图片引导学生理解骨髓中含有造血干细胞，可以分化出形态、结构、功能不同的血细胞。通过倾听12岁少年邵帅的话语：“为了我的妈妈，我什么都不怕……”学习12岁少年的勇敢及孝顺，弘扬中华民族的传统美德，百善孝为先。

（二）归纳得出细胞分化的定义

采用归纳法、问思法讲述细胞分化。以人体胚胎发育中细胞形态结构功能的变化（图3）及各种植物细胞的分化（图4）的实例入手，帮助学生理解问题1和问题2。

图3

图4

问题1：图3中各细胞在形态、结构、生理功能上相同吗？它们来源于什么细胞？

它们在形态、结构、生理功能上不同，都来源于受精卵。

问题2：它们都是由受精卵不断分裂产生的，刚分裂形成的一团细胞的形态是否一样？ 一样。

归纳细胞分化的概念：在个体发育中，由一个或一种细胞增殖产生的后代，在形态、结构和生理功能上发生稳定性差异的过程，叫作细胞分化。

设计意图:结合问题分析动植物个体不同细胞分化过程的图片，引导学生分析、处理信息并归纳出细胞分化的概念。

（三）细胞分化的实质

通过问思式教学引导学生分析思考1和思考2两个问题。在理解了思考1和思考2两个问题的基础上进行卡片填涂活动，卡片填涂活动分小组进行，通过小组合作探究理解细胞分化的实质。

思考1：在人体发育过程中，各种组织细胞如图5所示，这些不同细胞的遗传物质有没有变化？

就一个个体来说，各种细胞的遗传信息完全相同。

思考2：如图5所示的各细胞来源于同一受精卵，遗传物质完全相同，为什么形态、结构和生理功能却存在稳定性的差异？（结合资料1进行思考）

图5

资料1：人体每个细胞中具有功能的基因大约有3.5万个，基因通过指导蛋白质的合成来控制性状，这一过程称为基因的表达。

假设一：所有基因都表达

假设二：部分基因表达，部分基因不表达

通过思考2和资料1分析得出如图5所示细胞：肌肉细胞、胰岛B细胞、未成熟的红细胞都是由受精卵增殖、分化产生的，所以含有的基因相同，但是表达的基因不完全相同，合成的蛋白质不完全相同，所以形态、结构、功能不同。

卡片填涂——探究细胞分化的实质：卡片共4类：第1类卡片以受精卵细胞为例；第2类卡片以肌肉细胞为例；第3类卡片以胰岛细胞为例；第4类卡片以未成熟红细胞为例。图6是受精卵细胞的卡片内容，其余卡片除细胞名称不同以外，其余同图6。学生分别用这4类卡片进行分组探究两个问题：1.每一类细胞中含有①～ ⑥种哪些基因？2.每一类细胞表达①～ ⑥中哪些基因？探究完毕将结果填涂到卡片上，每个小组填涂结束后，在班内进行讲解和展示。

图6

①呼吸酶基因 ②核糖体蛋白基因 ③ATP水解酶基因

④血红蛋白基因 ⑤胰岛素合成基因 ⑥肌动蛋白基因

在学生讨论与展示的过程中逐渐得出：四类细胞都含有①～ ⑥这6种基因，但是表达的基因各不相同，从而直观地理解细胞分化的实质是基因的选择性表达。

奢侈基因（组织特异性基因）的选择性表达 造成细胞稳定性差异的到底是哪一类基因呢？由此问题，进一步引导学生统计探究结果并整理成表格，并分析如图7所示。可以看出①～ ③这三类基因在每一类细胞中都表达，但④～ ⑥这三类基因只在某一类细胞中表达，由此引申出管家基因和奢侈基因的概念，进一步将细胞分化的实质延伸到奢侈基因的选择性表达的深度。

图7

管家基因是指几乎所有细胞中均表达的一类基因，其产物是维持细胞基本生命活动所必需的，例如，糖酵解酶系基因等。组织特异性基因是指不同类型细胞中特异性表达的基因，其产物赋予各种类型细胞特异的形态结构特征与特定的功能，如卵清蛋白基因、胰岛素基因等[2]。

设计意图：基因的概念及基因的选择性表达是必修2的知识，而管家基因、奢侈基因（组织特异性基因）是大学课本内容，在高中阶段后续的练习题中也会出现，这些知识点若在这节课中只靠讲解的方式处理，高一的学生学习起来显然是比较吃力的，但通过设计的填涂活动和表格分析活动，在增加趣味性的同时，给了学生探究这一问题的实物载体，使看不见摸不着的基因直观化，高一的学生轻而易举地将细胞分化的实质一步理解到位。

（四）细胞分化的特点 本知识点通过连连看游戏来学习

设计意图：细胞分化的实质补充的资料和拓展的新知识点较多，学生思维力度较大，需要适当地缓和大脑的疲劳，而细胞分化的特点通过事例与特点对比，学生很容易将连连看练成功，如图8所示。与此同时，细胞分化的特点也就掌握了。

图8

（五）细胞分化的意义

引导学生分析思考3和图9，结合课本，归纳出细胞分化的意义。

图9

思考3：细胞分化在多细胞生物体的个体发育过程中有什么意义？

细胞分化是生物个体发育的基础，使多细胞生物体中的细胞趋向专门化，有利于提高各种生理功能的效率。

（六）细胞的全能性

通过细胞增殖分化，多细胞生物体呈现出千姿百态，如图10所示。

图10

思考4：如果给予一定的条件，这些美丽的花中已经高度分化的细胞，还能形成一个新的个体吗？

播放微课：植物组织培养大致过程，引导学生在微课的基础上阅读课本，归纳出细胞全能性的定义、原因和表现条件。

思考5：已经高度分化的动物细胞是否也能发育为一个完整的个体呢？

回顾克隆猴“中中”和“华华”克隆过程，得出已分化的动物体细胞的细胞核是具有全能性的，进而过渡到克隆可以在器官移植，拯救珍稀濒危动物等方面得以应用。

思考6：通过克隆技术可不可以给白血病患者带来福音？

资料2：

2013年5月15日美国科学家运用克隆技术，向女性提供的卵细胞内植入他人皮肤细胞的细胞核，首次成功制作了能够分化成各种组织的胚胎干细胞。

干细胞是机体中能进行自我更新（产生与自身相同的子代细胞）并具有多向分化潜能（分化形成不同细胞类型）的一类细胞。它们在个体发育和成体维持等生命过程中，起着关键和决定性的作用。

根据分化潜能的不同，干细胞可分为全能干细胞（totipotent stem cell）、多潜能干细胞（pluripotent stem cell）、多能干细胞（multipotent stem cell）和单能干细胞（unipotent stem cell）[3]。

基于人胚胎干细胞系的建立和克隆羊的成功，2001年B.Haseltine提出了再生医学的概念，这一旨在将治疗性克隆技术与人胚胎干细胞的制备相结合，利用体外构建的患者自身来源的干细胞，分化产生无免疫排斥的组织与器官，用于疾病治疗的全新理念，开启了生物医学的新纪元[4]。

设计意图：通过欣赏大自然的美丽花卉，感受生命千姿百态的同时，从细胞分化的学习过渡到细胞全能性的学习。通过回顾克隆过程，分析资料，引导学生可以通过努力学习，将克隆造血干细胞投入生产，从而给白血病患者及其家庭带来福音，增强学生的社会责任感和使命感。

（七）学以致用，回报社会

引导学生从知识、技术、社会、价值等方面对本节课进行总结，以知识树的形式进行板书，最后给学生提出希望：希望社会因你的存在而变得更美好！

四、教学反思

本节课是必修1许多相关知识的全面总结和升华，本节内容较抽象，特别是细胞分化的实质，学生缺乏基因表达的知识，理解起来有一定困难，并且对干细胞的功能与细胞全能性之间的关系等内容，很难理解透彻。为了解决这些难点，首先从已有知识出发，引导学生用通俗和简单的事例加以理解；其次结合实际生命现象，用发展、联系和辩证的观点介绍细胞在发生、发展过程中由于时间、空间位置的不同及其他因素（如营养物质、环境条件）等的影响而使遗传物质（基因）的表达情况不同，从而使细胞出现分化现象；最后对于细胞具有全能性，借助细胞分化的知识进行联系和梳理。这样，从根本上解决了本节的难点、矛盾问题。

本节课设计时借助图3、图4，引出细胞分化的概念，形象直观，容易理解掌握。另外，学生通过思考问题，填涂活动能直观地归纳出细胞分化的实质，细胞分化不改变遗传物质，只是奢侈基因的选择性表达，同时配以精美图片，充分调动学生的学习热情及积极性。整堂课中主要采用了学生自主探究，教师穿插讲解易错点及难点的教学方法，教学过程中遵循由简到难的渐进式认知规律。