基于核心素养促进概念形成的教学设计

摘 要：本文运用概念形成策略及问题链支架策略，引导学生剖析落地生根的繁殖现象、细胞全能性的探究史、细胞全能性的现代应用等实例，在解决问题的过程中达成对“细胞全能性”概念的深度理解，旨在培养学生的生命观念、科学思维、科学探究能力及社会责任意识。

关键词：细胞的全能性；情境教学；概念教学；概念形成

文章编号：1003-7586（2024）07-0030-04 中图分类号：G633.91 文献标识码：B

内容聚焦大概念是高中生物学课程的基本理念，其以概念为核心，使课程内容情境化，有利于学生对重要的生物学概念进行理解和应用，从而发展学生的生物学学科核心素养。建构主义学习理论主张概念不是由教师教授，必须由学生通过探究自主构建。［1］

在认知心理学中，概念形成是指学习者通过比较、辨别、抽象等方式，从大量具体的实例中概括得出事物的关键特征，是一种发现学习的过程。［2］概念形成的一般过程如图1所示。在感知概念阶段，学生在真实的情境中有目的地感知、观察生物学现象；在认知加工阶段，教师以问题为支架引导学生对生物学典型实例进行分析与讨论，深入理解概念的关键特征；在形成概念阶段，教师引导学生合并实例，提炼本质特征并做出定义，明晰概念内涵；在深化概念阶段，教师补充关键材料，带领学生开展溯因、辨析等活动，通过联系与整合拓宽概念的外延；在应用概念阶段，学生运用概念解释生物学现象，解决实际生产生活问题，使教师即时获取反馈。

本课例聚焦《普通高中生物学课程标准（2017年版2020年修订）》中必修课程模块1中的次位概念，运用概念形成策略，帮助学生整体构建“细胞全能性”的概念体系。

1 教材分析及设计思路

“细胞的全能性”选自人教版普通高中教科书《生物学·必修1·分子与细胞》（以下简称“教材”）第6章第2节“细胞的分化”。教材中“细胞的全能性”这一小节的编写体现了概念构建的基本理念，通过呈现事实、合并事实、分析推理、抽象概括等步骤形成“细胞全能性”的概念。

高一学生在初中阶段就已接触到植物的繁殖方式及动物克隆相关知识，具有一定的分析推理和归纳概括的能力，但对多数生命现象的认知仍停留于表面，缺乏剖析实质的意识。教师应当引导学生通过实物观察和科学实验证据的方式，结合已有的知识概念，进一步扩充知识体系。

2 教学目标

（1）通过对落地生根植株的观察与分析讨论，运用结构与功能观阐述落地生根的繁殖现象及其机理，认同生命的多样性和复杂性。

（2）通过分析科学家早期对植物细胞全能性的探究历程，推理探究形成细胞全能性的概念。比较植物组织培养与动物细胞

核移植实验，阐述动植物细胞全能性的差异，从而进一步完善、深化概念。

（3）举例说明细胞的全能性在植物组织培养、动物克隆和疾病治疗等方面的应用。尝试将细胞全能性的原理运用于濒危物种火焰兰的保护与繁育，形成应用生物学知识解决生产生活问题的能力和责任担当。

3 教具与用途

3.1 教具介绍

落地生根（Bryophyllum pinnatum）是景天科落地生根属的一类多年生肉质草本植物（见图2、图3）。

落地生根的无性繁殖：落地生根属营养体胎生植物类型［3］，叶片边缘凹陷处长出整齐美观的不定芽，其基部可以分化出气生根，形成胎生苗，胎生苗根系成熟后便与母体分离，形成新的独立植株。

落地生根的有性繁殖：花期一般在2～5个月。开花时，植株中央抽出一条花茎，呈现圆锥花序顶生排列，所产生的筒状花冠倒吊下垂，其后会进行正常传粉受精。 图2 落地生根的两种繁殖方式

3.2 用途说明

落地生根的有性繁殖现象蕴藏着细胞分化的原理，无性繁殖现象则是植物细胞全能性的例证（见表1）。通过对这一特殊繁殖方式的分析与讨论，能够在课堂教学中增强学生对细胞全能性的感性认识，同时培养学生的自然观察能力。2024年第7期教学研究

4 教学策略与教学流程图

本课例以“细胞全能性”概念的形成路径为主线，围绕感知概念、推理探究、形成概念、深化概念、应用概念五个阶段展开；以核心素养培育为暗线，通过问题支架引导学生对落地生根的繁殖现象、早期对细胞全能性的科学探索史、细胞全能性的现代应用等实例进行剖析，在解决问题的过程中发展学生的核心素养（见图4）。

5 教学过程

5.1 创设情境，感知概念

教师通过设置小组活动，引导学生观察落地生根的两种繁殖方式，并基于落地生根的无性繁殖现象设问：一片叶是否能发育形成具有根、茎、叶的完整个体？教师引导学生思考新植株的发育起点，并从生命系统最基本的层次（即细胞层面）探讨植株个体的生命现象。学生经对比、分析得出：在无性繁殖中，落地生根叶片边缘已分化的体细胞可以发育形成完整的个体。

设计意图：回顾细胞分化的特点。教师在实物观察的基础上引发学生的认知冲突：叶片边缘已分化的体细胞并没有停留在分化后的状态，而是继续发育形成完整个体。在这一过程中激发学生的学习兴趣，并引导其运用结构与功能观层层深入地剖析落地生根的无性繁殖现象，从而感知并深化概念。

5.2 推理探究，形成概念

基于对以上自然现象的观察，教师进一步追问：已分化的体细胞发育形成完整个体是落地生根特有的能力，还是植物界的普遍规律？ 结合科学史实，教师介绍科学家对植物细胞全能性的探究历程：人们观察到植物的无性繁殖现象，德国著名的植物生理学家哈布兰特（G. Haberlandt）根据细胞学说推测植物的体细胞经过离体培养可以发育形成完整的有机体。这一猜想在1958年斯图尔德（J.B. Stewand）的胡萝卜韧皮部组织培养实验中得到证实。

由此，教师引导学生分析胡萝卜韧皮部组织培养的经典实验，并设置问题串如下：①胡萝卜的韧皮部细胞是否已经分化？②斯图尔德的实验是否证实了哈布兰特的猜想？③从实验中可以得到什么结论？学生通过解读实验结果，形成植物细胞具有全能性的概念：已分化的植物体细胞仍然具有发育形成完整有机体的能力。

教师进一步展示近现代科学家的实践探索：20世纪50年代，我国植物生理学家罗士韦对菟丝子茎尖进行离体

培养，使其在试管中长成植株并开花；20世纪70年代，我国细胞工程研究人员通过植物茎尖分生组织离体培养来生产脱毒苗；20世纪70年代中后期，我国科学家通过原生质体培养获得了如水稻、小麦、玉米等多种作物的再生植株。学生通过分析实例进一步完善概念：无论是体细胞还是生殖细胞，植物细胞经分裂和分化之后，仍然具有发育成完整有机体的能力。

设计意图：教师通过史料分析，引导学生像科学家一样思考，有利于培养学生的科学思维与科学探究能力。学生通过解读科学家的探索史与近现代植物组织培养的实践史，对科学知识的形成基于实证研究，并随着科学发展不断变化的观念产生认同，从而强化对科学本质的理解。

5.3 溯因推理，深化概念

教师从细胞层面解析已分化的植物细胞发育成完整有机体的生命历程，即在植物组织培养过程中，已分化的植物细胞需要经过脱分化和再分化才能形成新的个体。教师进一步追问：脱分化与再分化是否会在自然状态下发生？学生结合细胞分化的特点，推断出多数植物细胞需要在特定条件下才能表现出全能性，并进一步完善概念：植物细胞的全能性是一种内在的潜能与特性。随后，教师引导学生结合细胞分化的本质，分析植物细胞表现出全能性的原因——在细胞分化的过程中，细胞保留了个体全部的遗传物质，在一定条件下仍可以发育形成完整个体。

教师引导学生从植物细胞的全能性过渡到动物细胞的全能性，并设问：①已分化的动物体细胞是否具有全能性？依据是什么？②如何设计实验验证猜想？③与植物细胞的全能性相比，动物细胞的全能性有什么特点？学生通过比较非洲爪蟾核移植实验与胡萝卜韧皮部组织培养实验，推断出动物细胞相较植物细胞全能性受分化程度的影响更大，但已分化的动物体细胞的细胞核仍具有全能性，通过核移植技术可激发细胞核的全能性。

随后，教师展示骨髓移植与中华骨髓库建设的实例，引导学生剖析白血病产生的原因及治疗方法，并在完善概念：“全能性”不仅是指细胞分化的全能，还包括细胞分化的多能，即可能分化为其他各种类型的细胞。

设计意图：以问题串为支架引导学生分析植物细胞表现出全能性的条件及原因、动植物细胞全能性的差异，并拓宽概念外延，从而深化概念，突破教学难点。在理解植物细胞全能性的概念及本质的基础上，学生对动物细胞是否具有全能性做出推测并设计实验加以验证，分析科学家的实验结果得出相应结论，在这一过程中发展科学探究能力。

5.4 服务社会，应用概念

教师列举细胞全能性在生产生活中的应用：应用植物组织离体培养技术快速繁殖花卉和蔬菜等作物；脐带血应用于治疗血液系统疾病等。结合昆明植物园新闻资讯“兰生幽谷无人识，一朝落难有人帮”，教师引导学生运用所学知识就“野生兰花有性繁殖存在困难”这一现状提出解决措施。

设计意图：教师通过相关实例使学生认同细胞全能性在生产生活中的应用前景。最后引导学生将“细胞的全能性”应用于解决濒危物种的保护问题，培养学生应用生物学知识解决生产生活问题的能力，强化社会责任意识。

6 教学反思

本课例基于自然观察与生物学实验获取证据，观察落地生根的无性繁殖现象，并通过对若干实验的分析推理形成概念，使学生形成对概念的深度理解。教师通过史料分析进一步完善概念，使学生认识到生物学概念的形成基于实践，并紧跟科学发展的步伐不断修正和完善，强化学生的科学本质观。［4］

参考文献

［1］赵占良.概念教学刍议（六）——概念的习得：相关理论及其教学启示［J］.中小学教材教学，2021（12）：26-31．

［2］孟献华.初中化学概念形成与教学策略［J］.化学教育，2004（2）：36-37．

［3］蒋文婷，曾会明.落地生根胎生苗发育及其相关基因研究进展［J］.生物技术通报，2016，32（7）：13-20．

［4］周世元，卜祥通.对细胞全能性概念的阐释与教学建议［J］.中学生物教学，2021， 360（19）：53-56．