基于概念转变的高中生物学论证式教学设计

摘 要：本文以“细胞的分化”一节内容为例，在论证式教学背景下探索“细胞分化的本质”概念的转变路径。学生根据论题整理出合适的论证资料，提出初步的主张，并为主张提供补充资料，积极地实现概念转变，提高生物学学科核心素养。

关键词：高中生物学教学设计；论证式教学；概念转变；学科核心素养

文章编号：10037586（2024）10000303 中图分类号：G633.91 文献标识码：B

论证式教学是当今国际科学教育的热点研究领域。在论证的过程中，学生需要像科学家一样经历构建理论知识、分析评价资料、提出主张、为主张进行辩驳修正的过程。^［1］该模式与传统教学的主要区别在于知识的传授方式不同，论证式教学并非直接将知识传授给学生，而是通过师生、生生之间的辩证讨论帮助学生实现对科学本质和科学概念的深刻理解。

科学概念是学生发展核心素养的重要载体，大量的实证研究表明，基于传统概念转变的诸多教学策略并未收获预期的效果。^［2］实现概念转变需要对原有概念产生疑问，并能够理解、认同新概念的合理性和有效性。论证式教学中对主张进行反驳就是对前概念产生疑问的过程，而基于证据进行完善主张就是实现概念转变、认同新概念的途径。学生只有深刻理解了概念，才能避免在学习中和学习后产生迷思概念或错误概念。^［3］

1 教材及学情分析

“细胞的分化”是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节的内容，涉及细胞分化的概念、本质及意义还有细胞全能性等知识。从宏观角度看，细胞的分化是组成生物体的细胞在形态、结构、功能上发生稳定性差异的过程；从基因层面看，细胞的分化是控制生物体蛋白质合成的基因发生了选择性表达的结果。教师需要为学生提供相关资料，帮助学生初步理解基因和蛋白质的关系。其次，教师需要结合基因检测技术和植物组织培养技术，引导学生理解在细胞分化的过程中基因没有发生改变，只是进行了选择性表达。学生对于细胞分化本质的理解，也为“遗传与进化”模块中“基因指导蛋白质的合成”等内容的学习打下了基础。

2 教学目标

（1）通过比较不同组织细胞的特征，从结构角度分析不同组织细胞的功能差异，归纳细胞分化的概念，培养生命观念和科学思维。

（2）基于基因表达的相关证据和资料，推理细胞分化的原因，结合基因检测技术和植物组织培养技术的事实结果，修正并阐述细胞分化的实质。

（3）结合对植物组织培养和动物体细胞核移植的分析，归纳与概括细胞的全能性。

（4）关注干细胞在医学领域的应用价值，提出疾病治疗的思路，培养社会责任意识。

3 教学过程设计

3.1 创设情境，引入新课

教师播放“从受精卵到胚胎的发育过程”视频，引导学生观察发育过程中受精卵的变化并提出问题：人体的组织细胞有200多种，若仅依靠有丝分裂获得相同细胞，人体如何完成复杂的生命活动？学生根据视频介绍说出有丝分裂产生的细胞还能朝着不同的方向进行变化，进而引出本节课的主题。

设计意图：学生通过视频真实地感受从细胞到个体的发育过程，产生认知冲突，进而激发学生对于细胞分化这一生物学现象的探索欲望。

3.2 归纳细胞分化概念，分析分化原因

教师展示动物上皮细胞、神经细胞、红细胞、肌细胞等各类细胞示意图（见图1），学生分析不同组织内细胞结构及功能的差异性，初步归纳细胞分化的概念。同时，教师引导学生思考“细胞如果已经分化成了平滑肌细胞，是否能够再变为神经细胞？是否能够返回受精卵的状态？”最终结合事实，总结细胞分化的特点。

设计意图：引导学生回忆初中生物学相关知识，从细胞结构的角度理解不同组织细胞的功能，树立结构和功能相适应的生命观念，为后续内容的学习进行铺垫。

学生的认知水平有限，往往认为细胞在分化过程中会发生部分基因的丢失，从而表达不同的蛋白质，执行不同的功能。教师讲授细胞分化对于生物生命活动的重要性，提出驱动性问题：什么原因导致了细胞分化？教师解释“基因是具有遗传效应的DNA片段，基因指导蛋白质合成的过程被称为基因的表达”，并以直观图示的形式展示基因表达的过程，引导学生思考直接决定细胞形态的是哪种物质。学生通过推理分析说出蛋白质决定细胞形态，且细胞形态和组织细胞的功能有关，从而得出结论：细胞分化的直接原因是蛋白质的种类不同。教师举例“红细胞之所以能够运输氧气，其实就是血红蛋白具有结合氧的能力，而蛋白质的合成从根本上受到基因的控制”，让学生从基因水平理解细胞分化的原因。

设计意图：教师为学生提供基因表达相关概念的框架，引导学生从细胞水平转向分子水平分析细胞分化的原因，培养学生的分析与推理能力。但是学生的认知程度有限，只能推测有关细胞分化原因的前概念。

3.3 证据推理，理解分化的本质

教师结合学生的观点，让学生思考如何证明细胞分化中基因发生了丢失。教师提供不同组织细胞的基因检测情况和蛋白质检测情况（见表1），引导学生根据科研结果进行分析。学生分析发现细胞分化的过程中基因并未发生变化。在此基础上，学生分析哪些基因在所有细胞中表达，哪些基因在特定的细胞中表达。教师讲解管家基因和奢侈基因的概念，明确奢侈基因的选择性表达是细胞分化的本质。接着教师提供胡萝卜韧皮部细胞培养完整植株的实验资料，说明已经高度分化的植物细胞依旧具有发育成完整植株的潜能，即单个细胞内存在生物体发育的全套遗传信息。学生认同细胞分化的实质不是基因的丢失，而是基因的选择性表达。

设计意图：教师提供相关的证据资料，以实验和科研结果为依据，反驳学生提出的“基因在分化过程中发生丢失”观点，引导学生理解细胞分化的原因是基因的选择性表达，达成对概念的理解。

3.4 学以致用，细胞全能性的应用

重现教材“问题探讨”栏目中的问题情境，教师提问：为什么健康个体的血细胞不会随着细胞的死亡而减少？骨髓与血细胞的形成有什么关系？学生阅读教材第121页，回答什么是干细胞。教师提供干细胞在骨髓移植、白血病治疗领域的应用资料，学生分析其应用原理及重大价值，讨论出生婴儿保留脐带血的意义。

设计意图：学生基于对干细胞的生物学认知，领悟生命科学知识对医疗和社会的帮助和贡献，形成“人类命运共同体”的生命观念，树立关爱他人、珍爱生命的社会责任意识。

4 论证思路及教学反思

本节课的论证思路如图2所示，教师以“细胞分化的实质是基因的选择性表达”为主线，引导学生采用论证式的科学思维结合资料提出初步主张，暴露学生的错误概念。学生再以基因检测和植物组织培养的事实为依据，对初步主张进行辩证分析，感受生物学事实和自身认知的冲突，进而进行自我批评和修正，用高阶思维构建科学概念体系。

教学研究2024年第10期

经过科学论证形成的概念往往都有充分的证据支持，学生能够深刻认识概念本质，提高逻辑思维能力，形成感悟求真、务实的科学精神，提升自身科学素养。教师通过回归真实情境，引导学生探讨现实生活中的生物学问题，加深学生对概念的理解，培养学生社会责任意识，将生物学学科核心素养的培养渗入课堂教学。

参考文献

［1］何嘉媛，刘恩山.论证式教学策略的发展及其在理科教学中的作用［J］.生物学通报，2012，47（5）：3134．

［2］李多，吕艳坤.基于概念转变理论的科学概念教学：现实困境与破解路径［J］.化学教学，2023（10）：37．

［3］唐元宵，王丹，程思，等.例谈深度学习理念下的迷思概念转变策略［J］.中学生物教学，2022（5）：3335．