人教版生物必修一6.2 《细胞分化》教学设计

6.2《细胞分化》教学设计
一、概述
本节课是生物必修1（人教版）第6章2节的内容，这节课内容需在1课时内完成。
本节课的主要学习内容主要是细胞分化的概念、特点、意义、机理和细胞全能性及其应用。
必修1主要是围绕细胞这一生命系统的特征这一主线展开教学的，而细胞分化是在学习了细胞这一最基本生命系统的各种特征（如各相互联系的组分、边界、控制中心、开放系统等）之后进行教学的。学习这节课的价值在于：细胞分化可以应用之前初中的细胞、组织、器官以及不同组织中细胞形态、结构、功能不同；高中的蛋白质、核酸、细胞增殖等知识来建构有关细胞分化的概念。是对之前知识相互关系的一个重构。另外，细胞分化又是生命系统最后一条特征“生命系统存在发生、发展和消亡的过程”中发展的主要内容。同时与必修2的基因的表达部分紧密相关，也为选修模块的植物组培和动物克隆等内容打下基础。
另外，本节内容涉及到的植物组培和动物核移植，这些是非常重要的技术，很好地呈现了从科学（细胞全能性）——技术（植物组培和动物核移植）——工程（大规模生产好苗）——社会（生产和医疗）的过程，是进行科学、技术、工程、社会教学的很好的素材，而这正是美国新一轮课程改革中极力推进的STEM的教学。
同时，细胞分化的机理和细胞全能性是本节课难点，而这部分内容恰好可以设计成为论证探究式教学，以培养学生探究、论证的能力。
二、教学目标分析
目标：
1.基于已有经验建构并说出分化概念、意义和特点
2.通过阅读和资料探究后能基于本节内容写出细胞分化机理及从资料中得出机理的论证过程，并能对其思维图进行解说
3.能举例说明细胞全能性的内涵及其应用价值
4.解释全能干细胞、多能干细胞、专能干细胞的区别。
5.从动物治疗性克隆服务于白血病的治疗中体会并初步认同，在某种程度上科学能拯救生命，带来健康和希望
6.从诺贝尔奖获得者山中伸弥的故事中体会科学研究是在一定背景下解决问题的过程，探索社会或科研问题更好的解决方案的过程。科学家的动机等背景会影响他的研究。
7.以植物组培为例，说出科学、技术、工程和社会之间的联系，体会4者息息相关。初步尝试建立起技术与社会应用之间的桥梁，即初步解决植物组培技术规模化和工程化的难题。
重点：细胞分化概念、机理、细胞全能性概念和应用
难点：细胞分化机理的探究以及细胞全能性应用，尤其是植物组培技术规模化和工程化的实现
三、学习者特征分析
这节课是必修1最后一章内容。在之前，通过平时对学生课堂表现的观察，以及各次测试的了解，可大致判断出厦门双十中学的高一学生的情况，具体如下：
1.知识：初中已学习过组织、器官等知识，了解各种具不同形态、结构和功能的细胞，也学习过细胞分化的概念，同时也刚学习过细胞分裂，所以只要稍加引导就可以让学生回忆和构建细胞分化概念，掌握细胞分化的意义和特点。
初中学习过多利羊的核移植实验，所以对于理解核移植和植物组培进而理解全能性上没有太大困难，加之之前对于细胞增殖的理解，所以学生也能比较好完成从已有知识和全能性的2个实验推导细胞分化过程中遗传物质不变这一结论。但仍具一定的挑战性。
对于不同细胞基因的选择性表达，进而合成蛋白质，从而导致不同类型细胞的形成，即实现细胞分化这一过程，学生可能会存在认知上的困难。虽然已学习蛋白质这一生命活动的主要承担者，能理解蛋白质的不同是决定细胞不同的主因，但仍需教师提醒、引导；虽然已学习DNA、RNA等相关内容，但是对于DNA和基因的关系有点混乱，所以教师有必要提供资料让学生理清二者关系。
对于干细胞并不陌生，但对全能干细胞、多能干细胞、专能干细胞以及他们与动物克隆技术的相关性不是很清楚，也不清楚白血病的病因。
对于科学、技术、社会、工程这部分内容，学生实际上已经有所体会，但是还未被提点，建立4者关系，尤其对于工程是实现技术到社会的关键缺乏认识，并且对于工程化问题的解决缺乏思考。
2.能力：思维能力较强，有较强的逻辑性，但是缺乏有条理地简写和简述思考过程的能力。虽然具备良好阅读能力，但缺乏对科学资料的阅读和分析能力。
3.情感和风格：上课比较活跃，能很好跟上老师的思路，并与老师进行很好的互动
四、教学策略选择与设计
本教学设计的理念是以教师为主导，学生为主体，充分利用学生已有知识、能力，让学生在教师所创设的情景中主动进行探究，建构概念，并且让学生概念的掌握情况外显化，进而应用概念解决实际生活。体现生物学作为自然科学的学科属性。发展学生21世纪技能。
本教学设计主要依据美国生物学课程研究所（BSCS，1989）开发的一种基于建构主义教学理论的模式，即“5E”教学模式进行设计。5E教学模式共分5步，这5步分别是吸引（Engagement）、探究（Exploration）、解释（Explanation）、迁移（Elaboration）和评价（Evaluation）。
吸引（Engagement）这一环节主要是为吸引学生，让学生们进行思维上的碰撞，暴露他们错误概念，调动其探究的内动力。探究（Exploration）是5E教学模式的中心环节，学生在资料探究或实验探究中，面对新的知识或信息与其前概念形成的认知冲突，进行概念的重建。此过程中教师需要适当进行提示引导。解释（Explanation）对探究过程和结果的展示，给他们提供一个机会表露其对概念和技能等的理解和掌握，学生尝试用自己的理解阐述他们对概念的认知。同时也为教师呈现正确概念的机会。迁移（Elaboration）是在教师引导下发展学生概念的理解和应用，建立概念间的关系。评价（Evaluation）指教师和学生用各样方法评价学生对新知识的理解及应用能力。主要实现教师或学生自己对学生概念掌握情况了解。
在上述5个环节中最为关键的是吸引和探究。好的吸引至关重要，也非常具有挑战性。
而好的探究更是5E的灵魂所在，而很多时候探究尤其是资料探究过程中学生的思维过程是内隐的，如何使这个过程外显化，甚至在此基础上让学生的思维相互碰撞，交流是需要突破的，因为只有这样学生在探究过程中他所建立的新概念，建立概念过程中的推导、论证过程才能被检测，他的知识和能力发展情况才能被诊断，并且可以通过生生作用促进学生们概念转变和重建。此外，资料探究过程中，教师需要在学生分析的基础上重组资料，帮助学生高效自主探究。
当然迁移（Elaboration）是实现（科学、技术、社会、工程）STEM教学的重要环节，需要加以把握。
五、教学资源与工具设计
本节课会设计引导学生在课上学习，课后拓展的学案（见附件）。其余的教学资源是人教版教材和教师制作的ppt。
六、教学过程
教学内容
教师活动
学生活动
设计意图
1.细胞分化的概念2.细胞分化的特点3.细胞分化的意义（5min）
1.吸引（Engagement）请学生上台写出人体内的细胞名称以及功能，并画出轮廓。之后请学生归纳这些细胞在形态、结构和功能上是不同的。请其他同学在学案上书写。请学生说出这些细胞的起源——受精卵请学生描述这个过程——即得出细胞分化的概念呈现ppt中关于动植物细胞分化的图片（受精卵分化成各类细胞图或干细胞、分生区细胞分化成各类细胞图），引导学生分析细胞分化的特点和意义，并填写学案（学案一内容）引导语：问题：分化的过程中细胞形态、结构和功能改变了，那细胞核是代谢和遗传的控制中心，其中的遗传物质是否改变？细胞分化机理是什么呢？教师观点（设置陷阱）：控制的遗传物质不同——细胞形态结构、功能不同——细胞分化请学生根据学案指导进行填写（学案二1内容），并请一位学生上台填写
1个学生上黑板写，其他在学案上写学生在学案中写出他关于细胞分化机理的观点和支持观点的证据，其中1个学生在黑板写，学生之间相互进行观点的交流。并且可能会出现以下观点：①有丝分裂，染色体复制，遗传物质相同，不知分化原因。②有丝分裂，染色体复制，遗传物质相同，基因表达不同，蛋白种类不同——分化③有丝分裂，染色体复制，遗传物质相同，之后由于别的原因遗传物质改变——分化
学生利用已有知识构建细胞分化的概念调动学生兴趣和思维，暴露他们关于细胞分化机理的前科学概念，引发他们探究的内动力
4.细胞分化的机理（20min）
2.
探究（Exploration）引导语：有人认为“细胞分化是由于细胞内遗传物质或信息改变引起的”。请学生阅读人教版生物必修1教材P118-119页细胞全能性部分内容后判断该观点的正确性，并以学案中思维图的形式说明其理由（学案二2内容）。并请1位学生在黑板写出他的观点。之后请台上、台下学生互动，交流他们的观点和论证过程，引发他们辩论，教师做适当的组织和引导，同时请学生在交流过程中用红笔修正你的思维图。 引导语：在学生得出细胞分化过程中遗传物质不变之后继续请学生阅读学案中有关细胞分化机理的资料，探究、总结细胞分化的真正机制。（学案二3内容）
请1位学生上台写。学生阅读教材，并在学案中画出思维图。通过对比黑板上同学的观点，进行进一步思考，然后在相互交流、辩论中修正自己原有观点学生阅读学案，完成思考题
巧用、重组教材内容，进行探究。同时注重探究过程中的证据以及论证时的逻辑性和严谨性。并且使原本内隐的学生思维活动外显化，并在生生、师生交流中实时观测、诊断学生对概念的理解情况已经概念的转变和重构情况，帮助学生建立合理的概念。并且让他们自己能清楚自己探究和概念学习的情况。培养学生表达、交流能力，让学生经历科学家在发现科学知识的过程，体会在这个过程中自我推理和相互辩论的重要性，增进对科学本质的理解。基于先前对学生情况的分析，通过将教材中关于基因选择性表达的内容和其他相关内容进行整合，形成更易于学生理解的材料，突破学生认知上的困难（学生对基因、基因选择性表达、蛋白质不同影响分化等存在些许理解上的困难）
5.细胞全能性的概念（3min）
3E──解释（Explanation）再请学生起来解释细胞分化的机理。若学生回答正确，老师进行重申。请学生完成学案上细胞全能性部分的知识点（学案三1内容）。并请学生解释对细胞全能性的理解
学生口头表达对细胞分化机理的理解学生填写学案上细胞全能性部分的知识点。并请学生表述对细胞全能性的理解
在写作后，还需要让口头上用话语表述观点和思路。以此再次检验学生对概念的理解情况。并且在老师的重申下明确概念内涵。
5.细胞全能性的应用（植物组织培养和动物克隆）（12min）
4E──迁移（Elaboration）1.动物全能性的应用请学生阅读动物全能性应用的资料(学案四1内容)。学习干细胞和白血病病因的知识，请学生思考：当无法获得适合的他人骨髓时，该怎么办？请你利用本节内容提出获取患者正常造血干细胞的方法。请学生阅读学案中诺贝尔奖获得者的故事(学案四1内容)，交流体会（2）植物全能性的应用请学生完成学案上相关内容(学案四2内容)，思考科学、技术、社会、工程间的联系，并思考植物组织培养技术在生产实践中实现规模化和工程化将面临的问题和解决方案
学生阅读学案中的资料，学习干细胞和白血病病因的知识，利用动物克隆技术解决白血病的治疗方案阅读学案中山中伸弥的故事的资料，学习干细胞和白血病病因的知识，利用动物克隆技术解决白血病的治疗方案完成学案思考题
培养学生阅读资料，获取信息能力，并提供学生利用已有知识解决实际生活问题的机会。从动物治疗性克隆服务于白血病的治疗中体会并初步认同，在某种程度上科学能拯救生命，带来健康和希望从诺贝尔奖获得者山中伸弥的故事中体会科学研究是在一定背景下解决问题的过程，探索社会或科研问题更好的解决方案的过程。科学家的动机等背景会影响他的研究。融入科学、技术、社会、工程的教育。培养学生解决问题能力和创新能力。让学生感受科学技术的价值。
这部分可在课后完成
5E──评价（Evaluation）1.
根据学案的完成情况来检测学生的掌握情况2.
练习册相关练习3.
详细表述你对细胞分化的机理的理解4.
A先生欲拿他偶然培育出的极其罕见的绿色玫瑰参加国际花卉比赛，可是在比赛前1个月，这种珍稀绿玫瑰不幸感染病毒，开始衰败，生命垂危。A先生心急之下去向他的生物学家朋友B求救，B告知A，一般来说，植物的芽尖等处是未感染病毒的部分。请问A先生需要通过怎样的办法才有可能获得健康的绿玫瑰植株参加比赛。
附件：
细胞分化——学案
（说明：横线部分为学生填写部分）
一、细胞分化概念、特点及其意义
1.细胞分化的概念
①请简要写出人体内几种细胞名称以及功能，并简画出细胞轮廓。
②这些细胞在哪些方面是不同的？
答：形态、结构和功能上是不同的。
③请学生说出这些细胞的起源
答：受精卵
④请用自己的话描述细胞分化的概念
答：________
细胞分化的时期：个体发育过程中
细胞分化的起点：一个或一种细胞
细胞分化过程中的变化：形态、结构、生理功能发生稳定性差异
2.细胞分化的特点
（1）持久性
（2）不可逆性：分化了的细胞一般一直保持分化后的状态，直到死亡
（3）稳定性
（4）普遍性
3.分化的意义
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，是生物个体发育的基础。
二、细胞分化机理的探究
1.关于细胞分化机理，请你写出你的观点和支持该观点的证据
答：
2.有人认为“细胞分化是由于细胞内遗传物质或信息改变引起的”。请阅读人教版生物必修1教材P118-119页细胞全能性部分内容后判断该观点的正确性，并以下列思维图的形式说明你的理由（在交流过程中，可用红笔修正你的思维图）。
3.请阅读下列材料，提出你对于细胞分化机理的观点。
答：
细胞分化机理资料：
资料1：大肠杆菌细胞的拟核有1个DNA分子，长度约为4
700
000个碱基
( http: / / www.21cnjy.com"
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"欢迎登陆21世纪教育网 )对，在DNA分子上分布着大约4
400个基因
( http: / / www.21cnjy.com"
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"欢迎登陆21世纪教育网 )，每个基因的平均长度约为1
000个碱基对。
资料2：生长在太平洋西北部的一种海蜇能发出绿色荧光，这是因为海蜇DNA分子上有一段长度为5
170个碱基对的片段——绿色荧光蛋白基因。
资料3：人体细胞内（除生殖细胞）含有和受精卵一样的全套遗传物质。即每个细胞的DNA上含有控制合成血红蛋白、肌动蛋白、胰岛素蛋白等等各种不同蛋白质的基因。不同的细胞中遗传信息的执行情况不同。例如：在红细胞中，与血红蛋白合成有关的基因处于活动状态，与肌动蛋白（肌细胞中的一种蛋白质）合成有关的基因则处于关闭状态；在肌细胞中则相反。
这就好比每个排插都有完整数目的插孔，但有些开关开着，有些关着。不同细胞内表达的基因不同，就决定着不同细胞内的合成的蛋白质种类等的不同，而作为生命活动的主要承担者——蛋白质的种类不同，就造成了细胞形态、结构、功能不同。这个过程也类似于下列过程：班级全体学生（所有基因）；有些学生站起来（启动的激活基因）；喊出自己名字（合成激活基因所对应的蛋白质）；最后的和声效果不同（细胞种类）
三、细胞全能性
1.植物细胞的全能性
①实验过程
②结论：高度分化的植物细胞仍然具有发育成完整植株的能力
2.动物细胞的全能性
①实验过程
②结论：分化的动物细胞的细胞核仍具有全能性
四、细胞全能性的应用
1.动物全能性的应用
资料：
正如植物体内分生组织的细胞具有分化能力一样，动物和人体内仍保留着少数具有分裂和分化能力的细胞，这些细胞叫做干细胞。按照分化程度的高低，干细胞分为3类，专能干细胞、多能干细胞和全能干细胞。例如，人体内每时每刻都有大量的红细胞死亡，同时，骨髓又在不断地产生新的红细胞来补充。骨髓中存在着能分裂和分化成红细胞的专能造血干细胞和能分化成各种血细胞的多能造血干细胞，而骨髓造血干细胞和机体的各种组织干细胞都来源于早期胚胎内的胚胎干细胞，胚胎干细胞能分化成各类体细胞，是全能干细胞。
动物克隆根据目的不同可以分为生殖性克隆和治疗性克隆。通过核移植技术将成熟的体细胞的核注入去核的卵细胞中进行体外培养得到早期的胚胎。若将早期胚胎植入代孕动物体内而产生新个体的过程叫做生殖性克隆；若从胚胎中取出胚胎干细胞继续培养，并通过特定培养条件诱导胚胎干细胞分化成特定类型的细胞用于治疗的过程叫做治疗性克隆。
思考：白血病是一类造血干细胞恶性克隆性疾病。本应分化为血细胞的造血干细胞恶性增殖变多在骨髓和其他造血组织中大量增殖累积，并浸润其他组织和器官，同时不再分化为血细胞，使得正常造血功能受抑制。而治疗此病的手段主要是进行骨髓移植。请问当无法获得适合的他人骨髓时，该怎么办？请你利用本节内容提出获取患者正常造血干细胞的方法。
答：
资料：诺贝尔奖获得者的故事
虽然通过将体细胞的细胞核转入到去核的卵细胞，培养形成胚胎，获得胚胎干细胞，进行通过诱导获取我们所需的组织或器官。但是这个过程无疑会残害一个完全能发育成为具有完整生命的个体的胚胎太过残忍。
8年前山中伸弥博士还是一个药理学助理教授，研究领域包括胚胎干细胞。他拜望一位看不孕不育门诊的朋友，受邀请在显微镜下观看了储存的胚胎。这一窥，一下子就改变了他的科学生涯。
“我看着这个胚胎，突然意识到我的女儿们曾经同它何其相似。”两个孩子的父亲山中伸弥，心头一阵发紧，“我想，我们不能为了研究继续破坏胚胎，一定能够找到其他方法。”
8年后，他最终找到了新的选择——不用卵子、不用胚胎，越过伦理的藩篱，他从一位36岁女性的脸部提取了皮肤细胞，借助逆转录酶病毒，把4种基因注入皮肤细胞，从而得到诱导多能干细胞，简称为“iPS细胞”，它具有胚胎干细胞的类似功能。而这一震惊整个科学界的成就，也让山中伸弥成功的获得2012年诺贝尔生理或医学奖
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思考：从“动物治疗性克隆为白血病患者带来福音”和“山中伸弥故事”中你有何感悟
答：
2.植物全能性的应用
植物组织培养是一项非常重要的技术，对于快速繁殖作物，拯救珍稀濒危物种都具有重要作用。
如果在实验室中，利用植物组织培养技术可以比较容易的获取目的植株。但是如果将此技术应用于生产实际，大规模具有优良性状的作物涉及很多问题。你觉得某企业如果要大量、规模化用此技术生产必须考虑哪些问题（如成本）？你如果是该企业的智囊团，你将给他们提供怎样的有效支持？（提示：如何实现规模化大量培养好苗。降低成本、提高产量，简化工艺、实现自动化生产，减少人力投入）
答：
反驳
胡萝卜组织培养
细胞分化是因遗传物质改变引起
分化细胞的细胞核拥有像受精卵一样完整的遗传物质
反驳
蝌蚪核移植
支持/反驳
资料
结论
观点
支持/反驳
资料
结论
胡萝卜韧皮部细胞+植物激素、无机盐和糖类的培养基
培养发育
完整植株
胡萝卜韧皮部细胞+植物激素、无机盐和糖类的培养基
培养发育
蝌蚪上皮细胞的细胞核+去核的卵细胞
爪蟾
胡萝卜韧皮部细胞+植物激素、无机盐和糖类的培养基
社会：用于大量繁殖优良作物
工程化？
技术：植物组织培养技术
科学原理：细胞全能性
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