浙科版高中生物必修1 第四章：细胞的增殖与分化 单元设计

《细胞的分化》教学设计
——基于实证的“细胞会经历生长、增殖、分化、衰老和死亡等生命历程”概念建构

一、单元学习内容与分析
本学习单元选自吴相钰和刘恩山主编的《生物学必修1(分子与细胞)》（浙江科学技术出版社）第四章第二节。依据《普通高中生物课程标准》（2017年版），本学习单元内容从属大概念“细胞的生存需要能量和营养物质，并通过分裂实现增殖”。为帮助学习者顺利形成大概念，依据课程标准，本单元的重要概念是“细胞会经历生长、增殖、分化、衰老和死亡等生命历程[1]”，支撑重要概念形成的所需理解的学习目标及相应核心素养内容如下：
A. 描述细胞通过不同的方式进行分裂，其中有丝分裂保证了遗传信息在亲代和子代细胞中的一致性。
A1. 熟练使用高倍显微镜，观察动植物细胞有丝分裂固定装片，阐明细胞增殖的周期性，并以文字或图示方式正确表达。（生命观念水平二、科学探究水平三）
A2. 通过有丝分裂模型的制作，理解有丝分裂中染色体的规律变化是遗传物质平均分配的关键，并培养与锻炼学习者的逻辑思维能力和推理能力。（科学思维水平二）
B. 说明在个体发育过程中，细胞在形态、结构和功能方面发生特异性的分化，形成了复杂的多细胞生物体。
B1. 通过分析归纳各种细胞形态不同的原因，理解细胞分化是生物界普遍存在的规律，进而对可能的结果或发展趋势做出预测或解释。（科学思维水平三）
B2. 通过显微镜观察各种细胞形态，说明正常细胞和癌细胞的主要结构特征，并能指导人的健康生活方式。（生命观念水平二 、社会责任水平一）
B3. 通过对致癌因子的讨论，了解癌症的危害和防控知识，接受科学、健康的生活建议。（社会责任水平二）
C. 描述在正常情况下，细胞衰老和死亡是一种自然的生理过程。
C1. 能够结合生活经验，简述细胞的衰老和凋亡是一种自然生理现象。关注健康，制订适合自己的健康生活计划。（社会责任水平三）
二、学情分析
本单元的学习对象是普通高中一年级学习者,处于这个阶段的学习者的认知体系基本形成，其前科学概念和能力基础对本单元学习目标的完成起到重要的影响作用。
前科学概念：通过初中科学和《分子与细胞》的学习，学习者已经能够概述细胞的各种结构和功能，形成细胞是生物体结构和生命活动的基本单位的观点，对生活中的繁殖、生长、发育、衰老和死亡等现象已经有了直观认识，同时细胞代谢的相关内容的学习，让学习者认识到个体生命现象的存在与细胞水平和分子水平的复杂变化有着密切的联系，这为本单元学习目标的完成，教学活动的顺利开展奠定了很好的基础。另一方面，学习者存在着所有的细胞都具有周期性和无限增殖能力、细胞衰老就是个体衰老、衰老和死亡对生物是有害的等错误的认知，这些会给科学概念的建构带来干扰。
能力基础：普通高中一年级学习者已经初步具有一定的归纳和概括能力，能够通过观察描述生命现象，为生物学事实上升至生物学概念，提供了根本保障。同时，学习者对细胞分裂与分化、个体衰老与细胞衰老、细胞凋亡和细胞坏死等现象缺乏深度思维，容易根据现象进行简单类比，难以从规律和本质上探寻解释和原因，给科学思维、科学探究的发展带来一定负面影响。
三、单元设计构想
为适应核心素养为宗旨、内容聚焦大概念、教学过程重实践和学业评价促发展的课程理念，基于对单元学习内容和学习者学情的分析，本单元设计为5个主要学习情景。
（一）设计意图
在科学上，概念的形成需要在大量事实和现象的基础上经过缜密的思考和严谨的逻辑推理，找到现象之间的模式和联系，并将零散的事实组合成相互关联的整体，形成有意义的逻辑结构，即概念[2]。本学习单元遵循以上原理，构建“生物学事实→次位概念→重要概念→大概念”概念形成的设计思路。根据单元重要概念“细胞会经历生长、增殖、分化、衰老和死亡等生命历程”的学习目标层级关系，以细胞“分裂-分化-衰老-死亡”生命历程为教学主线，以事实性实例为例证，利用生活中个体水平的个体生长、发育、衰老和死亡等现象，创设问题情景，通过显微镜观察有丝分裂中染色体变化、分化细胞、衰老细胞和凋亡细胞，采用观察和归纳的科学方法，形成个体水平现象与细胞水平变化相关性的认识，最终从分子水平寻找现象原因，构建整体教学设计思路。
总之，遵循从宏观现象到微观原因、从细胞观察到分子鉴定、从细胞产生到细胞死亡的路径，依据概念建构的基本原理，通过归纳和总结形成细胞分裂、分化、癌变、衰老和死亡的规律性与必然性，关注概念的内涵、外延，建构“细胞会经历生长、增殖、分化、衰老和死亡等生命历程”这一重要概念。
（二）概念图

（三）情境与活动
基于设计意图，结合学习目标，创设植物细胞有丝分裂临时装片的制作与观察、有丝分裂模型制作、癌细胞和正常细胞观察、衰老细胞观察、凋亡与坏死组织结构观察等5个主要情境。
教学情境 教学活动 事实性知识 次位概念 学科核心素养 设计意图
1.植物细胞有丝分裂装片的制作与观察 1.观察洋葱根尖的生长现象，提出“洋葱根尖为什么会生长？” 2.师生共同讨论交流，提出假设性解释，细胞体积增大还是数目增多？ 3.通过观察洋葱根尖细胞，验证假设。 4.学习者根据观察结果，得出分生区细胞分裂旺盛，伸长区细胞体积增大。 细胞分裂是洋葱根尖生长的基础 A.描述细胞通过不同的方式进行分裂，其中有丝分裂保证了遗传信息在亲代和子代细胞中的一致性。 生命观念水平二 科学探究水平三 1.学习者从实验观察获得事实性知识，经过归纳形成次位概念。 2.能够熟练使用显微镜观察，体现出科学探究水平三。
5.观察分生区细胞结构特征，分辨不同分裂时期的细胞。 6.活动任务：对观察到的不同分裂时期的细胞，根据时相排序。 7.形成洋葱细胞分裂具有周期性的概念。 8.提出“观察到的细胞还能继续分裂吗？” 洋葱细胞的增殖具有周期性 3.观察洋葱不同时期细胞，归纳出细胞增殖的周期性，体现出科学思维水平三。
2.有丝分裂模型制作 1.活动任务“利用铁丝分组制作有丝分裂模型，模拟染色质的螺旋化过程。” 2. 如何使分开之后的染色体准确地分到两个子细胞中？ 3.引导学习者说出分裂期的前期、中期、后期和末期的染色体和DNA具体数目。 4. 全班分为两大组，一大组完成DNA数量变化曲线图，另一大组完成染色体数量变化曲线图。 5.教师巡视指导，完成后请个别小组学习者展示绘图，组织其他学习者讨论，并做适当点评。 6.从两条曲线中反映出细胞周期中染色体和DNA分别有什么规律？ 有丝分裂中染色体的规律变化是遗传物质平均分配的关键 科学思维水平二 4.通过有丝分裂模型的制作，归纳出有丝分裂中染色体的规律变化，并以文字或图示方式正确表达，体现出科学思维水平二。
3.癌细胞和正常细胞观察 1.通过观察各种正常细胞的不同，引导学习者思考分析归纳细胞形态不同的原因。 2.对细胞分化与分裂关系，分化的可逆性等角度探讨细胞分化的意义。 3. 提出问题细胞分裂和分化可以同时进行？ 4.通过学习者利用文字和线段，画出细胞分裂和分化关系示意图。了解细胞分化使多细胞生物体的细胞趋向于专门化，可以提高机体各种生理功能的效率。5.达到认同细胞分化是生物界普遍存在的规律。 细胞分化是生物界普遍存在的规律 B.在个体发育过程中，细胞在形态、结构和功能方面发生特异性的分化，形成了复杂的多细胞生物体。 科学思维水平三 5.事实性知识出发，运用细胞分化是生物普遍规律，解释细胞全能性现象，体现出科学思维水平三。
6.通过观察癌细胞和组织的形态结构特点， 引导学习者思考“正常分化形成各种组织细胞，癌细胞如何产生？”7.提出问题“癌细胞除了外观与正常细胞不同，还有什么差异？”引导学习者意识到癌细胞形态结构和功能发生显著变化。8.从图片中我们看到癌细胞为什么聚集在一起？结合海拉细胞例证材料，得出癌细胞具有无限增殖的特点。 9.生成问题“癌症晚期为什么难以治疗？”，学习者思考提出合理解释。10.结合实证资料中转移癌组织和未转移癌组织的糖蛋白含量的差异，得出癌细胞容易发生转移的原因是癌细胞表面黏连蛋白含量少。 癌细胞形态结构和功能发生显著性变化；具有无限增殖、容易发生转移 生命观念水平二 社会责任水平一 6.癌细胞形态结构和功能改变与细胞蛋白种类变化有关，体现结构功能观。7.知道癌症防治是生物学热点议题。
11.通过开放式致癌因子的讨论，引导学习者思考发生癌变的根源？诱发癌变的因素？ 12.教师对学习者回答的致癌因素归纳为三个方面。 诱发癌变因素包括物理、化学和生物三个方面 社会责任水平二 8.通过对致癌因子的讨论，了解癌症的危害和防控知识，接受科学、健康的生活建议。
4.衰老细胞观察 1.课前指导学习者收集与细胞衰老、坏死、凋亡以及延缓衰老可能的方法等资料。 2.从个体衰老和细胞衰老关系入手讨论细胞衰老的特征。3.利用显微镜观察衰老细胞和幼嫩细胞的特点，从实证的角度建立细胞衰老特征的直观印象，进而交流细胞衰老的原因。 衰老细胞形态结构发生许多变化 C.描述在正常情况下，细胞衰老和死亡是一种自然的生理过程。 社会责任水平三 9. 结合生活经验，认识到细胞的衰老和个体的衰老是一种自然生理现象，珍爱生命。 10. 基于细胞衰老和凋亡的思考，关注健康制订适合自己的健康生活计划，体现社会责任。
4.提出问题“衰老的个体还有幼嫩细胞吗？” 5.学习者思考，并提出问题“个体衰老等同于细胞衰老？” 细胞衰老导致个体衰老，又不完全相同
5.凋亡与坏死组织结构观察 1.展示胎儿手的发育过程图片，解释这个原因。2.引导学习者观察蝌蚪到青蛙尾巴消失的过程视频 3.提出问题：“为何在变为蛙过程中尾部会消失？” 4.从以上两个例子，师生共同总结出细胞凋亡的含义？大家是否还能举例生活中细胞凋亡的例子？5.结合案例分析得出细胞的凋亡是有基因决定的自然死亡，坏死是由于细胞的病变或伤害导致的死亡的认识。 细胞凋亡是一种编程性细胞死亡
（四）评价设计
教学评价是教学过程中不可或缺的重要环节，是老师了解教学过程，调控教学行为，提高教学质量的重要手段[2]。教学过程中采用学习者自我评价、小组评价和教师评价相结合的形式，通过连续性观察评价，确认学习者的进步和达到的学业水平程度，用以诊断学习者学习中存在的问题，促进学习者的反思和发展。评价时关注学习者的学习态度、自主学习的能力、合作学习的精神，引导学习者改进学习方式、提高学习效率、不断超越自我、促进生物学核心素养的发展。
为体现“教学评”的一致性，根据次位概念的学习目标的达成路径，所反映的核心素养水平要求，设计相应的检测试题。其对应关系如下表所示：
四、课时教学设计
（一）教学指导思想
根据单元设计的整体指导思想，本课时按照构建“生物学事实→次位概念→重要概念→大概念”概念形成的设计思路，这就要求学习者具备实证的科学精神，严密的科学思维。学习者的学习可采用思考、交流与讨论相结合的学习模式，使学习者主动地获取生物学新知识。本课时的教学设计将以教师为主导，学习者为主体，充分利用学习者已有知识、能力，引导学习者主动参与探究活动，构建概念，进而应用概念解决实际生活问题。
（二）教学分析
（1）学习内容
《细胞的分化》是建立在细胞的结构、功能、增殖的基础上，细胞分化是细胞生命历程中的重要环节之一。本节课的学习内容主要是细胞分化的概念、特点、意义和全能性及其应用。该节内容是学习遗传、变异的基础，又是植物组织培养和动物克隆的理论基础。另外本节内容涉及到植物组织培养和动物核移植，很好地呈现了科学技术的应用。
根据重要概念的整体教学设计，落实构建“生物学事实→次位概念→重要概念→大概念”
概念形成的设计思路，完成“说明在个体发育过程中，细胞在形态、结构和功能方面发生特异性的分化，形成了复杂的多细胞生物体。”这一具体的学习目标，确立《细胞的分化》的课时详细教学设计如下：
（2）学习目标
１．举例说明分化的概念和生物学意义
２．举例说明细胞的全能性理论在科学实践中的应用
３．学习者通过肺癌案例分析提高分析归纳能力，并尝试用生物学知识解释生物学有关问题
４．学习者通过绘画分裂分化过程，提高形成知识网络并利用多种方式表达生物学知识的能力
５．认同细胞分化是生物界普遍存在的现象，是个体发育的基础
６．举例说明细胞的全能性
７．讨论恶性肿瘤的防治，选择健康的生活方式，关注生命质量和癌症患者的心理健康
（3）学情分析
高一阶段的学习者虽然已学习过组织、器官等知识，了解各种不同形态、结构和功能等细胞，所以只要稍加引导将可以厘清细胞分裂与细胞分化的关系。并且学习者已经具备了一定的抽象思维和综合思维能力，但将抽象知识具体化、形象化的能力还不够。由于细胞分化内容较为抽象，需要教师从学习者已有的生活经验展开教学活动过（肺癌诊断、植皮等）。同时，学习者们对新知识接受与认知的程度不一，对知识归纳整合能力较弱，所以教学过程要注重引导学习者围绕生物学事实，构建细胞分化概念。
（三）教学流程图


（四）教学过程
教学内容 教师活动 学习者活动 教学意图
课题引入 【情境】某人胸部不适，去医院做CT影像检查，医生认为很可能是癌症，如何进一步确诊？【讲述】为了学习组织切片的观察，我们现场看一张正常的组织切片 观察CT影像 真实情境入手，联系生活实际，激发学习者学习兴趣，并导入新课
细胞分化 【观察活动】安装拍摄数码显微镜肺部组织切片，先把切片移到正常细胞较多的区域，引导学习者观察多种不同细胞的形态，辨认细胞类型，推测细胞功能（PPT提示各种细胞的结构特点）引导学习者思考以下问题串：这些细胞怎么来的呢？ 这些细胞结构有什么特点呢？ 这些细胞的的可能具有什么功能？【活动】根据刚才我们观察的肺部组织细胞类型，用线段和文字在草稿纸上表示出细胞分化的示意图。引导学习者绘制，选择优秀同学的绘制图展示，采用生生互评方式，师生共同评价结果。 提出问题细胞分裂和分化可以同时进行？引导学习者思考分裂与分化关系。【讲述】细胞分化与细胞的分裂状态和速度相适应，分化必须建立在分裂的基础上，即分化必然伴随着分裂，但分裂的细胞不一定就分化。分裂促进生长，分化促进发育。【外延】问题串：已经分化的细胞还能恢复成原始状态？这些分化的细胞哪里来的？如果人体没有细胞分化会如何？ 引导学习者认识到细胞正常分化是实现个体发育的基础。 学习者志愿者来操作数码显微镜。 观察肺癌组织切片，思考并回答各种细胞的结构、功能回答：细胞分化是指在细胞的后代在形态结构和生理功能上会发生差异的过程。绘制细胞分裂和分化示意图 评价同学的绘制的示意图 思考，如何使示意图更加完善 回答，并思考分裂与分化的关系，并认识到分裂是分化的基础，个体的生长发育离不开分裂和分化 学习者思考细胞、组织、器官和个体的关系，多角度认识到细胞分化学习者意识到，细胞的分化可以提高机体各种生理功能的效率。一般来说，分化了的细胞将一直保持分化后的状态，执行特定的功能直到死亡。 模拟真实的组织学切片检查，采用直观教学法感知细胞分化概念，渗透结构与功能观。 引导学习者认识到人体组织细胞多样性离不开分化体现学习者的学习者主体地位，反馈对细胞分化内涵的理解水平 归纳细胞分化特征，为大概念形成作出贡献
细胞全能性 【过渡】分化的细胞，形态、结构、功能出现差异，高度分化的细胞还能发育成一个完整个体吗？【材料分析】胡萝卜根细胞分化成完整植株，蛙的核移植示意图。【小结】从以上的资料，你能得出什么结论？引导学习者用文字概述细胞全能性的含义。【拓展】对于皮肤大面积烧伤的患者，可以取患者本人的细胞，利用细胞分化和细胞全能性知识进行治疗，你有什么治疗设想?引导学习者打开思路，激发探讨兴趣。 推测、假设观看细胞全能性图片 以这两个资料证实或修正自己的观点 学习者结合图片信息，归纳出具有分化出各种细胞的潜能，成为细胞全能性 学习者发散思维，思考问题解决方法 体细胞诱导，植皮 采用认证式教学，模拟科学探究过程，体验实验探究的严谨和乐趣，落实科学思维的发展 概念评价，检测学习者对细胞全能性目标达成程度通过过程与方法教育，引导学习者思考细胞全能性应用
癌细胞的特征 【过渡】刚才看到正常的组织切片，这里是老王的肺部组织切片，你们想看看吗？比较癌细胞和正常细胞结构，引导学习者意识到癌变是细胞异常分化的结果，癌细胞形态结构已经发生显著变化。引导学习者思考以下问题串：1.我们刚才看到的是什么细胞？黑色的是什么？ 2.从图片中我们看到癌细胞为什么聚集在一起？结合海拉细胞得出无限增殖特点。 3.为什么癌症晚期治疗效果不佳？容易转移？为什么容易发生转移？【例证】 学习者结合细胞分化的理解认识到癌变是细胞异常分化 预期学习者得出以下信息： 癌细胞形态结构已经发生显著变化 癌细胞增殖旺盛，具有无限增殖能力 吸烟者肺部有着明显的碳末沉积思考，回答每一个问题，并思考例证所能说明的结论 通过材料分析，归纳、推理得出癌细胞的特征材料分析，结合实证观点，发展科学思维 通过癌组织和正常组织的学习，帮助学习者建立结构功能观
致癌的因素 【问题讨论】你觉得吸烟与肺癌发生有一定的相关性？ 引导学习者思考，除了吸烟可能会导致肺癌，还有哪些因素会导致癌症。 启发学习者回答，鼓励积极回答的同学。【陈述】每位同学在材料上写出五个致癌因素 【问题】那么你看看能将其分为几类？ 【问题】在生活如何做到远离这些致癌因素？你们能做吗？也希望同学们通过这节课的学习向家人和朋友宣传这些致癌因素的危害。 归纳三类致癌因子，并结合现实生活中的所见所闻和网络、电视中的相关报道，分析引起癌变的相关因素。 说出各种致癌因素 预期回答：分为三类物理、化学和生物致癌因素 例举部分事实归纳出致癌因素 渗透珍爱生命、社会责任感教育。
小结 【陈述】这节课我们学习了哪些概念和名词？ 教师板书学习者细胞分化和细胞分裂的相关概念。 【问题】请同学们依据本课的学习内容，利用这些名词构建出概念图，作为本课小结。邀请一位同学代表为大家做小结。【陈述】如果大家仍然对健康的话题和知识感兴趣，可以通过阅读书籍与上网查阅相关资料，进一步了解相关信息。 思考如何应对，相信科学的治疗方法 查阅相关课外资料回忆本节课的学习内容做小结 评价小结由学习者做出，体现学习者的主体性
（五）教学反思
1．理论与实验相结合，提高概念教学的有效性
本节课将理论与实验相结合，提高概念教学的有效性。将抽象概念“细胞分化”、“癌变”的理论教学与实验课结合起来，通过实验使“细胞分化”、“癌变”概念变得具体、形象、有说服力，有利于学习者对概念的理解。但是，如何用更简单、更快捷方法帮助同学们区分显微镜视野下正常细胞与癌细胞的区别，是今后有待继续思考的问题。
另外，通过利用癌组织和正常组织的显微镜图片比较，引导学习者更加具体地理解细胞癌变的特点，培养学习者用实验事实解决问题的意识。
2．基于解决现实难题的学习
本堂课以肺癌这一现实难题作为整堂课的教学背景，引导学习者观察各种类型的细胞，充分调动了学习者学习的积极性、主动性。整节课始终以学习者为主体，让学习者在过程中形成珍爱生命、积极防治癌症的社会责任意识，锻炼了科学思维，形成了“个体发育过程中，细胞在形态、结构和功能方面发生特异性的分化，形成了复杂的多细胞生物体”的生命观念，强化了结构与功能相适应的生命观念。
3. 多种方式、及时的教学评价
教学评价贯穿整堂课，既帮助教师了解教学过程，调控教学行为，也利于学习者获得及时的反馈，建构正确的观念，形成良好的思维和意识。教学过程中采用学习者自我评价、小组评价和教师评价相结合的形式，通过连续性观察评价，确认学习者的进步和达到的学业水平程度，用以诊断学习者学习中存在的问题，促进学习者的反思和发展。评价时关注学习者的学习态度、自主学习的能力、合作学习的精神，引导学习者改进学习方式、提高学习效率、不断超越自我、促进生物学核心素养的发展。

五、参考文献
[1] 中华人民共和国教育部制定.普通高中生物学课程标准（2017年版）[M] .
[2] 胡玉华.科学教育中的核心概念及其教学价值[J].课程·教材·教法,2015,35(3):79-84.