設(shè)置基于實(shí)驗(yàn)事實(shí)的進(jìn)階問題，提升學(xué)生生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)

陳海波

摘要：以一節(jié)公開課“動物細(xì)胞培養(yǎng)和核移植技術(shù)（第一課時）”為例，評析教師如何在課堂教學(xué)中圍繞培養(yǎng)學(xué)生生物學(xué)核心素養(yǎng)，以便更好地達(dá)成相關(guān)學(xué)業(yè)要求。

關(guān)鍵詞：核心素養(yǎng) 動物細(xì)胞培養(yǎng) 學(xué)業(yè)要求

中圖分類號：G633.91 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

根據(jù)《普通高中生物課程標(biāo)準(zhǔn)（2017版）》，“生物技術(shù)與工程”模塊的教學(xué)要求學(xué)生結(jié)合生產(chǎn)和生活實(shí)際舉例說出生物工程及相關(guān)技術(shù)的基本原理，針對人類生產(chǎn)和生活的某一需求，嘗試提出初步的工程學(xué)構(gòu)想，并就生活或社會熱點(diǎn)話題中與生物技術(shù)和工程有關(guān)的話題，基于證據(jù)運(yùn)用生物學(xué)基本概念和原理，就生物技術(shù)與工程的安全與倫理問題表明自己的觀點(diǎn)并展開討論?！皠游锛?xì)胞培養(yǎng)和核移植技術(shù)（第一課時）”隸屬的大概念是“通過細(xì)胞水平的操作，獲得有用的生物體或其產(chǎn)品”，重要概念是“動物細(xì)胞工程包括細(xì)胞培養(yǎng)、核移植、細(xì)胞融合和干細(xì)胞的應(yīng)用”，本節(jié)課的次位概念是“闡明動物細(xì)胞培養(yǎng)是從動物體獲得相關(guān)組織，分散成單個細(xì)胞后，在適宜的培養(yǎng)條件下讓細(xì)胞生長和增殖的過程。動物細(xì)胞培養(yǎng)是動物細(xì)胞工程的基礎(chǔ)?！?/p>

1課堂實(shí)錄

本節(jié)課開課教師授課過程大致如下：

引入：Nature雜志封面上關(guān)于戴一凡教授課題組利用基因敲除技術(shù)，在美國培育出基本不含“排斥基因”的第一代基因敲除豬——“萬能”豬（圖1）。2011年初，戴一凡教授將第二代基因敲除豬的幾十管細(xì)胞遠(yuǎn)渡重洋，從美國“飄”到了南京。教師提出開放性問題：如果你是戴一凡團(tuán)隊(duì)的一員，對于這些細(xì)胞，你要做哪些工作？

教學(xué)過程：①探索動物細(xì)胞培養(yǎng)的條件;②嘗試構(gòu)建動物細(xì)胞培養(yǎng)流程圖;③完善動物細(xì)胞培養(yǎng)流程圖;④動物細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)的應(yīng)用（“萬能”豬的培育）。

小結(jié)：以戴一凡團(tuán)隊(duì)目前開展的工作為引，進(jìn)行課堂小結(jié)。

延伸：布置課后拓展提升，提出“動物細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)的應(yīng)用前景和現(xiàn)狀”“核移植技術(shù)的應(yīng)用前景”“器官短缺問題的其他解決措施”“異體器官移植的其他進(jìn)展和存在的困難”等課題，要求每個小組選擇一個課題，分工合作查閱資料，下節(jié)課進(jìn)行匯報交流。

2課堂評析

2.1通過概念建構(gòu)，形成生命觀念

本節(jié)課在備課時確定的核心思路為：讓學(xué)生結(jié)合動物細(xì)胞培養(yǎng)過程中呈現(xiàn)的各種數(shù)據(jù)和資料的分析，提出并完善動物細(xì)胞培養(yǎng)的工程學(xué)構(gòu)想，以此主動建構(gòu)“動物細(xì)胞培養(yǎng)”的概念。例如，教師展示培養(yǎng)瓶中細(xì)胞生長曲線圖（圖2），引導(dǎo)學(xué)生思考：在培養(yǎng)過程中若想獲得大量的培養(yǎng)細(xì)胞，該如何操作？

學(xué)生在理解此概念的基礎(chǔ)上形成結(jié)構(gòu)與功能觀、物質(zhì)與能量觀、進(jìn)化與適應(yīng)觀、穩(wěn)態(tài)與平衡觀等生命觀念;能夠用生命觀念解釋動物細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)的基本原理，形成科學(xué)的自然觀和世界觀，并以此指導(dǎo)探究生命活動規(guī)律，增強(qiáng)學(xué)生解決實(shí)際問題的能力。

2.2基于實(shí)驗(yàn)事實(shí)的分析發(fā)展科學(xué)探究能力

本節(jié)課的課堂主體部分以動物細(xì)胞培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)事實(shí)為依據(jù)，教師展示培養(yǎng)過程中示意圖、實(shí)物圖、數(shù)據(jù)變化曲線圖等，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行觀察、描述并提出問題。學(xué)生通過小組合作與交流，以頭腦中已有的前概念為基礎(chǔ)進(jìn)行思維判斷，嘗試作出解釋，促進(jìn)對動物細(xì)胞培養(yǎng)這個概念的建立、理解和應(yīng)用。例如，教師出示資料“有關(guān)研究表明，細(xì)胞必須與其他細(xì)胞或細(xì)胞外基質(zhì)發(fā)生聯(lián)系才能生存，否則細(xì)胞就會凋亡”，引導(dǎo)學(xué)生分析細(xì)胞在培養(yǎng)瓶中的生長特點(diǎn)，再輔以細(xì)胞生長的實(shí)物圖（圖3），讓學(xué)生直觀感受細(xì)胞貼壁生長的特點(diǎn)。

實(shí)驗(yàn)事實(shí)中蘊(yùn)含豐富的科學(xué)思維、科學(xué)探究方法。教師引導(dǎo)學(xué)生分析實(shí)驗(yàn)事實(shí)，幫助學(xué)生深入思考科學(xué)家的思維過程，領(lǐng)悟科學(xué)家是如何發(fā)現(xiàn)問題、合理假設(shè)、演繹推理和得出結(jié)論的，體驗(yàn)科學(xué)家不斷深化對問題認(rèn)識的過程。整個學(xué)習(xí)過程發(fā)展了學(xué)生的科學(xué)探究能力。

2.3以進(jìn)階問題為驅(qū)動，發(fā)展科學(xué)思維能力

教學(xué)過程中，教師設(shè)置進(jìn)階問題串，有利于學(xué)生將已有經(jīng)驗(yàn)和學(xué)習(xí)內(nèi)容與新授知識進(jìn)行有機(jī)是融合，有效地拉近新授知識與已有知識和經(jīng)驗(yàn)的距離，為學(xué)生提供知識的生長點(diǎn)。

課堂上，教師以“動物細(xì)胞培養(yǎng)的基本流程是怎樣的？”為核心問題，在每一階段的實(shí)驗(yàn)事實(shí)和相關(guān)資料的呈現(xiàn)過程中，以學(xué)生已有知識和經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)，設(shè)置了系列問題。例如，體外培養(yǎng)哺乳動物細(xì)胞應(yīng)該提供哪些條件呢？問題設(shè)置以學(xué)生已有的內(nèi)環(huán)境知識為基礎(chǔ)，體外培養(yǎng)細(xì)胞就是要模擬細(xì)胞體內(nèi)生存狀態(tài)，學(xué)生很容易聯(lián)系并回答。但是，“無菌、無毒”對學(xué)生來講有些陌生，于是教師提出進(jìn)階問題：如何滿足細(xì)胞培養(yǎng)所需的無菌、無毒環(huán)境？再如，教師提供資料，并提出問題：研究發(fā)現(xiàn)動物組織細(xì)胞間隙含有彈性纖維蛋白、膠原纖維蛋白等物質(zhì)，能將細(xì)胞網(wǎng)絡(luò)在一起形成具有一定彈性和韌性的組織或器官。成塊的組織中細(xì)胞與細(xì)胞靠在一起，彼此限制了細(xì)胞的生長和增殖。若使用組織或器官進(jìn)行動物細(xì)胞培養(yǎng)，在培養(yǎng)前需對組織塊怎樣處理？可以采用哪種溫和的方法？為什么這樣操作？學(xué)生從資料中可以提取出“動物組織細(xì)胞間隙含有彈性纖維蛋白、膠原纖維蛋白等物質(zhì)”這樣的有效信息，根據(jù)必修1酶發(fā)揮催化作用的特性和條件，順利解決這個問題。但細(xì)胞膜上也是有蛋白質(zhì)的，于是有了進(jìn)階問題：如何弱化蛋白酶對細(xì)胞的影響？若想獲得大量的培養(yǎng)細(xì)胞，該如何操作？貼壁的細(xì)胞怎么脫落呢？為什么要分瓶培養(yǎng)？材料常選用動物胚胎或幼齡動物的組織、器官，為什么？癌細(xì)胞體外培養(yǎng)時會發(fā)生接觸抑制現(xiàn)象嗎，為什么？這些進(jìn)階問題的創(chuàng)設(shè)有效助推了學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)程，使學(xué)生積極主動地投入到學(xué)習(xí)活動中去，發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維能力。

2.4關(guān)注社會熱點(diǎn)，增強(qiáng)社會責(zé)任感。

教學(xué)中，教師以戴一凡教授課題組利用基因敲除技術(shù)，在美國培育出基本不含“排斥基因”的第一代基因敲除豬“萬能”豬，用以解決現(xiàn)今社會熱點(diǎn)問題之一——器官移植為引入，充分激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和探知欲望。教師提出問題：如何將第二代基因敲除豬的細(xì)胞培養(yǎng)成許多的“萬能”豬？從而對動物細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行拓展，讓學(xué)生理解動物細(xì)胞培養(yǎng)是動物細(xì)胞工程的基礎(chǔ)。最后，學(xué)生查閱資料了解動物細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)的應(yīng)用前景和現(xiàn)狀、核移植技術(shù)的應(yīng)用前景、器官短缺問題的其他解決措施、異體器官移植的其他進(jìn)展和存在的困難等，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注社會重要議題，提升學(xué)生開展生物學(xué)實(shí)踐活動的意愿和能力，理解生物科學(xué)技術(shù)對社會發(fā)展的作用，了解技術(shù)可能帶來的多方面影。整節(jié)課以“萬能豬”的研究和應(yīng)用貫穿始終，切實(shí)增加學(xué)生的社會責(zé)任感。

3教學(xué)建議

當(dāng)然，因課堂教學(xué)內(nèi)容和時間的限制，就動物細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)及其應(yīng)用的安全與倫理問題未充分開展討論，只能作為課后延伸探討。下節(jié)課，教師組織學(xué)生將查閱的資料和整理的信息形成小論文，進(jìn)行交流，采用學(xué)生自評和互評、小組評和教師評相結(jié)合的方式，加深學(xué)生對動物細(xì)胞培養(yǎng)及其他動物細(xì)胞工程技術(shù)的理解，了解該領(lǐng)域最新研究進(jìn)展及實(shí)際應(yīng)用。

總之，整節(jié)課體現(xiàn)了以學(xué)生發(fā)展為中心的教學(xué)理念，提升了學(xué)生的生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)，為中學(xué)一線教師起到了引領(lǐng)與示范作用。