《細胞的分化》公開課教案

11/12《細胞分化》教學設計教學設計基本信息題目《細胞分化》年級高二模塊必修一教科書版本人教版新課標指導思想與理論依據(jù)一、生物學核心素養(yǎng)。生物學核心素養(yǎng)是學生后天習得的終身受益成果，是公民基本素養(yǎng)的重要組成之一，是學生在解決真實情境中的生物學問題時所表現(xiàn)出來的必備品格和關鍵能力。生物學核心素養(yǎng)主要包括生命觀念、理性思維、科學探究和社會責任等。二、建構主義學習理論。教學應該以學生為中心，在教學過程中由教師起組織者、指導者、幫助者和促進者的作用，利用情境、協(xié)作、對話等學習環(huán)境要素充分發(fā)揮學生的主動性、積極性和首創(chuàng)精神，最終達到使學生有效的實現(xiàn)對當前所學知識的意義建構的目的。教材分析“細胞分化”是人教版必修一第六章第二節(jié)，是在學生了解細胞的結構、功能、代謝和增殖的基礎上，向學生繼續(xù)介紹細胞生命歷程中的重要過程――細胞的分化。細胞分化是多細胞生物體發(fā)育的基礎和核心，因此，本節(jié)內容中，細胞分化是核心內容，《課程標準》對此要求達到的層次為理解水平，而細胞全能性、干細胞都可由細胞分化的內容拓展而來。其中教材對于細胞分化主要從細胞分化的概念、特點、本質、意義等方面進行了敘述；對于細胞全能性主要從細胞全能性的概念，動植物細胞全能性的差異、實際應用等方面進行了敘述；最后就干細胞進行了簡介。本節(jié)內容既是對細胞結構、功能、分裂等知識的拓展和延伸，又為學習遺傳、變異打下基礎；細胞全能性及干細胞的知識又是選修課本中植物組織培養(yǎng)、克隆技術和胚胎工程的理論基礎。學情分析學情分析本課的授課對象是中央民族大學附屬中學高二年級的學生，鑒于學生來自全國各地，生物學基礎參差不齊，而且部分學生來自少數(shù)民族地區(qū)，所以在授課時要著重注意放低起點，補充初中知識。通過必修一前面內容的學習，與這節(jié)課相關的學生們已有的知識基礎有：結構與功能相適應；蛋白質是生命活動的主要承擔者；細胞核是遺傳信息庫，是遺傳和代謝的控制中心；DNA是攜帶遺傳信息的遺傳物質；有絲分裂的意義；細胞種類多種多樣等；存在的障礙點是“基于生物學事實或證據(jù)分析本質，構建概念”。教學目標【知識和技能】1.舉例說明細胞的分化的含義2.說出細胞分化的本質和意義3.舉例說明細胞的全能性的概念【過程和方法】1.培養(yǎng)比較與歸納、分析與綜合、信息提取的能力2.通過“假說-演繹法”的實踐學習科學探究方法3.發(fā)展科學的邏輯思維，形成結構與功能觀【情感、態(tài)度和價值觀】1.體會結構與功能相統(tǒng)一的觀點2.進行有關干細胞研究進展資料的搜集、閱讀和分析，養(yǎng)成關注生物學發(fā)展、關注生命健康的習慣。教學重難點【教學重點】1.細胞分化的概念、特性、本質和意義2.細胞全能性的概念【教學難點】1.細胞分化的本質2.細胞全能性的概念教學流程示意圖教學過程設計教學環(huán)節(jié)教師活動學生活動設計意圖環(huán)節(jié)一細胞分化導入細胞分裂的回顧細胞分化的概念【演示】展示“人體早期胚胎發(fā)育”過程圖片【設問】什么是（胚胎）發(fā)育？【引導】學生從生命系統(tǒng)的結構層次的角度來分析?！驹O問】從一個受精卵到一個成熟的個體從細胞層面上來看有哪些變化？【設問】細胞數(shù)目增多的過程即為剛剛學習的？【設問】細胞增殖的實現(xiàn)方式是？【設問】那一個成熟的人體大約有多少細胞組成呢？【展示】大約1013數(shù)量級，假設每個細胞的平均直徑是20um，可以繞地球圓周19圈左右?！具^渡】從同一個受精卵分裂而來的這么多細胞是否完全一樣?【演示】常見的幾種人體細胞類型圖片，并選出學生較熟悉的骨骼肌細胞和胰島B細胞，【設問】上述兩種細胞的差異主要體現(xiàn)在哪些方面？【歸納】將學生的答案從形態(tài)、結構、功能三個方面來進行歸納總結，請學生嘗試說出“細胞分化”的概念，老師引導并完善?！景鍟考毎只和患毎a生的子代細胞，在形態(tài)、結構、功能等方面出現(xiàn)差異。[預設]成熟的胚胎（個體）與受精卵（細胞層次）相比已經具備組織、器官、系統(tǒng)等結構層次，故在某種程度上可以這么來理解“發(fā)育”——從細胞到組織、器官、系統(tǒng)的有序形成過程[預設]細胞增殖的方式是細胞分裂（主要是有絲分裂）學生對細胞的數(shù)量有個直觀形象的感受，體驗生命的奇妙。討論、分析、比較并學會使用恰當?shù)纳飳W描述語言，比如“發(fā)的的”內質網(wǎng)和高爾基體鑒于大多數(shù)學生對于“發(fā)育”的理解停留在只可意會不可言傳的水平，引導學生通過已有知識的遷移使概念具體化、形象化，也為理解細胞分化的意義（生物體發(fā)育的基礎）奠定基礎。對上節(jié)課的“細胞增殖”進行回顧，同時起到承上啟下的作用。【學科核心素養(yǎng)】中的“生命觀念”：結構與功能相適應的觀點人教版教材中給出的細胞分化的定義中使用了“穩(wěn)定性差異”，這幾個字內涵很深刻，直接描述稍顯突兀，嘗試在接下來的細胞分化特性中引出。細胞分化的本質【過渡】上述兩種細胞的差異主要是通過細胞內哪種物質直接體現(xiàn)出來的？a.肌細胞中——肌動蛋白b.胰島B細胞——胰島素——蛋白質不同【設問】蛋白質的合成主要受細胞中哪種物質控制？DNA(基因)DNA(基因)控制（蛋白質）【講述】特定的蛋白質受DNA上特定的基因控制，比如肌動蛋白基因控制肌動蛋白的合成，我們把這個過程稱為基因的表達，即肌動蛋白基因表達了肌動蛋白?！驹O問】由同一個受精卵通過有絲分裂產生的兩個子代細胞的遺傳物質有何特點？有絲分裂的意義？親子代細胞間遺傳信息穩(wěn)定性——DNA(基因)相同【假說-演繹法】認知沖突：分化前的細胞中的遺傳信息相同，為什么分化后卻合成不同的蛋白質？提出假設：你的假設？分組討論演繹推理：請設計實驗及預期結果[已知]蛋白質是生命活動主要的承擔者[已知]DNA是遺傳信息的載體，是主要的遺傳物質[已知]有絲分裂的意義——親子代細胞間遺傳信息的穩(wěn)定性。[預設]鑒于沒有學習基因表達的相關知識，學生一般不會想到基因的表達情況不同，可能性較大：a.提出假設：細胞在分化過程中相應基因丟失。b.演繹推理：檢測唾液腺因為學生最熟悉的哺乳動物成熟的紅細胞沒有細胞核，在選材的時有意舍棄了。學生并沒有學習基因的表達，所以通過講述的方式解釋基因和蛋白質的對應關系基于問題解決的支架式教學策略——問題串層層遞進，將學生已有知識進行整合，構建新授知識。產生強烈的認知沖突，引起思考興趣；引導學生利用“假說演繹法”進行探究，體現(xiàn)【學科核心素養(yǎng)】中的“科學探究”。實驗驗證：【演示】經典實驗結果展示結果與預期不符——假設錯誤請分析實驗結果，結論？【推理并板書】本質(根本原因)：基因選擇性表達【設問】不同分化細胞內的基因的表達（遺傳信息的執(zhí)行情況）都不相同么？【講述】奢侈基因、管家基因（概念選講）【過渡】比如控制眼睛形成的關鍵基因Pax6基因在正常情況下只在眼部細胞選擇性表達，但是科學家在果蠅中進行了如下實驗【演示】資料一：【板書】——需在特定的空間表達演示】資料二：幼年時期甲狀腺激素合成途徑中酶缺失易患呆小癥【板書】——需在特定的時間表達細胞和胰島B細胞相對應的基因和蛋白質。預期結果如下表：實驗結果與預期不符——假設錯誤結論：基因的表達情況不同學生障礙點：所有基因的表達都是選擇性的。感受基因表達調控的精確并感悟生命的奇妙對于現(xiàn)實中的病例有了深入的機制認識，發(fā)展認知的理性思維。通過學生自己提出的假說及預期結果和真實的實驗結果的對比分析，突破本節(jié)的教學難點。通過具體的實例及時的有目的的解決學生的認識誤區(qū)利用典型的科研論文做為教學素材有利于拓展學生的生物學視野，有趣的實驗現(xiàn)象可以激發(fā)學習興趣。這兩個實例也有利于理解細胞分化的意義。細胞分化的意義【過渡】通過上面兩個例子可以發(fā)現(xiàn)正常的細胞分化有何意義？【板書】1）生物體發(fā)育的基礎【設問】類比社會職業(yè)分工，細胞分化還有何意義？【板書】2）功能專門化，提高效率另一方案：還可以通過設問“設想沒有細胞分化呢？”那就沒有組織器官系統(tǒng)，也就不能完成發(fā)育，引導學生利用前面對發(fā)育的認識來概括出這一點根據(jù)細胞分化的結果形成多種多樣的細胞學生較容易說出意義2）；但是對于意義1）不太容易想到，而通過上面的兩個發(fā)育異常的實例可以充分的理解意義。細胞分化的特性【過渡】既然細胞分化意義重大，人體可以進行細胞分化，其他的動物和植物呢？請舉例?！狙菔尽坎シ乓曨l“雞蛋小雞發(fā)育”（2分鐘）“種子豌豆植株”（2分鐘）【板書】特性一：普遍性【設問】自然狀態(tài)下，這些高度分化的細胞是否能一直保持分化后的狀態(tài)？體現(xiàn)了細胞分化怎樣的特性？【設問】這些分化了的細胞還能回到分化前的狀態(tài)嗎？【板書】特性二：穩(wěn)定性（一般不可逆）【設問】在胚胎發(fā)育時期存在細胞分化，那成年人是否還能進行細胞分化？【歸納】細胞分化貫穿整個生命歷程【板書】特性三：持久性【設問】縱觀生物體整個生命歷程，哪個時期細胞的分化能力得到了最大的體現(xiàn)？【板書】胚胎期達到最大限度【設問】什么是干細胞？【講述】生物體內保留的少數(shù)具有分裂和分化能力的細胞【設問】關于干細胞相關內容你都了解什么？方案一：提供閱讀資料，學生分析討論方案二：與后面的拓展內容整合到一起，學生搜集相關資料，分組討論報告感悟細胞分化的普遍存在[預設]不能：老師引導一般情況（自然狀態(tài)）下不能，某些條件下可以能：繼續(xù)設問如何實現(xiàn)或請舉例說明？[預設]1）沒有：引導學生如果不存在細胞分化，那已經分化的細胞可以伴隨生物體的整個生命歷程？展示不同細胞類型的壽命示意圖。2）有：繼續(xù)設問都有哪些細胞還在進行分化？引出干細胞[預設]骨髓移植（白血?。?；臍帶血等聯(lián)系實際，便于理解和學習細胞分化。將干細胞放在細胞分化部分而不是單獨分離出來更符合知識邏輯，因為干細胞是正常發(fā)育的一部分，是細胞分化的重要組成部分；而誘導多能干細胞的應用可以放在細胞全能性拓展部分。與課程標準中建議開展的學生活動“搜集有關干細胞研究進展和應用的資料”相契合；也體現(xiàn)了【學科核心素養(yǎng)】中的“社會責任”。環(huán)節(jié)二細胞的全能性植物系細胞的多能性【設問】前面提到了細胞分化在自然狀態(tài)下一般是不可逆的，那什么情況下是可逆的呢？【演示】資料一：1902年，植物學家哈伯蘭特預言從一個植物體細胞可以得到人工培養(yǎng)的胚，甚至培育出一個完整的植株。【設問】他預言的理論基礎是什么？【演示】資料二：1958年，Steward將胡蘿卜韌皮部的單個細胞培養(yǎng)成了完整植株?！疽龑Р⒃O問】引出細胞全能性條件？[從代謝類型來引導]2）起點？終點？3）原因？4）應用？【板書】見板書設計[預設]體細胞含有全部的遺傳物質以科學史為線索利于知識的生成邏輯動物細胞核有全能性【過渡】高度分化的植物體細胞仍然具有全能性，那么分化的動物體細胞是否具也有全能性呢？【講述】目前為止，人們還沒有成功地將單個已分化的動物體細胞培養(yǎng)成新的個體。【演示】資料：1962年，格登1）結論？2）為什么使用卵細胞？【設問】你還了解哪些體現(xiàn)動物細胞細胞核全能性的例子？[預設]基于體細胞中含有全部的遺傳物質，理論上是可以的，但技術的實現(xiàn)上受限。也可以聯(lián)系講細胞核時提到的美西螈核移植實驗[預設]克隆羊多莉等。有了細胞核的知識基礎，關于核移植的內容學生并不陌生，盡量讓學生闡述。【過渡】雖然目前為止人們還沒有具體的實例來體現(xiàn)高度分化的動物細胞的全能性，但是已經取得了很多的進展，請閱讀相關資料資料一：資料二：資料三：閱讀資料、分組討論、交流分享、記錄未解決的疑問，并提出解決方案。有興趣的學生可以自己搜集相關資料高中教材雖然提到動物細胞全能性僅僅停留在細胞核水平，但生物學的飛速發(fā)展已經突破了細胞核的限制，有了突飛猛進的進展，以資料閱讀的形式拋磚引玉，了解最新研進展有利于培養(yǎng)學生關注科學發(fā)展的態(tài)度。而這部分內容與醫(yī)學密切相關，也利于培養(yǎng)【學科核心素養(yǎng)】中的“社會責任”和“理性思維”小結【小結】每個細胞因為含有全套的遺傳信息而具有發(fā)育成完整個體的潛能，但它們卻“犧牲”這種潛能“甘愿”為它們所組成的多細胞生物個體“服務”，而真正的“幕后操控”是基因的選擇性表達（分子水平），從而使細胞趨向于形態(tài)、結構、功能差異（細胞水平），對于多細胞生物個體（個體水平）而言意義重大，也體現(xiàn)了生命的有序高效和結構層次。而仍需研究細胞的全能性是因為其廣闊的應用前景，相關內容會在選修模塊三詳細探究。板書設計教學反思雖然還未進行教學實施，但是在教學設計的研發(fā)過程中，有幾點淺薄的體會和感悟：1.對課程標準的研讀以及生物學科觀念（比如結構與功能相適應的觀點）、核心素養(yǎng)（生命觀念、理性思維、科研探究、社會責任）的深入認識和理解，是設計教學目標、教學重難點、設計問題及學生活動的理論根據(jù)和指導思想；也是學生實現(xiàn)深入學習和綜合學習的前提。2.在設計學生活動時有目的的引導學生應用科學的探究方法（比如假設-演繹法）來進行實驗探究，有利于培養(yǎng)學生的邏輯思維和解決實際問題的能力。而科學的邏輯思維是北京市高考非常注重的能力考察項目。3.使學生利用已有的知識來建構未知的知識對教師的整體備課和整合教學能力提出了更高的要求，比如，人教版教材將干細胞放在細胞分化和細胞全能性的后面進行單獨的講解有利于學生對干細胞的深度認識，但是干細胞本來就是正常細胞分化和生物體發(fā)育的一部分，如果在教學設計時單獨割裂開來容易讓學生在知識形成上出現(xiàn)碎片化現(xiàn)象，而放在細胞分化的特性——持久性時自然引出比較符合學生的認知思維。4.教學評價設計思路：這節(jié)課的內容因為涉及到組織培養(yǎng)、基因工程、干細胞等熱點話題，是很好的科研探究情境，也是開放式試題的良好素材，所以嘗試讓學生原創(chuàng)試題，因為試題設計類似教學設計，是學生在完成教學目標、明白重難點、建構知識網(wǎng)絡、具備學科素養(yǎng)的前提下才能實施的活動，是對學生綜合能力的全面考察，但是可能只針對于知識基礎較好的學生適用。5.基于學情分析，存在內容基礎、素材較多、內容重復的問題，可能1個課時無法完成。教學設計特色分析1.“基于問題解決式的支架式教學策略”不僅有利于克服學生學習的障礙點，而且可以幫助學生在完成知識構建的同時實現(xiàn)邏輯思維的