實驗先行教學方案在“有絲分裂”一節(jié)課中的應用

沈 璟 （對外經濟貿易大學附屬中學 北京 100102）

建構主義認為，學習者的知識是在一定情境下，借助于他人的幫助，例如人與人之間的協作、交流、利用必要的信息等，通過意義的建構而獲得的。 理想的學習環(huán)境應當包括情境、協作、交流和意義建構4 個部分。

“有絲分裂”一節(jié)課的設計打破傳統(tǒng)模式，筆者嘗試實驗先行的實驗教學模式。 所謂實驗先行就是讓學生做實驗先于知識的學習。 打破了傳統(tǒng)的教學方式——知識先行，傳統(tǒng)實驗課授課模式就會讓實驗轉變成為驗證性實驗，學生的好奇心會大打折扣，同時也限制了學生思維的發(fā)散，但讓教師的授課變得容易，學生也都能得到預期的實驗結果。長此以往，學生對于科學實驗的印象則是只要做實驗就能得到正確的結果和結論，失去對沒有達到預期實驗結果的原因分析，失去了繼續(xù)發(fā)現問題的機會。

“有絲分裂”這節(jié)課依據建構主義支架式教學為理論支撐，支架式教學被定義為：“支架式教學應當為學習者建構對知識的理解提供一種概念框架。這種框架中的概念是為發(fā)展學習者對問題的進一步理解所需要的，為此，事先要將復雜的學習任務加以分解，以便于將學習者的理解逐步引向深入?！?/p>

1 教學流程

1.1 新課導入，進入情境 “細胞增殖”講述細胞的一種生命現象，只有了解了這一生命現象，學生才能逐步認識生物體的生長、發(fā)育和生殖，生物體具有的遺傳和變異。 所以，本節(jié)是學習生物學知識、了解生物生命現象的細胞學基礎；是學習細胞的分化、 減數分裂和細胞工程的基礎。 “細胞增殖”是學生學習的難點，知識較為抽象。 因此，如何將觀察到的顯微鏡下的細胞分裂相轉化成為模式圖是教學難點。高二學生有一定的生物學知識，對生物學的學習也有一定的興趣，但學生抽象思維能力和綜合思維能力參差不齊。 雖然學生在初中學過“細胞通過分裂產生新細胞”，但在初中學習階段對細胞分裂的了解很淺顯，沒有深入到細胞分裂過程的水平。因此，教學中可充分利用學生已有的知識基礎并遵循學生的認知規(guī)律，通過適當的教學策略，將新知識有效地整合進學生原有的知識網絡中，學生的知識體系得到豐富和發(fā)展。

首先從細胞分裂對生物體生長發(fā)育的重要意義入手，引導學生得出生物體體積增大更重要的需依靠細胞數目的增多，細胞數目的增多依靠細胞的增殖，引出觀察植物細胞分裂必須觀察能進行分裂的區(qū)域，從而引導學生學習關于根尖的結構。 學生通過學習知道分生區(qū)是觀察植物細胞有絲分裂的區(qū)域。

1.2 學生探究，獨立探索 學生進入情境明確實驗目的后，教師指導學生進行實驗，制作植物根尖臨時裝片及顯微鏡的使用。臨時裝片的制作基本流程，對于學生來說是很嫻熟的技巧，在觀察有絲分裂時需要掌握解離、漂洗、染色、壓片這些新的動作要素。 教師指導學生完成，但并沒有告知每一步驟的作用，讓學生在顯微鏡下觀察根尖細胞，學生驚奇地發(fā)現與以前觀察到植物細胞有很大的不同。

學生獨立探究過程，采取任務驅動、小組合作式的教學，整節(jié)課共設置4 項任務，逐步深入，分層揭開有絲分裂的過程。

任務1：觀察植物細胞有絲分裂，找到不同的細胞分裂相，如圖2（見封四）。

1.3 小組協商、討論協作學習 學生在獨立完成實驗的基礎上，完成教師布置的任務，學生找到不同的分裂相的細胞，并進行拍照。每個學生找到的種類肯定不同，教師此時拋出任務2：分析并排序推理有絲分裂的順序過程。 學生進行小組內的合作，對找出的不同分裂相的細胞進行歸類、整合、排序，如圖3（見封四）。

教師追問： 你能將整個分裂的過程分成幾個階段？ 依據是什么？ 學生可以歸納出2 個階段，有無成形細胞核（核膜）的存在。 除了這些形態(tài)的細胞以外并沒有找到其他的，說明了什么？分生區(qū)的細胞周而復始地進行著細胞分裂的循環(huán)，而且具有周期性這就是細胞周期，引出細胞周期的概念，以及細胞周期的2 個階段，如圖4（見封四）。

教師追問： 你所觀察的結果中哪一個時期的細胞較多，哪些細胞較少？ 說明什么問題？ 指出：間期細胞多，時間長；分裂期細胞少，時間短，根據細胞數目的多少，可粗略衡量各個時期的時間長短，從而引入科學研究的方法。

教師引導學生觀察細胞分裂過程中什么結構的變化最顯著？ 思考：染色體的功能是什么？ 有幾種存在狀態(tài)？這幾種存在狀態(tài)的關系是什么？學生對概念進行梳理。教師追問：染色體如果無限地分裂下去是否會越來越少？ 細胞怎么才能保證染色體數目的穩(wěn)定？如何確定染色體數目？從而引出染色體復制、 姐妹染色單體，以及著絲點的概念。

1.4 總結歸納，效果反饋 明確概念后，教師拋出任務3：以一條染色體為例用扭扭棒(教具)擺出整個有絲分裂過程中染色體的行為變化（圖5，見封四）。

當學生小組合作完成一條染色體的行為變化過程后，教師接著布置任務4：以4 條染色體為例用扭扭棒（教具）擺出整個有絲分裂過程染色體的行為變化作為整節(jié)課目標達成的效果檢測的方式（圖6，見封四）。 在這里并沒有給學生同源染色體的概念，但通過此環(huán)節(jié)為減數分裂同源染色體的行為變化打下伏筆。

染色體為何會在細胞中規(guī)律性移動？ 中期時染色體排列在細胞的中央成“線”還是成“面”？ 從而引出紡錘絲和赤道板的概念。 末期形成2 個細胞時，植物細胞還需要形成細胞壁，在赤道板的位置會出現細胞板，這是一個真實的結構（圖7）。

1.5 布置作業(yè)，復習鞏固 完成教學過程，布置作業(yè)，內容為：

1）畫出植物細胞或者動物細胞有絲分裂過程。要求：4 條染色體。

2）認真分析細胞周期每個時期的特點，嘗試將每個時期編一句口訣（原創(chuàng)）高度概括。 要求：將編好的口訣發(fā)到班級微信公眾平臺。

此項作業(yè)的目的是將課堂上建立的模型轉換成模式圖的形式，同時也反饋學生是否真正弄懂有絲分裂的過程。

2 體會

2.1 以學生為中心 本節(jié)課將實驗放在課前，學生在進行實驗時要對實驗材料的選擇、 觀察區(qū)域的選擇都要有所設計，在預期、猜想過程中明確有絲分裂的過程，同時當遇到新的問題無法同化進入原有知識框架，就自然生成新的概念并加以定義與順應。 實驗先行的實驗課程，充分落實《普通高中生物學課程標準》的要求，讓學生滿懷好奇地走進實驗室對未知世界進行探索。 學生在每一次實驗課中都能得到與真實情況不一樣的結果，并進行討論，通過主動閱讀教材，利用網絡、圖書館查找資料，或找教師、同伴探尋真相。 學生在失敗

中增長經驗，在探尋真相的過程中感悟科學研究的過程與方法。 但是，這樣的授課方式，需教師準備充足，精心設計每一個教學環(huán)節(jié)，準確預期學生在實驗過程中可能出現的問題及相應的措施。 在探究實驗過程中，對學生隨機生成的問題要有較強的應變能力。

“有絲分裂”一節(jié)的教學內容理論性強、抽象復雜，課上小組合作探究分析推理有絲分裂的過程。總結歸納有絲分裂各個階段的特征，以及細胞周期的概念包含的階段。 課堂上充分利用數碼互動顯微鏡直接觀察細胞分裂相，放大了微觀世界，引導學生將直觀圖像和模型、模式圖進行轉換，幫助學生進行推理判斷有絲分裂的過程。

2.2 遵循人類認知的過程，學生構建有絲分裂相關概念網絡 本節(jié)課的學習對于學生難度較大，也是一次嘗試。 教學中充分利用學生已有的知識基礎，并遵循學生的認知規(guī)律，通過適當的教學策略，使新知識有效地整合進學生原有的知識網絡中，學生的知識體系得到豐富和發(fā)展。授課過程的設計環(huán)環(huán)相扣，在實驗的基礎上，學生對有絲分裂的過程進行分析、推理、猜想、判斷，將靜態(tài)的分裂相通過思考躍然呈現在學生的頭腦中。

2.3 發(fā)揮小組合作、協作學習在概念構建過程中關鍵作用 學生獨自探索有絲分裂，找出不同分裂相的細胞，小組內成員共同分享每個人的研究成果，學生在教師的組織和引導下一起討論和交流，共同建立學習群體并成為其中的一員。在這樣的群體中，共同批判地考查各種理論、觀點、信仰和假說；進行協商和辯論，先內部協商（即和自身爭辯到底哪一種觀點正確），然后再相互協商（即對當前問題擺出各自的看法、論據及有關材料，并對別人的觀點作出分析和評論）。通過這樣的協作學習學習者群體（包括教師和每位學生）的思維與智慧就可被整個群體所共享，即整個學習群體共同完成對所學知識的意義構建，而不是其中的某一位或某幾位學生完成意義構建。

2.4 改變實驗材料和培養(yǎng)條件，利用各種手段支持“學” 為了支持學習者的主動探索和完成意義構建，在學習過程中要為學習者提供各種信息資源（包括各種類型的教學媒體和教學資料）。在本節(jié)教學中，教師在前期根尖培養(yǎng)的材料、培養(yǎng)條件進行了創(chuàng)新改造，實驗材料將洋蔥更換成更易生根的蒜，置于28℃光照培養(yǎng)箱中培養(yǎng)，使得每一份實驗材料都能觀察到分裂的細胞。教師提供學生探索的實驗材料，提供研究方法，引導學生動手實踐，并充分利用實驗室中數碼顯微鏡的優(yōu)勢，生生之間、師生之間互動交流。這里媒體和資料的利用并非輔助教師的講解和演示，而是用于支持學生的自主學習和協作式探索。 對于信息資源應如何獲取、從哪里獲取，以及如何有效地加以利用等問題，是主動探索過程中迫切需要教師提供幫助的內容。

2.5 新概念源于原有概念無法界定的自然生成 授課過程的設計環(huán)環(huán)相扣，在實驗的基礎上，學生對于有絲分裂的過程進行分析、 推理、 猜想、判斷，將靜態(tài)的分裂相通過學生的思考躍然呈現在學生的頭腦中。在完善有絲分裂的概念過程中不斷地生成新的概念從而解決出現的問題，不斷地同化概念體系，豐富概念的內涵與外延。 在解讀遺傳物質分配問題中，生成了染色體復制、著絲點、姐妹染色單體的概念；解釋有絲分裂過程中，生成細胞周期及相關概念，以及紡錘絲（體）、赤道板、細胞板等概念。所有關于有絲分裂的概念全部都不再是教師強行灌輸，而是在學生在探究、分析問題的過程中自然生成，讓學生體會概念生成的過程。

實驗先行的實驗課程，充分落實《普通高中生物學課程標準》的要求，也順應核心素養(yǎng)中科學素養(yǎng)的要求，讓學生滿懷好奇地走進實驗室對未知世界進行探索。在高中生物學教學中，筆者還拓展性地開發(fā)了許多探究性實驗，例如：緒論課打破常規(guī)讓學生走進實驗室進行參觀，數碼顯微鏡技術的使用，極大提高學生學習生物學科的興趣，改變了學生對生物學科學習方法的認識； 探究生物組織中化合物的組成實驗，學生對所有實驗室準備的生物組織都進行了各種物質的探究，并發(fā)現了蘋果汁中蛋白質的含量很低，馬鈴薯勻漿中幾乎沒有脂肪的存在，肝臟研磨液進行還原糖鑒定根本看不出顏色變化，從而認識到實驗的選材對于科學的實驗結論的重要性； 觀察不同植物細胞在不同種類不同濃度的溶液中吸水、失水的現象。這是對于教材驗證實驗的拓展，學生觀察到了只有在考試題中才會出現的真實實驗結果，并進行小組討論，對出現的現象進行分析。