实验先行教学方案在“有丝分裂”一节课中的应用

沈 璟 （对外经济贸易大学附属中学 北京 100102）

建构主义认为，学习者的知识是在一定情境下，借助于他人的帮助，例如人与人之间的协作、交流、利用必要的信息等，通过意义的建构而获得的。 理想的学习环境应当包括情境、协作、交流和意义建构4 个部分。

“有丝分裂”一节课的设计打破传统模式，笔者尝试实验先行的实验教学模式。 所谓实验先行就是让学生做实验先于知识的学习。 打破了传统的教学方式——知识先行，传统实验课授课模式就会让实验转变成为验证性实验，学生的好奇心会大打折扣，同时也限制了学生思维的发散，但让教师的授课变得容易，学生也都能得到预期的实验结果。长此以往，学生对于科学实验的印象则是只要做实验就能得到正确的结果和结论，失去对没有达到预期实验结果的原因分析，失去了继续发现问题的机会。

“有丝分裂”这节课依据建构主义支架式教学为理论支撑，支架式教学被定义为：“支架式教学应当为学习者建构对知识的理解提供一种概念框架。这种框架中的概念是为发展学习者对问题的进一步理解所需要的，为此，事先要将复杂的学习任务加以分解，以便于将学习者的理解逐步引向深入。”

1 教学流程

1.1 新课导入，进入情境 “细胞增殖”讲述细胞的一种生命现象，只有了解了这一生命现象，学生才能逐步认识生物体的生长、发育和生殖，生物体具有的遗传和变异。 所以，本节是学习生物学知识、了解生物生命现象的细胞学基础；是学习细胞的分化、 减数分裂和细胞工程的基础。 “细胞增殖”是学生学习的难点，知识较为抽象。 因此，如何将观察到的显微镜下的细胞分裂相转化成为模式图是教学难点。高二学生有一定的生物学知识，对生物学的学习也有一定的兴趣，但学生抽象思维能力和综合思维能力参差不齐。 虽然学生在初中学过“细胞通过分裂产生新细胞”，但在初中学习阶段对细胞分裂的了解很浅显，没有深入到细胞分裂过程的水平。因此，教学中可充分利用学生已有的知识基础并遵循学生的认知规律，通过适当的教学策略，将新知识有效地整合进学生原有的知识网络中，学生的知识体系得到丰富和发展。

首先从细胞分裂对生物体生长发育的重要意义入手，引导学生得出生物体体积增大更重要的需依靠细胞数目的增多，细胞数目的增多依靠细胞的增殖，引出观察植物细胞分裂必须观察能进行分裂的区域，从而引导学生学习关于根尖的结构。 学生通过学习知道分生区是观察植物细胞有丝分裂的区域。

1.2 学生探究，独立探索 学生进入情境明确实验目的后，教师指导学生进行实验，制作植物根尖临时装片及显微镜的使用。临时装片的制作基本流程，对于学生来说是很娴熟的技巧，在观察有丝分裂时需要掌握解离、漂洗、染色、压片这些新的动作要素。 教师指导学生完成，但并没有告知每一步骤的作用，让学生在显微镜下观察根尖细胞，学生惊奇地发现与以前观察到植物细胞有很大的不同。

学生独立探究过程，采取任务驱动、小组合作式的教学，整节课共设置4 项任务，逐步深入，分层揭开有丝分裂的过程。

任务1：观察植物细胞有丝分裂，找到不同的细胞分裂相，如图2（见封四）。

1.3 小组协商、讨论协作学习 学生在独立完成实验的基础上，完成教师布置的任务，学生找到不同的分裂相的细胞，并进行拍照。每个学生找到的种类肯定不同，教师此时抛出任务2：分析并排序推理有丝分裂的顺序过程。 学生进行小组内的合作，对找出的不同分裂相的细胞进行归类、整合、排序，如图3（见封四）。

教师追问： 你能将整个分裂的过程分成几个阶段？ 依据是什么？ 学生可以归纳出2 个阶段，有无成形细胞核（核膜）的存在。 除了这些形态的细胞以外并没有找到其他的，说明了什么？分生区的细胞周而复始地进行着细胞分裂的循环，而且具有周期性这就是细胞周期，引出细胞周期的概念，以及细胞周期的2 个阶段，如图4（见封四）。

教师追问： 你所观察的结果中哪一个时期的细胞较多，哪些细胞较少？ 说明什么问题？ 指出：间期细胞多，时间长；分裂期细胞少，时间短，根据细胞数目的多少，可粗略衡量各个时期的时间长短，从而引入科学研究的方法。

教师引导学生观察细胞分裂过程中什么结构的变化最显著？ 思考：染色体的功能是什么？ 有几种存在状态？这几种存在状态的关系是什么？学生对概念进行梳理。教师追问：染色体如果无限地分裂下去是否会越来越少？ 细胞怎么才能保证染色体数目的稳定？如何确定染色体数目？从而引出染色体复制、 姐妹染色单体，以及着丝点的概念。

1.4 总结归纳，效果反馈 明确概念后，教师抛出任务3：以一条染色体为例用扭扭棒(教具)摆出整个有丝分裂过程中染色体的行为变化（图5，见封四）。

当学生小组合作完成一条染色体的行为变化过程后，教师接着布置任务4：以4 条染色体为例用扭扭棒（教具）摆出整个有丝分裂过程染色体的行为变化作为整节课目标达成的效果检测的方式（图6，见封四）。 在这里并没有给学生同源染色体的概念，但通过此环节为减数分裂同源染色体的行为变化打下伏笔。

染色体为何会在细胞中规律性移动？ 中期时染色体排列在细胞的中央成“线”还是成“面”？ 从而引出纺锤丝和赤道板的概念。 末期形成2 个细胞时，植物细胞还需要形成细胞壁，在赤道板的位置会出现细胞板，这是一个真实的结构（图7）。

1.5 布置作业，复习巩固 完成教学过程，布置作业，内容为：

1）画出植物细胞或者动物细胞有丝分裂过程。要求：4 条染色体。

2）认真分析细胞周期每个时期的特点，尝试将每个时期编一句口诀（原创）高度概括。 要求：将编好的口诀发到班级微信公众平台。

此项作业的目的是将课堂上建立的模型转换成模式图的形式，同时也反馈学生是否真正弄懂有丝分裂的过程。

2 体会

2.1 以学生为中心 本节课将实验放在课前，学生在进行实验时要对实验材料的选择、 观察区域的选择都要有所设计，在预期、猜想过程中明确有丝分裂的过程，同时当遇到新的问题无法同化进入原有知识框架，就自然生成新的概念并加以定义与顺应。 实验先行的实验课程，充分落实《普通高中生物学课程标准》的要求，让学生满怀好奇地走进实验室对未知世界进行探索。 学生在每一次实验课中都能得到与真实情况不一样的结果，并进行讨论，通过主动阅读教材，利用网络、图书馆查找资料，或找教师、同伴探寻真相。 学生在失败

中增长经验，在探寻真相的过程中感悟科学研究的过程与方法。 但是，这样的授课方式，需教师准备充足，精心设计每一个教学环节，准确预期学生在实验过程中可能出现的问题及相应的措施。 在探究实验过程中，对学生随机生成的问题要有较强的应变能力。

“有丝分裂”一节的教学内容理论性强、抽象复杂，课上小组合作探究分析推理有丝分裂的过程。总结归纳有丝分裂各个阶段的特征，以及细胞周期的概念包含的阶段。 课堂上充分利用数码互动显微镜直接观察细胞分裂相，放大了微观世界，引导学生将直观图像和模型、模式图进行转换，帮助学生进行推理判断有丝分裂的过程。

2.2 遵循人类认知的过程，学生构建有丝分裂相关概念网络 本节课的学习对于学生难度较大，也是一次尝试。 教学中充分利用学生已有的知识基础，并遵循学生的认知规律，通过适当的教学策略，使新知识有效地整合进学生原有的知识网络中，学生的知识体系得到丰富和发展。授课过程的设计环环相扣，在实验的基础上，学生对有丝分裂的过程进行分析、推理、猜想、判断，将静态的分裂相通过思考跃然呈现在学生的头脑中。

2.3 发挥小组合作、协作学习在概念构建过程中关键作用 学生独自探索有丝分裂，找出不同分裂相的细胞，小组内成员共同分享每个人的研究成果，学生在教师的组织和引导下一起讨论和交流，共同建立学习群体并成为其中的一员。在这样的群体中，共同批判地考查各种理论、观点、信仰和假说；进行协商和辩论，先内部协商（即和自身争辩到底哪一种观点正确），然后再相互协商（即对当前问题摆出各自的看法、论据及有关材料，并对别人的观点作出分析和评论）。通过这样的协作学习学习者群体（包括教师和每位学生）的思维与智慧就可被整个群体所共享，即整个学习群体共同完成对所学知识的意义构建，而不是其中的某一位或某几位学生完成意义构建。

2.4 改变实验材料和培养条件，利用各种手段支持“学” 为了支持学习者的主动探索和完成意义构建，在学习过程中要为学习者提供各种信息资源（包括各种类型的教学媒体和教学资料）。在本节教学中，教师在前期根尖培养的材料、培养条件进行了创新改造，实验材料将洋葱更换成更易生根的蒜，置于28℃光照培养箱中培养，使得每一份实验材料都能观察到分裂的细胞。教师提供学生探索的实验材料，提供研究方法，引导学生动手实践，并充分利用实验室中数码显微镜的优势，生生之间、师生之间互动交流。这里媒体和资料的利用并非辅助教师的讲解和演示，而是用于支持学生的自主学习和协作式探索。 对于信息资源应如何获取、从哪里获取，以及如何有效地加以利用等问题，是主动探索过程中迫切需要教师提供帮助的内容。

2.5 新概念源于原有概念无法界定的自然生成 授课过程的设计环环相扣，在实验的基础上，学生对于有丝分裂的过程进行分析、 推理、 猜想、判断，将静态的分裂相通过学生的思考跃然呈现在学生的头脑中。在完善有丝分裂的概念过程中不断地生成新的概念从而解决出现的问题，不断地同化概念体系，丰富概念的内涵与外延。 在解读遗传物质分配问题中，生成了染色体复制、着丝点、姐妹染色单体的概念；解释有丝分裂过程中，生成细胞周期及相关概念，以及纺锤丝（体）、赤道板、细胞板等概念。所有关于有丝分裂的概念全部都不再是教师强行灌输，而是在学生在探究、分析问题的过程中自然生成，让学生体会概念生成的过程。

实验先行的实验课程，充分落实《普通高中生物学课程标准》的要求，也顺应核心素养中科学素养的要求，让学生满怀好奇地走进实验室对未知世界进行探索。在高中生物学教学中，笔者还拓展性地开发了许多探究性实验，例如：绪论课打破常规让学生走进实验室进行参观，数码显微镜技术的使用，极大提高学生学习生物学科的兴趣，改变了学生对生物学科学习方法的认识； 探究生物组织中化合物的组成实验，学生对所有实验室准备的生物组织都进行了各种物质的探究，并发现了苹果汁中蛋白质的含量很低，马铃薯匀浆中几乎没有脂肪的存在，肝脏研磨液进行还原糖鉴定根本看不出颜色变化，从而认识到实验的选材对于科学的实验结论的重要性； 观察不同植物细胞在不同种类不同浓度的溶液中吸水、失水的现象。这是对于教材验证实验的拓展，学生观察到了只有在考试题中才会出现的真实实验结果，并进行小组讨论，对出现的现象进行分析。