从"大熊猫吃冷箭竹"的问题探讨导入,讨论证明动植物由细胞构成的证据与获取途径;沿显微镜打开微观世界的线索,学习细胞学说的建立时间、建立者、三条主要内容与五项意义,并按解剖观察、显微观察、形成理论、修正完善四个阶段还原建立过程与科学启示;学习归纳法并区分完全归纳法与不完全归纳法;从功能角度(单细胞生物独立完成生命活动、多细胞生物靠分化细胞协作、代谢与增殖分化与遗传变异均以细胞为基础)和结构层次角度(细胞→组织→器官→系统→个体→种群→群落→生态系统→生物圈)论证细胞是最基本的生命系统。
本课程共设置 6 项学习目标,涵盖知识理解、技能应用与科学探究三个维度。
能准确复述细胞学说的三条主要内容:细胞是一个有机体,一切动植物都由细胞发育而来,并由细胞和细胞产物所构成;细胞是一个相对独立的单位,既有它自己的生命,又对与其他细胞共同组成的整体生命起作用;新细胞是由老细胞分裂产生的。能说出细胞学说分别建立于1838年和1839年,主要建立者是德国植物学家施莱登(M.J.Schleiden,1804—1881)和德国动物学家施旺(T.Schwann,1810—1882);并能辨析虎克只是发现并命名了细胞、魏尔肖是重要补充者,二者都不是细胞学说的建立者。
知识理解能按"解剖和观察—显微观察与资料积累—形成理论—理论完善"四个阶段梳理科学史:维萨里通过大量尸体解剖发表《人体构造》揭示器官水平结构、比夏指出器官由组织构成;虎克观察木栓组织的规则小室并命名为cell、列文虎克用自制显微镜观察到细菌红细胞和精子、马尔比基观察到细胞壁和细胞质;施莱登由花粉胚珠柱头的观察归纳出植物细胞学说、施旺研究动物细胞形成机理与个体发育并发表《关于动植物的结构及一致性的显微研究》;耐格里观察植物分生区新细胞形成、魏尔肖总结出"细胞通过分裂产生新细胞"。能说出细胞学说揭示了动物和植物的统一性从而阐明了生物界的统一性、打破了植物学与动物学之间的壁垒并催生了生物学的问世、使生物学研究进入细胞水平并为进入分子水平打下基础、为个体发育的解释与生物进化论的确立埋下伏笔,被恩格斯列入19世纪自然科学三大发现之一。
知识理解能从细胞学说建立的四个阶段中分别提炼出科学启示:科学的发现需要重视观察与实证(维萨里、比夏的解剖研究);科学的发现依赖于技术的进步(显微镜的发明与改进带来了细胞的发现);科学的发现需要归纳和概括(施莱登、施旺把零散观察上升为普遍理论);科学理论的建立要经历不断修正完善的过程(耐格里与魏尔肖修正了"新细胞可以自然发生"的错误认识)。理解科学理论具有可修正性,这正是科学区别于教条的根本特征。
知识理解能说出归纳法的定义:由一系列具体事实推出一般结论的思维方法;能复述教材举例——由"观察到植物的花粉有细胞核""观察到植物的胚珠有细胞核""观察到植物的柱头有细胞核"三个事实推出"植物细胞都有细胞核"的结论。能区分两类归纳法:不完全归纳法在科学研究中经常运用,根据部分对象得出一般结论,其结论可能可信、可用来预测和判断,但需注意存在例外的可能(如成熟的筛管细胞、哺乳动物成熟的红细胞就没有细胞核);完全归纳法则需观察所有类型的对象后才下结论,可靠但往往难以做到。
知识理解能从生物类型角度说明:单细胞生物(如草履虫)能够独立完成运动、摄食、消化、排泄、应激、增殖等生命活动;多细胞生物依赖各种分化的细胞密切合作,共同完成一系列复杂的生命活动(如缩手反射需要感受器细胞、传入神经元、神经中枢、传出神经元、肌细胞的接力配合)。能从生命现象角度说明:细胞代谢是动植物各种生理活动的基础,细胞增殖、分化是生长发育的基础,细胞内基因的传递和变化是遗传与变异的基础。由此得出结论:细胞是生命活动的基本单位,生命活动离不开细胞;并能用病毒必须寄生在活细胞内才能增殖这一事实从反面加以印证。
知识理解能按由小到大的顺序准确说出生命系统的结构层次:细胞→组织→器官→系统→个体→种群→群落→生态系统→生物圈,并说明各层次间的构成关系(组织由形态相似结构功能相同的细胞联合而成,器官由不同组织按次序结合,系统由多个器官按次序组合,种群是一定区域内同种生物的全部个体,群落是一定区域内所有种群的集合,生态系统是群落加无机环境,生物圈是最大的生态系统)。能结合冷箭竹(叶的表皮细胞—叶的保护组织—叶—个体)与大熊猫(心肌细胞—心肌—心脏—血液循环系统—个体)的实例对应各层次,并辨析四类特殊情形:植物没有系统层次;单细胞生物同时属于细胞层次和个体层次;分子和原子是系统但不是生命系统,因为它们不能独立完成生命活动;病毒没有细胞结构,不属于生命系统的任何层次。
知识理解从"大熊猫和冷箭竹形态迥异却都以细胞为基本单位"的真实矛盾情境出发,讨论获取证据的可行途径,建立"科学结论必须以证据为基础"的意识;随后借助显微镜打开微观世界这一线索,沿"解剖和观察—显微观察与资料积累—形成理论—理论完善"的科学史脉络,逐步建立细胞学说的完整认知,理解细胞学说揭示的是生物界的统一性;最后从功能角度与结构层次角度两条并行路径,层层论证"细胞是生命活动的基本单位、是最基本的生命系统"这一核心概念。
通过8处交互式思考讨论(如何为"大熊猫和冷箭竹都由细胞构成"提供证据、如何评价证据的正确性与充分性、细胞学说证明的是生物界的多样性还是统一性、"植物细胞都有细胞核"是否存在例外及其对不完全归纳法的启示、病毒的存在是否推翻了"生命活动离不开细胞"、能完整表现生命活动的最微小层次与最大的生命系统分别是什么、动植物在微观层次上的区别与单细胞生物所属层次、一个分子或原子是不是生命系统),在追问、辨析与验证中巩固对细胞学说内容、归纳法特点和生命系统结构层次的理解。
在辨析虎克与施莱登施旺贡献差异、判断细胞学说是否涵盖原核生物与病毒、区分完全归纳法与不完全归纳法的具体案例、对照冷箭竹与大熊猫实例排列生命系统结构层次、判断植物是否有系统层次与单细胞生物所属层次、解释分子原子为何不是生命系统等具体情境中运用本节概念;并借助知识网络图整合"细胞学说—归纳法—功能角度—结构层次角度"四条主线,形成对"细胞是生命活动的基本单位"的整体认识。