陳月艷（北京市第四中學(xué) 北京 100034）

細(xì)胞學(xué)說的建立時(shí)期，正處于人類科學(xué)、技術(shù)的革命性變化時(shí)代，科學(xué)、哲學(xué)、藝術(shù)彼此交融又趨于分化而呈現(xiàn)蓬勃發(fā)展的態(tài)勢?？茖W(xué)技術(shù)的突破性進(jìn)步逐漸改變了人們對世界的看法，人們在哲學(xué)思考的同時(shí),有能力在科學(xué)探索中尋求生物界各類群之間、生物界與非生物界間統(tǒng)一的理論。筆者在“細(xì)胞學(xué)說”的教學(xué)中，希望嘗試融合科學(xué)、哲學(xué)、藝術(shù)的發(fā)展成果，給學(xué)生以思想的啟迪。在教學(xué)設(shè)計(jì)中，以細(xì)胞學(xué)說建立過程中的人文和科學(xué)背景為情境，以親自觀覽過的藝術(shù)品和文物背后的故事及生命的層次性為線索，以師生再現(xiàn)經(jīng)典的顯微觀察結(jié)果為體驗(yàn)，闡釋細(xì)胞學(xué)說的深刻內(nèi)涵和意義，滲透生命觀念，同時(shí)希望本節(jié)課教學(xué)有助于提升學(xué)生的人文及科學(xué)素養(yǎng)。

本節(jié)課確定以下主要教學(xué)目標(biāo)：闡述細(xì)胞學(xué)說的主要內(nèi)容，認(rèn)識其深刻含義；認(rèn)同細(xì)胞學(xué)說對于人們思想觀念的改變和生物學(xué)發(fā)展的突破性意義；從生物體結(jié)構(gòu)層次性的角度理解生命結(jié)構(gòu)的有序性及生命結(jié)構(gòu)和功能的適應(yīng)；從統(tǒng)一性和差異性的角度形成和強(qiáng)化生命進(jìn)化的觀念；感受人類社會發(fā)展過程中科學(xué)、哲學(xué)、藝術(shù)發(fā)展的彼此促進(jìn)和交融，提升人文和科學(xué)素養(yǎng)。教學(xué)環(huán)節(jié)如圖1。

圖1 教學(xué)環(huán)節(jié)

1 聯(lián)系生活實(shí)際，以如何鑒定人造“海參”為題導(dǎo)入課題

教師發(fā)現(xiàn)在市場上購買的海參體壁及內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡單而均質(zhì)，產(chǎn)生質(zhì)疑：這是海參嗎？如何準(zhǔn)確鑒別？該問題的本質(zhì)是“這是生命嗎？”。針對學(xué)生提出“用顯微鏡觀察其是否由細(xì)胞構(gòu)成”的建議，教師呈現(xiàn)所購“海參”和真海參的顯微觀察結(jié)果，由此導(dǎo)入課題：人類何時(shí)發(fā)現(xiàn)細(xì)胞并認(rèn)識到細(xì)胞是生命的基本單位？

2 從人類認(rèn)知的角度，呈現(xiàn)動物和人體解剖研究層次，提出“生物的基本單位是什么”的質(zhì)疑

細(xì)胞學(xué)說的建立顯然是顯微鏡技術(shù)發(fā)展的直接產(chǎn)物。但若從人類認(rèn)識過程的角度來看，細(xì)胞的發(fā)現(xiàn)也是解剖學(xué)長期發(fā)展的結(jié)果。自古以來人們就疑惑并要回答的問題是：我們是什么？有機(jī)體是什么？

2.1 通過解剖研究在器官層面上形成對人體的認(rèn)識 教師介紹蓋倫、列奧納多·達(dá)·芬奇和安德烈·維薩里的成就。

1）古希臘偉大的哲學(xué)家、醫(yī)學(xué)巨匠蓋倫的動物解剖學(xué)研究。從對醫(yī)學(xué)和生物學(xué)發(fā)展的影響角度，教師主要從2 個(gè)方面介紹蓋倫的研究：①蓋倫的理論和研究方法對醫(yī)學(xué)發(fā)展的貢獻(xiàn)。其醫(yī)學(xué)成就建立在經(jīng)驗(yàn)及大量解剖學(xué)研究和生理學(xué)實(shí)驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上。由于當(dāng)時(shí)人體解剖是被嚴(yán)格禁止的，蓋倫通過解剖豬、山羊、猿類了解人體。②蓋倫的理論對醫(yī)學(xué)研究的阻滯與束縛。在蓋倫之后的1 400年里，其理論一直被奉為醫(yī)學(xué)圣經(jīng)，直至15—16世紀(jì)的文藝復(fù)興運(yùn)動。

2）“歐洲文藝復(fù)興三杰” 之一的偉大畫家列奧納多·達(dá)·芬奇的解剖學(xué)研究。達(dá)芬奇是學(xué)生比較熟知的畫家，教師提供如下信息引發(fā)學(xué)生對達(dá)芬奇在其他領(lǐng)域尤其是解剖學(xué)領(lǐng)域研究的關(guān)注：2013年8月，在英國愛丁堡國際藝術(shù)節(jié)上展出了達(dá)芬奇30幅解剖學(xué)素描作品，這些作品即使與現(xiàn)代醫(yī)學(xué)3D掃描圖像對比，也具有“令人震驚的精確性”。教師通過PPT 與學(xué)生分享達(dá)芬奇如何將藝術(shù)與科學(xué)研究完美結(jié)合的故事：達(dá)芬奇手稿記錄解剖過程中產(chǎn)生的系列問題和研究計(jì)劃，他在解剖一位百歲老人遺體時(shí)發(fā)現(xiàn)人類的動脈硬化；達(dá)芬奇寫一本有關(guān)人體的著作的宏偉計(jì)劃；達(dá)芬奇關(guān)于如何能完成30余次人體解剖的自述等。最后，教師為學(xué)生提供相關(guān)資源，利于感興趣的學(xué)生課后進(jìn)一步了解這位藝術(shù)巨匠與他的科學(xué)和藝術(shù)，例如書籍《列奧納多·達(dá)·芬奇?zhèn)鳌?、視頻《達(dá)·芬奇的人生密碼》等。

3）安德烈·維薩里的人體解剖學(xué)研究及其巨著《人體構(gòu)造》。教師以展示藝術(shù)作品和講故事的方式，引發(fā)學(xué)生對維薩里研究的興趣，感受其不畏權(quán)威追求真理的精神。

首先展示國家博物館承辦的“威尼斯畫派展”中提香所繪的安德烈·維薩里的肖像畫(圖2)。肖像畫的主人公為什么會引發(fā)一個(gè)生物學(xué)教師長時(shí)間的駐足和關(guān)注？提出問題后，請學(xué)生欣賞肖像畫作及主人公手中厚厚的書籍——具有劃時(shí)代意義的維薩里的《人體結(jié)構(gòu)》巨著，并展示這部書籍中部分精美的人體素描畫作（圖3），介紹近代人體解剖學(xué)的創(chuàng)始人安德烈·維薩里學(xué)習(xí)和研究的故事。例如，維薩里在巴黎大學(xué)就讀期間，與其同學(xué)為觀察人體骨骼偷取絞刑架上犯人遺存的骨架；維薩里在意大利帕多瓦大學(xué)公開解剖人和猿而挑戰(zhàn)蓋倫的觀點(diǎn)；維薩里所服務(wù)的皇室家族的“哈布斯堡唇”遺傳了23 代。

圖2 提香繪"安德烈·.維薩里"肖像畫

圖3 《人體構(gòu)造》中的插圖

2.2 生物學(xué)家對“器官由什么組成”的思考及“組織”術(shù)語的提出過程 為體現(xiàn)人類對于人體奧秘的思考和從宏觀到微觀的研究思路，設(shè)計(jì)了如下教學(xué)環(huán)節(jié)。

①質(zhì)疑器官的組成：人們這樣評價(jià)同于1543年出版的標(biāo)志著近代科學(xué)的開端的2 部巨著：哥白尼的《天體運(yùn)行論》改變了人類對“大宇宙（天體）”的看法，維薩里的《人體構(gòu)造》則改變了人類對“小宇宙（人體）”的看法。維薩里的《人體構(gòu)造》真的讓人們了解了人體這個(gè)小宇宙了嗎？

②“組織”概念的提出：通過解剖認(rèn)識了人體器官后，醫(yī)生認(rèn)識到：若要理解疾病，需揭示器官的組成成分。法國解剖學(xué)家比薩想在更深一層的結(jié)構(gòu)中尋找不同器官組成的相似性。根據(jù)肉眼觀察的結(jié)果，比薩提出了“組織”這一概念。他認(rèn)為器官由組織構(gòu)成，組織是機(jī)體基本的結(jié)構(gòu)成分和功能成分。比薩區(qū)分了21 種不同的組織，他的研究使一些科學(xué)家和醫(yī)生認(rèn)為：組織是機(jī)體的終極可分層次，是機(jī)體結(jié)構(gòu)和功能的基本單位。

③質(zhì)疑“組織”的構(gòu)成：肉眼可見的組織例如脂肪或血液，真的沒有更細(xì)微的結(jié)構(gòu)了嗎？失血過多就會死亡，血液里到底有什么？僅僅是養(yǎng)料嗎？你確信一袋血液和一瓶紅墨水一樣，沒有任何結(jié)構(gòu)嗎？人們相信，組織一定有和其功能相適應(yīng)的更微觀更精細(xì)的結(jié)構(gòu)，動、植物表現(xiàn)了共同的生命特性，應(yīng)該有共同的發(fā)生單元，“組織”不能將動、植物的結(jié)構(gòu)統(tǒng)一起來，這個(gè)共同的發(fā)生單元或更微觀的結(jié)構(gòu)是什么？

3 追蹤顯微鏡下細(xì)胞的發(fā)現(xiàn)和細(xì)胞學(xué)說建立的過程

3.1 分享17世紀(jì)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)和觀察細(xì)胞的故事

1）羅伯特·胡克于1665年首次觀察到細(xì)胞。教師通過還原羅伯特·胡克的多方面貢獻(xiàn)、展示文物、模仿羅伯特·胡克的實(shí)驗(yàn)觀察、分享其首次觀察到細(xì)胞后的思考等策略，豐富歷史事件背景，體現(xiàn)科學(xué)家對自然萬物的好奇和研究熱情，讓學(xué)生感受藝術(shù)追求、技術(shù)進(jìn)步和科學(xué)發(fā)展的相互促進(jìn)關(guān)系。

教師首先展示2017年國博舉辦的大英博物館百件文物展上的展品——1650—1700年制造的復(fù)式顯微鏡，同時(shí)展示其文字介紹：自16世紀(jì)中期以來，歐洲興起科學(xué)和發(fā)明的熱潮，這一時(shí)期被稱為“科學(xué)革命”的時(shí)代。這時(shí)期的許多發(fā)現(xiàn)改變了人們對世界的認(rèn)識，標(biāo)志著現(xiàn)代科學(xué)的開端。顯微鏡的發(fā)明使科學(xué)家第1次觀察到自然界中肉眼看不到的部分……英國著名科學(xué)家羅伯特·胡克使用這一發(fā)明觀察到了植物細(xì)胞的結(jié)構(gòu)。你聽說過羅伯特·胡克嗎？他因?yàn)槭状斡^察到和記錄細(xì)胞而名垂青史。作為英國皇家學(xué)會會員，他更是一個(gè)出色的天文學(xué)家、物理學(xué)家（發(fā)現(xiàn)彈性定律）、建筑師（參與1666年倫敦大火后包括圣保羅教堂等建筑物的設(shè)計(jì)）、博物學(xué)家，被稱為“倫敦的達(dá)·芬奇”“被遺忘的科學(xué)天才”。為學(xué)生提供可課后觀看的BBC《艾薩克·牛頓：最后的魔術(shù)師》的視頻信息，以便感興趣的學(xué)生更多地了解羅伯特·胡克，以及他和牛頓的恩怨。

簡介羅伯特的生平之后，展示其自制的顯微鏡及他在《顯微圖譜》一書中繪制的霉菌、昆蟲、羽毛、跳蚤等圖片，并呈現(xiàn)他的觀察心得。羅伯特的顯微圖譜向人們展示了奇妙的微觀世界。人類有史以來最先觀察到的細(xì)胞是怎樣的？這個(gè)問題本身就能引起學(xué)生的極大興趣，教師提出問題后不急于揭秘，而是設(shè)計(jì)以下2 個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)一步調(diào)動學(xué)生一睹為快的渴望：首先呈現(xiàn)羅伯特·胡克觀察到軟木切片上細(xì)胞時(shí)的瞬間感受：“我一看到這些現(xiàn)象，就認(rèn)為是我的發(fā)現(xiàn)，因?yàn)樗拇_是我第1次見到而從未見到過的微小孔洞，也可能是歷史上的第1次發(fā)現(xiàn)。”羅伯特到底觀察到了什么？如果你重復(fù)他的實(shí)驗(yàn)，會觀察到什么？教師展示自制如圖4、圖5 的葡萄酒瓶軟木塞和不同樹種材質(zhì)的木塊的顯微切片（也可以為學(xué)生提供材料，讓學(xué)生用少許時(shí)間在課堂上觀察），學(xué)生驚嘆、欣賞顯微鏡下奇妙結(jié)構(gòu)的同時(shí)，展示羅伯特看到的、也是人類第1次觀察并描繪的蜂窩狀的“小室：cell”。善于思考的羅伯特·胡克將觀察到的微觀結(jié)構(gòu)和軟木塞的特性結(jié)合起來，用這些海綿狀的多孔的“小室”結(jié)構(gòu)解釋軟木塞輕軟、易膨脹、易壓縮等特性。

2）列文·虎克觀察多種多樣的活細(xì)胞。教師先提出質(zhì)疑：羅伯特·胡克雖是第1個(gè)觀察到細(xì)胞的科學(xué)家，但他所觀察到的是軟木的物理結(jié)構(gòu)，并推想“小室”是為植物生長供應(yīng)液體的通道，因而羅伯特·胡克沒有賦予“cell”一詞真正的細(xì)胞涵義。現(xiàn)在知道羅伯特·胡克觀察到的是內(nèi)部結(jié)構(gòu)已解體只剩下細(xì)胞壁的死細(xì)胞；是誰最先觀察到并記錄了活細(xì)胞？

提出質(zhì)疑后，教師繼續(xù)通過展示教師的觀察結(jié)果、提供活細(xì)胞的動態(tài)運(yùn)動視頻等教學(xué)策略引發(fā)學(xué)生對列文·虎克研究的興趣和關(guān)注。具體環(huán)節(jié)為：①展示教師受列文·虎克觀察內(nèi)容的啟發(fā)和吸引，在顯微鏡下觀察到的鯽魚紅細(xì)胞的形態(tài)（圖6）；②播放水滴中草履蟲、眼蟲、變形蟲等的運(yùn)動狀態(tài)視頻的同時(shí)，介紹列文·虎克觀察一滴水中的原生動物的熱情；③播放運(yùn)動中的精子視頻，并介紹：有科學(xué)家首次在顯微鏡下觀察到淋病患者精液中的精子，將精子與疾病相聯(lián)系，認(rèn)為精液中的這些“微小動物”是寄生蟲。列文·虎克通過觀察發(fā)現(xiàn)狗、兔、人的精液中都含有精子，這些研究使人們逐漸認(rèn)識到精子在生殖過程中的意義。列文·虎克所觀察到的紅細(xì)胞、精子、原生動物和牙垢中的細(xì)菌等都是游離的活細(xì)胞，他的觀察同時(shí)將人們對于生命的認(rèn)識帶到了微生物的研究領(lǐng)域。

3）馬爾比基從探討不同器官的功能視角觀察器官的微觀結(jié)構(gòu)。與同時(shí)代其他觀察者根據(jù)個(gè)人的好奇心和喜好而盲目地觀察不同，作為一個(gè)醫(yī)學(xué)家，意大利的馬爾比基更想通過顯微鏡下的觀察，探討微觀結(jié)構(gòu)和人體生命活動的關(guān)系。他發(fā)現(xiàn)了毛細(xì)血管的動、靜脈吻合、肺泡、腎小體等，這些研究使人們開始逐漸理解循環(huán)、呼吸、消化、泌尿的本質(zhì)。

圖4 軟木塞切片顯微結(jié)構(gòu)

圖5 某種木筷切片顯微結(jié)構(gòu)

圖6 鯽魚紅細(xì)胞

圖7 顯微鏡下的氯化鈉結(jié)晶

3.2 與學(xué)生分享由發(fā)現(xiàn)細(xì)胞到概括出“生物由細(xì)胞構(gòu)成”結(jié)論的過程 即使有了一定的證據(jù)，一個(gè)科學(xué)理論也不是輕而易舉產(chǎn)生的，理論的建立需要敏銳的洞察力和高瞻遠(yuǎn)矚的概括性。為了說明這個(gè)問題，以及讓學(xué)生更深刻地理解細(xì)胞學(xué)說的偉大意義，在“細(xì)胞學(xué)說的建立”教學(xué)內(nèi)容中，設(shè)置了如下2 個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)。

1）分析為什么人們難以得出“生命由細(xì)胞構(gòu)成”的結(jié)論。在發(fā)現(xiàn)細(xì)胞以后長達(dá)170 多年的歷史中，人們盡管不斷積累和豐富著細(xì)胞觀察的資料，為什么一直沒有科學(xué)概括細(xì)胞的知識及其與機(jī)體的關(guān)系？師生共同在觀察技術(shù)的局限性、細(xì)胞的多樣性、科學(xué)家之間的交流3 個(gè)方面分析人們統(tǒng)一對細(xì)胞的認(rèn)識的過程。

①觀察技術(shù)的局限：一些學(xué)者看不起用各種顯微鏡的觀察工作，例如，提出21 種組織的比薩（1771—1802）沒有用顯微鏡繼續(xù)觀察探討他所提出的組織的本質(zhì)，因?yàn)樗恍湃物@微鏡下的觀察結(jié)果。他說：“當(dāng)人們在黑暗的鏡筒中注視時(shí)，每個(gè)人看到了以他自己的方法看到的東西，自然結(jié)果就受到影響了?！贝_實(shí)，由于技術(shù)問題，研究者曾將細(xì)胞籠統(tǒng)地描述為小球或微粒，某些研究者確實(shí)看到了細(xì)胞，另外一些學(xué)者只看到了光學(xué)干涉所形成的光環(huán)“小球”贗相。除了上述資料外，教師還展示圖片列舉學(xué)生在課堂上經(jīng)常出現(xiàn)的誤將雜質(zhì)、氣泡等當(dāng)做細(xì)胞的現(xiàn)象。學(xué)生在會心一笑的同時(shí)，理解當(dāng)時(shí)人們意見不統(tǒng)一的原因。圖7 看起來更像生命的東西，不過是顯微鏡下氯化鈉的結(jié)晶。

②細(xì)胞多樣性的困惑：用圖片展示不同的植物細(xì)胞（圖8），并提出質(zhì)疑：人們能認(rèn)為顯微鏡下的這些稀奇古怪如此不同的結(jié)構(gòu)在本質(zhì)上是一樣的，從而給它們一個(gè)統(tǒng)一的名稱“細(xì)胞”嗎？顯然不容易，除非能找到這些結(jié)構(gòu)的一致性。

2）科學(xué)交流使人們在尋找結(jié)構(gòu)一致性的基礎(chǔ)上揭示了細(xì)胞本質(zhì)的一致性。

將顯微鏡下形態(tài)不同的微觀結(jié)構(gòu)在本質(zhì)上統(tǒng)一起來得益于學(xué)術(shù)借鑒和交流。教師以細(xì)胞核為主線將布朗、施萊登和施旺等科學(xué)家的工作和研究對象統(tǒng)一起來。

圖8 形態(tài)不同的植物細(xì)胞

①布朗發(fā)現(xiàn)細(xì)胞核。1827年英國植物學(xué)家布朗觀察花粉時(shí)，發(fā)現(xiàn)一些微小粒子表現(xiàn)出的無規(guī)則運(yùn)動，即布朗運(yùn)動。但作為一個(gè)植物學(xué)家，他的重要發(fā)現(xiàn)是在多種植物細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)了“細(xì)胞核”。

②在布朗啟發(fā)下，德國植物學(xué)家施萊登的發(fā)現(xiàn)。在他人的啟發(fā)下，人們會有目的地再認(rèn)識曾經(jīng)觀察到的事物。例如前面教師展示的形態(tài)迥異的洋蔥鱗片葉外表皮細(xì)胞、百合葉片下表皮保衛(wèi)細(xì)胞等，若再仔細(xì)觀察，調(diào)暗光線，就能觀察到大小、形態(tài)基本一致細(xì)胞核。施萊登在布朗的啟發(fā)下，將注意力集中在細(xì)胞核上。他經(jīng)過大量的觀察，認(rèn)識到細(xì)胞核是植物細(xì)胞普遍存在的結(jié)構(gòu)，通過細(xì)胞核將形態(tài)迥異的微觀結(jié)構(gòu)的本質(zhì)相統(tǒng)一。既然每個(gè)細(xì)胞都有細(xì)胞核，其對于細(xì)胞應(yīng)該是非常重要的。施萊登進(jìn)一步致力于研究細(xì)胞核與細(xì)胞發(fā)生之間的聯(lián)系，并于1838年發(fā)表“植物發(fā)生論”，指出：“所有植物都是由細(xì)胞組成的，細(xì)胞是植物各種功能的基礎(chǔ)?！?/p>

③在施萊登的啟發(fā)下，德國動物學(xué)家施旺的發(fā)現(xiàn)。教師利用圖片展示不同的動物細(xì)胞，例如脂肪細(xì)胞、神經(jīng)細(xì)胞、軟骨細(xì)胞、平滑肌細(xì)胞等，同時(shí)提出質(zhì)疑：與植物細(xì)胞相比，不同種類的動物細(xì)胞形態(tài)差異更大，更加變化多端，因而人們一直未能建立動、植物微觀結(jié)構(gòu)上的聯(lián)系，動物是否也和植物一樣，是由所謂的細(xì)胞構(gòu)成的？教師提供施旺受施萊登啟發(fā)后的頓悟，他說：“一天，當(dāng)我和施萊登一起用膳時(shí)，這位著名的科學(xué)家向我指出，細(xì)胞核在植物的細(xì)胞發(fā)生中起著重要作用。我立刻回想起曾在脊索細(xì)胞中看見過的同樣的‘器官’。在這一瞬間，我領(lǐng)悟到，如果我能夠成功地證明脊索細(xì)胞中的細(xì)胞核起著和在植物細(xì)胞發(fā)生中同樣的作用，這個(gè)發(fā)現(xiàn)將是極其重要的?！痹谑┤R登的啟發(fā)下，為了證明動、植物微觀結(jié)構(gòu)的一致性，施旺觀察了動物各種組織的細(xì)胞，明確指出有無細(xì)胞核的存在是有無細(xì)胞存在的最重要和最充足的證據(jù)。1839年，施旺發(fā)表《關(guān)于動、植物在結(jié)構(gòu)和生長中的一致性的顯微研究》一文，進(jìn)一步指出：一切植物和動物都是細(xì)胞的集合體。施旺將細(xì)胞學(xué)說擴(kuò)展到動物界，使之具有更普遍的理論概括和更廣泛的適用范圍。

④菲爾肖等對細(xì)胞來源的探討。施萊登和施旺在揭示動、植物細(xì)胞統(tǒng)一性的同時(shí)，還更深入地探討細(xì)胞來源的問題。他們認(rèn)為：新細(xì)胞從老細(xì)胞中產(chǎn)生，從老細(xì)胞的細(xì)胞核中長出一個(gè)新細(xì)胞。他們將細(xì)胞的發(fā)生看作是一種以核仁為起點(diǎn)的結(jié)晶化的物理過程。這個(gè)觀點(diǎn)雖然基于觀察，但是由于當(dāng)時(shí)顯微觀察技術(shù)的局限性和人們認(rèn)識的局限性，該觀點(diǎn)顯然是錯(cuò)誤的。在施萊登和施旺之后，很多科學(xué)家觀察到細(xì)胞分裂。1855年，德國醫(yī)生和病理學(xué)家菲爾肖總結(jié)自己和他人觀察到的結(jié)果，提出至理名言：“一切細(xì)胞都來自于細(xì)胞?！?/p>

3.3 師生共同總結(jié)細(xì)胞學(xué)說的基本論點(diǎn) 基于上述教學(xué)內(nèi)容，學(xué)生可總結(jié)得出細(xì)胞學(xué)說的基本論點(diǎn)，教師著重通過以下教學(xué)環(huán)節(jié)，加深學(xué)生對細(xì)胞學(xué)說的理解。

①通過展示雞產(chǎn)卵過程的圖片，說明雞卵不僅僅由卵細(xì)胞構(gòu)成，還由排卵過程中由輸卵管分泌物構(gòu)成的非細(xì)胞結(jié)構(gòu)例如卵清、卵殼等組成，此外生物體的細(xì)胞之間有細(xì)胞間質(zhì)，以此說明生物體由細(xì)胞和細(xì)胞產(chǎn)物組成；②分析人體血細(xì)胞、肌肉細(xì)胞、神經(jīng)細(xì)胞、生殖細(xì)胞等細(xì)胞的功能，說明“每個(gè)細(xì)胞作為一個(gè)獨(dú)立的單位，既有它自己的生命，又對與其他細(xì)胞共同構(gòu)成的整體生命起作用”，從而從細(xì)胞功能分化的角度讓學(xué)生理解“細(xì)胞是生命的基本單位”；③圖片展示雞、牛、豬、羊脂肪組織的顯微照片（圖9），從細(xì)胞層面上體現(xiàn)不同動物脂肪組織的一致性，從而說明細(xì)胞學(xué)說給予比薩提出的“組織”術(shù)語以更清晰深刻的意義：形態(tài)、結(jié)構(gòu)功能相同的細(xì)胞構(gòu)成了生物體的組織結(jié)構(gòu)層次；④從科學(xué)發(fā)展的角度強(qiáng)調(diào)說明：人們認(rèn)為正式提出細(xì)胞學(xué)說的科學(xué)家是施萊登和施旺，但是細(xì)胞學(xué)說的建立是許多科學(xué)家共同努力的結(jié)果。

圖9 不同動物的脂肪組織細(xì)胞

4 總結(jié)細(xì)胞學(xué)說的意義

由于上述教學(xué)環(huán)節(jié)的鋪墊，學(xué)生能領(lǐng)會細(xì)胞學(xué)說的意義。正如施旺所說：“……現(xiàn)在我們已經(jīng)推倒了分隔動、植物的巨大障礙，細(xì)胞學(xué)說是一個(gè)統(tǒng)一的理論,它證明了動、植物兩大有機(jī)界的本質(zhì)聯(lián)系。”

教師展示在2017年國博大英博物館百件文物展上拍攝的另一件讓教師有意外收獲之喜的展品——達(dá)爾文環(huán)球旅行所乘坐的“小獵犬號”（Beagle，又稱“貝格爾號”）上的精密計(jì)時(shí)器，并進(jìn)行如下陳述：一次展覽上同時(shí)展出了2 個(gè)不同年代的精密儀器——顯微鏡和精密計(jì)時(shí)器（圖10），讓人感慨萬千，因?yàn)樗鼈儾粌H彰顯17—19世紀(jì)科學(xué)技術(shù)的蓬勃發(fā)展，同時(shí)體現(xiàn)了科技的發(fā)展給人們的思想觀念帶來的巨大轉(zhuǎn)變。顯微鏡的發(fā)明導(dǎo)致了一個(gè)偉大理論“細(xì)胞學(xué)說”的建立，而儀器設(shè)備精良的“貝格爾號”使達(dá)爾文能順利地完成環(huán)球旅行，其所見、所聞、所思孕育了進(jìn)化論的偉大思想。你能否闡述“細(xì)胞學(xué)說”和“進(jìn)化論”的內(nèi)在聯(lián)系？在學(xué)生討論的基礎(chǔ)上，教師總結(jié)陳述：哈布斯堡家族的“哈布斯堡唇”延續(xù)了23 代，是因?yàn)樗麄兺赐?；蓋倫通過解剖猿而不是解剖魚推知人體的結(jié)構(gòu)，是因?yàn)槿撕驮秤兄挠H緣關(guān)系。而細(xì)胞學(xué)說的建立在細(xì)胞水平上找到了人和魚的一致性，動、植物的一致性，甚至是動、植物和細(xì)菌的一致性。細(xì)胞學(xué)說的建立，為當(dāng)時(shí)飽受爭議的“所有生物同源同祖”的進(jìn)化論，提供了令人信服的微觀證據(jù)，而進(jìn)化論將所有的生物相聯(lián)系，成為統(tǒng)一生物學(xué)的理論。正因?yàn)槿绱耍鞲袼箤ⅰ凹?xì)胞學(xué)說”“能量守恒與轉(zhuǎn)換定律”“進(jìn)化論”并列為19世紀(jì)自然科學(xué)的三大發(fā)現(xiàn)。這3 個(gè)理論都是努力將事物聯(lián)系起來的統(tǒng)一的理論。細(xì)胞學(xué)說揭示了生物界結(jié)構(gòu)的統(tǒng)一性；進(jìn)化論揭示了生物界同源同祖的統(tǒng)一、預(yù)示了有機(jī)界與無機(jī)界的統(tǒng)一；能量轉(zhuǎn)化和守恒定律不僅揭示了無機(jī)界運(yùn)動的統(tǒng)一，還從能量轉(zhuǎn)換的角度將有機(jī)界與無機(jī)界相統(tǒng)一。后續(xù)的深入研究使人們認(rèn)識到，細(xì)胞是最完美的能量轉(zhuǎn)換器，細(xì)胞與環(huán)境之間物質(zhì)和能量的交換，以及細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)和能量的轉(zhuǎn)變是能量守恒與轉(zhuǎn)化定律的最有力詮釋。

圖10 細(xì)胞學(xué)說為進(jìn)化論提供了微觀證據(jù)

5 回顧總結(jié)細(xì)胞學(xué)說建立過程滲透生命觀念

對本節(jié)課的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行總結(jié)，也是在一定程度上對高中生物學(xué)內(nèi)容框架的一個(gè)概述。教師首先用圖11 概括本節(jié)課教學(xué)內(nèi)容所體現(xiàn)的思想觀念，即生物界乃至自然界的層次性。自然界、生物界中各種物質(zhì)系統(tǒng)之間所表現(xiàn)出來的層次性關(guān)系，是自然界長期進(jìn)化過程中所表現(xiàn)出來的狀態(tài)和規(guī)律。生命結(jié)構(gòu)的有序性體現(xiàn)在其層次性上，當(dāng)代生命科學(xué)的發(fā)展，從微觀和宏觀2 個(gè)方面研究生物界的多層次性，是對生物界認(rèn)識日益深刻的體現(xiàn)。

圖11 人類研究認(rèn)識生物界的有序性和層次性

在上述觀念引領(lǐng)的基礎(chǔ)上，教師以下面一段文字和圖片結(jié)束教學(xué)內(nèi)容，激發(fā)學(xué)生期待在后續(xù)學(xué)習(xí)過程中，從細(xì)胞中尋找生命的答案：理查德·費(fèi)曼曾說過，科學(xué)會帶給人們更多的令人激動的和神秘的東西。例如圖12，可以通過觀察，在細(xì)胞水平上解釋花的美麗色彩，這看起來似乎很簡單，花色是由細(xì)胞的顏色決定的，但是問題真的很簡單嗎？是什么在控制細(xì)胞的色彩？如今能在細(xì)胞的水平上揭示達(dá)·芬奇“人為什么會歡笑、會哭泣”的問題嗎？早在1925年，生物學(xué)大師Wilson 就提出：“一切生命的關(guān)鍵問題都要到細(xì)胞中去尋找”。在接下來的學(xué)習(xí)過程中，將在細(xì)胞水平上尋找生命的答案。

圖12 白花射干的花朵與細(xì)胞的色彩

不同于傳統(tǒng)的“細(xì)胞學(xué)說”的教學(xué)設(shè)計(jì)，教師花費(fèi)了更多的時(shí)間，附加了本節(jié)課更多的“節(jié)外生枝”的內(nèi)容，這些附加內(nèi)容似乎超出了生物學(xué)課程范圍，筆者如此進(jìn)行教學(xué)嘗試，基于以下思考：1）引領(lǐng)學(xué)生分享人類的思想和智慧財(cái)富，提升學(xué)生的科學(xué)和人文綜合素養(yǎng)?？茖W(xué)受到社會和文化的影響,是科學(xué)的本質(zhì)之一?？茖W(xué)的不同學(xué)科、科學(xué)與藝術(shù)、科學(xué)與哲學(xué)本身不是截然可分的，盡管在人類認(rèn)識過程中，為了使研究更深入，科學(xué)與藝術(shù)、科學(xué)與哲學(xué)、科學(xué)的學(xué)科之間逐漸分化，但是就客觀事物本身而言，它們是集中在事物對象上的統(tǒng)一整體。教師應(yīng)該有能力綜合多個(gè)學(xué)科的內(nèi)容，抓住契機(jī)，以合適的教學(xué)內(nèi)容為載體，還原知識和觀念發(fā)展的本來面貌，使學(xué)生在真實(shí)的客觀歷史背景中理解科學(xué)知識的形成過程。科學(xué)與藝術(shù)的融合、技術(shù)的進(jìn)步、人類的好奇心和癡迷的求索、人類視野的拓展和和思想觀念的變革……“細(xì)胞學(xué)說的建立、內(nèi)容和意義”就是體現(xiàn)科學(xué)、藝術(shù)、哲學(xué)相互促進(jìn)、綜合發(fā)展、體現(xiàn)科學(xué)與社會文化的關(guān)系的最恰當(dāng)、最適合的內(nèi)容之一。

2）在生命觀念的框架下引領(lǐng)高中生物學(xué)教學(xué)。細(xì)胞學(xué)說的內(nèi)容不僅是后續(xù)細(xì)胞結(jié)構(gòu)、代謝、增殖等教學(xué)內(nèi)容的起始課，也可以說是高中生物學(xué)課程的起始課。本節(jié)課突出了統(tǒng)領(lǐng)生物學(xué)的2 個(gè)生命觀念：生物界結(jié)構(gòu)的有序性和層次性；進(jìn)化論是統(tǒng)一生物學(xué)的主題。在這樣的觀念框架引領(lǐng)下的生物學(xué)學(xué)習(xí)，會帶給學(xué)生更多的思考和感悟。

3）通過教學(xué)藝術(shù)實(shí)現(xiàn)教學(xué)理想。實(shí)現(xiàn)上述教學(xué)目標(biāo)會存在一定的困難，例如，科學(xué)和人文課程的不當(dāng)綜合容易使教學(xué)內(nèi)容浮夸和膚淺，在教學(xué)中滲透生命觀念容易產(chǎn)生說教和“貼標(biāo)簽”的教學(xué)效果。本節(jié)課的教學(xué)設(shè)計(jì)中，教師精心選取、整合教學(xué)資料，用知識或觀念的主線組織看似“雜亂”的素材，努力做到“形散而神不散”。例如，達(dá)·芬奇的素描、提香的肖像作品、17世紀(jì)的顯微鏡和精密計(jì)時(shí)器，教師以飽滿的熱情，將親臨的這些藝術(shù)品和文物貫穿于課堂，不僅在一定程度上給予學(xué)生藝術(shù)的熏陶，更重要的是它們?nèi)趨R了生命的層次性和生命進(jìn)化的主線。又如，蓋倫的猿類解剖、列文·虎克對魚細(xì)胞的觀察、哈布斯堡唇的世代延續(xù)，這些素材不僅僅增加教學(xué)內(nèi)容的趣味性，更重要的是它們體現(xiàn)了生物之間的親緣聯(lián)系。筆者希望通過有效組織這些體現(xiàn)人類偉大智慧豐富生動的素材，將生命觀念真正扎根于學(xué)生內(nèi)心深處，融匯于學(xué)生的世界觀中。此外，在本節(jié)課中，筆者努力設(shè)置帶有“懸念”的巧妙設(shè)問，以吸引學(xué)生的強(qiáng)烈關(guān)注。例如，沒有先展示羅伯特·胡克的觀察結(jié)果，而是引用羅伯特的話“我一看到這些現(xiàn)象，就認(rèn)為是我的發(fā)現(xiàn)……也可能是歷史上的第1次發(fā)現(xiàn)”，然后進(jìn)行如下設(shè)問：羅伯特到底觀察到了什么？又如教師不急于展示列文·虎克的研究成果，而是設(shè)置如下懸念：列文·胡克說：“沒有什么比看到一滴水中生活著如此多的生物更讓我高興的?！痹谌庋凼裁匆部床坏降囊坏嗡?，列文·虎克到底觀察到了什么？列文·虎克在顯微鏡下觀察魚紅細(xì)胞的形態(tài)。作為一個(gè)生物學(xué)教師沒有觀察過魚的紅細(xì)胞，真是汗顏，于是立刻去市場上購買了鯽魚，取血觀察，顯微鏡下的紅細(xì)胞真是太美麗了，你想知道它是什么樣子的嗎？最初觀察到人類精子的人可能被嚇到了，他們看到了什么？本節(jié)課以教師的講授為主，教師精心地搜集、組織教學(xué)素材，設(shè)計(jì)每一個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)的呈現(xiàn)方式，琢磨、凝練深刻而富有吸引力的教學(xué)語言，就是希望在繪聲繪色與學(xué)生分享科學(xué)故事的同時(shí)，讓學(xué)生感悟科學(xué)故事中蘊(yùn)含的更深刻的人類的思維方式和思想觀念。