運用模型建構進行“細胞核——系統的控制中心”一節的復習

嚴春果

【摘要】文章以“細胞核——系統的控制中心”復習教學為例，運用模型建構的方法圍繞重要概念進行復習，通過創設問題、分析教材插圖、指導學生畫圖、梳理概念等方法，幫助學生深入理解和掌握重要概念，促進學生科學思維的發展，提高學生的生物學核心素養。

【關鍵詞】模型;建構;概念圖;體驗

一、課標要求

內容要求：細胞是生物體結構與生命活動的基本單位;細胞各部分結構既分工又合作，共同執行細胞的各項生命活動;闡明遺傳信息主要儲存在細胞核中;舉例說明細胞各部分結構之間相互聯系，協調一致，共同執行細胞的各項生命活動。

教學提示：嘗試制作真核細胞的結構模型。

二、教學目標

目前教學對象（高二理科生）已完成必修內容的學習，進入復習階段，依據上述課標要求與建議，本節課教學目標確定如下：

1.通過“傘藻嫁接和核移植實驗”的實驗分析，運用“建構模型”的科學方法，結合經典例題精析的形式，闡明細胞核的結構和功能;

2.通過問題探討、拓展應用及繪制“細胞核結構和功能概念圖”，認同細胞核是細胞生命系統的控制中心;

3.通過嘗試制作真核細胞的三維結構模型，體驗建構模型的方法和過程。

三、設計思路

以科學家韓默靈的“傘藻嫁接和核移植實驗”切入，為細胞核結構的分析創設情境。通過問題串的方式理清傘藻嫁接和核移植實驗的邏輯關系，引入“傘藻的形態取決于細胞核”。借助細胞核的亞顯微結構、結構模型圖的回顧與介紹，聯系“結構與功能相適應”的觀點，通過相應的“拓展應用”，讓學生進一步明確細胞核是遺傳信息庫，細胞核正是通過其中的遺傳信息來實現對細胞代謝和遺傳的控制。通過深入探索分析“傘藻嫁接和核移植實驗”及經典例題精析，引導學生深刻理解細胞核和細胞質之間相互聯系，協調一致，共同執行細胞的生命活動，最終形成“細胞核是細胞生命系統的控制中心”“細胞是一個有機的整體”的概念。通過師生共建“細胞核的結構和功能”的概念模型引入科學方法“模型建構”的學習，學生通過課后制作真核細胞的三維結構模型，進一步認識細胞各部分在結構和功能上的密切聯系，嘗試從系統的視角認識自然和社會。

四、教學環境及資源準備

教學環境：多媒體教室。資源準備：課件、細胞三維結構物理模型。

五、教學過程

課型：復習課。課時：1課時。

1.導入課題

教師活動：課件展示單細胞真核生物傘藻，引入科學家韓默靈的“傘藻嫁接和核移植實驗”。設置問題探討“1.傘藻的形態取決于細胞核還是細胞質？”和“2.為什么傘藻的形態取決于細胞核？”

學生活動：觀察、思考與回答“問題探討1、2”設置的問題。

設計意圖：理清傘藻實驗的邏輯性，再次激發學生對細胞核結構與功能探究的興趣。

2.細胞核的結構

（1）教師活動：（建構“細胞核的結構與功能”的概念模型（板書））圖示電鏡下的細胞核，引導學生回顧細胞核的結構組成，引出“傘藻的形態與細胞核中的染色質密切相關”。染色質是由DNA和蛋白質等緊密結合形成。DNA是傘藻的遺傳物質，攜帶著傘藻全套的遺傳信息，因此細胞核是遺傳信息庫。染色質高度螺旋化，縮短變粗可成為光學顯微鏡下清晰可見的染色體。

學生活動：觀察、思考與回答問題。

設計意圖：讓學生在課堂中開始體會建構模型的意義。

（2）教師活動：設置“拓展應用1：染色質和染色體是同一種物質在細胞不同時期的兩種存在狀態。這兩種不同的狀態對于細胞的生命活動有什么意義？”設置【思維拓展】染色質蛋白與染色體蛋白完全相同嗎？引導學生課下進一步探究。

學生活動：染色質高度螺旋化形成的染色體，與一堆形態上散亂的染色質相比，有利于在細胞分裂過程中移動并平均分配到子細胞，保證親子代細胞在遺傳性狀上的一致性。細胞分裂結束后，染色體解螺旋形成細絲狀的染色質，有利于遺傳信息的表達，即有利于DNA完成復制、轉錄等生命活動。

設計意圖：問題驅動，激發學生的求知欲。聯系前后學習的相關知識，讓學生形成知識網絡的同時，體會“結構與功能相適應”的觀點。

（3）教師活動：那么細胞質中的核糖體是在哪里形成的呢？核仁是怎樣形成核糖體的呢？

核仁一方面負責rRNA的合成。另一方面，細胞核發出指令分子（即DNA轉錄形成mRNA）經核孔進入細胞質，指令分子指導合成的核糖體蛋白再經核孔進入細胞核，在核仁處與rRNA一起組裝成核糖體的兩個亞單位，隨后兩個亞單位經由核孔運出至細胞質，在蛋白質合成時發揮作用。圖示生物2教材中核糖體的示意圖，簡介核糖體的亞單位。

學生活動：蛋白質由細胞質中的核糖體合成，經核膜上的核孔進入細胞核;細胞核中的核仁。

設計意圖：通過問題串，為設置“拓展應用2”創設情境。

（4）教師活動：設置“拓展應用2：核孔實現核質間頻繁的物質交換和信息交流。你能說出具體有哪些物質嗎？”

學生活動：觀察、思考，進而解除疑惑，獲取新知;思考、分析，進而嘗試回答。

設計意圖：聯系前后學習的相關知識，讓學生自主形成知識網絡。

（5）教師活動：【歸納總結】真核細胞的細胞核被核膜包裹著，從而將細胞質和細胞核分開，這有利于實現核質之間的分工，讓細胞質專注于細胞代謝，細胞核則主要作為控制中心存在。細胞核發出指令控制細胞質中的代謝過程，同樣細胞代謝的結果也需要及時反饋給細胞核，因此核質之間要頻繁地進行物質交換和信息交流，這是通過核孔來實現的。

學生活動：進一步形成“細胞核的結構與功能相適應”的觀點。

設計意圖：讓學生理解“細胞核和細胞質之間相互聯系、協調一致，共同執行細胞的生命活動”，進而引入“細胞核的功能”的概念概括。

3.細胞核的功能

（1）教師活動：上節課復習的“位于細胞質中各種細胞器的分工合作”的控制指令，主要是通過核孔從細胞核送到細胞質，由細胞質完成細胞代謝，進而決定遺傳性狀。至此，我們就清楚了為什么傘藻的形態取決于細胞核。因為細胞核是遺傳信息庫，是細胞代謝和遺傳的控制中心。（完成建構“細胞核的結構與功能”的概念模型（板書））

學生活動：自主形成“細胞核的功能”概念。

設計意圖：師生共同完成“細胞核的結構與功能”概念模型的建構。

（2）教師活動：設置問題探討“3.實驗中傘藻最初長出的是菊花形帽嗎？”（圖示傘藻嫁接實驗）傘藻嫁接實驗中，最初長出的帽是混合型（介于傘形和菊花形之間）。實驗時需要將最初長出的帽去除，然后才能得到和我們前述一樣的結果。這又是為什么呢？傘藻核移植實驗的實際結果也是如此（圖示傘藻核移植實驗）。

學生活動：分析、思考，進而嘗試回答，傘藻帽的形態雖然受細胞核控制，但是假根細胞質中原來已經轉錄的mRNA會繼續發揮作用，直到原來的mRNA被降解，細胞核才能獲得完整的控制權。

設計意圖：進一步實驗驗證“細胞核是細胞代謝和遺傳的控制中心”，讓學生深刻理解“細胞核和細胞質之間相互聯系、協調一致，共同執行細胞的生命活動”。

4.建構模型

教師活動：通過黑板上概念圖，我們對細胞核結構和功能一目了然。這種科學的學習方法叫做建構模型。這種概念圖被稱為概念模型。真核細胞的基本結構也可以形成這樣的概念圖（圖示）。我們利用放射性同位素標記的方法概括性描述分泌蛋白合成、運輸和分泌的過程時，可以用這樣一幅曲線圖（圖示），即數學模型。這是同學們高一新課階段繪制的細胞核及動植物細胞的模式圖（圖示），能幫助我們學習與直觀理解細胞的基本結構。它們屬于物理模型。這是前幾屆學生制作的細胞三維結構物理模型。這三幅是利用實物，如橡皮泥、黏土甚至水果制成的，這一幅是利用實驗室中3D打印機打印出來的細胞三維結構模型。

學生活動：觀察、分析與總結。

設計意圖：了解三種建構模型的科學方法，欣賞優秀細胞結構的物理模型，讓學生認同生物學知識的學習離不開模型建構方法的幫助，激發學生動手制作細胞三維模型的興趣。

六、作業布置

【思維拓展】染色質蛋白與染色體蛋白完全相同嗎？

【實踐探究】嘗試制作真核細胞的三維結構模型。充分發揮自己的創造性，自選材料課下獨立完成;或者利用計算機制作三維動畫模型。

班級課外活動課展示，講解建構模型的原理和方法;在設計并制作細胞模型時，科學性應該是第一位的。

【參考文獻】

劉麗，張艷蘋，李鋒，等.發育生物學課程建設與教學改革實踐[J].教育現代化，2018（09）：54-55，58.