基于生物學(xué)科核心素養(yǎng)的教學(xué)設(shè)計(jì)——以“細(xì)胞核的功能”為例

張 牧

（華中師范大學(xué)第一附屬中學(xué) 湖北武漢 430223）

1 教材分析

“細(xì)胞核的結(jié)構(gòu)和功能”是2019年版人教版高中生物學(xué)《必修1·分子與細(xì)胞》第三章第三節(jié)。本節(jié)內(nèi)容預(yù)計(jì)兩節(jié)課完成，根據(jù)學(xué)生的認(rèn)知水平“結(jié)構(gòu)決定功能”，“細(xì)胞核的功能”為第二課時(shí)的內(nèi)容。在前面一課時(shí)，學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了細(xì)胞核的結(jié)構(gòu)。本節(jié)課“細(xì)胞核的功能”將通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究的方式探究細(xì)胞核的功能。

2 教學(xué)重難點(diǎn)

重點(diǎn)：細(xì)胞核的功能。

難點(diǎn)：實(shí)驗(yàn)探究和分析能力。

3 教學(xué)設(shè)計(jì)思路

圖1是“細(xì)胞核的功能”的教學(xué)設(shè)計(jì)思路。

圖1 “細(xì)胞核的功能”教學(xué)設(shè)計(jì)流程圖

4 學(xué)科核心素養(yǎng)培養(yǎng)

4.1 創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境，培養(yǎng)社會(huì)責(zé)任

教師播放“2017年我國(guó)成功培養(yǎng)出世界首例體細(xì)胞克隆猴中中和華華”視頻，引出話(huà)題，提出問(wèn)題：你知道克隆猴的誕生過(guò)程嗎？克隆猴誕生示意圖（圖2）中涉及到幾只猴媽媽?zhuān)恐兄泻腿A華和哪只猴媽媽最像？克隆猴對(duì)于人類(lèi)疾病的治療有何重要意義？牛、鼠、貓、狗等多種哺乳動(dòng)物的體細(xì)胞克隆已成功，為什么靈長(zhǎng)類(lèi)動(dòng)物的猴直到今天才克隆成功呢？……學(xué)生因疑生趣，激發(fā)了學(xué)習(xí)本節(jié)內(nèi)容的愿望。視頻展示了體細(xì)胞克隆猴的成功將推動(dòng)中國(guó)率先發(fā)展出基于非人靈長(zhǎng)類(lèi)疾病動(dòng)物模型的全新醫(yī)藥研發(fā)產(chǎn)業(yè)鏈，加速針對(duì)阿爾茨海默病、自閉癥等腦疾病的新藥研發(fā)進(jìn)程，旨在培養(yǎng)學(xué)生強(qiáng)烈的民族自豪感和責(zé)任感，形成關(guān)心社會(huì)生活的意識(shí)。

圖2 “克隆猴”誕生過(guò)程示意圖

4.2 設(shè)計(jì)學(xué)生活動(dòng)，落實(shí)科學(xué)探究

4.2.1 探究細(xì)胞核功能——細(xì)胞核控制著細(xì)胞的遺傳學(xué)生結(jié)合克隆猴的實(shí)驗(yàn)，利用教師所提供的材料（圖3），設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究細(xì)胞核的功能：實(shí)驗(yàn)①探究美西螈的膚色是由細(xì)胞核還是細(xì)胞質(zhì)控制的；實(shí)驗(yàn)②探究傘藻的帽形是由細(xì)胞核，還是由細(xì)胞質(zhì)控制的。

圖3 實(shí)驗(yàn)材料示意圖

學(xué)習(xí)小組展示實(shí)驗(yàn)①的方案：

1小組：黑色美西螈胚胎細(xì)胞的細(xì)胞核植入到白色美西螈去核的卵細(xì)胞中。

2小組：黑色美西螈胚胎細(xì)胞的細(xì)胞核植入到白色美西螈去核的卵細(xì)胞中；同時(shí)，將白色美西螈胚胎細(xì)胞的細(xì)胞核植入到黑色美西螈去核的卵細(xì)胞中。

3小組：黑色美西螈卵細(xì)胞的細(xì)胞核植入到白色美西螈去核的胚胎細(xì)胞中；同時(shí)，將白色美西螈卵細(xì)胞的細(xì)胞核植入到黑色美西螈去核的胚胎細(xì)胞中。

教師拋出問(wèn)題，進(jìn)行點(diǎn)評(píng)：從實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)遵循的原則的角度，第1小組的方案完善嗎？第2小組和第3小組的方案，哪組的更好？學(xué)生很快得出：第1小組的方案不完善，因?yàn)閷?shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)要遵循對(duì)照原則；第2小組的方案更好，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)還要遵循科學(xué)性原則，將核注入去核的卵細(xì)胞更加科學(xué)，因?yàn)槁鸭?xì)胞能激發(fā)細(xì)胞的全能性。

學(xué)習(xí)小組展示實(shí)驗(yàn)②的方案：

4小組：將兩種傘藻的傘帽依次去除，接著將兩者的柄切下來(lái)，交換嫁接到對(duì)方的假根上。

5小組：將兩種傘藻的傘帽依次去除，剩下的部分交換細(xì)胞核。

教師拋出問(wèn)題，開(kāi)展點(diǎn)評(píng)：從實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)遵循的原則的角度，第4小組和第5小組的方案哪組的更好？學(xué)生不難分析出：5小組方案更好，4小組實(shí)驗(yàn)不能說(shuō)明傘帽的形狀由細(xì)胞核控制，假根細(xì)胞核周?chē)牟糠旨?xì)胞質(zhì)可能會(huì)影響傘帽的形狀。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)不僅要遵循對(duì)照原則和科學(xué)性原則，還應(yīng)遵循單一變量原則，傘藻嫁接實(shí)驗(yàn)除了細(xì)胞核這一變量外還有其他變量，違背了單一變量原則。

教師引導(dǎo)學(xué)生小結(jié)：子代和親代性狀（膚色、帽形）相似的現(xiàn)象叫遺傳。這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)共同直接說(shuō)明了細(xì)胞核控制著細(xì)胞的遺傳。

4.2.2 探究細(xì)胞核功能——細(xì)胞核控制著細(xì)胞的代謝

學(xué)生開(kāi)展“你問(wèn)我答”的活動(dòng)。通過(guò)一系列問(wèn)題串抽絲剝繭，層層深入。

①用蠑螈的受精卵來(lái)進(jìn)一步分析，用頭發(fā)將受精卵勒成兩半，會(huì)出現(xiàn)什么不同的結(jié)果？此結(jié)果說(shuō)明什么問(wèn)題？

②怎樣進(jìn)一步設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)證明這個(gè)問(wèn)題？

③整個(gè)實(shí)驗(yàn)最突出的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)原則是什么？

④變形蟲(chóng)的再生能力很強(qiáng)，可以對(duì)它進(jìn)行切割實(shí)驗(yàn)。類(lèi)比蠑螈受精卵橫縊實(shí)驗(yàn)，如果用變形蟲(chóng)探究細(xì)胞核的功能，你會(huì)如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)？

⑤總結(jié)蠑螈受精卵橫縊實(shí)驗(yàn)和變形蟲(chóng)的去核及核移植實(shí)驗(yàn)的共同之處、巧妙之處。

師生小結(jié)：生命活動(dòng)的實(shí)質(zhì)是細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行的許許多多的化學(xué)反應(yīng)，這些化學(xué)反應(yīng)統(tǒng)稱(chēng)為細(xì)胞代謝。這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)共同直接說(shuō)明了細(xì)胞核能控制細(xì)胞的代謝。

關(guān)于“細(xì)胞核的功能”的學(xué)習(xí)，教材上呈現(xiàn)的是4則資料，傳統(tǒng)的處理方法是通過(guò)資料分析得出答案。課堂的教學(xué)效果很大程度取決于學(xué)生是積極主動(dòng)探究知識(shí)，還是被動(dòng)接受知識(shí)。故筆者將實(shí)驗(yàn)分析改為實(shí)驗(yàn)探究，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀(guān)能動(dòng)性。前兩個(gè)實(shí)驗(yàn)以卡紙的剪切和拼接的形式，模擬核移植實(shí)驗(yàn)，增加了實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的趣味性。后兩個(gè)實(shí)驗(yàn)通過(guò)一系列問(wèn)題串，層層深入剖析，逐步滲透實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的對(duì)照原則和單一變量原則。

4.3 歸納小結(jié)實(shí)驗(yàn)方法，突出科學(xué)思維

在學(xué)生理解教材4個(gè)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，教師進(jìn)一步加深難度，挖掘?qū)嶒?yàn)方法的共通之處，進(jìn)行歸納總結(jié)，并將歸納總結(jié)的方法遷移到其他知識(shí)點(diǎn)上，充分培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維推理能力和知識(shí)的遷移能力。

學(xué)生以小組為單位，完成以下任務(wù)。

任務(wù)一：在美西螈和傘藻的核移植實(shí)驗(yàn)中，找出2個(gè)實(shí)驗(yàn)在方法上的相同點(diǎn)，歸納總結(jié)出實(shí)驗(yàn)方法證明細(xì)胞核控制著細(xì)胞的遺傳（以A、B兩種生物為例）。

任務(wù)二：現(xiàn)以一種單細(xì)胞生物為材料，總結(jié)出蠑螈受精卵橫縊實(shí)驗(yàn)和變形蟲(chóng)核移植在實(shí)驗(yàn)方法上的共同點(diǎn)并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)證明細(xì)胞核控制細(xì)胞的代謝。

教師點(diǎn)評(píng)任務(wù)一：A和B的細(xì)胞核進(jìn)行互換，如圖4所示。

圖4 實(shí)驗(yàn)方案示意圖

教師點(diǎn)評(píng)任務(wù)二：方案如圖5所示，這一方法在高中階段應(yīng)用廣泛，如之前學(xué)過(guò)探究某種無(wú)機(jī)鹽是否是植物必需的以及后面要學(xué)習(xí)到的探究某種激素的作用都屬于這一類(lèi)方法。

圖5 實(shí)驗(yàn)方案示意圖

4.4 整體大于局部，增強(qiáng)生命觀(guān)念

4.4.1 完善細(xì)胞核的功能

教師引導(dǎo)學(xué)生分析結(jié)構(gòu)與功能的生命觀(guān)，從而完善細(xì)胞核的功能：結(jié)構(gòu)決定功能，DNA上儲(chǔ)存著遺傳信息，而DNA主要在細(xì)胞核里，故細(xì)胞核是儲(chǔ)存遺傳信息的“倉(cāng)庫(kù)”。對(duì)細(xì)胞核功能較為全面的闡述應(yīng)是細(xì)胞核是遺傳信息庫(kù)，是細(xì)胞代謝和遺傳的控制中心。

4.4.2 細(xì)胞核和細(xì)胞質(zhì)的關(guān)系

教師展示紅細(xì)胞和精子的圖片，并解釋?zhuān)翰溉閯?dòng)物成熟的紅細(xì)胞只能存活約120 d；精子頭部只有細(xì)胞核，無(wú)細(xì)胞質(zhì)，壽命短。并由這兩個(gè)典型案例，引出問(wèn)題：為何單獨(dú)的核和質(zhì)都不能生存？細(xì)胞核和細(xì)胞質(zhì)的關(guān)系是？教師引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)：細(xì)胞核質(zhì)相互依存，不可分割——細(xì)胞只有保持完整性，才能完成各項(xiàng)生命活動(dòng)；升華整體大于局部之和的生命觀(guān)——細(xì)胞是一個(gè)有機(jī)的統(tǒng)一整體。

5 教學(xué)反思

本節(jié)課的教學(xué)設(shè)計(jì)將課本上的資料分析改為實(shí)驗(yàn)探究，以實(shí)驗(yàn)探究為主線(xiàn)得出細(xì)胞核的功能，并在實(shí)驗(yàn)探究和分析的過(guò)程中慢慢滲透實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本原則和核心素養(yǎng)。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)可能對(duì)高一的學(xué)生有難度，需要提前預(yù)習(xí)。