建構(gòu)概念培育生命觀念核心素養(yǎng)的課例研究

周鑫

摘 要：本文以“細胞核-系統(tǒng)的控制中心”一課為例，從經(jīng)典實驗、學(xué)科思想、模型建構(gòu)三個角度，對經(jīng)典實驗進行分析、討論、交流探究細胞核的功能，從細胞核的結(jié)構(gòu)特點認識細胞核的功能建構(gòu)概念形成生命觀念，在構(gòu)建細胞核物理模型的過程中應(yīng)用、延伸、拓展概念，培育核心素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：生命觀念;建構(gòu)概念;核心素養(yǎng);細胞核

對生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的探討是近年來生物學(xué)教育界的討論焦點。生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)是學(xué)生在生物學(xué)課程學(xué)習(xí)過程中逐漸發(fā)展起來的，在解決真實情境中的實際問題時所表現(xiàn)出來的價值觀念、必備品格和關(guān)鍵能力，是學(xué)生知識、能力、情感態(tài)度與價值觀的綜合體現(xiàn)，包括生命觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究和社會責(zé)任。“生命觀念”是指對觀察到的生命現(xiàn)象及相互關(guān)系或特性進行解釋后的抽象，是人們經(jīng)過實證后的觀點，是能夠理解或解釋生物學(xué)相關(guān)事件和現(xiàn)象的意識、觀念和思想方法。[1]生命觀念主要包括“結(jié)構(gòu)與功能觀、進化與適應(yīng)觀、穩(wěn)態(tài)與平衡觀、物質(zhì)與能量觀”，生命觀念往往不是局限于某個概念，而是具有統(tǒng)攝性，所以才能起到將眾多概念整合為概念網(wǎng)絡(luò)的作用。在實際的生物學(xué)課程實施過程中，生命觀念的教育價值不在于用什么名詞來提煉、闡述，而是讓學(xué)生深刻地理解生命現(xiàn)象背后的本質(zhì)，把握概念網(wǎng)絡(luò)中的思想。對于學(xué)生來說，不一定要求他們記住生命觀念的名稱，而應(yīng)重在理解其實質(zhì)意蘊，重在概念整合，重在指導(dǎo)解決實際問題。[2]

“細胞核-系統(tǒng)的控制中心”一節(jié)內(nèi)容是在學(xué)習(xí)了細胞膜和細胞質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能的基礎(chǔ)上，進一步對細胞結(jié)構(gòu)的整體認識，同時也是后續(xù)“細胞的增殖”、“遺傳變異”等生物學(xué)知識的基礎(chǔ)。教材在編寫上特別注重培育學(xué)生的生命觀念核心素養(yǎng)，通過克隆動物的情境提出問題，在科學(xué)探究的過程中訓(xùn)練學(xué)生比較分類、分析綜合、抽象概括等科學(xué)思維，建構(gòu)細胞核結(jié)構(gòu)與功能的概念。通過本節(jié)課的學(xué)習(xí)，學(xué)生對細胞的亞顯微結(jié)構(gòu)與功能的認識更加全面和完整，進而從生命系統(tǒng)的角度認識細胞是一個統(tǒng)一的整體，深刻體會“結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)”的生命觀念，并培養(yǎng)學(xué)生社會責(zé)任感。

一、創(chuàng)設(shè)情境，導(dǎo)入新課

呈現(xiàn)我國科學(xué)家通過動物細胞核移植技術(shù)得到的克隆猴“中中”“華華”圖片，啟發(fā)學(xué)生思考克隆技術(shù)與細胞的什么結(jié)構(gòu)有關(guān)？學(xué)生通過前面的學(xué)習(xí)已經(jīng)知道細胞是最基本的生命系統(tǒng)，并且認識了細胞這個系統(tǒng)的邊界是細胞膜，細胞中的核糖體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體等細胞器各司其職，分工合作，共同完成一些重要的生命活動。細胞作為最基本的生命系統(tǒng)，各種結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)配合，能正常有序地完成各種生命活動還需要有一個控制中心，它就是細胞核。通過克隆猴的例子，學(xué)生推測細胞核控制細胞的分裂、分化以及生命活動。

設(shè)計意圖：生物學(xué)知識和概念是對現(xiàn)實生命現(xiàn)象和規(guī)律的歸納和概括，概念不應(yīng)直接告知學(xué)生，而是應(yīng)該在真實情境中提出問題，分析、解決問題，以事實證據(jù)經(jīng)過邏輯推理進而形成概念。學(xué)科核心素養(yǎng)中最重要的是關(guān)鍵能力，而關(guān)鍵能力必須在真實的情境中，通過學(xué)生的思考、分析和探究等活動才能得到發(fā)展。情境在學(xué)生的生活中會碰到很多與生物學(xué)知識相關(guān)的社會熱點問題，熱點問題往往也是情境素材的一個很好來源。本節(jié)通過社會熱點事件創(chuàng)設(shè)問題情境，激發(fā)學(xué)生對細胞核功能的思考與探究。

二、經(jīng)典實驗分析

教師提問：如何設(shè)計實驗證明細胞核控制細胞的分裂、分化和生命活動呢？本環(huán)節(jié)重走科學(xué)家細胞核功能研究的經(jīng)典實驗，在思考、分析、歸納、實驗設(shè)計的過程中探究細胞核功能，訓(xùn)練學(xué)生的科學(xué)探究能力，提升學(xué)生的科學(xué)思維。

（一）減法、加法原理? 啟發(fā)學(xué)生思考：前面學(xué)習(xí)細胞中元素的作用時，如果要證明Mg2+是玉米幼苗生長的必需元素怎么設(shè)計實驗的呢？學(xué)生回憶起：分別用完全培養(yǎng)液和缺Mg2+的培養(yǎng)液培養(yǎng)若干相同的玉米幼苗，觀察其生長狀況。教師追問：若要進一步實驗證明怎么做？學(xué)生想到在缺Mg2+培養(yǎng)液中重新加入Mg2+觀察幼苗長勢。學(xué)生回答后幫助學(xué)生提煉科學(xué)方法：在對照實驗中，控制自變量可以采用“減法原理”和“加法原理”，以后遇到要證明某種物質(zhì)或結(jié)構(gòu)的作用時都可以應(yīng)用這種思想進行實驗設(shè)計。通過教師點撥，學(xué)生自然明白要證明細胞核的功能可以去除細胞核，觀察細胞的分裂、分化或生命活動，再植入細胞核觀察是否恢復(fù)。在學(xué)生已有實驗思想的前提下觀察蠑螈受精卵橫縊實驗，分析實驗過程體會到科學(xué)家正是運用“減法原理”和“加法原理”，在此過程中穿插情感教育，激勵學(xué)生，培育學(xué)生的社會責(zé)任感。變形蟲實驗可以讓學(xué)生應(yīng)用這一原理設(shè)計實驗，體驗科學(xué)家的思維，并將科學(xué)方法應(yīng)用于實驗設(shè)計中，進而證明細胞核控制細胞的代謝。

設(shè)計意圖：教會學(xué)生一個實驗設(shè)計并沒有用，重要的是教給學(xué)生一類探究問題的方法。通過知識遷移，引導(dǎo)學(xué)生形成“減法原理”和“加法原理”這一共性的科學(xué)方法，啟迪學(xué)生智慧，引導(dǎo)學(xué)生在今后的學(xué)習(xí)過程中，運用已學(xué)的科學(xué)原理和方法解決新的復(fù)雜情境中遇到的問題。

（二）細胞核移植思想? 過渡：同一個細胞可以采用有核無核進行對照，同學(xué)們開拓思維積極思考：不同細胞還可以通過什么方法來證明細胞核的功能呢？學(xué)生思考可能有難度，教師引導(dǎo)學(xué)生回憶初中學(xué)過的克隆羊?qū)嶒灒f出多莉產(chǎn)生的大概過程，性狀與哪一只羊一樣，這是什么技術(shù)？由此引導(dǎo)學(xué)生得出證明細胞核功能的另一思想——細胞核移植。

學(xué)生觀察美西螈核移植實驗，預(yù)測實驗結(jié)果，在課本實驗的基礎(chǔ)上加以補充和完善。最后，給出傘藻的相關(guān)介紹，這樣一個單細胞生物，傘帽的性狀主要由什么結(jié)構(gòu)決定呢？學(xué)生會假設(shè)由傘柄或假根決定，學(xué)生小組討論實驗方案后利用教師自制的磁貼黑板模擬實驗過程以及預(yù)期結(jié)果（圖1）。播放科學(xué)家實驗flash，與假設(shè)由假根決定的實驗預(yù)期一致，能否說明就是細胞核的作用？學(xué)生認識到假根還有細胞質(zhì)，要證明就是細胞核的作用可以進一步核移植。科學(xué)家通過這兩個實驗證明了細胞核控制細胞的遺傳。

設(shè)計意圖：生物學(xué)概念不應(yīng)直接告知學(xué)生，這容易導(dǎo)致學(xué)生機械記憶、淺層理解，而應(yīng)基于對已有生物學(xué)事實的分析、歸納形成概念，在建構(gòu)概念的過程中抽象、推理、概括形成生命觀念。學(xué)生通過分析經(jīng)典實驗，認識到細胞核控制細胞代謝和遺傳的功能，在此過程中體驗科學(xué)實驗的原則和方法，并嘗試設(shè)計簡單的實驗，形成規(guī)范和嚴謹?shù)目茖W(xué)思維方法，訓(xùn)練煉理性思維，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究能力。

三、從結(jié)構(gòu)特點理解功能

結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)，細胞核具有這樣的功能是由怎樣的結(jié)構(gòu)決定的呢？從學(xué)生認為與功能最為相關(guān)的結(jié)構(gòu)染色質(zhì)開始，認識染色質(zhì)的組成，電話線模擬染色質(zhì)與染色體的關(guān)系。核膜、核孔、核仁等結(jié)合圖片認識結(jié)構(gòu)，理解細胞核功能。借助模型告訴學(xué)生，細胞核中除了這些結(jié)構(gòu)還有很多液體即核液，使學(xué)生形成細胞核結(jié)構(gòu)的整體認識。在對結(jié)構(gòu)理解的基礎(chǔ)上分組建構(gòu)細胞核的三維模型，實物投影展示個別組的模型，并請學(xué)生邊展示邊介紹相應(yīng)結(jié)構(gòu)，其他學(xué)生評價、糾正（圖2），布置學(xué)生課后用其他材料進一步優(yōu)化，更好地體現(xiàn)細胞核結(jié)構(gòu)。

細胞核如此重要，單獨的細胞核有功能嗎？單獨的細胞質(zhì)能正常進行生命活動嗎？學(xué)生討論、交流。回過來看變形蟲實驗，發(fā)現(xiàn)單獨的細胞核很快死亡，單獨的細胞質(zhì)也不能進行生命活動，可見細胞核與細胞質(zhì)是相互依存的統(tǒng)一整體。生活中有無單獨核質(zhì)的細胞呢？學(xué)生會想到哺乳動物成熟的紅細胞，通過前面的資料可知其存活120d左右。給學(xué)生補充介紹精子幾乎只有細胞核結(jié)構(gòu)存活2-3d，這些事實都告訴我們：細胞必須保持其完整性才能正常完成各項生命活動，細胞是最基本的生命系統(tǒng)！

設(shè)計意圖：學(xué)生在真實情境中研究生命活動規(guī)律，對生物學(xué)現(xiàn)象和事實進行分析、理解概括形成概念。通過建構(gòu)物理模型，促進學(xué)生概念的應(yīng)用、延伸和拓展，促進學(xué)生將文本知識理解內(nèi)化、加工再外化展示，在具體操作或運用中獲得科學(xué)知識并提高學(xué)習(xí)力。通過實例認同細胞是一個統(tǒng)一的整體，是最基本的生命系統(tǒng)這一核心概念，首尾呼應(yīng)，深化學(xué)生的系統(tǒng)觀。

四、教學(xué)反思

生命觀念是在理解概念的基礎(chǔ)上進一步抽象而成，比一般的概念更宏大、上位，更接近于以往所說的生物學(xué)思想。人教社譚永平老師嘗試將生命觀念簡而言之為：是以回答生命是什么、怎么樣、為什么等問題建立的系統(tǒng)化的概念為基礎(chǔ)，抽象出來的關(guān)于生命本質(zhì)的觀點、思想。它是能夠統(tǒng)領(lǐng)組成生命的物質(zhì)，生物的結(jié)構(gòu)與功能，生物的遺傳、變異與進化，生物與生物、生物與環(huán)境之間的關(guān)系等問題的一系列思想、觀點。對于高中學(xué)生來說，生命觀念是學(xué)完生物學(xué)課程多年之后，具體概念早已忘記卻仍然留在腦子里的東西[3]。所以課堂教學(xué)中要注重引導(dǎo)學(xué)生分析真實情境的問題，思考、分析形成概念。強調(diào)選擇真實情境，就是要促進學(xué)生“在真實情境中解決真實的問題，促進學(xué)生真實地發(fā)展。”真實情境貴在真實，可以來源于學(xué)生的生活、學(xué)習(xí)和實踐，也可以來源于科學(xué)實驗和科學(xué)探究，還可以來源于科學(xué)史，真實情境因其真實性更能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。[4]科學(xué)發(fā)現(xiàn)的歷史蘊含著豐富的教育價值，如能夠反映科學(xué)的本質(zhì)、科學(xué)家之間的合作及所持觀點的碰撞和爭論、科學(xué)態(tài)度、科學(xué)精神、科學(xué)世界觀等眾多方面，也是學(xué)生學(xué)習(xí)非常好的情境素材的重要來源[5]。

本節(jié)課對教材內(nèi)容進行了重組，將課本四個科學(xué)家的經(jīng)典實驗進行歸類，遵循學(xué)生的最近發(fā)展區(qū)理論和認知特點，通過已有知識的遷移，使學(xué)生提煉“加減法原理”和“細胞核移植思想”來探究細胞核功能，也為學(xué)生今后探究某物質(zhì)或某結(jié)構(gòu)功能類問題建立思想方法，激發(fā)學(xué)生思維，啟迪學(xué)生智慧，促進科學(xué)方法的內(nèi)化和延伸。學(xué)生設(shè)計實驗，利用自制磁貼模擬科學(xué)家的實驗過程，體驗科學(xué)家思維的嚴謹與創(chuàng)新，也促進學(xué)生的合作學(xué)習(xí)與評價。學(xué)生嘗試建構(gòu)細胞核三維模型，培養(yǎng)模擬動作技能，深化對文本概念的理解，激發(fā)學(xué)生創(chuàng)造性學(xué)習(xí)的內(nèi)驅(qū)力。整節(jié)課通過分析科學(xué)家實驗，設(shè)計探究實驗，模擬實驗過程，建構(gòu)三維模型，遵循情境-問題-素養(yǎng)的學(xué)習(xí)路徑，形成生命的系統(tǒng)觀、結(jié)構(gòu)觀、功能觀，激發(fā)對生命的熱愛與珍惜，培育學(xué)生的生命觀念核心素養(yǎng)。

參考文獻

[1]中華人民共和國教育部.普通高中生物學(xué)課程標準（2017年版）[S]. 北京：人民教育出版社， 2018：4-5.

[2]譚永平.生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)：內(nèi)涵、外延與整體性[J]. 課程.教材.教法. 2018：（8）：86-91.

[3]譚永平.發(fā)展學(xué)科核心素養(yǎng)——為何及如何建立生命觀念[J]. 生物學(xué)教學(xué)， 2017：（10）：7-10.

[4]吳成軍著.生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的教學(xué)與評價[M].上海：華東師范大學(xué)出版社，2020：102-103.

[5]包春瑩.新高中生物學(xué)教材基于核心素養(yǎng)的真實情境創(chuàng)設(shè)[J]. 生物學(xué)教學(xué)， 2020：（7）：11-13.