淺析如何在建構概念中提升生物學學科核心素養

桑燦

摘要以“細胞核的結構與功能”一節教學為例，闡述如何通過事實和證據，利用相關資料分析，引導學生進行思考、歸納和概括，模擬科學家的思維過程開展科學探究，主動求取知識和組織知識，建構生物學重要概念，形成正確的生命觀念和社會責任意識。即在建構重要生物學概念的過程中提升生物學學科核心素養。

關鍵詞 建構概念 科學探究 科學思維 生命觀念 社會責任

中圖分類號 G633.91

文獻標志碼 B

《普通高中生物學課程標準（2017年版2020年修訂）》（以下簡稱《課程標準》）明確指出，生物學課程是以提高學生生物學學科核心素養為宗旨的學科課程，是樹立社會主義核心價值觀、落實立德樹人根本任務的主要載體。因此，生物學教學不僅要注重學生習得生物學基本概念，還得注重學生習得概念的方式和過程。教師需要精選教學內容和精心設計教學活動，幫助學生建構生物學基本概念，并讓學生在建構概念的過程中發展科學思維，開展科學探究，培養社會責任和形成生命觀念，即在建構概念的過程中發展學生的生物學學科核心素養。這就要求教師在教學中避免硬生生地給學生直接灌輸生物學概念，而要通過事實和證據引導學生進行思考、歸納和概括，主動地求取知識和組織知識，建構生物學概念。下面以“細胞核的結構與功能”一課的實際教學為例進行闡述，談談如何在建構概念中提升學生的生物學學科核心素養。

1教學內容分析及教學設計總體思路

“細胞核的結構與功能”是2019年版人教版《必修1·分子與細胞》第三章第三節的內容，《課程標準》對本節課的內容要求是：“闡明遺傳信息主要儲存在細胞核中”“闡明細胞內具有多個相對獨立的結構，擔負著物質運輸、合成與分泌、能量轉換和信息傳遞等生命活動”。學生在這節課的學習中需要建構的生物學概念有：“細胞核是遺傳信息庫，是細胞代謝和遺傳的控制中心”“細胞核的基本結構”“染色質是遺傳物質的載體”“染色質和染色體是同樣的物質在細胞分裂不同時期的兩種形態”等。學生通過這節課學習，結合之前所學的細胞膜、細胞器的相關知識，將對細胞的亞顯微結構有更全面、更系統的認識，也為后續學習細胞分裂、遺傳發育等其他章節內容打下扎實基礎。

教師重組教材，挖掘新的科學研究成果和圖片，在帶領學生明確科學探究一般過程的同時，讓學生模擬科學家的思維研究過程來認識細胞核的結構和功能，并認同細胞核是細胞的控制中心，滲透結構與功能觀。同時，學生也能體會到科學家努力解釋生命奧秘的崇高精神和對人類社會發展的偉大意義。教學設計思路如圖1所示。

2教學設計特點分析

2.1科學探究是建構概念的方法和途徑

人教版教材在“細胞核的功能”這部分安排了一個“思考與討論”環節展示了4個實驗現象，用事實和證據幫助學生建構了“細胞核控制細胞的代謝和遺傳”這個概念。為了更好地讓學生體會科學家的科學研究思維過程，培養學生科學探究能力，教師將教材資料重新設計，給學生依次布置了3個任務：1如何利用變形蟲設計一個實驗，驗證細胞核的重要功能。2以傘藻為材料，驗證假根中的核在傘藻帽的形成中起著控制作用。3自主閱讀，歸納、概括出教材P54“思考與討論”中資料1和資料2的實驗結論。

首先，教師布置任務1。學生在探究過程中會想到：要驗證細胞核的重要功能，可觀察除去細胞核的細胞能否完成正常生命活動。教師引導學生設計實驗：將變形蟲分成兩半，設置一半有細胞核、一半無細胞核的空白對照實驗;設置自身前后對照實驗，先取出核觀察，再將細胞核植入。兩個實驗均可證明：細胞核控制著變形蟲的各項生命活動。

此時，教師追問：那單獨取出來的細胞核能否正常生存呢？細胞核、質之間既然相互依存，哪個部分在功能上起主導作用呢？巧妙地轉化問題，引出任務2。學生利用傘藻模型進行科學探究，設計實驗。教師可根據學生回答情況進行指導，并指出科學家所做的傘藻嫁接實驗結果。同時，教師追問：傘藻嫁接實驗能不能證明假根中的細胞核在帽的形成中起著決定性的作用呢？若不能，又該如何設計實驗進行驗證呢？這樣自然引導學生探究傘藻細胞核移植的實驗，從而幫助學生得出結論：傘藻的形態結構確實是由細胞核控制的。

由于教材中提供的另外兩個資料的實驗方法與之前的相似，學生接著完成任務3。最后，教師利用這四個事實和證據，引導學生歸納總結出“細胞核控制著細胞的代謝和遺傳”這一重要概念（表1）。

3個任務的完成使學生在科學探究中增強了設計實驗的能力。環環相扣的問題培養了學生的科學思維。學生在對這四個資料提供的事實和證據的深入探究過程中，主動建構了“細胞核控制著細胞代謝和遺傳”這一重要的次位概念。這樣可以改變過去學生只聽教師講授而被動接受概念的做法。教師引導學生通過科學探究建構重要的生物學概念，不但讓學生知其然，還能讓學生知其所以然。

2.2在建構概念的過程中培養學生的科學思維

在對細胞核結構的概念建構中，筆者給學生提供大量的生物學客觀事實及生物學家研究背景作為分析素材的方式，引導學生通過分析資料、提出假說，推測細胞核的結構，再根據科學家觀察到的真實電鏡圖片驗證猜想。

在核膜的學習時，教師提供資料：經化學分析，組成細胞核的分子主要包括磷脂、蛋白質和DNA，此外還包括少量RNA和固醇。然后，學生結合資料，回憶原核細胞和真核細胞的分類依據，說出細胞核的可能結構，并猜測可能具有核膜。接著，教師展示電鏡照片證實核膜的存在。最后，師生共同總結核膜重要概念：“核膜是兩層膜，將核內物質與細胞質分割開”。

在學習核孔時，教師展示資料：諾貝爾獲獎者托馬斯·R·切赫經過多年研究發現，信使RNA能將DNA上控制蛋白質合成的遺傳信息傳遞給細胞質中的核糖體。但由于分子較大，無論DNA還是RNA均無法穿過人工合成的磷脂雙分子層。

學生結合資料，猜測可能具有大分子物質進出的特殊通道，能完成核質間遺傳信息的傳遞。教師再展示核孔的電鏡照片進行證實。在學生確定核孔存在并對其充滿好奇后，教師可抓住時機，適當精講核孔概念及功能。教學效果自然事半功倍。

對于細胞核的結構中的核仁和染色體的概念的建構也類似于此過程。這樣通過研究事實性資料、發現問題、提出假說，繼而通過實驗觀察得到證據、驗證假說、得出結論，符合科學探究的一般過程。在這個過程讓學生以科學家的思維和視角觀察和分析問題，主動生成細胞核的結構，培養了科學思維，也體現了學習中學生的主體地位。

2.3從習得的概念中形成正確的生命觀念

“細胞核的結構與功能”這一節課教材首先通過4個事實和證據建構了細胞核的功能概念“細胞核控制著細胞的代謝和遺傳”。那么，細胞核為什么具有這么重要的功能呢？帶著這個問題，教師繼續引導學生探究細胞核結構。在學生知道了“核仁與某種RNA的形成及核糖體的合成有關”“染色質是DNA的載體”等概念后，教師再引導學生結合細胞核的結構，重新對其功能進行認識。學生就能分析出：DNA是細胞中的遺傳物質，儲存著遺傳信息。核糖體與蛋白質的合成有關，蛋白質又是生命活動的承擔著。因此，“細胞核是細胞的遺傳信息庫，是細胞代謝和遺傳的控制中心”。此時，教師將這些知識配合板書呈現，更有助于學生形成結構與功能相適應的生命觀念。板書設計如圖2所示。

此外，本節內容是“細胞的基本結構”這一單元的最后一節，學生在學習本節課之前，學習了系統的邊界——細胞膜的結構與功能、系統的各種組成成分——胞器之間的分工合作，以及系統的控制中心——細胞核的結構與功能。在學生習得了這些基本概念以后，筆者布置了單元作業：嘗試制作真核細胞的三維結構模型。這樣既讓學生體驗建構模型的方法和過程，加深了對細胞基本結構的理性認識，又從系統的視角去看微觀的細胞，符合學生的認知特點和規律，有利于幫助學生形成生命的系統觀。

2.4社會責任意識的形成依賴于科學概念和科學知識

2019年版人教版高中生物學新教材在“細胞核的結構與功能”這一節的最后添加了“生物科技進展”——世界上首例體細胞克隆猴的誕生，以此激發學生學習生物學的興趣，激發學生的愛國熱情和民族自豪感。在教學中，筆者雖然采取了將這一重要歷史事件作為新課導入的材料，播放新聞視頻，創設問題情境，引發學生思考：細胞核在細胞中起到什么重要的作用呢？但是，克隆技術已使用了20余年，克隆猴的誕生為何是個突破呢？我國科學家做了哪些努力？學生若沒有一定的科學概念和學科知識作為鋪墊，就會對克隆猴誕生的意義認識不到位，很難真正建立民族自豪感。所以，在學生建立“染色質是遺傳物質DNA的載體”這一重要概念時，教師與學生一起開展了以下深度學習：

教師展示資料。

1人體內每個體細胞的DNA伸展開來，平均長度可達到2m，而細胞直徑僅為20um甚至更小。

2使用電子顯微鏡觀察染色質時，染色質其實是由很多串珠狀的結構聚合在一起形成的。使用DNA酶處理細胞核后，發現“珠子”之間的“絲線”消失了，但是“珠子”還在;若使用蛋白酶處理，則“珠子”被分解，“絲線”尚在。

在學生閱讀資料后，教師引導學生思考問題：資料中“珠子”是什么？“絲線”又是什么？它們是如何纏繞的？為什么要這樣纏繞？當學生領悟到DNA是一段一段纏繞在不同的組蛋白上，這樣的結構有利于解開其中一段DNA進行表達時，教師適時指出：如果在某個細胞中纏繞某個“珠片”的“絲線”受某個影響不能打開，則該基因就不能進行表達。這也是各國研究體細胞克隆靈長類動物時難以成功的一個主要限制性因素：供體細胞核在受體卵母細胞中的不完全重編程導致胚胎發育率低。而中國科學家通過堅持不懈的努力，將兩種重要的酶注入尚未形成囊胚的卵母細胞中，實現了最為重要的重編程過程的啟動，突破了非人靈長類動物克隆的最主要障礙，成功克隆出了克隆猴“中中”和“華華”。

這樣的設計不僅有效地突破了本節的重難點，讓學生深入學習了教材提供的科學資料，使學生深刻體會到我國科學家通過合作、分享及堅持不懈的努力揭示生命奧秘的精神，激發學生努力學習投身于科學研究、回報社會的愿望，也大大增強了學生的民族自豪感。這種社會責任素養的形成依賴于學生對細胞核、染色質等概念的正確認識。

在生物學教學中，雖然幫助學生建構重要的生物學概念是教學的中心環節，但是在建構概念的過程中，發展學生的科學思維、培養科學探究能力和社會責任意識、形成正確的生命觀念，是培養新時代社會主義建設者和接班人的必然要求。

參考文獻：

[1]中華人民共和國教育部.普通高中生物學課程標準（2017年版2020年修訂）[S].北京：人民教育出版社，2018：6-7.

[2]楊彩云，沈璟“.細胞核的結構”教學設計與實施[J].生物學通報，2019，54（5）：5.

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