“細(xì)胞核的結(jié)構(gòu)”教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)施

楊彩云 沈 璟

（對外經(jīng)濟(jì)貿(mào)易大學(xué)附屬中學(xué) 北京 100102）

新課程標(biāo)準(zhǔn)高度關(guān)注教學(xué)過程中學(xué)生的實(shí)踐經(jīng)歷，強(qiáng)調(diào)學(xué)生基于生物學(xué)事實(shí)和證據(jù)運(yùn)用科學(xué)的思維方法解釋生命現(xiàn)象、揭示生命本質(zhì)，最終深入理解相關(guān)生物學(xué)概念［1］。本節(jié)課以此為指導(dǎo)，提供豐富的史實(shí)資料，讓學(xué)生在此基礎(chǔ)上運(yùn)用推理與演繹等方法，解釋和解決相關(guān)問題。 同時(shí)運(yùn)用模型構(gòu)建的方法，為學(xué)生創(chuàng)設(shè)動手活動契機(jī)，從而促進(jìn)學(xué)生對相關(guān)概念的深入理解。 與傳統(tǒng)教學(xué)直接給出細(xì)胞核的結(jié)構(gòu)相比，本節(jié)課既引導(dǎo)了學(xué)生主動參與教學(xué)過程，又訓(xùn)練了學(xué)生的科學(xué)思維，最后通過結(jié)構(gòu)與功能的比較，落實(shí)結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的生命觀念。

1 學(xué)習(xí)內(nèi)容分析

“細(xì)胞核——系統(tǒng)的控制中心”是人教版必修1 第3 章第3 節(jié)的內(nèi)容， 共2 課時(shí)，“細(xì)胞核的結(jié)構(gòu)”是第2 課時(shí)。 本節(jié)內(nèi)容屬于新課程標(biāo)準(zhǔn)“模塊1 分子與細(xì)胞” 內(nèi)容要求中，“概念1 細(xì)胞是生物體結(jié)構(gòu)與生命活動的基本單位”的內(nèi)容。新課程標(biāo)準(zhǔn)對本節(jié)內(nèi)容要求如下：1.2.2 闡明細(xì)胞內(nèi)具有多個(gè)相對獨(dú)立的結(jié)構(gòu)， 擔(dān)負(fù)著物質(zhì)運(yùn)輸、 合成與分解、 能量轉(zhuǎn)換和信息傳遞等生命活動；1.2.3 闡明遺傳信息主要貯存在細(xì)胞核中。 學(xué)生之前已經(jīng)學(xué)習(xí)了細(xì)胞膜的成分和功能， 以及細(xì)胞器的結(jié)構(gòu)和功能，在學(xué)習(xí)了第1 課時(shí)細(xì)胞核的功能之后，通過這節(jié)的學(xué)習(xí)，對細(xì)胞的亞顯微結(jié)構(gòu)有更全面、更系統(tǒng)的認(rèn)識。 本節(jié)內(nèi)容既是對初中階段細(xì)胞核知識的深化和繼承，又為后續(xù)學(xué)習(xí)細(xì)胞分裂、遺傳發(fā)育等知識打下基礎(chǔ)。 教材的設(shè)計(jì)也有利于學(xué)生進(jìn)行探究性學(xué)習(xí)，讓學(xué)生在探究分析、交流討論中對細(xì)胞核的重要性及其結(jié)構(gòu)與功能有深刻領(lǐng)會。 本節(jié)課的知識結(jié)構(gòu)思維導(dǎo)圖如圖1。

2 學(xué)情分析

本節(jié)課的授課對象為高一年級學(xué)生。 認(rèn)知能力方面，高一學(xué)生正處于初中向高中的過渡階段，通過初中的學(xué)習(xí)，已經(jīng)具備了一定的提取信息、分析問題及解決問題的能力， 但科學(xué)思維仍然相對薄弱，尚不具有建模意識和能力，需要教師逐步引導(dǎo)。知識結(jié)構(gòu)方面，學(xué)生在初中已經(jīng)了解了細(xì)胞核是遺傳信息庫，在學(xué)習(xí)本節(jié)課之前，學(xué)生已知真核細(xì)胞和原核細(xì)胞的分類依據(jù)是 “是否有成形細(xì)胞核，細(xì)胞通過分裂產(chǎn)生新的細(xì)胞”。 但對于細(xì)胞核的結(jié)構(gòu)學(xué)生沒有相關(guān)認(rèn)識， 同時(shí)由于染色質(zhì)與染色體的關(guān)系較為抽象，學(xué)生理解相對困難。

3 教學(xué)目標(biāo)

1）通過對相關(guān)資料和電鏡圖片的分析，闡明細(xì)胞核膜的結(jié)構(gòu)。

2）通過對染色質(zhì)資料的分析討論，說明染色質(zhì)的組成成分和結(jié)構(gòu)， 闡明染色質(zhì)與染色體的關(guān)系，并構(gòu)建染色質(zhì)的物理模型。

3）通過對電鏡照片和熒光定位資料的分析，能說出核仁的存在，了解探究生命的生物學(xué)方法。

4）通過小組合作構(gòu)建細(xì)胞核結(jié)構(gòu)模型，并組裝真核細(xì)胞的三維模型， 認(rèn)同細(xì)胞是一個(gè)統(tǒng)一的整體，各部分結(jié)構(gòu)與功能緊密聯(lián)系、相互配合。

5）通過本節(jié)課學(xué)習(xí)，體會科學(xué)家通過合作、分享及堅(jiān)持不懈的努力揭示生命奧秘的精神。

4 教學(xué)重、難點(diǎn)

1）重點(diǎn)：闡明細(xì)胞核的結(jié)構(gòu)；闡明染色質(zhì)組成及其與染色體之間的關(guān)系。

2）難點(diǎn)：從微觀角度認(rèn)識細(xì)胞核結(jié)構(gòu)與功能，樹立結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的觀點(diǎn)。

5 教學(xué)過程設(shè)計(jì)

本節(jié)課中DNA、染色質(zhì)、染色體之間的關(guān)系是學(xué)生學(xué)習(xí)的障礙點(diǎn)，具體解決策略是學(xué)生通過小組討論的方式分析資料和電鏡圖片，制作物理模型闡明染色質(zhì)與染色體的變化過程，后期通過觀看視頻提升認(rèn)知。本節(jié)中細(xì)胞核結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)是學(xué)習(xí)難點(diǎn)， 具體解決策略是學(xué)生通過分析細(xì)胞核的結(jié)構(gòu)， 與第1 課時(shí)學(xué)習(xí)的細(xì)胞核的功能進(jìn)行聯(lián)系，認(rèn)同結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的觀點(diǎn)（圖2）。

本節(jié)課根據(jù)學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律設(shè)計(jì)由外向內(nèi)的教學(xué)順序，即由核膜核孔到染色質(zhì)再到核仁，最后總結(jié)細(xì)胞核的結(jié)構(gòu)，并結(jié)合細(xì)胞核的功能，最終得到細(xì)胞核結(jié)構(gòu)決定細(xì)胞核的功能、 結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的觀點(diǎn)。 針對核膜、核孔、染色質(zhì)、核仁的每一部分，教師設(shè)計(jì)了4 個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行突破，第1 個(gè)環(huán)節(jié)是資料分析，讓學(xué)生從易處著手，通過小組討論的方式， 學(xué)會提取關(guān)鍵信息， 提出科學(xué)合理的假設(shè)。在此基礎(chǔ)上進(jìn)入第2 個(gè)環(huán)節(jié)，出示電鏡照片對假設(shè)進(jìn)行驗(yàn)證， 學(xué)生從中學(xué)會觀察真實(shí)的電鏡圖片，體會科學(xué)研究的過程。第3 個(gè)環(huán)節(jié)是以小組為單位進(jìn)行細(xì)胞核、染色體物理模型的構(gòu)建，在培養(yǎng)學(xué)生動手能力的同時(shí)強(qiáng)化學(xué)生的認(rèn)知。 最后小組間進(jìn)行互評，并總結(jié)細(xì)胞核的結(jié)構(gòu)，認(rèn)同細(xì)胞是一個(gè)統(tǒng)一的整體（圖3）。

6 教學(xué)實(shí)施及方法

6.1 導(dǎo)入新課 良好的導(dǎo)入是教學(xué)活動取得成功的第1 步。 教師利用學(xué)生已有的知識和經(jīng)驗(yàn)，運(yùn)用有效的導(dǎo)入，既將抽象的概念形象化，便于學(xué)生理解，又將學(xué)生帶入相應(yīng)的情境中，從而提高教學(xué)效果。 本節(jié)課中，教師引導(dǎo)學(xué)生將細(xì)胞想象成一個(gè)不斷發(fā)生物質(zhì)和能量變化的繁忙的工廠， 將細(xì)胞器想象成忙碌不停的“車間”，“車間”彼此之間互不干擾，并思考“為什么在細(xì)胞這個(gè)工廠里能進(jìn)行如此復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)？ 是什么控制細(xì)胞內(nèi)化學(xué)反應(yīng)的有序進(jìn)行？ ”

學(xué)生根據(jù)上節(jié)課所學(xué)，回答“是細(xì)胞核在控制著細(xì)胞內(nèi)化學(xué)反應(yīng)的有序進(jìn)行”。教師進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生思考“細(xì)胞核為什么具有這樣的功能”，從而引出本節(jié)課的內(nèi)容：細(xì)胞核的結(jié)構(gòu)。

6.2 閱讀資料，推測細(xì)胞核膜的結(jié)構(gòu)，電鏡分析，證實(shí)細(xì)胞核膜的結(jié)構(gòu) 首先，教師出示2 個(gè)資料。

資料1 ：經(jīng)化學(xué)分析，組成細(xì)胞核的分子主要包括磷脂、蛋白質(zhì)和DNA，此外還包括少量RNA和固醇。

資料2：在真核細(xì)胞中，DNA 主要貯存于細(xì)胞核中的染色體上， 而蛋白質(zhì)的合成場所存在于細(xì)胞質(zhì)中的核糖體上， 諾貝爾獲獎?wù)咄旭R斯·R·切赫經(jīng)過多年研究發(fā)現(xiàn)， 信使RNA 能將DNA 上控制蛋白質(zhì)合成的遺傳信息傳遞給核糖體。 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。

任務(wù)1：根據(jù)資料，回答以下問題：

1）請結(jié)合資料1，回憶原核細(xì)胞和真核細(xì)胞的分類依據(jù)，說出細(xì)胞核的可能結(jié)構(gòu)。

2）結(jié)合資料2 想一想，細(xì)胞核中的遺傳信息是如何傳遞給核糖體的？ 推測核膜上可能具備什么結(jié)構(gòu)能完成核質(zhì)間遺傳信息的傳遞？

學(xué)生分組討論， 根據(jù)資料以及所學(xué)知識推測細(xì)胞核具有核膜， 根據(jù)邏輯推理得出核膜上應(yīng)該有孔以方便核質(zhì)間遺傳信息的傳遞。

其次，教師出示科學(xué)家拍攝到的電鏡圖片（圖5）。

任務(wù)2：引導(dǎo)學(xué)生觀察并簡述細(xì)胞核膜的結(jié)構(gòu)。

針對任務(wù)2，學(xué)生學(xué)會觀察電鏡圖片，從電鏡圖中發(fā)現(xiàn)細(xì)胞核具有雙層膜， 并進(jìn)一步指出核孔的存在，驗(yàn)證了之前的推測。

6.3 根據(jù)資料， 分析染色質(zhì)的組成及其與染色體關(guān)系 教師出示細(xì)胞核內(nèi)部的電鏡圖片，提問“剛剛從外部觀察了細(xì)胞核的結(jié)構(gòu)，現(xiàn)在走進(jìn)細(xì)胞核內(nèi)部，能看到什么？ ”學(xué)生發(fā)現(xiàn)細(xì)胞核內(nèi)部有陰影。 教師介紹染色質(zhì)：1879年W. Flemming 將細(xì)胞核中能被堿性染料強(qiáng)烈著色的物質(zhì)命名為染色質(zhì)。

資料3：科學(xué)家通過分離胸腺細(xì)胞的核，離心收集染色質(zhì)進(jìn)行生化分析， 確定染色質(zhì)的主要成分是DNA 和蛋白質(zhì)。

資料4：1879年德國生物學(xué)家弗萊明（W.Flemming）把細(xì)胞核中的絲狀和粒狀的物質(zhì)，用染料染紅， 觀察發(fā)現(xiàn)這些物質(zhì)平時(shí)散漫地分布在細(xì)胞核中，當(dāng)細(xì)胞分裂時(shí)，散漫的染色物體便濃縮，形成一定數(shù)目和一定形狀的條狀物， 到分裂完成時(shí)，條狀物又疏松為散漫狀。

任務(wù)3：根據(jù)資料，回答以下問題：

1）染色質(zhì)的組成是什么？

2）染色質(zhì)與染色體可能是什么關(guān)系？

針對任務(wù)3，學(xué)生分組討論，根據(jù)資料發(fā)現(xiàn)染色質(zhì)由DNA 和蛋白質(zhì)組成，并分析得出染色質(zhì)與染色體是同一物質(zhì)在細(xì)胞不同時(shí)期的2 種狀態(tài)。教師出示洋蔥根尖細(xì)胞不同時(shí)期的電鏡圖片，能清晰觀察到不同細(xì)胞內(nèi)有的是散漫的染色質(zhì)，有的是條狀的染色體，進(jìn)一步驗(yàn)證前面的推測。

6.4 構(gòu)建染色質(zhì)的物理模型

教師提供資料： 研究表明， 每個(gè)人身體中的DNA 連接起來，其長度是地球到太陽往返距離的300 倍。其中每個(gè)細(xì)胞內(nèi)DNA 分子長約2 m，而細(xì)胞核的平均直徑約7 μm。提問“如此長的DNA 分子是怎樣‘蝸居’在細(xì)胞核中？由DNA 到染色質(zhì)是怎樣的一個(gè)過程？ ”學(xué)生能回答DNA 分子需要折疊才能“蝸居”在細(xì)胞核中，教師出示電鏡下核小體的圖片（圖6），學(xué)生根據(jù)電鏡圖片嘗試?yán)妹鳛镈NA、瓶蓋作為蛋白質(zhì)制作染色質(zhì)的三維結(jié)構(gòu)模型。

各小組展示成果，其他學(xué)生對模型進(jìn)行評價(jià)，鍛煉學(xué)生的表達(dá)能力， 最后教師通過視頻， 總結(jié)DNA 到染色質(zhì)的過程，進(jìn)一步強(qiáng)化學(xué)生對染色質(zhì)的理解。

6.5 觀察免疫熒光電鏡圖片，了解核仁 教師出示核仁的透射電鏡圖片及免疫熒光電鏡圖片，并向?qū)W生介紹免疫熒光電鏡技術(shù)， 讓學(xué)生了解探究生命的生物學(xué)方法，學(xué)生通過仔細(xì)觀察圖片，發(fā)現(xiàn)核仁并不只有1 個(gè)且形態(tài)大小不一， 提高了學(xué)生提取圖片信息的能力（圖7）。

6.6 總結(jié)提升：細(xì)胞核模型的構(gòu)建 在之前的學(xué)習(xí)中，學(xué)生已經(jīng)制作了細(xì)胞膜、細(xì)胞器模型，本節(jié)課中學(xué)生進(jìn)一步利用橡皮泥完成細(xì)胞核結(jié)構(gòu)模型的制作，最后組裝成真核細(xì)胞模型（圖8），并展示優(yōu)秀作品。

教師在解析細(xì)胞核的各部分時(shí)， 利用板書繪制細(xì)胞核的相應(yīng)結(jié)構(gòu)示意圖（圖9），最后形成一個(gè)完整的細(xì)胞核，學(xué)生結(jié)合細(xì)胞核各部分的功能，得出結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的觀點(diǎn)。

6.7 課后作業(yè) 根據(jù)本節(jié)課所學(xué)內(nèi)容，結(jié)合細(xì)胞膜、細(xì)胞器的相關(guān)知識，繪制細(xì)胞的知識網(wǎng)絡(luò)圖。

7 教學(xué)反思

在當(dāng)今信息爆炸的時(shí)代， 如何在大量的信息中找出有用的信息變得極為重要。 為培養(yǎng)學(xué)生獲取信息以及分析信息的能力， 本節(jié)課提供了大量的生物學(xué)客觀事實(shí)及生物學(xué)家研究背景作為分析素材。 素材與素材之間層層遞進(jìn)，密切相關(guān)，既保持了思維的連續(xù)性， 又為學(xué)生理解相關(guān)概念創(chuàng)造了條件，改變了學(xué)生被動記憶的學(xué)習(xí)模式。學(xué)生在教師的引導(dǎo)下， 主動探究并歸納出相關(guān)的生物學(xué)知識。 在后續(xù)環(huán)節(jié)中，教師設(shè)計(jì)動手環(huán)節(jié)，化抽象為具體，進(jìn)一步鞏固相關(guān)概念，加深對染色質(zhì)、細(xì)胞核的理解。

本節(jié)課的教學(xué)創(chuàng)新之處在于：

1）本節(jié)課提供豐富的科學(xué)資料，引導(dǎo)學(xué)生通過分析資料提出假設(shè)，推測細(xì)胞核的結(jié)構(gòu)。之后通過科學(xué)家觀察到的真實(shí)電鏡圖片驗(yàn)證猜想， 環(huán)環(huán)相扣，思維縝密，符合科學(xué)探究的過程。 與傳統(tǒng)的直接展示細(xì)胞核結(jié)構(gòu)的教授方法相比， 本節(jié)課通過小組間的合作與交流， 學(xué)生以科學(xué)家的視角觀察和分析問題，體會科學(xué)家通過合作、分享科研成果及堅(jiān)持不懈地努力揭示生命的奧秘， 從而主動生成細(xì)胞核結(jié)構(gòu)的概念，體現(xiàn)了學(xué)生的主體地位，培養(yǎng)了學(xué)生的理性思維、科學(xué)探究，以及合作交流的能力，有利于學(xué)生學(xué)科素養(yǎng)的提升。

2）本節(jié)課利用毛根作為DNA、瓶蓋作為蛋白質(zhì)讓學(xué)生動手制作染色質(zhì)的三維結(jié)構(gòu)模型， 實(shí)現(xiàn)了由抽象到具體的轉(zhuǎn)變，學(xué)生通過模型的制作，直觀感受2 m 長的DNA 分子與組蛋白纏繞折疊最終縮短變粗形成染色體的過程。 之后通過小組互評的方式，提高學(xué)生口頭表達(dá)能力，同時(shí)通過視頻的演示， 幫助學(xué)生進(jìn)一步鞏固染色質(zhì)與染色體的關(guān)系。

3）本節(jié)課引入大量真實(shí)的電鏡圖片，學(xué)生觀察圖片并描述， 從而提高從圖片中獲取信息的能力。引入熒光免疫電鏡圖片的同時(shí)，教師向?qū)W生介紹生物學(xué)中的熒光免疫電鏡技術(shù)， 使學(xué)生理解技術(shù)的進(jìn)步促進(jìn)科學(xué)的發(fā)展。

4）最后細(xì)胞核模型的構(gòu)建使細(xì)胞核結(jié)構(gòu)清晰地展現(xiàn)在學(xué)生面前， 學(xué)生在愉快的動手過程中學(xué)習(xí)并鞏固了細(xì)胞核的結(jié)構(gòu)， 在組裝真核細(xì)胞的三維模型及課后作業(yè)中， 認(rèn)同細(xì)胞是一個(gè)統(tǒng)一的整體，各部分結(jié)構(gòu)與功能緊密聯(lián)系、相互配合。

本文內(nèi)容相對較多，在課堂教學(xué)過程中可根據(jù)實(shí)際情況有所選擇和側(cè)重。 例如，有的學(xué)生空間想象能力相對較弱， 理解熒光免疫電鏡圖片相對困難， 教師授課過程中可對此部分進(jìn)行適當(dāng)刪減；又如，由于課堂時(shí)間有限，細(xì)胞核模型的構(gòu)建可作為作業(yè)讓學(xué)生課后認(rèn)真完成。