“細(xì)胞核
——系統(tǒng)的控制中心”一節(jié)從事實(shí)、概念到生命觀念的達(dá)成

張洪軍 (山東省青島市教育科學(xué)研究院 青島 266000)

生命觀念是學(xué)生通過具體的事實(shí)建構(gòu)概念、提煉觀點(diǎn)的過程，具有跨概念性和上位性，是眾多概念的歸納、總結(jié)和提煉。高中生物學(xué)教學(xué)需要落實(shí)的生命觀念包括系統(tǒng)觀、進(jìn)化觀和生態(tài)觀三大觀念群，每個觀念群包括若干具體的生命觀念[1]。系統(tǒng)觀即生命是“活”的系統(tǒng)，是統(tǒng)領(lǐng)結(jié)構(gòu)與功能觀、物質(zhì)與能量觀等觀念。結(jié)構(gòu)與功能觀是基本的生命觀念，生命系統(tǒng)的各個層次都具有一定的結(jié)構(gòu)，對應(yīng)相應(yīng)的功能。對生命體來說，結(jié)構(gòu)與功能是不可分割的，結(jié)構(gòu)是功能的基礎(chǔ)，功能的實(shí)現(xiàn)依賴于特定的結(jié)構(gòu)[2]。下面以“細(xì)胞核——系統(tǒng)的控制中心”一節(jié)為例，例談?wù)n堂教學(xué)如何達(dá)成“結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)”這一生命觀念，以及與事實(shí)、概念和生命觀念之間的邏輯關(guān)系。

1 課標(biāo)、教材和學(xué)情的目標(biāo)制定

1.1 課標(biāo)解讀 課標(biāo)內(nèi)容要求是“闡明遺傳信息主要儲存在細(xì)胞核中”“闡明細(xì)胞內(nèi)多個相對獨(dú)立的結(jié)構(gòu)擔(dān)負(fù)著生命活動”，其中知識性目標(biāo)動詞“闡明”為理解水平，具體內(nèi)容要求是“遺傳信息主要儲存在細(xì)胞核中”“細(xì)胞核的生命活動體現(xiàn)在對代謝和遺傳的控制”[1]。通過相關(guān)的實(shí)驗(yàn)分析得出細(xì)胞核是遺傳和代謝的控制中心，通過細(xì)胞核結(jié)構(gòu)的學(xué)習(xí)，能說出其中的染色體的DNA中攜帶遺傳信息，來說明遺傳信息存在于細(xì)胞核中。根據(jù)學(xué)生已有的知識線粒體和葉綠體中都存在DNA，來進(jìn)一步解釋遺傳信息主要儲存在細(xì)胞核中，進(jìn)一步來理解細(xì)胞核是細(xì)胞的控制中心。

“闡明遺傳信息主要儲存在細(xì)胞核中”和“闡明細(xì)胞內(nèi)多個相對獨(dú)立的結(jié)構(gòu)擔(dān)負(fù)著生命活動”屬于大概念“細(xì)胞是生物體結(jié)構(gòu)與生命活動的基本單位”中的重要概念“細(xì)胞各部分結(jié)構(gòu)既分工又合作，共同執(zhí)行細(xì)胞的各項(xiàng)生命活動”中的次要概念。由于在這個概念中，細(xì)胞核一節(jié)是最后完成的。因此，可以通過模型構(gòu)建分析各部分結(jié)構(gòu)的作用來完成重要概念的理解，通過核質(zhì)相互依存的相關(guān)實(shí)驗(yàn)來理解大概念，從而更好地達(dá)成課標(biāo)要求。

1.2 教材分析 “細(xì)胞核——系統(tǒng)的控制中心”是人教版生物學(xué)教材《分子與細(xì)胞》第3章第3節(jié)的內(nèi)容。包括細(xì)胞核的結(jié)構(gòu)、細(xì)胞核的功能以及嘗試制作真核細(xì)胞的三維結(jié)構(gòu)模型等內(nèi)容。本節(jié)知識是學(xué)生在學(xué)習(xí)了真核細(xì)胞和原核細(xì)胞的異同點(diǎn)、組成細(xì)胞的分子、細(xì)胞膜、細(xì)胞壁和細(xì)胞器等知識的基礎(chǔ)上來進(jìn)行的，使學(xué)生認(rèn)同細(xì)胞核是細(xì)胞生命系統(tǒng)的控制中心，并理解細(xì)胞作為一個生命系統(tǒng)，只有各組分之間分工合作成為一個整體，生命活動才能高度有序地進(jìn)行。

1.3 學(xué)情分析 學(xué)生在初中已經(jīng)觀察過動植物細(xì)胞，通過多利羊的實(shí)例，知道細(xì)胞核是遺傳信息庫，遺傳信息的載體是DNA以及染色體的組成是DNA和蛋白質(zhì)等知識。

學(xué)生在高中生物學(xué)教材(必修1)第2章第3節(jié)“遺傳信息的攜帶者——核酸”中學(xué)習(xí)了真核細(xì)胞的DNA主要分布在細(xì)胞核中，線粒體和葉綠體內(nèi)也含少量的DNA。為學(xué)生更好地理解課標(biāo)“遺傳信息主要儲存在細(xì)胞核中”提供部分依據(jù)。在必修1第3章第1節(jié)“細(xì)胞膜——系統(tǒng)的邊界”中學(xué)習(xí)哺乳動物成熟紅細(xì)胞為了給攜帶氧的血紅蛋白騰出空間，其核逐漸退化，并從細(xì)胞中排出，只能存活120天左右。為學(xué)生更好地理解細(xì)胞核與細(xì)胞質(zhì)的關(guān)系是相互依存、不可分割觀點(diǎn)提供了具體的事實(shí)例子。

1.4 目標(biāo)達(dá)成 基于課標(biāo)、教材和學(xué)情，圍繞培養(yǎng)學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的要求，制定教學(xué)目標(biāo)如下：

(1) 通過具體的實(shí)驗(yàn)事實(shí)解釋細(xì)胞核的功能，通過細(xì)胞核的模型說出各部分結(jié)構(gòu)，從而形成細(xì)胞核的結(jié)構(gòu)與功能觀。(生命觀念、科學(xué)思維)

(2) 通過分工制作真核細(xì)胞的三維結(jié)構(gòu)模型，說出細(xì)胞各部分結(jié)構(gòu)的功能，認(rèn)同細(xì)胞的整體功能大于細(xì)胞內(nèi)部各部分結(jié)構(gòu)的功能。(生命觀念、科學(xué)思維)

(3) 通過精子和哺乳動物成熟的紅細(xì)胞的實(shí)例，說明核質(zhì)相互依存，認(rèn)同細(xì)胞結(jié)構(gòu)與功能是統(tǒng)一和相適應(yīng)的，是進(jìn)化的必然結(jié)果。(生命觀念、科學(xué)思維)

2 目標(biāo)達(dá)成的課堂教學(xué)

該部分知識的生命觀念側(cè)重結(jié)構(gòu)與功能觀，可從三個方面理解： ①細(xì)胞核的結(jié)構(gòu)決定功能；②細(xì)胞的整體功能大于細(xì)胞內(nèi)部各部分結(jié)構(gòu)的功能之和；③細(xì)胞結(jié)構(gòu)與功能是統(tǒng)一和相適應(yīng)的，是進(jìn)化的必然結(jié)果。學(xué)生在認(rèn)識生物學(xué)事實(shí)的基礎(chǔ)上，從個別現(xiàn)象概括出一般性概念，在原有知識概念的基礎(chǔ)上建構(gòu)一個具有內(nèi)在關(guān)聯(lián)穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)知識結(jié)構(gòu)(圖1)。從而實(shí)現(xiàn)知識的遷移、概念的整合，提煉出相應(yīng)的生命觀念。

圖1 具有內(nèi)在關(guān)聯(lián)穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)知識結(jié)構(gòu)圖

2.1 由具體事實(shí)達(dá)成次位概念 從相關(guān)的生物學(xué)事實(shí)知識入手，在認(rèn)識生物學(xué)事實(shí)的基礎(chǔ)上，對相關(guān)生物學(xué)現(xiàn)象進(jìn)行歸納概括，得出次位概念，使零散的知識結(jié)構(gòu)化，形成知識結(jié)構(gòu)體系。得出了次位概念，才能為下一步的重要概念、大概念以及生命觀念的建構(gòu)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

例如，通過美西螈核移植實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可得出皮膚的顏色是由細(xì)胞核控制的結(jié)論；通過傘藻嫁接、核移植實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可得出生物體形態(tài)結(jié)構(gòu)的建成主要與細(xì)胞核有關(guān)的結(jié)論。綜合上述兩個實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可以總結(jié)出細(xì)胞核控制著細(xì)胞的遺傳。通過蠑螈受精卵橫縊實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可得出細(xì)胞的分裂和分化受細(xì)胞核控制的結(jié)論；通過變形蟲的切割、核移植實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可得出細(xì)胞的生命活動是由細(xì)胞核控制的。學(xué)生還可總結(jié)出細(xì)胞核控制著細(xì)胞的代謝，細(xì)胞核控制細(xì)胞的遺傳和代謝的功能與細(xì)胞核的結(jié)構(gòu)之間有著怎樣的關(guān)系呢？

學(xué)生通過了解細(xì)胞核的結(jié)構(gòu)，知道其內(nèi)有DNA分子，DNA上貯存著遺傳信息。細(xì)胞分裂時，DNA攜帶遺傳信息從親代細(xì)胞傳遞給子代細(xì)胞，確保了親子代細(xì)胞遺傳性狀的一致性。因此，細(xì)胞核具有控制細(xì)胞遺傳的功能。細(xì)胞依據(jù)遺傳信息進(jìn)行物質(zhì)合成、能量轉(zhuǎn)換和信息交流，完成生長、發(fā)育、衰老和凋亡。因此，細(xì)胞核具有控制細(xì)胞代謝的功能。

通過以上具體事實(shí)，學(xué)生總結(jié)出細(xì)胞核的功能，這樣的功能必定與一定的結(jié)構(gòu)相適應(yīng)，通過分析細(xì)胞核的結(jié)構(gòu)，找到與其功能相適應(yīng)的原因，由具體事實(shí)歸納概括構(gòu)建次位概念，達(dá)成細(xì)胞核結(jié)構(gòu)與其功能相適應(yīng)的觀點(diǎn)。

2.2 用建模方法達(dá)成重要概念 模型能直接形象地凸顯原型的本質(zhì)特征和一般規(guī)律，通過建立模型，引導(dǎo)學(xué)生達(dá)成生物學(xué)重要概念，是一個主動建構(gòu)知識的過程，提高教學(xué)效果。細(xì)胞的結(jié)構(gòu)與功能觀也體現(xiàn)了系統(tǒng)論的核心思想“整體大于部分之和”。

例如，通過制作真核細(xì)胞三維結(jié)構(gòu)模型，在初步了解模型及模型應(yīng)用的基礎(chǔ)上，回顧本單元所學(xué)的知識，更好地構(gòu)建完整的知識體系。分析細(xì)胞中各結(jié)構(gòu)的作用來理解“細(xì)胞各部分結(jié)構(gòu)既分工又合作，共同執(zhí)行細(xì)胞的各項(xiàng)生命活動”這個重要概念。細(xì)胞中的各個結(jié)構(gòu)不是簡單疊加和堆砌，而是通過組分間結(jié)構(gòu)和功能的有機(jī)組合形成一個統(tǒng)一的整體。如分泌蛋白的合成和分泌與核糖體、線粒體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體等結(jié)構(gòu)的分工合作是分不開的，而這些精確而有序的活動就是在細(xì)胞核的控制下完成的。

在理解細(xì)胞的結(jié)構(gòu)與功能觀時，既要分析局部的又要綜合整體的，才能理解細(xì)胞整體結(jié)構(gòu)功能大于局部結(jié)構(gòu)功能，這樣才能更好地從局部與整體的角度來看待細(xì)胞中的各種生命現(xiàn)象。

2.3 重要概念整合達(dá)成大概念 建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論認(rèn)為，學(xué)習(xí)是引導(dǎo)學(xué)生從原有經(jīng)驗(yàn)出發(fā)，建構(gòu)起新的經(jīng)驗(yàn)。把學(xué)生原有的知識經(jīng)驗(yàn)作為新知識的生長點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)生主動建構(gòu)新的知識經(jīng)驗(yàn)。

例如，哺乳動物成熟紅細(xì)胞的壽命只有120天左右，精子的壽命只有2～3天，原因是前者沒有細(xì)胞核，后者只有少量的細(xì)胞質(zhì)，從而理解核質(zhì)是相互依存，不可分割的。在比較細(xì)胞的統(tǒng)一性和差異性的基礎(chǔ)上進(jìn)一步理解細(xì)胞既是生物體結(jié)構(gòu)的基本單位，也是生物體代謝和遺傳的基本單位[3]；細(xì)胞結(jié)構(gòu)與功能是統(tǒng)一和相適應(yīng)的，是生物在長期的進(jìn)化過程中適應(yīng)生活環(huán)境的一種體現(xiàn)。

2.4 整合交融后達(dá)成生命觀念 生物學(xué)概念是生命觀念建構(gòu)的基礎(chǔ)，生命觀念是生物學(xué)概念的升華，同時生命觀念為分析解決生物學(xué)問題提供思想方法。

例如，細(xì)胞核中的遺傳信息能控制細(xì)胞的代謝和遺傳，細(xì)胞核的結(jié)構(gòu)體現(xiàn)了相應(yīng)的功能。細(xì)胞核的結(jié)構(gòu)是由DNA、蛋白質(zhì)、RNA、脂質(zhì)和水等物質(zhì)組成，是細(xì)胞核結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，也就是說結(jié)構(gòu)與功能觀的基礎(chǔ)是物質(zhì)與能量觀。細(xì)胞核只有同細(xì)胞膜、細(xì)胞器共同合作才能完成各項(xiàng)生命活動，體現(xiàn)了細(xì)胞整體結(jié)構(gòu)的功能大于各部分結(jié)構(gòu)的功能，充分理解局部與整體觀。生物只有適應(yīng)環(huán)境才能生存，同樣細(xì)胞也是在長期進(jìn)化的過程中對環(huán)境的一種適應(yīng)。細(xì)胞的結(jié)構(gòu)以及這些結(jié)構(gòu)所表現(xiàn)出來的功能，都是有利于生物的生存，細(xì)胞的結(jié)構(gòu)和功能的統(tǒng)一性是生物適應(yīng)環(huán)境的具體表現(xiàn)，是進(jìn)化的必然結(jié)果。

生命觀念的形成依賴于從眾多概念之間找關(guān)聯(lián)并加以提煉。教學(xué)過程中先要基于事實(shí)、現(xiàn)象建構(gòu)概念，然后在這一基礎(chǔ)上繼續(xù)提升，在建立概念的同時，將生命觀念的領(lǐng)悟滲透其中，并適時予以總結(jié)提煉和外顯化。