運(yùn)用模型建構(gòu)進(jìn)行“細(xì)胞核——系統(tǒng)的控制中心”一節(jié)的復(fù)習(xí)

嚴(yán)春果

【摘要】文章以“細(xì)胞核——系統(tǒng)的控制中心”復(fù)習(xí)教學(xué)為例，運(yùn)用模型建構(gòu)的方法圍繞重要概念進(jìn)行復(fù)習(xí)，通過創(chuàng)設(shè)問題、分析教材插圖、指導(dǎo)學(xué)生畫圖、梳理概念等方法，幫助學(xué)生深入理解和掌握重要概念，促進(jìn)學(xué)生科學(xué)思維的發(fā)展，提高學(xué)生的生物學(xué)核心素養(yǎng)。

【關(guān)鍵詞】模型;建構(gòu);概念圖;體驗(yàn)

一、課標(biāo)要求

內(nèi)容要求：細(xì)胞是生物體結(jié)構(gòu)與生命活動的基本單位;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;闡明遺傳信息主要儲存在細(xì)胞核中;舉例說明細(xì)胞各部分結(jié)構(gòu)之間相互聯(lián)系，協(xié)調(diào)一致，共同執(zhí)行細(xì)胞的各項(xiàng)生命活動。

教學(xué)提示：嘗試制作真核細(xì)胞的結(jié)構(gòu)模型。

二、教學(xué)目標(biāo)

目前教學(xué)對象（高二理科生）已完成必修內(nèi)容的學(xué)習(xí)，進(jìn)入復(fù)習(xí)階段，依據(jù)上述課標(biāo)要求與建議，本節(jié)課教學(xué)目標(biāo)確定如下：

1.通過“傘藻嫁接和核移植實(shí)驗(yàn)”的實(shí)驗(yàn)分析，運(yùn)用“建構(gòu)模型”的科學(xué)方法，結(jié)合經(jīng)典例題精析的形式，闡明細(xì)胞核的結(jié)構(gòu)和功能;

2.通過問題探討、拓展應(yīng)用及繪制“細(xì)胞核結(jié)構(gòu)和功能概念圖”，認(rèn)同細(xì)胞核是細(xì)胞生命系統(tǒng)的控制中心;

3.通過嘗試制作真核細(xì)胞的三維結(jié)構(gòu)模型，體驗(yàn)建構(gòu)模型的方法和過程。

三、設(shè)計(jì)思路

以科學(xué)家韓默靈的“傘藻嫁接和核移植實(shí)驗(yàn)”切入，為細(xì)胞核結(jié)構(gòu)的分析創(chuàng)設(shè)情境。通過問題串的方式理清傘藻嫁接和核移植實(shí)驗(yàn)的邏輯關(guān)系，引入“傘藻的形態(tài)取決于細(xì)胞核”。借助細(xì)胞核的亞顯微結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)模型圖的回顧與介紹，聯(lián)系“結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)”的觀點(diǎn)，通過相應(yīng)的“拓展應(yīng)用”，讓學(xué)生進(jìn)一步明確細(xì)胞核是遺傳信息庫，細(xì)胞核正是通過其中的遺傳信息來實(shí)現(xiàn)對細(xì)胞代謝和遺傳的控制。通過深入探索分析“傘藻嫁接和核移植實(shí)驗(yàn)”及經(jīng)典例題精析，引導(dǎo)學(xué)生深刻理解細(xì)胞核和細(xì)胞質(zhì)之間相互聯(lián)系，協(xié)調(diào)一致，共同執(zhí)行細(xì)胞的生命活動，最終形成“細(xì)胞核是細(xì)胞生命系統(tǒng)的控制中心”“細(xì)胞是一個(gè)有機(jī)的整體”的概念。通過師生共建“細(xì)胞核的結(jié)構(gòu)和功能”的概念模型引入科學(xué)方法“模型建構(gòu)”的學(xué)習(xí)，學(xué)生通過課后制作真核細(xì)胞的三維結(jié)構(gòu)模型，進(jìn)一步認(rèn)識細(xì)胞各部分在結(jié)構(gòu)和功能上的密切聯(lián)系，嘗試從系統(tǒng)的視角認(rèn)識自然和社會。

四、教學(xué)環(huán)境及資源準(zhǔn)備

教學(xué)環(huán)境：多媒體教室。資源準(zhǔn)備：課件、細(xì)胞三維結(jié)構(gòu)物理模型。

五、教學(xué)過程

課型：復(fù)習(xí)課。課時(shí)：1課時(shí)。

1.導(dǎo)入課題

教師活動：課件展示單細(xì)胞真核生物傘藻，引入科學(xué)家韓默靈的“傘藻嫁接和核移植實(shí)驗(yàn)”。設(shè)置問題探討“1.傘藻的形態(tài)取決于細(xì)胞核還是細(xì)胞質(zhì)？”和“2.為什么傘藻的形態(tài)取決于細(xì)胞核？”

學(xué)生活動：觀察、思考與回答“問題探討1、2”設(shè)置的問題。

設(shè)計(jì)意圖：理清傘藻實(shí)驗(yàn)的邏輯性，再次激發(fā)學(xué)生對細(xì)胞核結(jié)構(gòu)與功能探究的興趣。

2.細(xì)胞核的結(jié)構(gòu)

（1）教師活動：（建構(gòu)“細(xì)胞核的結(jié)構(gòu)與功能”的概念模型（板書））圖示電鏡下的細(xì)胞核，引導(dǎo)學(xué)生回顧細(xì)胞核的結(jié)構(gòu)組成，引出“傘藻的形態(tài)與細(xì)胞核中的染色質(zhì)密切相關(guān)”。染色質(zhì)是由DNA和蛋白質(zhì)等緊密結(jié)合形成。DNA是傘藻的遺傳物質(zhì)，攜帶著傘藻全套的遺傳信息，因此細(xì)胞核是遺傳信息庫。染色質(zhì)高度螺旋化，縮短變粗可成為光學(xué)顯微鏡下清晰可見的染色體。

學(xué)生活動：觀察、思考與回答問題。

設(shè)計(jì)意圖：讓學(xué)生在課堂中開始體會建構(gòu)模型的意義。

（2）教師活動：設(shè)置“拓展應(yīng)用1：染色質(zhì)和染色體是同一種物質(zhì)在細(xì)胞不同時(shí)期的兩種存在狀態(tài)。這兩種不同的狀態(tài)對于細(xì)胞的生命活動有什么意義？”設(shè)置【思維拓展】染色質(zhì)蛋白與染色體蛋白完全相同嗎？引導(dǎo)學(xué)生課下進(jìn)一步探究。

學(xué)生活動：染色質(zhì)高度螺旋化形成的染色體，與一堆形態(tài)上散亂的染色質(zhì)相比，有利于在細(xì)胞分裂過程中移動并平均分配到子細(xì)胞，保證親子代細(xì)胞在遺傳性狀上的一致性。細(xì)胞分裂結(jié)束后，染色體解螺旋形成細(xì)絲狀的染色質(zhì)，有利于遺傳信息的表達(dá)，即有利于DNA完成復(fù)制、轉(zhuǎn)錄等生命活動。

設(shè)計(jì)意圖：問題驅(qū)動，激發(fā)學(xué)生的求知欲。聯(lián)系前后學(xué)習(xí)的相關(guān)知識，讓學(xué)生形成知識網(wǎng)絡(luò)的同時(shí)，體會“結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)”的觀點(diǎn)。

（3）教師活動：那么細(xì)胞質(zhì)中的核糖體是在哪里形成的呢？核仁是怎樣形成核糖體的呢？

核仁一方面負(fù)責(zé)rRNA的合成。另一方面，細(xì)胞核發(fā)出指令分子（即DNA轉(zhuǎn)錄形成mRNA）經(jīng)核孔進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)，指令分子指導(dǎo)合成的核糖體蛋白再經(jīng)核孔進(jìn)入細(xì)胞核，在核仁處與rRNA一起組裝成核糖體的兩個(gè)亞單位，隨后兩個(gè)亞單位經(jīng)由核孔運(yùn)出至細(xì)胞質(zhì)，在蛋白質(zhì)合成時(shí)發(fā)揮作用。圖示生物2教材中核糖體的示意圖，簡介核糖體的亞單位。

學(xué)生活動：蛋白質(zhì)由細(xì)胞質(zhì)中的核糖體合成，經(jīng)核膜上的核孔進(jìn)入細(xì)胞核;細(xì)胞核中的核仁。

設(shè)計(jì)意圖：通過問題串，為設(shè)置“拓展應(yīng)用2”創(chuàng)設(shè)情境。

（4）教師活動：設(shè)置“拓展應(yīng)用2：核孔實(shí)現(xiàn)核質(zhì)間頻繁的物質(zhì)交換和信息交流。你能說出具體有哪些物質(zhì)嗎？”

學(xué)生活動：觀察、思考，進(jìn)而解除疑惑，獲取新知;思考、分析，進(jìn)而嘗試回答。

設(shè)計(jì)意圖：聯(lián)系前后學(xué)習(xí)的相關(guān)知識，讓學(xué)生自主形成知識網(wǎng)絡(luò)。

（5）教師活動：【歸納總結(jié)】真核細(xì)胞的細(xì)胞核被核膜包裹著，從而將細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞核分開，這有利于實(shí)現(xiàn)核質(zhì)之間的分工，讓細(xì)胞質(zhì)專注于細(xì)胞代謝，細(xì)胞核則主要作為控制中心存在。細(xì)胞核發(fā)出指令控制細(xì)胞質(zhì)中的代謝過程，同樣細(xì)胞代謝的結(jié)果也需要及時(shí)反饋給細(xì)胞核，因此核質(zhì)之間要頻繁地進(jìn)行物質(zhì)交換和信息交流，這是通過核孔來實(shí)現(xiàn)的。

學(xué)生活動：進(jìn)一步形成“細(xì)胞核的結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)”的觀點(diǎn)。

設(shè)計(jì)意圖：讓學(xué)生理解“細(xì)胞核和細(xì)胞質(zhì)之間相互聯(lián)系、協(xié)調(diào)一致，共同執(zhí)行細(xì)胞的生命活動”，進(jìn)而引入“細(xì)胞核的功能”的概念概括。

3.細(xì)胞核的功能

（1）教師活動：上節(jié)課復(fù)習(xí)的“位于細(xì)胞質(zhì)中各種細(xì)胞器的分工合作”的控制指令，主要是通過核孔從細(xì)胞核送到細(xì)胞質(zhì)，由細(xì)胞質(zhì)完成細(xì)胞代謝，進(jìn)而決定遺傳性狀。至此，我們就清楚了為什么傘藻的形態(tài)取決于細(xì)胞核。因?yàn)榧?xì)胞核是遺傳信息庫，是細(xì)胞代謝和遺傳的控制中心。（完成建構(gòu)“細(xì)胞核的結(jié)構(gòu)與功能”的概念模型（板書））

學(xué)生活動：自主形成“細(xì)胞核的功能”概念。

設(shè)計(jì)意圖：師生共同完成“細(xì)胞核的結(jié)構(gòu)與功能”概念模型的建構(gòu)。

（2）教師活動：設(shè)置問題探討“3.實(shí)驗(yàn)中傘藻最初長出的是菊花形帽嗎？”（圖示傘藻嫁接實(shí)驗(yàn)）傘藻嫁接實(shí)驗(yàn)中，最初長出的帽是混合型（介于傘形和菊花形之間）。實(shí)驗(yàn)時(shí)需要將最初長出的帽去除，然后才能得到和我們前述一樣的結(jié)果。這又是為什么呢？傘藻核移植實(shí)驗(yàn)的實(shí)際結(jié)果也是如此（圖示傘藻核移植實(shí)驗(yàn)）。

學(xué)生活動：分析、思考，進(jìn)而嘗試回答，傘藻帽的形態(tài)雖然受細(xì)胞核控制，但是假根細(xì)胞質(zhì)中原來已經(jīng)轉(zhuǎn)錄的mRNA會繼續(xù)發(fā)揮作用，直到原來的mRNA被降解，細(xì)胞核才能獲得完整的控制權(quán)。

設(shè)計(jì)意圖：進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證“細(xì)胞核是細(xì)胞代謝和遺傳的控制中心”，讓學(xué)生深刻理解“細(xì)胞核和細(xì)胞質(zhì)之間相互聯(lián)系、協(xié)調(diào)一致，共同執(zhí)行細(xì)胞的生命活動”。

4.建構(gòu)模型

教師活動：通過黑板上概念圖，我們對細(xì)胞核結(jié)構(gòu)和功能一目了然。這種科學(xué)的學(xué)習(xí)方法叫做建構(gòu)模型。這種概念圖被稱為概念模型。真核細(xì)胞的基本結(jié)構(gòu)也可以形成這樣的概念圖（圖示）。我們利用放射性同位素標(biāo)記的方法概括性描述分泌蛋白合成、運(yùn)輸和分泌的過程時(shí)，可以用這樣一幅曲線圖（圖示），即數(shù)學(xué)模型。這是同學(xué)們高一新課階段繪制的細(xì)胞核及動植物細(xì)胞的模式圖（圖示），能幫助我們學(xué)習(xí)與直觀理解細(xì)胞的基本結(jié)構(gòu)。它們屬于物理模型。這是前幾屆學(xué)生制作的細(xì)胞三維結(jié)構(gòu)物理模型。這三幅是利用實(shí)物，如橡皮泥、黏土甚至水果制成的，這一幅是利用實(shí)驗(yàn)室中3D打印機(jī)打印出來的細(xì)胞三維結(jié)構(gòu)模型。

學(xué)生活動：觀察、分析與總結(jié)。

設(shè)計(jì)意圖：了解三種建構(gòu)模型的科學(xué)方法，欣賞優(yōu)秀細(xì)胞結(jié)構(gòu)的物理模型，讓學(xué)生認(rèn)同生物學(xué)知識的學(xué)習(xí)離不開模型建構(gòu)方法的幫助，激發(fā)學(xué)生動手制作細(xì)胞三維模型的興趣。

六、作業(yè)布置

【思維拓展】染色質(zhì)蛋白與染色體蛋白完全相同嗎？

【實(shí)踐探究】嘗試制作真核細(xì)胞的三維結(jié)構(gòu)模型。充分發(fā)揮自己的創(chuàng)造性，自選材料課下獨(dú)立完成;或者利用計(jì)算機(jī)制作三維動畫模型。

班級課外活動課展示，講解建構(gòu)模型的原理和方法;在設(shè)計(jì)并制作細(xì)胞模型時(shí)，科學(xué)性應(yīng)該是第一位的。

【參考文獻(xiàn)】

劉麗，張艷蘋，李鋒，等.發(fā)育生物學(xué)課程建設(shè)與教學(xué)改革實(shí)踐[J].教育現(xiàn)代化，2018（09）：54-55，58.