淺析如何在建構(gòu)概念中提升生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)

桑燦

摘要以“細胞核的結(jié)構(gòu)與功能”一節(jié)教學(xué)為例，闡述如何通過事實和證據(jù)，利用相關(guān)資料分析，引導(dǎo)學(xué)生進行思考、歸納和概括，模擬科學(xué)家的思維過程開展科學(xué)探究，主動求取知識和組織知識，建構(gòu)生物學(xué)重要概念，形成正確的生命觀念和社會責任意識。即在建構(gòu)重要生物學(xué)概念的過程中提升生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞 建構(gòu)概念 科學(xué)探究 科學(xué)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(xué)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(xué)課程是以提高學(xué)生生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)為宗旨的學(xué)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(wù)的主要載體。因此，生物學(xué)教學(xué)不僅要注重學(xué)生習(xí)得生物學(xué)基本概念，還得注重學(xué)生習(xí)得概念的方式和過程。教師需要精選教學(xué)內(nèi)容和精心設(shè)計教學(xué)活動，幫助學(xué)生建構(gòu)生物學(xué)基本概念，并讓學(xué)生在建構(gòu)概念的過程中發(fā)展科學(xué)思維，開展科學(xué)探究，培養(yǎng)社會責任和形成生命觀念，即在建構(gòu)概念的過程中發(fā)展學(xué)生的生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。這就要求教師在教學(xué)中避免硬生生地給學(xué)生直接灌輸生物學(xué)概念，而要通過事實和證據(jù)引導(dǎo)學(xué)生進行思考、歸納和概括，主動地求取知識和組織知識，建構(gòu)生物學(xué)概念。下面以“細胞核的結(jié)構(gòu)與功能”一課的實際教學(xué)為例進行闡述，談?wù)勅绾卧诮?gòu)概念中提升學(xué)生的生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

1教學(xué)內(nèi)容分析及教學(xué)設(shè)計總體思路

“細胞核的結(jié)構(gòu)與功能”是2019年版人教版《必修1·分子與細胞》第三章第三節(jié)的內(nèi)容，《課程標準》對本節(jié)課的內(nèi)容要求是：“闡明遺傳信息主要儲存在細胞核中”“闡明細胞內(nèi)具有多個相對獨立的結(jié)構(gòu)，擔負著物質(zhì)運輸、合成與分泌、能量轉(zhuǎn)換和信息傳遞等生命活動”。學(xué)生在這節(jié)課的學(xué)習(xí)中需要建構(gòu)的生物學(xué)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(jié)構(gòu)”“染色質(zhì)是遺傳物質(zhì)的載體”“染色質(zhì)和染色體是同樣的物質(zhì)在細胞分裂不同時期的兩種形態(tài)”等。學(xué)生通過這節(jié)課學(xué)習(xí)，結(jié)合之前所學(xué)的細胞膜、細胞器的相關(guān)知識，將對細胞的亞顯微結(jié)構(gòu)有更全面、更系統(tǒng)的認識，也為后續(xù)學(xué)習(xí)細胞分裂、遺傳發(fā)育等其他章節(jié)內(nèi)容打下扎實基礎(chǔ)。

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

2教學(xué)設(shè)計特點分析

2.1科學(xué)探究是建構(gòu)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(huán)節(jié)展示了4個實驗現(xiàn)象，用事實和證據(jù)幫助學(xué)生建構(gòu)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(xué)生體會科學(xué)家的科學(xué)研究思維過程，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究能力，教師將教材資料重新設(shè)計，給學(xué)生依次布置了3個任務(wù)：1如何利用變形蟲設(shè)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(jié)論。

首先，教師布置任務(wù)1。學(xué)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(dǎo)學(xué)生設(shè)計實驗：將變形蟲分成兩半，設(shè)置一半有細胞核、一半無細胞核的空白對照實驗;設(shè)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(zhì)之間既然相互依存，哪個部分在功能上起主導(dǎo)作用呢？巧妙地轉(zhuǎn)化問題，引出任務(wù)2。學(xué)生利用傘藻模型進行科學(xué)探究，設(shè)計實驗。教師可根據(jù)學(xué)生回答情況進行指導(dǎo)，并指出科學(xué)家所做的傘藻嫁接實驗結(jié)果。同時，教師追問：傘藻嫁接實驗?zāi)懿荒茏C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(shè)計實驗進行驗證呢？這樣自然引導(dǎo)學(xué)生探究傘藻細胞核移植的實驗，從而幫助學(xué)生得出結(jié)論：傘藻的形態(tài)結(jié)構(gòu)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(xué)生接著完成任務(wù)3。最后，教師利用這四個事實和證據(jù)，引導(dǎo)學(xué)生歸納總結(jié)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(wù)的完成使學(xué)生在科學(xué)探究中增強了設(shè)計實驗的能力。環(huán)環(huán)相扣的問題培養(yǎng)了學(xué)生的科學(xué)思維。學(xué)生在對這四個資料提供的事實和證據(jù)的深入探究過程中，主動建構(gòu)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(xué)生只聽教師講授而被動接受概念的做法。教師引導(dǎo)學(xué)生通過科學(xué)探究建構(gòu)重要的生物學(xué)概念，不但讓學(xué)生知其然，還能讓學(xué)生知其所以然。

2.2在建構(gòu)概念的過程中培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維

在對細胞核結(jié)構(gòu)的概念建構(gòu)中，筆者給學(xué)生提供大量的生物學(xué)客觀事實及生物學(xué)家研究背景作為分析素材的方式，引導(dǎo)學(xué)生通過分析資料、提出假說，推測細胞核的結(jié)構(gòu)，再根據(jù)科學(xué)家觀察到的真實電鏡圖片驗證猜想。

在核膜的學(xué)習(xí)時，教師提供資料：經(jīng)化學(xué)分析，組成細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。然后，學(xué)生結(jié)合資料，回憶原核細胞和真核細胞的分類依據(jù)，說出細胞核的可能結(jié)構(gòu)，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(jié)核膜重要概念：“核膜是兩層膜，將核內(nèi)物質(zhì)與細胞質(zhì)分割開”。

在學(xué)習(xí)核孔時，教師展示資料：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細胞質(zhì)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(xué)生結(jié)合資料，猜測可能具有大分子物質(zhì)進出的特殊通道，能完成核質(zhì)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(xué)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(xué)效果自然事半功倍。

對于細胞核的結(jié)構(gòu)中的核仁和染色體的概念的建構(gòu)也類似于此過程。這樣通過研究事實性資料、發(fā)現(xiàn)問題、提出假說，繼而通過實驗觀察得到證據(jù)、驗證假說、得出結(jié)論，符合科學(xué)探究的一般過程。在這個過程讓學(xué)生以科學(xué)家的思維和視角觀察和分析問題，主動生成細胞核的結(jié)構(gòu)，培養(yǎng)了科學(xué)思維，也體現(xiàn)了學(xué)習(xí)中學(xué)生的主體地位。

2.3從習(xí)得的概念中形成正確的生命觀念

“細胞核的結(jié)構(gòu)與功能”這一節(jié)課教材首先通過4個事實和證據(jù)建構(gòu)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(xù)引導(dǎo)學(xué)生探究細胞核結(jié)構(gòu)。在學(xué)生知道了“核仁與某種RNA的形成及核糖體的合成有關(guān)”“染色質(zhì)是DNA的載體”等概念后，教師再引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合細胞核的結(jié)構(gòu)，重新對其功能進行認識。學(xué)生就能分析出：DNA是細胞中的遺傳物質(zhì)，儲存著遺傳信息。核糖體與蛋白質(zhì)的合成有關(guān)，蛋白質(zhì)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(xiàn)，更有助于學(xué)生形成結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的生命觀念。板書設(shè)計如圖2所示。

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

2.4社會責任意識的形成依賴于科學(xué)概念和科學(xué)知識

2019年版人教版高中生物學(xué)新教材在“細胞核的結(jié)構(gòu)與功能”這一節(jié)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(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)生物學(xué)的興趣，激發(fā)學(xué)生的愛國熱情和民族自豪感。在教學(xué)中，筆者雖然采取了將這一重要歷史事件作為新課導(dǎo)入的材料，播放新聞視頻，創(chuàng)設(shè)問題情境，引發(fā)學(xué)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(shù)已使用了20余年，克隆猴的誕生為何是個突破呢？我國科學(xué)家做了哪些努力？學(xué)生若沒有一定的科學(xué)概念和學(xué)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(xué)生建立“染色質(zhì)是遺傳物質(zhì)DNA的載體”這一重要概念時，教師與學(xué)生一起開展了以下深度學(xué)習(xí)：

教師展示資料。

1人體內(nèi)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(zhì)時，染色質(zhì)其實是由很多串珠狀的結(jié)構(gòu)聚合在一起形成的。使用DNA酶處理細胞核后，發(fā)現(xiàn)“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(xué)生閱讀資料后，教師引導(dǎo)學(xué)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(xué)生領(lǐng)悟到DNA是一段一段纏繞在不同的組蛋白上，這樣的結(jié)構(gòu)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(dǎo)致胚胎發(fā)育率低。而中國科學(xué)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(xiàn)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(shè)計不僅有效地突破了本節(jié)的重難點，讓學(xué)生深入學(xué)習(xí)了教材提供的科學(xué)資料，使學(xué)生深刻體會到我國科學(xué)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(fā)學(xué)生努力學(xué)習(xí)投身于科學(xué)研究、回報社會的愿望，也大大增強了學(xué)生的民族自豪感。這種社會責任素養(yǎng)的形成依賴于學(xué)生對細胞核、染色質(zhì)等概念的正確認識。

在生物學(xué)教學(xué)中，雖然幫助學(xué)生建構(gòu)重要的生物學(xué)概念是教學(xué)的中心環(huán)節(jié)，但是在建構(gòu)概念的過程中，發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維、培養(yǎng)科學(xué)探究能力和社會責任意識、形成正確的生命觀念，是培養(yǎng)新時代社會主義建設(shè)者和接班人的必然要求。

參考文獻：

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