桑燦

摘要以“細(xì)胞核的結(jié)構(gòu)與功能”一節(jié)教學(xué)為例，闡述如何通過(guò)事實(shí)和證據(jù)，利用相關(guān)資料分析，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行思考、歸納和概括，模擬科學(xué)家的思維過(guò)程開展科學(xué)探究，主動(dòng)求取知識(shí)和組織知識(shí)，建構(gòu)生物學(xué)重要概念，形成正確的生命觀念和社會(huì)責(zé)任意識(shí)。即在建構(gòu)重要生物學(xué)概念的過(guò)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(huì)責(zé)任

中圖分類號(hào) G633.91

文獻(xiàn)標(biāo)志碼 B

《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》（以下簡(jiǎn)稱《課程標(biāo)準(zhǔn)》）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(huì)主義核心價(jià)值觀、落實(shí)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(guò)程。教師需要精選教學(xué)內(nèi)容和精心設(shè)計(jì)教學(xué)活動(dòng)，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(guò)程中發(fā)展科學(xué)思維，開展科學(xué)探究，培養(yǎng)社會(huì)責(zé)任和形成生命觀念，即在建構(gòu)概念的過(guò)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(guò)事實(shí)和證據(jù)引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行思考、歸納和概括，主動(dòng)地求取知識(shí)和組織知識(shí)，建構(gòu)生物學(xué)概念。下面以“細(xì)胞核的結(jié)構(gòu)與功能”一課的實(shí)際教學(xué)為例進(jìn)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(jì)總體思路

“細(xì)胞核的結(jié)構(gòu)與功能”是2019年版人教版《必修1·分子與細(xì)胞》第三章第三節(jié)的內(nèi)容，《課程標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)本節(jié)課的內(nèi)容要求是：“闡明遺傳信息主要儲(chǔ)存在細(xì)胞核中”“闡明細(xì)胞內(nèi)具有多個(gè)相對(duì)獨(dú)立的結(jié)構(gòu)，擔(dān)負(fù)著物質(zhì)運(yùn)輸、合成與分泌、能量轉(zhuǎn)換和信息傳遞等生命活動(dòng)”。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(xì)胞核是遺傳信息庫(kù)，是細(xì)胞代謝和遺傳的控制中心”“細(xì)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(xì)胞分裂不同時(shí)期的兩種形態(tài)”等。學(xué)生通過(guò)這節(jié)課學(xué)習(xí)，結(jié)合之前所學(xué)的細(xì)胞膜、細(xì)胞器的相關(guān)知識(shí)，將對(duì)細(xì)胞的亞顯微結(jié)構(gòu)有更全面、更系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)，也為后續(xù)學(xué)習(xí)細(xì)胞分裂、遺傳發(fā)育等其他章節(jié)內(nèi)容打下扎實(shí)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(guò)程的同時(shí)，讓學(xué)生模擬科學(xué)家的思維研究過(guò)程來(lái)認(rèn)識(shí)細(xì)胞核的結(jié)構(gòu)和功能，并認(rèn)同細(xì)胞核是細(xì)胞的控制中心，滲透結(jié)構(gòu)與功能觀。同時(shí)，學(xué)生也能體會(huì)到科學(xué)家努力解釋生命奧秘的崇高精神和對(duì)人類社會(huì)發(fā)展的偉大意義。教學(xué)設(shè)計(jì)思路如圖1所示。

2教學(xué)設(shè)計(jì)特點(diǎn)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(xì)胞核的功能”這部分安排了一個(gè)“思考與討論”環(huán)節(jié)展示了4個(gè)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，用事實(shí)和證據(jù)幫助學(xué)生建構(gòu)了“細(xì)胞核控制細(xì)胞的代謝和遺傳”這個(gè)概念。為了更好地讓學(xué)生體會(huì)科學(xué)家的科學(xué)研究思維過(guò)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(jì)，給學(xué)生依次布置了3個(gè)任務(wù)：1如何利用變形蟲設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證細(xì)胞核的重要功能。2以傘藻為材料，驗(yàn)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(shí)驗(yàn)結(jié)論。

首先，教師布置任務(wù)1。學(xué)生在探究過(guò)程中會(huì)想到：要驗(yàn)證細(xì)胞核的重要功能，可觀察除去細(xì)胞核的細(xì)胞能否完成正常生命活動(dòng)。教師引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)：將變形蟲分成兩半，設(shè)置一半有細(xì)胞核、一半無(wú)細(xì)胞核的空白對(duì)照實(shí)驗(yàn);設(shè)置自身前后對(duì)照實(shí)驗(yàn)，先取出核觀察，再將細(xì)胞核植入。兩個(gè)實(shí)驗(yàn)均可證明：細(xì)胞核控制著變形蟲的各項(xiàng)生命活動(dòng)。

此時(shí)，教師追問(wèn)：那單獨(dú)取出來(lái)的細(xì)胞核能否正常生存呢？細(xì)胞核、質(zhì)之間既然相互依存，哪個(gè)部分在功能上起主導(dǎo)作用呢？巧妙地轉(zhuǎn)化問(wèn)題，引出任務(wù)2。學(xué)生利用傘藻模型進(jìn)行科學(xué)探究，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。教師可根據(jù)學(xué)生回答情況進(jìn)行指導(dǎo)，并指出科學(xué)家所做的傘藻嫁接實(shí)驗(yàn)結(jié)果。同時(shí)，教師追問(wèn)：傘藻嫁接實(shí)驗(yàn)?zāi)懿荒茏C明假根中的細(xì)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(jì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證呢？這樣自然引導(dǎo)學(xué)生探究傘藻細(xì)胞核移植的實(shí)驗(yàn)，從而幫助學(xué)生得出結(jié)論：傘藻的形態(tài)結(jié)構(gòu)確實(shí)是由細(xì)胞核控制的。

由于教材中提供的另外兩個(gè)資料的實(shí)驗(yàn)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(gè)事實(shí)和證據(jù)，引導(dǎo)學(xué)生歸納總結(jié)出“細(xì)胞核控制著細(xì)胞的代謝和遺傳”這一重要概念（表1）。

3個(gè)任務(wù)的完成使學(xué)生在科學(xué)探究中增強(qiáng)了設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的能力。環(huán)環(huán)相扣的問(wèn)題培養(yǎng)了學(xué)生的科學(xué)思維。學(xué)生在對(duì)這四個(gè)資料提供的事實(shí)和證據(jù)的深入探究過(guò)程中，主動(dòng)建構(gòu)了“細(xì)胞核控制著細(xì)胞代謝和遺傳”這一重要的次位概念。這樣可以改變過(guò)去學(xué)生只聽(tīng)教師講授而被動(dòng)接受概念的做法。教師引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)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(guò)程中培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維

在對(duì)細(xì)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(shí)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(guò)分析資料、提出假說(shuō)，推測(cè)細(xì)胞核的結(jié)構(gòu)，再根據(jù)科學(xué)家觀察到的真實(shí)電鏡圖片驗(yàn)證猜想。

在核膜的學(xué)習(xí)時(shí)，教師提供資料：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。然后，學(xué)生結(jié)合資料，回憶原核細(xì)胞和真核細(xì)胞的分類依據(jù)，說(shuō)出細(xì)胞核的可能結(jié)構(gòu)，并猜測(cè)可能具有核膜。接著，教師展示電鏡照片證實(shí)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(xì)胞質(zhì)分割開”。

在學(xué)習(xí)核孔時(shí)，教師展示資料：諾貝爾獲獎(jiǎng)?wù)咄旭R斯·R·切赫經(jīng)過(guò)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(xì)胞質(zhì)中的核糖體。但由于分子較大，無(wú)論DNA還是RNA均無(wú)法穿過(guò)人工合成的磷脂雙分子層。

學(xué)生結(jié)合資料，猜測(cè)可能具有大分子物質(zhì)進(jìn)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(jìn)行證實(shí)。在學(xué)生確定核孔存在并對(duì)其充滿好奇后，教師可抓住時(shí)機(jī)，適當(dāng)精講核孔概念及功能。教學(xué)效果自然事半功倍。

對(duì)于細(xì)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(guò)程。這樣通過(guò)研究事實(shí)性資料、發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、提出假說(shuō)，繼而通過(guò)實(shí)驗(yàn)觀察得到證據(jù)、驗(yàn)證假說(shuō)、得出結(jié)論，符合科學(xué)探究的一般過(guò)程。在這個(gè)過(guò)程讓學(xué)生以科學(xué)家的思維和視角觀察和分析問(wèn)題，主動(dòng)生成細(xì)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(xì)胞核的結(jié)構(gòu)與功能”這一節(jié)課教材首先通過(guò)4個(gè)事實(shí)和證據(jù)建構(gòu)了細(xì)胞核的功能概念“細(xì)胞核控制著細(xì)胞的代謝和遺傳”。那么，細(xì)胞核為什么具有這么重要的功能呢？帶著這個(gè)問(wèn)題，教師繼續(xù)引導(dǎo)學(xué)生探究細(xì)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(xì)胞核的結(jié)構(gòu)，重新對(duì)其功能進(jìn)行認(rèn)識(shí)。學(xué)生就能分析出：DNA是細(xì)胞中的遺傳物質(zhì)，儲(chǔ)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(dòng)的承擔(dān)著。因此，“細(xì)胞核是細(xì)胞的遺傳信息庫(kù)，是細(xì)胞代謝和遺傳的控制中心”。此時(shí)，教師將這些知識(shí)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(jì)如圖2所示。

此外，本節(jié)內(nèi)容是“細(xì)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(xì)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(xì)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(xì)胞的三維結(jié)構(gòu)模型。這樣既讓學(xué)生體驗(yàn)建構(gòu)模型的方法和過(guò)程，加深了對(duì)細(xì)胞基本結(jié)構(gòu)的理性認(rèn)識(shí)，又從系統(tǒng)的視角去看微觀的細(xì)胞，符合學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn)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(huì)責(zé)任意識(shí)的形成依賴于科學(xué)概念和科學(xué)知識(shí)

2019年版人教版高中生物學(xué)新教材在“細(xì)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(jìn)展”——世界上首例體細(xì)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(ài)國(guó)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?dú)v史事件作為新課導(dǎo)入的材料，播放新聞視頻，創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境，引發(fā)學(xué)生思考：細(xì)胞核在細(xì)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(gè)突破呢？我國(guó)科學(xué)家做了哪些努力？學(xué)生若沒(méi)有一定的科學(xué)概念和學(xué)科知識(shí)作為鋪墊，就會(huì)對(duì)克隆猴誕生的意義認(rèn)識(shí)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(shí)，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(gè)體細(xì)胞的DNA伸展開來(lái)，平均長(zhǎng)度可達(dá)到2m，而細(xì)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(shí)，染色質(zhì)其實(shí)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(xì)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(wèn)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(dāng)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(jìn)行表達(dá)時(shí)，教師適時(shí)指出：如果在某個(gè)細(xì)胞中纏繞某個(gè)“珠片”的“絲線”受某個(gè)影響不能打開，則該基因就不能進(jìn)行表達(dá)。這也是各國(guó)研究體細(xì)胞克隆靈長(zhǎng)類動(dòng)物時(shí)難以成功的一個(gè)主要限制性因素：供體細(xì)胞核在受體卵母細(xì)胞中的不完全重編程導(dǎo)致胚胎發(fā)育率低。而中國(guó)科學(xué)家通過(guò)堅(jiān)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(xì)胞中，實(shí)現(xiàn)了最為重要的重編程過(guò)程的啟動(dòng)，突破了非人靈長(zhǎng)類動(dòng)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(jì)不僅有效地突破了本節(jié)的重難點(diǎn)，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(huì)到我國(guó)科學(xué)家通過(guò)合作、分享及堅(jiān)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(bào)社會(huì)的愿望，也大大增強(qiáng)了學(xué)生的民族自豪感。這種社會(huì)責(zé)任素養(yǎng)的形成依賴于學(xué)生對(duì)細(xì)胞核、染色質(zhì)等概念的正確認(rèn)識(shí)。

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(guò)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(huì)責(zé)任意識(shí)、形成正確的生命觀念，是培養(yǎng)新時(shí)代社會(huì)主義建設(shè)者和接班人的必然要求。

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