“細胞核——系統的控制中心”實驗部分教學設計

李勝杰

1 教材分析

“細胞核——系統的控制中心”中心一節是人教版《必修一·分子與細胞》第三章第三節的內容。本章通過對細胞結構與功能的介紹，可以使學生對細胞形成整體印象，為其今后的學習打下基礎。教材從第一節到最后一節，由外向內依次介紹細胞的結構與基本功能，使學生對細胞的認識形成清晰的層次感。

其中“細胞核”一節包括以下兩部分。第一部分是細胞核的功能初探。教材提供了四份資料，實際是通過四組實驗來說明細胞核的功能。第二部分主要介紹細胞核的結構。教材通過展示細胞核的結構模式圖，細化細胞核各結構功能。

2 學情教情分析

生物學實驗教學一直是高中生物教學的重點，也是難點。生物學實驗一方面能綜合培養學生的生物科學知識和素養，另一反面也是培養生命科學科研人才所必須的。高一學生剛剛進入高中生物知識的學習，在初中階段雖然對生物實驗理論有一定的了解，但是不系統、不全面，面對實驗設計往往束手無策。針對4組資料，教師引導學生進行實驗分析，幫助學生大致理解和掌握了生物實驗的基本原則。

3 設計思路

通過分析4組實驗和查閱相關資料發現，教材對相關實驗背景做了或多或少的精簡處理。例如，資料四的傘藻嫁接和核移植實驗，H·mmerling在做嫁接實驗之前首先做的是傘藻的切割實驗等。因此教師可以根據需要對4組資料適當補充，挖掘這些實驗中設計精巧的地方，讓學生身臨其境地體會實驗的設計意圖，設計思路，進而點出實驗設計中應該遵循的原則。

4 教學目標

4.1 知識目標

（1） 通過實驗實例分析，得出細胞核在控制物質遺傳和代謝中的作用；（2） 初步理解和掌握實驗中對照原則和重復原則的意義。

4.2 能力目標

（1） 能夠判別實驗中的對照組和實驗組；（2） 能夠在實驗設計中考慮到實驗的對照原則和重復原則。

4.3 情感、態度與價值觀目標

（1） 深刻認識到科學研究的嚴謹性和曲折性；（2） 形成生物科學是一門注重實驗科學的思想認識。

5 教學過程

5.1 教學導入

教師引導學生思考回憶“線粒體和葉綠體的觀察”實驗中：是否能看到細胞核？教師展示口腔上皮細胞的高倍顯微鏡照片，讓學生判斷相關結構（細胞核、被染色的線粒體），引導學生思考“細胞核在細胞中到底有什么功能”，從而引入細胞核功能的教學。

5.2 自主學習

學生閱讀書本中的4個資料，教師提問：分析4則資料，你能分別得出什么結論？實驗中哪些是實驗組，哪些是對照組？你覺得實驗中有沒有可以改進的地方？

5.3 引導學習

教師引導學生分析資料一——黑白美西螈核移植實驗，引導學生得出結論——美西螈皮膚顏色遺傳（性狀遺傳）是由細胞核控制的。教師提問：該實驗中有沒有可以改進的地方或者增加一些實驗，讓該實驗更具有說服力？學生展開小組討論。學生很容易想到是：如果將白美西螈胚胎細胞的細胞核植入黑美西螈的去核卵細胞中，是發育成白美西螈呢還是仍然發育成黑美西螈？

實際教學中，學生還給出以下改進之處：（1）直接培養黑美西螈和白美西螈的同物種核移植細胞或者受精卵細胞，觀察發育情況（這是本實驗的空白對照）；（2）多做一些細胞的核移植實驗，體現實驗的重復性原則；（3）用不同的生物來做核移植實驗等。這些答案都具有合理性，教師要做出正確的引導評價。

教師引導學生分析資料二——蠑螈受精卵橫溢實驗，引導學生得出實驗結論。教師要示學生思考：這個實驗中有沒有對照組，如果有，對照組是什么？學生進行小組討論。學生反饋的結果：（1）沒有對照；（2）有核的一半是對照組；（3）無核的一半是對照組。教師要求學生說出自己理由，分析學生理由中不合理的地方。

最后教師引導提問：如果橫溢后的受精卵細胞，兩半都沒有分裂怎么辦？又該得出什么結論呢？教師指導：有核的一半類似于正常細胞，理論上應該要正常分裂，如果沒有分裂，很有可能是這個受精卵本身是一個有問題的細胞。為了避免這種情況的發生，即為了檢驗整個實驗體系是否存在問題，需要以有核的一半作為對照。

教師引導學生分析資料三——變形蟲切割實驗，引導學生得出實驗結論。變形蟲切割實驗在實驗設計方面跟蠑螈橫溢實驗非常相似，可做進一步強化。另外，該實驗中，失去了細胞核的細胞質以及失去了細胞質的細胞核，壽命都很短。這說明了細胞核和細胞質的依存關系。教師也可以舉出其他一些例子，比如壽命較短的紅細胞，壽命較短的精子等。

教師引導學生分析資料四——傘藻的嫁接和核移植實驗，引導學生分別得出嫁接實驗和核移植實驗的結論。提問：嫁接實驗證明了什么？學生給出的答案：生物的形態發育跟細胞核有關。教師提問并指導：嫁接實驗有直接涉及到細胞核嗎？該實驗只是將傘藻分割成了傘帽、傘柄和假根三部分，因此只證明了傘帽的形態跟假根有關，與傘柄無關。教師引導學生進入歷史情境：由于傘帽距離傘柄的距離更近，所以科學家H·mmerling當年提出的實驗假設可能是怎樣的？學生回答：傘帽的形態是由傘柄控制的。教師繼續提問：當實驗假設和實驗結果不符的時候，這樣的實驗假設是不是就不正確呢？即使實驗結果和預期不符，同樣可以得出一定的實驗結論。同時也說明人們在認識客觀事物的道路上總是曲折上升的，并不是一帆風順的。

最后教師進行總結歸納：細胞核控制著生物的遺傳和代謝。

6 教學設計特色及反思

教師利用4份資料進行實驗分析，充分調動了學生的積極性。讓學生以實驗設計者的身份思考并提出問題，學生除了能給出教師預期的答案之外，還能說出許多合理的或具有一定合理性的答案。即使有不合理的地方，教師也能及時糾正和指出不足之處。教師利用這幾組實驗進行教學，讓學生體驗了生物科學探究歷程，學生參與度很高，理解也更加深刻。