基于翻轉教學的“細胞核

李麗娟 王唐棣

1教材分析

“細胞核——系統的控制中心”是人教版高中《必修1·分子與細胞》第三章第三節的內容，主要介紹了真核細胞中細胞核的結構和功能。細胞中的各部分結構各司其職且相互配合，有序地進行各種生命活動。細胞核由于染色體上的DNA攜帶遺傳信息控制細胞的代謝和遺傳，從而成為細胞的控制中心。學習該節內容有利于學生將前面所學知識貫穿起來，對細胞亞顯微結構和功能的認識更加全面，對細胞作為生命系統的理解更加深刻，同時為后面學習細胞分裂、分化、生物的遺傳變異、中心法則等知識奠定基礎。由于結構與功能觀貫穿整個生物學科教學中，是生物學中重要的生命觀念。但學生學習高中生物時間較短，只能舉例說出生物體結構與功能之間的關系，不能主動運用該觀念解釋一些生命現象。所以，本節的教學重難點為：確立結構與功能觀;嘗試運用“結構與功能”觀解釋相關生物學現象。

本節課采用了翻轉課堂的教學模式，進行知識傳遞和內化的教學結構的翻轉。學生在課前按照自己的節奏完成個性化學習，實現在課堂上起點基本相同從而進行步調一致的高層次認知目標的協同性學習。課堂上，教師引導學生通過比較、體驗、討論等活動答疑解惑，使學生明晰染色體的結構與功能，體會“結構與功能是相適應的”。學生通過資料分析，理解核孔復合體的結構及功能，明確“物質組成結構，結構決定功能”;接著，整體分析細胞核的結構和功能，認同細胞核“整體結構的功能大于局部結構的功能之和”;最終，確立“結構與功能觀”這一生命觀念，從而突出重點，突破難點。

2教學目標

闡明細胞核的結構和功能;嘗試運用結構與功能、觀解釋相關的生物學現象;認同細胞核是細胞生命系統的控制中心，確立結構與功能觀。

3教學過程

3.1課前自主學習，翻轉教學結構

課前，教師設計預學案，制作“細胞核功能”資料分析的相關微課。學生根據目標導學自學細胞核的結構和功能，觀看微課，填寫預學案，提出“質疑待學”。教師查看預學案，找到共性問題，課堂解決。

設計意圖：翻轉課堂教學模式可以提高課堂效率，提升學生自主學習能力。

3.2提問檢測引入，構建知識體系

教師展示圖片，指出：除哺乳動物成熟的紅細胞和高等植物成熟的篩管細胞等個別種類的細胞外，幾乎所有的真核細胞都具有細胞核。教師引導學生思考回答細胞核的結構和功能，引出新課。

設計意圖：教師引導學生回顧課前所學知識，檢測學生預習情況，為該節課學習做好知識準備。同時，教師板書呈現細胞核結構和功能，幫助學生構建該節知識體系，板圖呈現細胞核平面示意圖則加強學生圖像轉換能力。

3.3比較體驗討論，認識染色質（體）結構功能

3.3.1形象類比，明晰染色質（體）形態結構特點

教師首先引導學生明確染色體、DNA、遺傳信息的關系。染色體上由于含有DNA攜帶遺傳信息成為細胞核中最重要的結構。學生自主學習時所提出的疑問也主要集中于此。如，染色質和染色體在結構上有何區別？染色體在細胞分裂時以高度螺旋的形式存在有何意義？教師引導學生分組填寫表格（表1）比較染色體和染色質的物質組成、形態結構等并思考兩者關系，結合資料1討論使用熟悉的事物來形象類比染色體與染色質。

資料1：人體細胞中有46條染色體，每條染色體包含1條縱向貫穿的DNA分子。如果將人體1個體細胞中所有的DNA伸展開來，總長可達到2 m，直徑約為2nm。細胞核直徑僅為10um。1個DNA長鏈一般壓縮大約50倍組裝成1條染色質，繼續再壓縮200倍組裝成染色體。

教師引導學生明確染色質和染色體結構特點及相互轉化關系，組織評價各組學生所提出的類比模型，如水和冰、收縮和舒張的彈簧或毛根、松散狀態和纏繞成桿狀的毛線團等的優劣，明晰兩者結構特點。最后，教師展示科學家研究的染色質（體）的結構模型，使學生加深對染色質（體）形態結構特點的認識，為后續分析奠定基礎。

3.3.2活動體驗，思考染色質（體）不同存在狀態對細胞分裂不同時期的意義

學生在初中學過細胞分裂相關知識，能夠回憶在細胞分裂時遺傳信息需完成復制和平分才能使2個子細胞與原細胞細胞核內遺傳信息一致。繼而，教師引導學生通過活動體驗思考染色質（體）不同存在狀態對細胞分裂不同時期的意義。

①活動一：體驗遺傳信息復制。將某條線上不同段的顏色、順序、長短等信息原樣“抄寫”在另l條長度相同的線上，體驗被“抄寫”的毛線分別在松散和桿狀毛線團狀態下的抄寫情況。推測細胞分裂間期遺傳信息復制時，染色質/染色體的存在形式存，并說出理由。

②活動二：體驗遺傳信息平分。容器中放置2條相同毛線，體驗2條毛線都在松散狀態或都在桿狀毛線團狀態時，分別將毛線移到兩極的情況。注意操作過程中手不能伸出容器外。教師引導學生推測細胞分裂期遺傳信息平分時，染色質/染色體的存在形式，并說出理由。最后，教師出示顯微鏡下細胞分裂不同時期的真實照片，明確實際觀察結果與學生推測一致。

設計意圖：通過列表比較、形象類比、相互評價、出示模型層層深入探討染色體結構。對其功能分析則通過活動體驗，分析推測，并顯微照片明確染色質（體）不同的形態結構與其執行功能相適應。

3.4閱讀資料分析核孔結構及功能特點

教師出示含核孔的核膜電子顯微鏡照片，指出核膜上核孔的存在，使得它與其他生物膜不同，提問：閱讀資料2-4后能得到哪些啟示？

資料2：核孔復合體結構模型圖顯示核孔復合體主要由核被膜、中央栓和核質側的“核籃”組成（圖1①）。它是生物體內最復雜的蛋白質復合體之一，由30多種不同蛋白質，1000多個蛋白質分子共同構建。

資料3：依賴傳統技術科學家始終無法得到核孔復合體的準確構象。通過日益完善的冷凍電鏡技術，研究人員成功還原該復合體的精細結構，了解核孔的更多“秘密”。、核孔復合體圖像類似“甜甜圈”，其實它的直徑只有120nm。有趣的是，三位生物物理學家發明的冰凍電鏡技術由于在研究生物大分子方面所做出的卓越成就最終獲得了2017年諾貝爾化學獎。

資料4：核孔進行著細胞核質之間頻繁的物質運輸。研究人員發現，有些大分子蛋白質直徑較大，進入細胞核過程如圖1。①“貨運”蛋白質通過自身核定位序列（NLS）與其他胞質因子結合成三聚體，再與核孔復合體的胞質側蛋白結合。②通過該蛋白結構的彎曲把三聚體呈遞至核孔復合體中央栓蛋白，中央栓蛋白結構發生改變，最終將三聚體轉運至細胞核內，隨后三聚體解開。

學生自主分析后得出：當相應蛋白質結構改變時，核孔復合體結構發生改變從而完成相應的物質運輸，進一步體會“物質組成結構，結構決定功能”這一觀點。同時，學生從資料中可以體會科學的發展離不開技術的進步，通過2017年諾貝爾化學獎的資料意識到學科交叉已是大勢所趨，認同新高考背景下學好各科的重要性。

教師出示資料5，引導學生分析核孔復合體物質運輸的特點。

資料5：1個細胞大約有3000個核孔。細胞分裂復制染色體時，1個核孔1min要運進核內100個蛋白分子。細胞迅速生長時，1個核孔1min向細胞質運出3套核糖體前體單位。核孔可以將細胞核內合成的RNA運出細胞核，但是DNA不能運送出核。還有一些蛋白質一經運入核內就不能再離開細胞核。

通過分析，學生指出核孔復合體運輸物質具有雙向、及時、高效和選擇性的特點，認同細胞核與細胞質協調一致，是一個統一的整體。

設計意圖：教師利用拓展資料，提高學生獲取信息的能力，使學生加深對知識的理解并嘗試運用生命觀念解釋生物學現象。

3.5總結提升，整體分析細胞核結構和功能

教師提出問題：細胞核各個結構在實現“細胞代謝和細胞遺傳的控制中心”這一功能時發揮了怎樣的作用？學生理解由于染色體中的DNA上攜帶遺傳信息，因此細胞核成為遺傳信息庫繼而控制細胞代謝。在細胞分裂中，遺傳信息通過復制和平分過程使親子代細胞遺傳信息完全一致，保證了親子代細胞遺傳性狀的一致，從而控制細胞遺傳。核膜、核孔也分別為細胞核成為系統的控制中心提供了結構保證。

設計意圖：通過整體分析細胞核的結構和功能，學生不再孤立地看細胞核的各個結構，認同細胞核是一個統一的整體，認同整體結構的功能大于局部結構的功能之和。

3.6拓展延伸，學以致用

教師指出：對細胞核結構與功能的深入研究可以為人類自身服務，人們可以根據其結構的改變判斷其功能的變化。如細胞癌變后細胞核變大，核孔增多，核仁增大;當染色體數目或結構改變時會引起嚴重的疾病。教師啟發學生可利用結構和功能相適應的原理，通過及時的監測和早期干預或治療，使人類遠離疾病困擾。

4教學反思

本節課聚焦大概念教學，發展學生的生物學學科素養。教師要引導學生改變固有思想，明確生物學不是僅靠死記硬背，而是運用生物學觀點和理性思維來學習的科目，符合新課標的課程理念。另外，該節課運用大量的資料，緊跟時事熱點，提高學生獲取信息的能力，使學生感受生物學是不斷發展的學科，感受科學的發展離不開技術的進步，學科交叉也是大勢所趨。最后，該節課運用了翻轉課堂的教學模式，有利于提高學生自主學習的能力。