“細胞核
——系統的控制中心”一節從事實、概念到生命觀念的達成

張洪軍 (山東省青島市教育科學研究院 青島 266000)

生命觀念是學生通過具體的事實建構概念、提煉觀點的過程，具有跨概念性和上位性，是眾多概念的歸納、總結和提煉。高中生物學教學需要落實的生命觀念包括系統觀、進化觀和生態觀三大觀念群，每個觀念群包括若干具體的生命觀念[1]。系統觀即生命是“活”的系統，是統領結構與功能觀、物質與能量觀等觀念。結構與功能觀是基本的生命觀念，生命系統的各個層次都具有一定的結構，對應相應的功能。對生命體來說，結構與功能是不可分割的，結構是功能的基礎，功能的實現依賴于特定的結構[2]。下面以“細胞核——系統的控制中心”一節為例，例談課堂教學如何達成“結構與功能相適應”這一生命觀念，以及與事實、概念和生命觀念之間的邏輯關系。

1 課標、教材和學情的目標制定

1.1 課標解讀 課標內容要求是“闡明遺傳信息主要儲存在細胞核中”“闡明細胞內多個相對獨立的結構擔負著生命活動”，其中知識性目標動詞“闡明”為理解水平，具體內容要求是“遺傳信息主要儲存在細胞核中”“細胞核的生命活動體現在對代謝和遺傳的控制”[1]。通過相關的實驗分析得出細胞核是遺傳和代謝的控制中心，通過細胞核結構的學習，能說出其中的染色體的DNA中攜帶遺傳信息，來說明遺傳信息存在于細胞核中。根據學生已有的知識線粒體和葉綠體中都存在DNA，來進一步解釋遺傳信息主要儲存在細胞核中，進一步來理解細胞核是細胞的控制中心。

“闡明遺傳信息主要儲存在細胞核中”和“闡明細胞內多個相對獨立的結構擔負著生命活動”屬于大概念“細胞是生物體結構與生命活動的基本單位”中的重要概念“細胞各部分結構既分工又合作，共同執行細胞的各項生命活動”中的次要概念。由于在這個概念中，細胞核一節是最后完成的。因此，可以通過模型構建分析各部分結構的作用來完成重要概念的理解，通過核質相互依存的相關實驗來理解大概念，從而更好地達成課標要求。

1.2 教材分析 “細胞核——系統的控制中心”是人教版生物學教材《分子與細胞》第3章第3節的內容。包括細胞核的結構、細胞核的功能以及嘗試制作真核細胞的三維結構模型等內容。本節知識是學生在學習了真核細胞和原核細胞的異同點、組成細胞的分子、細胞膜、細胞壁和細胞器等知識的基礎上來進行的，使學生認同細胞核是細胞生命系統的控制中心，并理解細胞作為一個生命系統，只有各組分之間分工合作成為一個整體，生命活動才能高度有序地進行。

1.3 學情分析 學生在初中已經觀察過動植物細胞，通過多利羊的實例，知道細胞核是遺傳信息庫，遺傳信息的載體是DNA以及染色體的組成是DNA和蛋白質等知識。

學生在高中生物學教材(必修1)第2章第3節“遺傳信息的攜帶者——核酸”中學習了真核細胞的DNA主要分布在細胞核中，線粒體和葉綠體內也含少量的DNA。為學生更好地理解課標“遺傳信息主要儲存在細胞核中”提供部分依據。在必修1第3章第1節“細胞膜——系統的邊界”中學習哺乳動物成熟紅細胞為了給攜帶氧的血紅蛋白騰出空間，其核逐漸退化，并從細胞中排出，只能存活120天左右。為學生更好地理解細胞核與細胞質的關系是相互依存、不可分割觀點提供了具體的事實例子。

1.4 目標達成 基于課標、教材和學情，圍繞培養學生學科核心素養的要求，制定教學目標如下：

(1) 通過具體的實驗事實解釋細胞核的功能，通過細胞核的模型說出各部分結構，從而形成細胞核的結構與功能觀。(生命觀念、科學思維)

(2) 通過分工制作真核細胞的三維結構模型，說出細胞各部分結構的功能，認同細胞的整體功能大于細胞內部各部分結構的功能。(生命觀念、科學思維)

(3) 通過精子和哺乳動物成熟的紅細胞的實例，說明核質相互依存，認同細胞結構與功能是統一和相適應的，是進化的必然結果。(生命觀念、科學思維)

2 目標達成的課堂教學

該部分知識的生命觀念側重結構與功能觀，可從三個方面理解： ①細胞核的結構決定功能；②細胞的整體功能大于細胞內部各部分結構的功能之和；③細胞結構與功能是統一和相適應的，是進化的必然結果。學生在認識生物學事實的基礎上，從個別現象概括出一般性概念，在原有知識概念的基礎上建構一個具有內在關聯穩定的網絡知識結構(圖1)。從而實現知識的遷移、概念的整合，提煉出相應的生命觀念。

圖1 具有內在關聯穩定的網絡知識結構圖

2.1 由具體事實達成次位概念 從相關的生物學事實知識入手，在認識生物學事實的基礎上，對相關生物學現象進行歸納概括，得出次位概念，使零散的知識結構化，形成知識結構體系。得出了次位概念，才能為下一步的重要概念、大概念以及生命觀念的建構奠定堅實的基礎。

例如，通過美西螈核移植實驗，學生可得出皮膚的顏色是由細胞核控制的結論；通過傘藻嫁接、核移植實驗，學生可得出生物體形態結構的建成主要與細胞核有關的結論。綜合上述兩個實驗，學生可以總結出細胞核控制著細胞的遺傳。通過蠑螈受精卵橫縊實驗，學生可得出細胞的分裂和分化受細胞核控制的結論；通過變形蟲的切割、核移植實驗，學生可得出細胞的生命活動是由細胞核控制的。學生還可總結出細胞核控制著細胞的代謝，細胞核控制細胞的遺傳和代謝的功能與細胞核的結構之間有著怎樣的關系呢？

學生通過了解細胞核的結構，知道其內有DNA分子，DNA上貯存著遺傳信息。細胞分裂時，DNA攜帶遺傳信息從親代細胞傳遞給子代細胞，確保了親子代細胞遺傳性狀的一致性。因此，細胞核具有控制細胞遺傳的功能。細胞依據遺傳信息進行物質合成、能量轉換和信息交流，完成生長、發育、衰老和凋亡。因此，細胞核具有控制細胞代謝的功能。

通過以上具體事實，學生總結出細胞核的功能，這樣的功能必定與一定的結構相適應，通過分析細胞核的結構，找到與其功能相適應的原因，由具體事實歸納概括構建次位概念，達成細胞核結構與其功能相適應的觀點。

2.2 用建模方法達成重要概念 模型能直接形象地凸顯原型的本質特征和一般規律，通過建立模型，引導學生達成生物學重要概念，是一個主動建構知識的過程，提高教學效果。細胞的結構與功能觀也體現了系統論的核心思想“整體大于部分之和”。

例如，通過制作真核細胞三維結構模型，在初步了解模型及模型應用的基礎上，回顧本單元所學的知識，更好地構建完整的知識體系。分析細胞中各結構的作用來理解“細胞各部分結構既分工又合作，共同執行細胞的各項生命活動”這個重要概念。細胞中的各個結構不是簡單疊加和堆砌，而是通過組分間結構和功能的有機組合形成一個統一的整體。如分泌蛋白的合成和分泌與核糖體、線粒體、內質網和高爾基體等結構的分工合作是分不開的，而這些精確而有序的活動就是在細胞核的控制下完成的。

在理解細胞的結構與功能觀時，既要分析局部的又要綜合整體的，才能理解細胞整體結構功能大于局部結構功能，這樣才能更好地從局部與整體的角度來看待細胞中的各種生命現象。

2.3 重要概念整合達成大概念 建構主義學習理論認為，學習是引導學生從原有經驗出發，建構起新的經驗。把學生原有的知識經驗作為新知識的生長點，引導學生主動建構新的知識經驗。

例如，哺乳動物成熟紅細胞的壽命只有120天左右，精子的壽命只有2～3天，原因是前者沒有細胞核，后者只有少量的細胞質，從而理解核質是相互依存，不可分割的。在比較細胞的統一性和差異性的基礎上進一步理解細胞既是生物體結構的基本單位，也是生物體代謝和遺傳的基本單位[3]；細胞結構與功能是統一和相適應的，是生物在長期的進化過程中適應生活環境的一種體現。

2.4 整合交融后達成生命觀念 生物學概念是生命觀念建構的基礎，生命觀念是生物學概念的升華，同時生命觀念為分析解決生物學問題提供思想方法。

例如，細胞核中的遺傳信息能控制細胞的代謝和遺傳，細胞核的結構體現了相應的功能。細胞核的結構是由DNA、蛋白質、RNA、脂質和水等物質組成，是細胞核結構的基礎，也就是說結構與功能觀的基礎是物質與能量觀。細胞核只有同細胞膜、細胞器共同合作才能完成各項生命活動，體現了細胞整體結構的功能大于各部分結構的功能，充分理解局部與整體觀。生物只有適應環境才能生存，同樣細胞也是在長期進化的過程中對環境的一種適應。細胞的結構以及這些結構所表現出來的功能，都是有利于生物的生存，細胞的結構和功能的統一性是生物適應環境的具體表現，是進化的必然結果。

生命觀念的形成依賴于從眾多概念之間找關聯并加以提煉。教學過程中先要基于事實、現象建構概念，然后在這一基礎上繼續提升，在建立概念的同時，將生命觀念的領悟滲透其中，并適時予以總結提煉和外顯化。