“細胞核的結構”微課教學設計*

陳玉潔 曹玲亮 趙 胡 肖椏焜

（1 阜陽市第三中學 安徽阜陽 236800 2 阜陽師范大學生物與食品工程學院 安徽阜陽 236037）

《普通高中生物學課程標準（2017年版）》中“概念1：細胞是生物體結構和生命活動的基本單位”下的一個次位概念是“1.2 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”，該次位概念下的一個具體概念是“1.2.3 闡明遺傳信息主要儲存在細胞核中”［1］。此概念是人教版高中《生物1：分子與細胞》第3 章“細胞的基本結構”的重要內容。本章主要講述了有關細胞結構的一些基本知識，用系統的視角，由外而內從細胞膜、細胞器、細胞核3 個層面描述細胞的基本結構［2］。其中第3 節“細胞核——系統的控制中心”是本章的教學難點，也是學習第6 章第1 節“細胞的增殖”和《生物2：遺傳與變異》相關知識的理論基礎。本節內容包括“細胞核的功能”“細胞核的結構”和“嘗試制作真核細胞的三維結構模型”3 個部分，其知識框架圖如圖1，由于此部分內容較抽象，用傳統的講授式的教學，學生不易理解。

圖1 細胞核知識框架圖

本節內容的授課對象是高一學生。通過初中生物學內容的學習，學生對細胞的細胞膜、細胞質和細胞核的位置、結構和功能已有初步了解，初步掌握使用顯微鏡的方法，為學習本節內容做好了鋪墊；通過對人教版高中《生物1：分子與細胞》第2章“組成細胞的分子”的學習，對組成細胞的分子種類、元素組成、結構及其重要作用有較全面的理解。

1 教學目標

生命觀念：借助細胞核立體結構模式圖和視頻等直觀教具，認識到細胞核作為細胞基本生命系統一部分具有嚴整有序精細的結構,形成了生命的系統觀和整體觀；通過對細胞核完成功能的物質基礎和結構基礎的分析，認同細胞核結構和功能相適應的觀點。

理性思維：通過觀看染色體的4 級結構形成的動畫視頻，理解DNA 和蛋白質形成染色體的過程，理解染色質和染色體之間的關系，學會比較、分析等科學思維方法；根據提供的圖片和視頻，主動構建細胞核是遺傳信息庫的概念圖解，構建細胞核的結構和功能聯系的知識網絡圖等，培養處理信息、歸納和綜合能力；通過構建細胞核的物理模型，掌握模型構建的方法。

科學探究：根據提供的教學素材，實施科學探究。在探究的過程中，學生增強了對自然現象的好奇心和求知欲，掌握科學探究的基本思路和方法。該活動培養了學生探究問題和批判思維能力，提升了學生的生物學學科素養。

社會責任：通過回顧導入視頻，了解利用干細胞可培養人造器官，人造器官可造福人類，增強學生關愛生命、關注健康的社會責任感［3］。

2 教學重、難點

1）重點：闡明細胞核的結構、功能，以及結構和功能相適應的關系。

2）難點：領悟細胞核是遺傳信息庫，是細胞代謝和遺傳的控制中心。

3 教學方法

綜合運用實驗觀察法、啟發法、演示法、講授法、構建概念圖法和建模法等教學方法，突出重點，突破難點。根據教學設計，教師提前錄制微課視頻,并上傳至網絡資源平臺，實現用iPad、手機等客戶端在課前預習、課上學習或課后復習等多個環節根據需要使用，實現在中學教學中基于學生個性化和能力的混合式學習。

4 教學過程

4.1 導課 學生觀看紀錄片《超級細胞》片段，知道干細胞就是能分化出多種組織、器官的超級細胞。教師介紹干細胞不僅具有細胞膜、細胞質，還要具有細胞核——點題，然后解讀學習目標，并強調生物學核心素養中的關鍵點和重、難點。

4.2 實驗 課前組織學生用顯微鏡觀察不同細胞的細胞核的數量、位置、形態和大小，并拍照。課上展示部分學生實驗過程中觀察到的細胞核照片和教師準備的有不同數量、不同位置、不同形態、不同大小細胞核的典型細胞模式圖。學生通過觀察圖片，總結細胞核的數量、位置、形態和大小等特點。

4.3 探究

探究1：核膜、核仁和染色體的結構和功能。

學生通過觀看細胞核的立體結構模型視頻、細胞核的立體結構模式圖、細胞核膜與內質網膜相連的結構圖和核孔復合蛋白的結構圖等素材，知道細胞核內有染色質、核仁，核的邊界是核膜，膜上有核孔，理解核膜、核仁和染色體的功能。學生繪制核膜、核仁和染色體的結構和功能的知識框架圖，梳理細胞核各部分之間的關系。然后教師提供梳理好的知識框架圖供學生參考（圖1中的結構部分）。

探究2：DNA、染色質和染色體的關系。

教師展示染色質和染色體關系的空白表格，讓學生帶著問題閱讀必修1 教材第54 頁的相關內容，觀看染色體4 級結構的動畫，填寫表格。教師重點強調染色質和染色體是同種物質在不同時期的2 種存在狀態，最后展示表1供學生參考。

表1 染色質和染色體的關系表格

探究3：為什么說細胞核是遺傳信息庫？

先向學生提供幾個概念：細胞核、染色體、DNA、遺傳信息，引導學生找出這些概念之間的關系并構建概念圖，進而理解細胞核是遺傳信息庫。教師展示圖2幫助學生梳理。

圖2 細胞核、染色體、DNA 和遺傳信息的關系圖

探究4：細胞核是怎樣控制遺傳的？

以植物細胞的有絲分裂過程為例，學生觀看植物細胞有絲分裂的動畫，大致了解親代細胞通過細胞分裂將間期復制的DNA 遺傳給2 個子細胞，從而實現細胞核控制遺傳的功能。

探究5：細胞核是怎樣控制代謝的？

以DNA 指導蛋白質的合成為例，教師先讓學生觀看轉錄和翻譯的動畫視頻，再聯系DNA 和蛋白質的多樣性，講解正是因為DNA 上的遺傳信息不同，控制合成不同的蛋白質，從而實現細胞核控制代謝的功能。

然后，回看《超級細胞》視頻，讓學生知道利用干細胞能培養人造器官的原因，教育學生努力學習，造福人類。

4.4 總結提升 組織學生構建本微課的知識框架圖，總結細胞核的結構和功能及二者的關系。教師展示圖1供學生參考。通過此知識框架圖讓學生理解細胞核的結構決定功能及功能與結構相適應 的 觀 點［4］。

最后引導學生構建細胞膜、細胞質和細胞核的關系圖，理解細胞的“整體性”。教師展示圖3供學生參考。通過構建該圖，幫助學生理解細胞作為基本的生命系統，其結構復雜而精巧，正是由于細胞膜、細胞質和細胞核巧妙分工、協調配合，才能使生命活動在變化的環境中自我調控、高效有序地進行，引導學生形成生命的系統觀［5］。

圖3 細胞膜、細胞質和細胞核之間的關系圖

4.5 課后制作評比 學生參考教材第54～55 頁，嘗試制作真核細胞細胞核的三維結構模型，也可由小組合作完成。為了激勵學生，最后評出一、二、三等獎。學生通過構建細胞核的物理模型，掌握模型構建的一般方法，培養動手操作能力。

5 教學反思

細胞核的結構復雜而精巧，特別是DNA 和蛋白質如何組裝成染色質，染色質又是怎么變成染色體的，內容非常抽象，學生難以理解。在傳統的教學中，為幫助學生理解，常采用讓學生角色扮演或繞繩子、纏鐵絲的方法，但往往因為不夠科學，學生容易對染色體的結構產生錯誤的認識。筆者采用多媒體視頻，將復雜抽象的內容直觀化，學生不但能理解染色體的結構，而且能體會到生命體的巧妙之處，自然而然地形成生命的系統觀。

細胞核控制代謝和遺傳，是由于細胞核內有遺傳信息。學生要找出細胞核結構和功能之間的關系，特別是功能的物質基礎，并不容易，但是很多教師在教學中常忽視這部分內容。筆者采用化整為零的辦法，設計了3 個探究性問題，分別采用梳理概念圖法、實例法幫助學生理解，其中細胞分裂和基因表達的詳細過程，學生在此不需要完全弄清楚，后面的章節還會繼續學到，本節課僅以此為例說明細胞核控制代謝和遺傳的功能。這樣，學生不但輕松理解了細胞核結構和功能的關系，而且鍛煉了理性思維，增強了科學探究能力。

“細胞核的結構”是第3 章“細胞的基本結構”的第3 節的最后一部分內容，因此，本節教學設計的最后既要梳理該內容在第3 節中的地位，又要找出其在第3 章中的地位，即既要總結細胞核的結構與功能之間的關系，也要總結細胞核、細胞質和細胞膜之間的關系，使學生形成生命的系統觀、整體觀和結構與功能相適應的觀點。

本微課以紀錄片《超級細胞》人造喉管的替換導入，不僅增加了趣味性，而且其內容和細胞核的結構和功能密切相關。學生在學完這部分內容之后，自然而然地想到生物學知識和技術能解決生活中的問題，由此增強了社會責任感。