運用模型建構(gòu)進行“細胞核——系統(tǒng)的控制中心”一節(jié)的復習

嚴春果

【摘要】文章以“細胞核——系統(tǒng)的控制中心”復習教學為例，運用模型建構(gòu)的方法圍繞重要概念進行復習，通過創(chuàng)設問題、分析教材插圖、指導學生畫圖、梳理概念等方法，幫助學生深入理解和掌握重要概念，促進學生科學思維的發(fā)展，提高學生的生物學核心素養(yǎng)。

【關(guān)鍵詞】模型;建構(gòu);概念圖;體驗

一、課標要求

內(nèi)容要求：細胞是生物體結(jié)構(gòu)與生命活動的基本單位;細胞各部分結(jié)構(gòu)既分工又合作，共同執(zhí)行細胞的各項生命活動;闡明遺傳信息主要儲存在細胞核中;舉例說明細胞各部分結(jié)構(gòu)之間相互聯(lián)系，協(xié)調(diào)一致，共同執(zhí)行細胞的各項生命活動。

教學提示：嘗試制作真核細胞的結(jié)構(gòu)模型。

二、教學目標

目前教學對象（高二理科生）已完成必修內(nèi)容的學習，進入復習階段，依據(jù)上述課標要求與建議，本節(jié)課教學目標確定如下：

1.通過“傘藻嫁接和核移植實驗”的實驗分析，運用“建構(gòu)模型”的科學方法，結(jié)合經(jīng)典例題精析的形式，闡明細胞核的結(jié)構(gòu)和功能;

2.通過問題探討、拓展應用及繪制“細胞核結(jié)構(gòu)和功能概念圖”，認同細胞核是細胞生命系統(tǒng)的控制中心;

3.通過嘗試制作真核細胞的三維結(jié)構(gòu)模型，體驗建構(gòu)模型的方法和過程。

三、設計思路

以科學家韓默靈的“傘藻嫁接和核移植實驗”切入，為細胞核結(jié)構(gòu)的分析創(chuàng)設情境。通過問題串的方式理清傘藻嫁接和核移植實驗的邏輯關(guān)系，引入“傘藻的形態(tài)取決于細胞核”。借助細胞核的亞顯微結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)模型圖的回顧與介紹，聯(lián)系“結(jié)構(gòu)與功能相適應”的觀點，通過相應的“拓展應用”，讓學生進一步明確細胞核是遺傳信息庫，細胞核正是通過其中的遺傳信息來實現(xiàn)對細胞代謝和遺傳的控制。通過深入探索分析“傘藻嫁接和核移植實驗”及經(jīng)典例題精析，引導學生深刻理解細胞核和細胞質(zhì)之間相互聯(lián)系，協(xié)調(diào)一致，共同執(zhí)行細胞的生命活動，最終形成“細胞核是細胞生命系統(tǒng)的控制中心”“細胞是一個有機的整體”的概念。通過師生共建“細胞核的結(jié)構(gòu)和功能”的概念模型引入科學方法“模型建構(gòu)”的學習，學生通過課后制作真核細胞的三維結(jié)構(gòu)模型，進一步認識細胞各部分在結(jié)構(gòu)和功能上的密切聯(lián)系，嘗試從系統(tǒng)的視角認識自然和社會。

四、教學環(huán)境及資源準備

教學環(huán)境：多媒體教室。資源準備：課件、細胞三維結(jié)構(gòu)物理模型。

五、教學過程

課型：復習課。課時：1課時。

1.導入課題

教師活動：課件展示單細胞真核生物傘藻，引入科學家韓默靈的“傘藻嫁接和核移植實驗”。設置問題探討“1.傘藻的形態(tài)取決于細胞核還是細胞質(zhì)？”和“2.為什么傘藻的形態(tài)取決于細胞核？”

學生活動：觀察、思考與回答“問題探討1、2”設置的問題。

設計意圖：理清傘藻實驗的邏輯性，再次激發(fā)學生對細胞核結(jié)構(gòu)與功能探究的興趣。

2.細胞核的結(jié)構(gòu)

（1）教師活動：（建構(gòu)“細胞核的結(jié)構(gòu)與功能”的概念模型（板書））圖示電鏡下的細胞核，引導學生回顧細胞核的結(jié)構(gòu)組成，引出“傘藻的形態(tài)與細胞核中的染色質(zhì)密切相關(guān)”。染色質(zhì)是由DNA和蛋白質(zhì)等緊密結(jié)合形成。DNA是傘藻的遺傳物質(zhì)，攜帶著傘藻全套的遺傳信息，因此細胞核是遺傳信息庫。染色質(zhì)高度螺旋化，縮短變粗可成為光學顯微鏡下清晰可見的染色體。

學生活動：觀察、思考與回答問題。

設計意圖：讓學生在課堂中開始體會建構(gòu)模型的意義。

（2）教師活動：設置“拓展應用1：染色質(zhì)和染色體是同一種物質(zhì)在細胞不同時期的兩種存在狀態(tài)。這兩種不同的狀態(tài)對于細胞的生命活動有什么意義？”設置【思維拓展】染色質(zhì)蛋白與染色體蛋白完全相同嗎？引導學生課下進一步探究。

學生活動：染色質(zhì)高度螺旋化形成的染色體，與一堆形態(tài)上散亂的染色質(zhì)相比，有利于在細胞分裂過程中移動并平均分配到子細胞，保證親子代細胞在遺傳性狀上的一致性。細胞分裂結(jié)束后，染色體解螺旋形成細絲狀的染色質(zhì)，有利于遺傳信息的表達，即有利于DNA完成復制、轉(zhuǎn)錄等生命活動。

設計意圖：問題驅(qū)動，激發(fā)學生的求知欲。聯(lián)系前后學習的相關(guān)知識，讓學生形成知識網(wǎng)絡的同時，體會“結(jié)構(gòu)與功能相適應”的觀點。

（3）教師活動：那么細胞質(zhì)中的核糖體是在哪里形成的呢？核仁是怎樣形成核糖體的呢？

核仁一方面負責rRNA的合成。另一方面，細胞核發(fā)出指令分子（即DNA轉(zhuǎn)錄形成mRNA）經(jīng)核孔進入細胞質(zhì)，指令分子指導合成的核糖體蛋白再經(jīng)核孔進入細胞核，在核仁處與rRNA一起組裝成核糖體的兩個亞單位，隨后兩個亞單位經(jīng)由核孔運出至細胞質(zhì)，在蛋白質(zhì)合成時發(fā)揮作用。圖示生物2教材中核糖體的示意圖，簡介核糖體的亞單位。

學生活動：蛋白質(zhì)由細胞質(zhì)中的核糖體合成，經(jīng)核膜上的核孔進入細胞核;細胞核中的核仁。

設計意圖：通過問題串，為設置“拓展應用2”創(chuàng)設情境。

（4）教師活動：設置“拓展應用2：核孔實現(xiàn)核質(zhì)間頻繁的物質(zhì)交換和信息交流。你能說出具體有哪些物質(zhì)嗎？”

學生活動：觀察、思考，進而解除疑惑，獲取新知;思考、分析，進而嘗試回答。

設計意圖：聯(lián)系前后學習的相關(guān)知識，讓學生自主形成知識網(wǎng)絡。

（5）教師活動：【歸納總結(jié)】真核細胞的細胞核被核膜包裹著，從而將細胞質(zhì)和細胞核分開，這有利于實現(xiàn)核質(zhì)之間的分工，讓細胞質(zhì)專注于細胞代謝，細胞核則主要作為控制中心存在。細胞核發(fā)出指令控制細胞質(zhì)中的代謝過程，同樣細胞代謝的結(jié)果也需要及時反饋給細胞核，因此核質(zhì)之間要頻繁地進行物質(zhì)交換和信息交流，這是通過核孔來實現(xiàn)的。

學生活動：進一步形成“細胞核的結(jié)構(gòu)與功能相適應”的觀點。

設計意圖：讓學生理解“細胞核和細胞質(zhì)之間相互聯(lián)系、協(xié)調(diào)一致，共同執(zhí)行細胞的生命活動”，進而引入“細胞核的功能”的概念概括。

3.細胞核的功能

（1）教師活動：上節(jié)課復習的“位于細胞質(zhì)中各種細胞器的分工合作”的控制指令，主要是通過核孔從細胞核送到細胞質(zhì)，由細胞質(zhì)完成細胞代謝，進而決定遺傳性狀。至此，我們就清楚了為什么傘藻的形態(tài)取決于細胞核。因為細胞核是遺傳信息庫，是細胞代謝和遺傳的控制中心。（完成建構(gòu)“細胞核的結(jié)構(gòu)與功能”的概念模型（板書））

學生活動：自主形成“細胞核的功能”概念。

設計意圖：師生共同完成“細胞核的結(jié)構(gòu)與功能”概念模型的建構(gòu)。

（2）教師活動：設置問題探討“3.實驗中傘藻最初長出的是菊花形帽嗎？”（圖示傘藻嫁接實驗）傘藻嫁接實驗中，最初長出的帽是混合型（介于傘形和菊花形之間）。實驗時需要將最初長出的帽去除，然后才能得到和我們前述一樣的結(jié)果。這又是為什么呢？傘藻核移植實驗的實際結(jié)果也是如此（圖示傘藻核移植實驗）。

學生活動：分析、思考，進而嘗試回答，傘藻帽的形態(tài)雖然受細胞核控制，但是假根細胞質(zhì)中原來已經(jīng)轉(zhuǎn)錄的mRNA會繼續(xù)發(fā)揮作用，直到原來的mRNA被降解，細胞核才能獲得完整的控制權(quán)。

設計意圖：進一步實驗驗證“細胞核是細胞代謝和遺傳的控制中心”，讓學生深刻理解“細胞核和細胞質(zhì)之間相互聯(lián)系、協(xié)調(diào)一致，共同執(zhí)行細胞的生命活動”。

4.建構(gòu)模型

教師活動：通過黑板上概念圖，我們對細胞核結(jié)構(gòu)和功能一目了然。這種科學的學習方法叫做建構(gòu)模型。這種概念圖被稱為概念模型。真核細胞的基本結(jié)構(gòu)也可以形成這樣的概念圖（圖示）。我們利用放射性同位素標記的方法概括性描述分泌蛋白合成、運輸和分泌的過程時，可以用這樣一幅曲線圖（圖示），即數(shù)學模型。這是同學們高一新課階段繪制的細胞核及動植物細胞的模式圖（圖示），能幫助我們學習與直觀理解細胞的基本結(jié)構(gòu)。它們屬于物理模型。這是前幾屆學生制作的細胞三維結(jié)構(gòu)物理模型。這三幅是利用實物，如橡皮泥、黏土甚至水果制成的，這一幅是利用實驗室中3D打印機打印出來的細胞三維結(jié)構(gòu)模型。

學生活動：觀察、分析與總結(jié)。

設計意圖：了解三種建構(gòu)模型的科學方法，欣賞優(yōu)秀細胞結(jié)構(gòu)的物理模型，讓學生認同生物學知識的學習離不開模型建構(gòu)方法的幫助，激發(fā)學生動手制作細胞三維模型的興趣。

六、作業(yè)布置

【思維拓展】染色質(zhì)蛋白與染色體蛋白完全相同嗎？

【實踐探究】嘗試制作真核細胞的三維結(jié)構(gòu)模型。充分發(fā)揮自己的創(chuàng)造性，自選材料課下獨立完成;或者利用計算機制作三維動畫模型。

班級課外活動課展示，講解建構(gòu)模型的原理和方法;在設計并制作細胞模型時，科學性應該是第一位的。

【參考文獻】

劉麗，張艷蘋，李鋒，等.發(fā)育生物學課程建設與教學改革實踐[J].教育現(xiàn)代化，2018（09）：54-55，58.