基于生物學科核心素養的教學設計——以“細胞核的功能”為例

張 牧

（華中師范大學第一附屬中學 湖北武漢 430223）

1 教材分析

“細胞核的結構和功能”是2019年版人教版高中生物學《必修1·分子與細胞》第三章第三節。本節內容預計兩節課完成，根據學生的認知水平“結構決定功能”，“細胞核的功能”為第二課時的內容。在前面一課時，學生已經學習了細胞核的結構。本節課“細胞核的功能”將通過實驗探究的方式探究細胞核的功能。

2 教學重難點

重點：細胞核的功能。

難點：實驗探究和分析能力。

3 教學設計思路

圖1是“細胞核的功能”的教學設計思路。

圖1 “細胞核的功能”教學設計流程圖

4 學科核心素養培養

4.1 創設教學情境，培養社會責任

教師播放“2017年我國成功培養出世界首例體細胞克隆猴中中和華華”視頻，引出話題，提出問題：你知道克隆猴的誕生過程嗎？克隆猴誕生示意圖（圖2）中涉及到幾只猴媽媽？中中和華華和哪只猴媽媽最像？克隆猴對于人類疾病的治療有何重要意義？牛、鼠、貓、狗等多種哺乳動物的體細胞克隆已成功，為什么靈長類動物的猴直到今天才克隆成功呢？……學生因疑生趣，激發了學習本節內容的愿望。視頻展示了體細胞克隆猴的成功將推動中國率先發展出基于非人靈長類疾病動物模型的全新醫藥研發產業鏈，加速針對阿爾茨海默病、自閉癥等腦疾病的新藥研發進程，旨在培養學生強烈的民族自豪感和責任感，形成關心社會生活的意識。

圖2 “克隆猴”誕生過程示意圖

4.2 設計學生活動，落實科學探究

4.2.1 探究細胞核功能——細胞核控制著細胞的遺傳學生結合克隆猴的實驗，利用教師所提供的材料（圖3），設計實驗探究細胞核的功能：實驗①探究美西螈的膚色是由細胞核還是細胞質控制的；實驗②探究傘藻的帽形是由細胞核，還是由細胞質控制的。

圖3 實驗材料示意圖

學習小組展示實驗①的方案：

1小組：黑色美西螈胚胎細胞的細胞核植入到白色美西螈去核的卵細胞中。

2小組：黑色美西螈胚胎細胞的細胞核植入到白色美西螈去核的卵細胞中；同時，將白色美西螈胚胎細胞的細胞核植入到黑色美西螈去核的卵細胞中。

3小組：黑色美西螈卵細胞的細胞核植入到白色美西螈去核的胚胎細胞中；同時，將白色美西螈卵細胞的細胞核植入到黑色美西螈去核的胚胎細胞中。

教師拋出問題，進行點評：從實驗設計遵循的原則的角度，第1小組的方案完善嗎？第2小組和第3小組的方案，哪組的更好？學生很快得出：第1小組的方案不完善，因為實驗設計要遵循對照原則；第2小組的方案更好，實驗設計還要遵循科學性原則，將核注入去核的卵細胞更加科學，因為卵細胞能激發細胞的全能性。

學習小組展示實驗②的方案：

4小組：將兩種傘藻的傘帽依次去除，接著將兩者的柄切下來，交換嫁接到對方的假根上。

5小組：將兩種傘藻的傘帽依次去除，剩下的部分交換細胞核。

教師拋出問題，開展點評：從實驗設計遵循的原則的角度，第4小組和第5小組的方案哪組的更好？學生不難分析出：5小組方案更好，4小組實驗不能說明傘帽的形狀由細胞核控制，假根細胞核周圍的部分細胞質可能會影響傘帽的形狀。實驗設計不僅要遵循對照原則和科學性原則，還應遵循單一變量原則，傘藻嫁接實驗除了細胞核這一變量外還有其他變量，違背了單一變量原則。

教師引導學生小結：子代和親代性狀（膚色、帽形）相似的現象叫遺傳。這兩個實驗共同直接說明了細胞核控制著細胞的遺傳。

4.2.2 探究細胞核功能——細胞核控制著細胞的代謝

學生開展“你問我答”的活動。通過一系列問題串抽絲剝繭，層層深入。

①用蠑螈的受精卵來進一步分析，用頭發將受精卵勒成兩半，會出現什么不同的結果？此結果說明什么問題？

②怎樣進一步設計實驗證明這個問題？

③整個實驗最突出的實驗設計原則是什么？

④變形蟲的再生能力很強，可以對它進行切割實驗。類比蠑螈受精卵橫縊實驗，如果用變形蟲探究細胞核的功能，你會如何設計實驗？

⑤總結蠑螈受精卵橫縊實驗和變形蟲的去核及核移植實驗的共同之處、巧妙之處。

師生小結：生命活動的實質是細胞內進行的許許多多的化學反應，這些化學反應統稱為細胞代謝。這兩個實驗共同直接說明了細胞核能控制細胞的代謝。

關于“細胞核的功能”的學習，教材上呈現的是4則資料，傳統的處理方法是通過資料分析得出答案。課堂的教學效果很大程度取決于學生是積極主動探究知識，還是被動接受知識。故筆者將實驗分析改為實驗探究，充分發揮學生的主觀能動性。前兩個實驗以卡紙的剪切和拼接的形式，模擬核移植實驗，增加了實驗設計的趣味性。后兩個實驗通過一系列問題串，層層深入剖析，逐步滲透實驗設計的對照原則和單一變量原則。

4.3 歸納小結實驗方法，突出科學思維

在學生理解教材4個實驗的基礎上，教師進一步加深難度，挖掘實驗方法的共通之處，進行歸納總結，并將歸納總結的方法遷移到其他知識點上，充分培養學生的科學思維推理能力和知識的遷移能力。

學生以小組為單位，完成以下任務。

任務一：在美西螈和傘藻的核移植實驗中，找出2個實驗在方法上的相同點，歸納總結出實驗方法證明細胞核控制著細胞的遺傳（以A、B兩種生物為例）。

任務二：現以一種單細胞生物為材料，總結出蠑螈受精卵橫縊實驗和變形蟲核移植在實驗方法上的共同點并設計實驗證明細胞核控制細胞的代謝。

教師點評任務一：A和B的細胞核進行互換，如圖4所示。

圖4 實驗方案示意圖

教師點評任務二：方案如圖5所示，這一方法在高中階段應用廣泛，如之前學過探究某種無機鹽是否是植物必需的以及后面要學習到的探究某種激素的作用都屬于這一類方法。

圖5 實驗方案示意圖

4.4 整體大于局部，增強生命觀念

4.4.1 完善細胞核的功能

教師引導學生分析結構與功能的生命觀，從而完善細胞核的功能：結構決定功能，DNA上儲存著遺傳信息，而DNA主要在細胞核里，故細胞核是儲存遺傳信息的“倉庫”。對細胞核功能較為全面的闡述應是細胞核是遺傳信息庫，是細胞代謝和遺傳的控制中心。

4.4.2 細胞核和細胞質的關系

教師展示紅細胞和精子的圖片，并解釋：哺乳動物成熟的紅細胞只能存活約120 d；精子頭部只有細胞核，無細胞質，壽命短。并由這兩個典型案例，引出問題：為何單獨的核和質都不能生存？細胞核和細胞質的關系是？教師引導學生總結：細胞核質相互依存，不可分割——細胞只有保持完整性，才能完成各項生命活動；升華整體大于局部之和的生命觀——細胞是一個有機的統一整體。

5 教學反思

本節課的教學設計將課本上的資料分析改為實驗探究，以實驗探究為主線得出細胞核的功能，并在實驗探究和分析的過程中慢慢滲透實驗設計的基本原則和核心素養。實驗設計可能對高一的學生有難度，需要提前預習。