高 婷 （嘉兴外国语学校 浙江嘉兴 314001）

在高中阶段“细胞核的结构和功能”教学中，从微观到宏观所涉及的结构具有名称多、不可见、关系复杂等特点。同时学生又缺乏必要的知识储备，对结构和功能之间的关系存在一定的认知障碍，很难形成相关的概念体系。即使利用便捷的超轻粘土制作细胞核的模型，也只是突破了个别微观结构的感性认识［1］，在科学性方面还不具有很强的操作性。笔者通过对相关结构的研究和教学实践的不断改善，通过小组合作的模式，边学习相关资料，边选择材料，逐步组装模型，让学生进一步地理解各结构和功能之间的关系，使概念可视化、简单化，并借助概念思维导图的绘制，提升对细胞核结构与功能之间关系的认知。“细胞核模型制作”的教学路径如图1所示。

图1 “细胞核模型制作”教学路径图

1 构建物理模型，使概念由抽象到具体

建构主义学习理论认为，学习是学生在一定的情境中，在他人的帮助下，利用必要的学习材料，根据已有的经验基础构建新的知识体系的过程。这不只是简单地输入信息，而是加工、分析、选择、重组甚至改造已有的知识经验，最终形成新的观点。构建模型可有效地逐步过渡抽象的经验，再归纳为概念，同时可培养学生的思维能力、想象能力、创新能力和动手能力，有效地提升学生的生物学学科素养。

1.1 材料选择过程 在材料的选择上，需要尽量能体现结构的本质或更接近真实。参考各种真实细胞核图片和模式图，提取共性结构；教师与每个小组的组长一起学习科学家探究的相关资料，并探讨材料的选择。学生会有很多奇思妙想，会有一些教师无法想到的新型材料。在选择细胞核膜材料时，学生提出可用“3D”打印技术实现，但在如何实现双层膜的问题上，由于技术的限制，还没有办法更加接近真实，这也让学生体会到技术对科学研究的作用。在选择核基质材料时，学生产生了2 种不同的意见，经讨论发现棉花和水晶泥各有优势，故让学生制作时自行决定，最终材料如表1所示（每组所需材料的量）。

1.2 模型制作过程

1.2.1 核膜和核孔复合体的制作 核膜的制作上难点是双层膜的体现和核孔复合体的制作。在核膜上打多大的孔、打多少孔、孔如何排列都是需要查阅资料和图片。经过资料查找，学生制作的膜就更科学、更接近实际结构（图2）。

图2 细胞核核膜模型图

资料1：核孔复合体呈八面对称结构，直径一般为9～10 nm。核孔复合体是生物体内最复杂的蛋白质复合体之一，由多达30 多种不同的蛋白质，1 000 多个蛋白分子共同构建而成。一个细胞核上核孔复合体总面积占核表面积10%～30%。通常核孔复合体按照细胞类型以相对固定的数目成丛分布，但在一定生理阶段，一定条件可使核孔复合体数目改变。核孔复合体数还与转录活性高低有关。转录活跃的爪蟾卵母细胞核孔密度为60 个／μm2。一个细胞核大约有3 000 个核孔，细胞复制染色体时，一个核孔每分钟要运进核内100 个组蛋白分子。细胞迅速生长时，一个核孔1 min 向细胞质运出3 套核糖体的前体单位［2］。

1.2.2 染色质的制作 染色质是由DNA 和蛋白质及少量RNA 组成的，DNA 有多长、DNA 和蛋白质是如何缠绕的、RNA 在哪里存在等问题，是在学生小组自主学习时产生的问题，经过小组查找资料（图3），计算相关数据，并且按照比例放大（图4、图5）。

图3 DNA 与蛋白质缠绕模式图

图4 用棉花做核基质的细胞核模型图

图5 用水晶泥做核基质的细胞核模

资料2：每个人体的DNA 连接起来，其长度是地球到太阳的往返距离的300 倍。其中每个细胞内DNA 分子长度约2 m，平均每条染色体所含的DNA 的长度约为5 cm，而细胞核的平均直径约7～10 μm［3］（1 个DNA 分子可绕细胞核赤道面1 592.4 圈）。

1.2.3 核仁的制作 核仁是细胞核中染色最深的部分，核仁的数量、大小、所在的位置等都是学生自主探究时提出的在制作时必需解决的关键问题。经过小组查找资料后，将相关资料归纳整理供大家一起使用。

资料3：核仁通常表现为单一或多个匀质的球形小体，是真核细胞间期核中最显著的结构。核仁的大小、形状和数目随生物的种类、细胞类型和细胞代谢状态而变化。蛋白质合成旺盛、活跃生长的细胞，例如，分泌细胞、卵母细胞，核仁大，可占总核体积的25%，不具蛋白质合成能力的细胞，例如，肌肉细胞、休眠的植物细胞，核仁很小［2］。

2 构建概念模型，使思维从浅层到深层

在构建物理模型的过程中，学生对于细胞核结构和功能之间的关系有了进一步的理解，在此时再让学生构建概念模型进而形成思维导图，能让学生的思维得到提升。

在思维导图的构建过程中，以小组为单位，根据教师提供的相关材料，构建细胞核结构与功能的思维导图（图6）。在学生构建时，教师需要给予帮助，同时与学生互动发现学生在构建时生成的问题，便于学生展示环节的引导和总结提升。

图6 细胞核结构和功能相适应的概念模型［4］

3 模型构建过程，使素养从理论到落地

3.1 生命观念的体现 生命观是指学生学习生物学课程后获得的标志性学习成果，是衡量学生是否受到了良好的生物学教育的标尺［5］。从资料的查找，较为准确地制作简易模型的过程中，学生就能深刻体会结构与功能之间的关系。同时也体会到精巧的结构决定复杂的功能，尤其是在对核孔复合体真面目研究获得2017年诺贝尔奖，并看到核孔复合体的真面目时，对学生来说是非常震撼的，对生命敬畏之心油然而生。

3.2 科学思维的体现 科学思维是理论和证据相互协调的过程。在学生获取新知识的过程中，由于已掌握的知识理论不够完善，需通过批判性质疑以检验和完善已有理论，获取新的知识［6］。在模型的构建过程中，不同的学生会对材料产生质疑，会对制作的程序和方式产生质疑，在这些质疑中不断修正，这样就能将“清晰、准确、质疑、客观”等思维要素内化，从而培养科学思维素养。

3.3 科学探究素养 科学探究是指学生能针对有价值的问题、疑惑、难题或想法进行研究、基于好奇与困惑理解生命世界和构建知识的意愿和能力［7］。整个模型制作的过程，是学生提出问题、解决问题、构建知识概念体系的一个过程，最后的总结分享环节更能体现学生主动学习和展示能力的意愿。

3.4 社会责任的体现 社会责任表现了学生解决问题的意识和能力、对生物学重要概念的理解和把握，并具有学以致用的学业成就，是他们个人成长和社会进步的“正能量”［8］。在整个制作过程中小组的团队意识、互助精神和能主动的作为；真实准确的交流、严谨的探究态度和尊重客观的事实；对于模型的展示和利用都是社会责任的体现。

4 模型特点、使用方法及效果

4.1 模型特点 物理模型取材容易，制作简单，形象直观，可重复使用，稳定性强。概念模型能清晰呈现结构与功能之间的联系，提升学生的思维。

4.2 使用方法 制作物理模型时，于课前将一组材料包装后放入打包盒中，学生6 人一小组，小组内再分工，负责双层膜的制作、染色质的制作、核仁的制作等。制作概念模型时，先给学生打好基本框架，让学生剪贴相关文字。

4.3 效果分析 模型的逐步组装过程中，学生需要不断了解从微观到宏观、从抽象到具体，从个体到整体的认知观，有效化难为易［1］，也为进一步搭建细胞的三维结构打下基础。同时模型还可为物质出入核孔、转录演示等服务。

培养学生的建模思想和建模能力是生物学教学中的核心任务之一，也是科学探究活动的核心方法之一。学会构建合理的模型并运用相关模型解决问题，是现代高中生物学教学的目标也是学生必备的素养，其中构建物理模型在教学中占非常重要的位置。教学实践表明，生物结构模型的制作，不仅可帮助学生记忆与理解原本抽象、微观和复杂的结构，同时能培养学生的动手能力与创造力，还能进一步丰富教学资源。