桑灿

摘要以“细胞核的结构与功能”一节教学为例，阐述如何通过事实和证据，利用相关资料分析，引导学生进行思考、归纳和概括，模拟科学家的思维过程开展科学探究，主动求取知识和组织知识，建构生物学重要概念，形成正确的生命观念和社会责任意识。即在建构重要生物学概念的过程中提升生物学学科核心素养。

关键词 建构概念 科学探究 科学思维 生命观念 社会责任

中图分类号 G633.91

文献标志码 B

《普通高中生物学课程标准（2017年版2020年修订）》（以下简称《课程标准》）明确指出，生物学课程是以提高学生生物学学科核心素养为宗旨的学科课程，是树立社会主义核心价值观、落实立德树人根本任务的主要载体。因此，生物学教学不仅要注重学生习得生物学基本概念，还得注重学生习得概念的方式和过程。教师需要精选教学内容和精心设计教学活动，帮助学生建构生物学基本概念，并让学生在建构概念的过程中发展科学思维，开展科学探究，培养社会责任和形成生命观念，即在建构概念的过程中发展学生的生物学学科核心素养。这就要求教师在教学中避免硬生生地给学生直接灌输生物学概念，而要通过事实和证据引导学生进行思考、归纳和概括，主动地求取知识和组织知识，建构生物学概念。下面以“细胞核的结构与功能”一课的实际教学为例进行阐述，谈谈如何在建构概念中提升学生的生物学学科核心素养。

1教学内容分析及教学设计总体思路

“细胞核的结构与功能”是2019年版人教版《必修1·分子与细胞》第三章第三节的内容，《课程标准》对本节课的内容要求是：“阐明遗传信息主要储存在细胞核中”“阐明细胞内具有多个相对独立的结构，担负着物质运输、合成与分泌、能量转换和信息传递等生命活动”。学生在这节课的学习中需要建构的生物学概念有：“细胞核是遗传信息库，是细胞代谢和遗传的控制中心”“细胞核的基本结构”“染色质是遗传物质的载体”“染色质和染色体是同样的物质在细胞分裂不同时期的两种形态”等。学生通过这节课学习，结合之前所学的细胞膜、细胞器的相关知识，将对细胞的亚显微结构有更全面、更系统的认识，也为后续学习细胞分裂、遗传发育等其他章节内容打下扎实基础。

教师重组教材，挖掘新的科学研究成果和图片，在带领学生明确科学探究一般过程的同时，让学生模拟科学家的思维研究过程来认识细胞核的结构和功能，并认同细胞核是细胞的控制中心，渗透结构与功能观。同时，学生也能体会到科学家努力解释生命奥秘的崇高精神和对人类社会发展的伟大意义。教学设计思路如图1所示。

2教学设计特点分析

2.1科学探究是建构概念的方法和途径

人教版教材在“细胞核的功能”这部分安排了一个“思考与讨论”环节展示了4个实验现象，用事实和证据帮助学生建构了“细胞核控制细胞的代谢和遗传”这个概念。为了更好地让学生体会科学家的科学研究思维过程，培养学生科学探究能力，教师将教材资料重新设计，给学生依次布置了3个任务：1如何利用变形虫设计一个实验，验证细胞核的重要功能。2以伞藻为材料，验证假根中的核在伞藻帽的形成中起着控制作用。3自主阅读，归纳、概括出教材P54“思考与讨论”中资料1和资料2的实验结论。

首先，教师布置任务1。学生在探究过程中会想到：要验证细胞核的重要功能，可观察除去细胞核的细胞能否完成正常生命活动。教师引导学生设计实验：将变形虫分成两半，设置一半有细胞核、一半无细胞核的空白对照实验;设置自身前后对照实验，先取出核观察，再将细胞核植入。两个实验均可证明：细胞核控制着变形虫的各项生命活动。

此时，教师追问：那单独取出来的细胞核能否正常生存呢？细胞核、質之间既然相互依存，哪个部分在功能上起主导作用呢？巧妙地转化问题，引出任务2。学生利用伞藻模型进行科学探究，设计实验。教师可根据学生回答情况进行指导，并指出科学家所做的伞藻嫁接实验结果。同时，教师追问：伞藻嫁接实验能不能证明假根中的细胞核在帽的形成中起着决定性的作用呢？若不能，又该如何设计实验进行验证呢？这样自然引导学生探究伞藻细胞核移植的实验，从而帮助学生得出结论：伞藻的形态结构确实是由细胞核控制的。

由于教材中提供的另外两个资料的实验方法与之前的相似，学生接着完成任务3。最后，教师利用这四个事实和证据，引导学生归纳总结出“细胞核控制着细胞的代谢和遗传”这一重要概念（表1）。

3个任务的完成使学生在科学探究中增强了设计实验的能力。环环相扣的问题培养了学生的科学思维。学生在对这四个资料提供的事实和证据的深入探究过程中，主动建构了“细胞核控制着细胞代谢和遗传”这一重要的次位概念。这样可以改变过去学生只听教师讲授而被动接受概念的做法。教师引导学生通过科学探究建构重要的生物学概念，不但让学生知其然，还能让学生知其所以然。

2.2在建构概念的过程中培养学生的科学思维

在对细胞核结构的概念建构中，笔者给学生提供大量的生物学客观事实及生物学家研究背景作为分析素材的方式，引导学生通过分析资料、提出假说，推测细胞核的结构，再根据科学家观察到的真实电镜图片验证猜想。

在核膜的学习时，教师提供资料：经化学分析，组成细胞核的分子主要包括磷脂、蛋白质和DNA，此外还包括少量RNA和固醇。然后，学生结合资料，回忆原核细胞和真核细胞的分类依据，说出细胞核的可能结构，并猜测可能具有核膜。接着，教师展示电镜照片证实核膜的存在。最后，师生共同总结核膜重要概念：“核膜是两层膜，将核内物质与细胞质分割开”。

在学习核孔时，教师展示资料：诺贝尔获奖者托马斯·R·切赫经过多年研究发现，信使RNA能将DNA上控制蛋白质合成的遗传信息传递给细胞质中的核糖体。但由于分子较大，无论DNA还是RNA均无法穿过人工合成的磷脂双分子层。

學生结合资料，猜测可能具有大分子物质进出的特殊通道，能完成核质间遗传信息的传递。教师再展示核孔的电镜照片进行证实。在学生确定核孔存在并对其充满好奇后，教师可抓住时机，适当精讲核孔概念及功能。教学效果自然事半功倍。

对于细胞核的结构中的核仁和染色体的概念的建构也类似于此过程。这样通过研究事实性资料、发现问题、提出假说，继而通过实验观察得到证据、验证假说、得出结论，符合科学探究的一般过程。在这个过程让学生以科学家的思维和视角观察和分析问题，主动生成细胞核的结构，培养了科学思维，也体现了学习中学生的主体地位。

2.3从习得的概念中形成正确的生命观念

“细胞核的结构与功能”这一节课教材首先通过4个事实和证据建构了细胞核的功能概念“细胞核控制着细胞的代谢和遗传”。那么，细胞核为什么具有这么重要的功能呢？带着这个问题，教师继续引导学生探究细胞核结构。在学生知道了“核仁与某种RNA的形成及核糖体的合成有关”“染色质是DNA的载体”等概念后，教师再引导学生结合细胞核的结构，重新对其功能进行认识。学生就能分析出：DNA是细胞中的遗传物质，储存着遗传信息。核糖体与蛋白质的合成有关，蛋白质又是生命活动的承担着。因此，“细胞核是细胞的遗传信息库，是细胞代谢和遗传的控制中心”。此时，教师将这些知识配合板书呈现，更有助于学生形成结构与功能相适应的生命观念。板书设计如图2所示。

此外，本节内容是“细胞的基本结构”这一单元的最后一节，学生在学习本节课之前，学习了系统的边界——细胞膜的结构与功能、系统的各种组成成分——胞器之间的分工合作，以及系统的控制中心——细胞核的结构与功能。在学生习得了这些基本概念以后，笔者布置了单元作业：尝试制作真核细胞的三维结构模型。这样既让学生体验建构模型的方法和过程，加深了对细胞基本结构的理性认识，又从系统的视角去看微观的细胞，符合学生的认知特点和规律，有利于帮助学生形成生命的系统观。

2.4社会责任意识的形成依赖于科学概念和科学知识

2019年版人教版高中生物学新教材在“细胞核的结构与功能”这一节的最后添加了“生物科技进展”——世界上首例体细胞克隆猴的诞生，以此激发学生学习生物学的兴趣，激发学生的爱国热情和民族自豪感。在教学中，笔者虽然采取了将这一重要历史事件作为新课导入的材料，播放新闻视频，创设问题情境，引发学生思考：细胞核在细胞中起到什么重要的作用呢？但是，克隆技术已使用了20余年，克隆猴的诞生为何是个突破呢？我国科学家做了哪些努力？学生若没有一定的科学概念和学科知识作为铺垫，就会对克隆猴诞生的意义认识不到位，很难真正建立民族自豪感。所以，在学生建立“染色质是遗传物质DNA的载体”这一重要概念时，教师与学生一起开展了以下深度学习：

教师展示资料。

1人体内每个体细胞的DNA伸展开来，平均长度可达到2m，而细胞直径仅为20um甚至更小。

2使用电子显微镜观察染色质时，染色质其实是由很多串珠状的结构聚合在一起形成的。使用DNA酶处理细胞核后，发现“珠子”之间的“丝线”消失了，但是“珠子”还在;若使用蛋白酶处理，则“珠子”被分解，“丝线”尚在。

在学生阅读资料后，教师引导学生思考问题：资料中“珠子”是什么？“丝线”又是什么？它们是如何缠绕的？为什么要这样缠绕？当学生领悟到DNA是一段一段缠绕在不同的组蛋白上，这样的结构有利于解开其中一段DNA进行表达时，教师适时指出：如果在某个细胞中缠绕某个“珠片”的“丝线”受某个影响不能打开，则该基因就不能进行表达。这也是各国研究体细胞克隆灵长类动物时难以成功的一个主要限制性因素：供体细胞核在受体卵母细胞中的不完全重编程导致胚胎发育率低。而中国科学家通过坚持不懈的努力，将两种重要的酶注入尚未形成囊胚的卵母细胞中，实现了最为重要的重编程过程的启动，突破了非人灵长类动物克隆的最主要障碍，成功克隆出了克隆猴“中中”和“华华”。

这样的设计不仅有效地突破了本节的重难点，让学生深入学习了教材提供的科学资料，使学生深刻体会到我国科学家通过合作、分享及坚持不懈的努力揭示生命奥秘的精神，激发学生努力学习投身于科学研究、回报社会的愿望，也大大增强了学生的民族自豪感。这种社会责任素养的形成依赖于学生对细胞核、染色质等概念的正确认识。

在生物学教学中，虽然帮助学生建构重要的生物学概念是教学的中心环节，但是在建构概念的过程中，发展学生的科学思维、培养科学探究能力和社会责任意识、形成正确的生命观念，是培养新时代社会主义建设者和接班人的必然要求。

参考文献：

[1]中华人民共和国教育部.普通高中生物学课程标准（2017年版2020年修订）[S].北京：人民教育出版社，2018：6-7.

[2]杨彩云，沈璟“.细胞核的结构”教学设计与实施[J].生物学通报，2019，54（5）：5.

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