“细胞核的结构”教学设计与实施

杨彩云 沈 璟

（对外经济贸易大学附属中学 北京 100102）

新课程标准高度关注教学过程中学生的实践经历，强调学生基于生物学事实和证据运用科学的思维方法解释生命现象、揭示生命本质，最终深入理解相关生物学概念［1］。本节课以此为指导，提供丰富的史实资料，让学生在此基础上运用推理与演绎等方法，解释和解决相关问题。 同时运用模型构建的方法，为学生创设动手活动契机，从而促进学生对相关概念的深入理解。 与传统教学直接给出细胞核的结构相比，本节课既引导了学生主动参与教学过程，又训练了学生的科学思维，最后通过结构与功能的比较，落实结构与功能相适应的生命观念。

1 学习内容分析

“细胞核——系统的控制中心”是人教版必修1 第3 章第3 节的内容， 共2 课时，“细胞核的结构”是第2 课时。 本节内容属于新课程标准“模块1 分子与细胞” 内容要求中，“概念1 细胞是生物体结构与生命活动的基本单位”的内容。新课程标准对本节内容要求如下：1.2.2 阐明细胞内具有多个相对独立的结构， 担负着物质运输、 合成与分解、 能量转换和信息传递等生命活动；1.2.3 阐明遗传信息主要贮存在细胞核中。 学生之前已经学习了细胞膜的成分和功能， 以及细胞器的结构和功能，在学习了第1 课时细胞核的功能之后，通过这节的学习，对细胞的亚显微结构有更全面、更系统的认识。 本节内容既是对初中阶段细胞核知识的深化和继承，又为后续学习细胞分裂、遗传发育等知识打下基础。 教材的设计也有利于学生进行探究性学习，让学生在探究分析、交流讨论中对细胞核的重要性及其结构与功能有深刻领会。 本节课的知识结构思维导图如图1。

2 学情分析

本节课的授课对象为高一年级学生。 认知能力方面，高一学生正处于初中向高中的过渡阶段，通过初中的学习，已经具备了一定的提取信息、分析问题及解决问题的能力， 但科学思维仍然相对薄弱，尚不具有建模意识和能力，需要教师逐步引导。知识结构方面，学生在初中已经了解了细胞核是遗传信息库，在学习本节课之前，学生已知真核细胞和原核细胞的分类依据是 “是否有成形细胞核，细胞通过分裂产生新的细胞”。 但对于细胞核的结构学生没有相关认识， 同时由于染色质与染色体的关系较为抽象，学生理解相对困难。

3 教学目标

1）通过对相关资料和电镜图片的分析，阐明细胞核膜的结构。

2）通过对染色质资料的分析讨论，说明染色质的组成成分和结构， 阐明染色质与染色体的关系，并构建染色质的物理模型。

3）通过对电镜照片和荧光定位资料的分析，能说出核仁的存在，了解探究生命的生物学方法。

4）通过小组合作构建细胞核结构模型，并组装真核细胞的三维模型， 认同细胞是一个统一的整体，各部分结构与功能紧密联系、相互配合。

5）通过本节课学习，体会科学家通过合作、分享及坚持不懈的努力揭示生命奥秘的精神。

4 教学重、难点

1）重点：阐明细胞核的结构；阐明染色质组成及其与染色体之间的关系。

2）难点：从微观角度认识细胞核结构与功能，树立结构与功能相适应的观点。

5 教学过程设计

本节课中DNA、染色质、染色体之间的关系是学生学习的障碍点，具体解决策略是学生通过小组讨论的方式分析资料和电镜图片，制作物理模型阐明染色质与染色体的变化过程，后期通过观看视频提升认知。本节中细胞核结构与功能相适应是学习难点， 具体解决策略是学生通过分析细胞核的结构， 与第1 课时学习的细胞核的功能进行联系，认同结构与功能相适应的观点（图2）。

本节课根据学生的认知规律设计由外向内的教学顺序，即由核膜核孔到染色质再到核仁，最后总结细胞核的结构，并结合细胞核的功能，最终得到细胞核结构决定细胞核的功能、 结构与功能相适应的观点。 针对核膜、核孔、染色质、核仁的每一部分，教师设计了4 个环节进行突破，第1 个环节是资料分析，让学生从易处着手，通过小组讨论的方式， 学会提取关键信息， 提出科学合理的假设。在此基础上进入第2 个环节，出示电镜照片对假设进行验证， 学生从中学会观察真实的电镜图片，体会科学研究的过程。第3 个环节是以小组为单位进行细胞核、染色体物理模型的构建，在培养学生动手能力的同时强化学生的认知。 最后小组间进行互评，并总结细胞核的结构，认同细胞是一个统一的整体（图3）。

6 教学实施及方法

6.1 导入新课 良好的导入是教学活动取得成功的第1 步。 教师利用学生已有的知识和经验，运用有效的导入，既将抽象的概念形象化，便于学生理解，又将学生带入相应的情境中，从而提高教学效果。 本节课中，教师引导学生将细胞想象成一个不断发生物质和能量变化的繁忙的工厂， 将细胞器想象成忙碌不停的“车间”，“车间”彼此之间互不干扰，并思考“为什么在细胞这个工厂里能进行如此复杂的化学反应？ 是什么控制细胞内化学反应的有序进行？ ”

学生根据上节课所学，回答“是细胞核在控制着细胞内化学反应的有序进行”。教师进一步引导学生思考“细胞核为什么具有这样的功能”，从而引出本节课的内容：细胞核的结构。

6.2 阅读资料，推测细胞核膜的结构，电镜分析，证实细胞核膜的结构 首先，教师出示2 个资料。

资料1 ：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。

资料2：在真核细胞中，DNA 主要贮存于细胞核中的染色体上， 而蛋白质的合成场所存在于细胞质中的核糖体上， 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。

任务1：根据资料，回答以下问题：

1）请结合资料1，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。

2）结合资料2 想一想，细胞核中的遗传信息是如何传递给核糖体的？ 推测核膜上可能具备什么结构能完成核质间遗传信息的传递？

学生分组讨论， 根据资料以及所学知识推测细胞核具有核膜， 根据逻辑推理得出核膜上应该有孔以方便核质间遗传信息的传递。

其次，教师出示科学家拍摄到的电镜图片（图5）。

任务2：引导学生观察并简述细胞核膜的结构。

针对任务2，学生学会观察电镜图片，从电镜图中发现细胞核具有双层膜， 并进一步指出核孔的存在，验证了之前的推测。

6.3 根据资料， 分析染色质的组成及其与染色体关系 教师出示细胞核内部的电镜图片，提问“刚刚从外部观察了细胞核的结构，现在走进细胞核内部，能看到什么？ ”学生发现细胞核内部有阴影。 教师介绍染色质：1879年W. Flemming 将细胞核中能被碱性染料强烈着色的物质命名为染色质。

资料3：科学家通过分离胸腺细胞的核，离心收集染色质进行生化分析， 确定染色质的主要成分是DNA 和蛋白质。

资料4：1879年德国生物学家弗莱明（W.Flemming）把细胞核中的丝状和粒状的物质，用染料染红， 观察发现这些物质平时散漫地分布在细胞核中，当细胞分裂时，散漫的染色物体便浓缩，形成一定数目和一定形状的条状物， 到分裂完成时，条状物又疏松为散漫状。

任务3：根据资料，回答以下问题：

1）染色质的组成是什么？

2）染色质与染色体可能是什么关系？

针对任务3，学生分组讨论，根据资料发现染色质由DNA 和蛋白质组成，并分析得出染色质与染色体是同一物质在细胞不同时期的2 种状态。教师出示洋葱根尖细胞不同时期的电镜图片，能清晰观察到不同细胞内有的是散漫的染色质，有的是条状的染色体，进一步验证前面的推测。

6.4 构建染色质的物理模型

教师提供资料： 研究表明， 每个人身体中的DNA 连接起来，其长度是地球到太阳往返距离的300 倍。其中每个细胞内DNA 分子长约2 m，而细胞核的平均直径约7 μm。提问“如此长的DNA 分子是怎样‘蜗居’在细胞核中？由DNA 到染色质是怎样的一个过程？ ”学生能回答DNA 分子需要折叠才能“蜗居”在细胞核中，教师出示电镜下核小体的图片（图6），学生根据电镜图片尝试利用毛根作为DNA、瓶盖作为蛋白质制作染色质的三维结构模型。

各小组展示成果，其他学生对模型进行评价，锻炼学生的表达能力， 最后教师通过视频， 总结DNA 到染色质的过程，进一步强化学生对染色质的理解。

6.5 观察免疫荧光电镜图片，了解核仁 教师出示核仁的透射电镜图片及免疫荧光电镜图片，并向学生介绍免疫荧光电镜技术， 让学生了解探究生命的生物学方法，学生通过仔细观察图片，发现核仁并不只有1 个且形态大小不一， 提高了学生提取图片信息的能力（图7）。

6.6 总结提升：细胞核模型的构建 在之前的学习中，学生已经制作了细胞膜、细胞器模型，本节课中学生进一步利用橡皮泥完成细胞核结构模型的制作，最后组装成真核细胞模型（图8），并展示优秀作品。

教师在解析细胞核的各部分时， 利用板书绘制细胞核的相应结构示意图（图9），最后形成一个完整的细胞核，学生结合细胞核各部分的功能，得出结构与功能相适应的观点。

6.7 课后作业 根据本节课所学内容，结合细胞膜、细胞器的相关知识，绘制细胞的知识网络图。

7 教学反思

在当今信息爆炸的时代， 如何在大量的信息中找出有用的信息变得极为重要。 为培养学生获取信息以及分析信息的能力， 本节课提供了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。 素材与素材之间层层递进，密切相关，既保持了思维的连续性， 又为学生理解相关概念创造了条件，改变了学生被动记忆的学习模式。学生在教师的引导下， 主动探究并归纳出相关的生物学知识。 在后续环节中，教师设计动手环节，化抽象为具体，进一步巩固相关概念，加深对染色质、细胞核的理解。

本节课的教学创新之处在于：

1）本节课提供丰富的科学资料，引导学生通过分析资料提出假设，推测细胞核的结构。之后通过科学家观察到的真实电镜图片验证猜想， 环环相扣，思维缜密，符合科学探究的过程。 与传统的直接展示细胞核结构的教授方法相比， 本节课通过小组间的合作与交流， 学生以科学家的视角观察和分析问题，体会科学家通过合作、分享科研成果及坚持不懈地努力揭示生命的奥秘， 从而主动生成细胞核结构的概念，体现了学生的主体地位，培养了学生的理性思维、科学探究，以及合作交流的能力，有利于学生学科素养的提升。

2）本节课利用毛根作为DNA、瓶盖作为蛋白质让学生动手制作染色质的三维结构模型， 实现了由抽象到具体的转变，学生通过模型的制作，直观感受2 m 长的DNA 分子与组蛋白缠绕折叠最终缩短变粗形成染色体的过程。 之后通过小组互评的方式，提高学生口头表达能力，同时通过视频的演示， 帮助学生进一步巩固染色质与染色体的关系。

3）本节课引入大量真实的电镜图片，学生观察图片并描述， 从而提高从图片中获取信息的能力。引入荧光免疫电镜图片的同时，教师向学生介绍生物学中的荧光免疫电镜技术， 使学生理解技术的进步促进科学的发展。

4）最后细胞核模型的构建使细胞核结构清晰地展现在学生面前， 学生在愉快的动手过程中学习并巩固了细胞核的结构， 在组装真核细胞的三维模型及课后作业中， 认同细胞是一个统一的整体，各部分结构与功能紧密联系、相互配合。

本文内容相对较多，在课堂教学过程中可根据实际情况有所选择和侧重。 例如，有的学生空间想象能力相对较弱， 理解荧光免疫电镜图片相对困难， 教师授课过程中可对此部分进行适当删减；又如，由于课堂时间有限，细胞核模型的构建可作为作业让学生课后认真完成。