“细胞核——系统的控制中心”一节从事实、概念到生命观念的达成

张洪军 (山东省青岛市教育科学研究院 青岛 266000)

生命观念是学生通过具体的事实建构概念、提炼观点的过程，具有跨概念性和上位性，是众多概念的归纳、总结和提炼。高中生物学教学需要落实的生命观念包括系统观、进化观和生态观三大观念群，每个观念群包括若干具体的生命观念[1]。系统观即生命是“活”的系统，是统领结构与功能观、物质与能量观等观念。结构与功能观是基本的生命观念，生命系统的各个层次都具有一定的结构，对应相应的功能。对生命体来说，结构与功能是不可分割的，结构是功能的基础，功能的实现依赖于特定的结构[2]。下面以“细胞核——系统的控制中心”一节为例，例谈课堂教学如何达成“结构与功能相适应”这一生命观念，以及与事实、概念和生命观念之间的逻辑关系。

1 课标、教材和学情的目标制定

1.1 课标解读 课标内容要求是“阐明遗传信息主要储存在细胞核中”“阐明细胞内多个相对独立的结构担负着生命活动”，其中知识性目标动词“阐明”为理解水平，具体内容要求是“遗传信息主要储存在细胞核中”“细胞核的生命活动体现在对代谢和遗传的控制”[1]。通过相关的实验分析得出细胞核是遗传和代谢的控制中心，通过细胞核结构的学习，能说出其中的染色体的DNA中携带遗传信息，来说明遗传信息存在于细胞核中。根据学生已有的知识线粒体和叶绿体中都存在DNA，来进一步解释遗传信息主要储存在细胞核中，进一步来理解细胞核是细胞的控制中心。

“阐明遗传信息主要储存在细胞核中”和“阐明细胞内多个相对独立的结构担负着生命活动”属于大概念“细胞是生物体结构与生命活动的基本单位”中的重要概念“细胞各部分结构既分工又合作，共同执行细胞的各项生命活动”中的次要概念。由于在这个概念中，细胞核一节是最后完成的。因此，可以通过模型构建分析各部分结构的作用来完成重要概念的理解，通过核质相互依存的相关实验来理解大概念，从而更好地达成课标要求。

1.2 教材分析 “细胞核——系统的控制中心”是人教版生物学教材《分子与细胞》第3章第3节的内容。包括细胞核的结构、细胞核的功能以及尝试制作真核细胞的三维结构模型等内容。本节知识是学生在学习了真核细胞和原核细胞的异同点、组成细胞的分子、细胞膜、细胞壁和细胞器等知识的基础上来进行的，使学生认同细胞核是细胞生命系统的控制中心，并理解细胞作为一个生命系统，只有各组分之间分工合作成为一个整体，生命活动才能高度有序地进行。

1.3 学情分析 学生在初中已经观察过动植物细胞，通过多利羊的实例，知道细胞核是遗传信息库，遗传信息的载体是DNA以及染色体的组成是DNA和蛋白质等知识。

学生在高中生物学教材(必修1)第2章第3节“遗传信息的携带者——核酸”中学习了真核细胞的DNA主要分布在细胞核中，线粒体和叶绿体内也含少量的DNA。为学生更好地理解课标“遗传信息主要储存在细胞核中”提供部分依据。在必修1第3章第1节“细胞膜——系统的边界”中学习哺乳动物成熟红细胞为了给携带氧的血红蛋白腾出空间，其核逐渐退化，并从细胞中排出，只能存活120天左右。为学生更好地理解细胞核与细胞质的关系是相互依存、不可分割观点提供了具体的事实例子。

1.4 目标达成 基于课标、教材和学情，围绕培养学生学科核心素养的要求，制定教学目标如下：

(1) 通过具体的实验事实解释细胞核的功能，通过细胞核的模型说出各部分结构，从而形成细胞核的结构与功能观。(生命观念、科学思维)

(2) 通过分工制作真核细胞的三维结构模型，说出细胞各部分结构的功能，认同细胞的整体功能大于细胞内部各部分结构的功能。(生命观念、科学思维)

(3) 通过精子和哺乳动物成熟的红细胞的实例，说明核质相互依存，认同细胞结构与功能是统一和相适应的，是进化的必然结果。(生命观念、科学思维)

2 目标达成的课堂教学

该部分知识的生命观念侧重结构与功能观，可从三个方面理解： ①细胞核的结构决定功能；②细胞的整体功能大于细胞内部各部分结构的功能之和；③细胞结构与功能是统一和相适应的，是进化的必然结果。学生在认识生物学事实的基础上，从个别现象概括出一般性概念，在原有知识概念的基础上建构一个具有内在关联稳定的网络知识结构(图1)。从而实现知识的迁移、概念的整合，提炼出相应的生命观念。

图1 具有内在关联稳定的网络知识结构图

2.1 由具体事实达成次位概念 从相关的生物学事实知识入手，在认识生物学事实的基础上，对相关生物学现象进行归纳概括，得出次位概念，使零散的知识结构化，形成知识结构体系。得出了次位概念，才能为下一步的重要概念、大概念以及生命观念的建构奠定坚实的基础。

例如，通过美西螈核移植实验，学生可得出皮肤的颜色是由细胞核控制的结论；通过伞藻嫁接、核移植实验，学生可得出生物体形态结构的建成主要与细胞核有关的结论。综合上述两个实验，学生可以总结出细胞核控制着细胞的遗传。通过蝾螈受精卵横缢实验，学生可得出细胞的分裂和分化受细胞核控制的结论；通过变形虫的切割、核移植实验，学生可得出细胞的生命活动是由细胞核控制的。学生还可总结出细胞核控制着细胞的代谢，细胞核控制细胞的遗传和代谢的功能与细胞核的结构之间有着怎样的关系呢？

学生通过了解细胞核的结构，知道其内有DNA分子，DNA上贮存着遗传信息。细胞分裂时，DNA携带遗传信息从亲代细胞传递给子代细胞，确保了亲子代细胞遗传性状的一致性。因此，细胞核具有控制细胞遗传的功能。细胞依据遗传信息进行物质合成、能量转换和信息交流，完成生长、发育、衰老和凋亡。因此，细胞核具有控制细胞代谢的功能。

通过以上具体事实，学生总结出细胞核的功能，这样的功能必定与一定的结构相适应，通过分析细胞核的结构，找到与其功能相适应的原因，由具体事实归纳概括构建次位概念，达成细胞核结构与其功能相适应的观点。

2.2 用建模方法达成重要概念 模型能直接形象地凸显原型的本质特征和一般规律，通过建立模型，引导学生达成生物学重要概念，是一个主动建构知识的过程，提高教学效果。细胞的结构与功能观也体现了系统论的核心思想“整体大于部分之和”。

例如，通过制作真核细胞三维结构模型，在初步了解模型及模型应用的基础上，回顾本单元所学的知识，更好地构建完整的知识体系。分析细胞中各结构的作用来理解“细胞各部分结构既分工又合作，共同执行细胞的各项生命活动”这个重要概念。细胞中的各个结构不是简单叠加和堆砌，而是通过组分间结构和功能的有机组合形成一个统一的整体。如分泌蛋白的合成和分泌与核糖体、线粒体、内质网和高尔基体等结构的分工合作是分不开的，而这些精确而有序的活动就是在细胞核的控制下完成的。

在理解细胞的结构与功能观时，既要分析局部的又要综合整体的，才能理解细胞整体结构功能大于局部结构功能，这样才能更好地从局部与整体的角度来看待细胞中的各种生命现象。

2.3 重要概念整合达成大概念 建构主义学习理论认为，学习是引导学生从原有经验出发，建构起新的经验。把学生原有的知识经验作为新知识的生长点，引导学生主动建构新的知识经验。

例如，哺乳动物成熟红细胞的寿命只有120天左右，精子的寿命只有2～3天，原因是前者没有细胞核，后者只有少量的细胞质，从而理解核质是相互依存，不可分割的。在比较细胞的统一性和差异性的基础上进一步理解细胞既是生物体结构的基本单位，也是生物体代谢和遗传的基本单位[3]；细胞结构与功能是统一和相适应的，是生物在长期的进化过程中适应生活环境的一种体现。

2.4 整合交融后达成生命观念 生物学概念是生命观念建构的基础，生命观念是生物学概念的升华，同时生命观念为分析解决生物学问题提供思想方法。

例如，细胞核中的遗传信息能控制细胞的代谢和遗传，细胞核的结构体现了相应的功能。细胞核的结构是由DNA、蛋白质、RNA、脂质和水等物质组成，是细胞核结构的基础，也就是说结构与功能观的基础是物质与能量观。细胞核只有同细胞膜、细胞器共同合作才能完成各项生命活动，体现了细胞整体结构的功能大于各部分结构的功能，充分理解局部与整体观。生物只有适应环境才能生存，同样细胞也是在长期进化的过程中对环境的一种适应。细胞的结构以及这些结构所表现出来的功能，都是有利于生物的生存，细胞的结构和功能的统一性是生物适应环境的具体表现，是进化的必然结果。

生命观念的形成依赖于从众多概念之间找关联并加以提炼。教学过程中先要基于事实、现象建构概念，然后在这一基础上继续提升，在建立概念的同时，将生命观念的领悟渗透其中，并适时予以总结提炼和外显化。