运用模型建构进行“细胞核——系统的控制中心”一节的复习

严春果

【摘要】文章以“细胞核——系统的控制中心”复习教学为例，运用模型建构的方法围绕重要概念进行复习，通过创设问题、分析教材插图、指导学生画图、梳理概念等方法，帮助学生深入理解和掌握重要概念，促进学生科学思维的发展，提高学生的生物学核心素养。

【关键词】模型;建构;概念图;体验

一、课标要求

内容要求：细胞是生物体结构与生命活动的基本单位;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;阐明遗传信息主要储存在细胞核中;举例说明细胞各部分结构之间相互联系，协调一致，共同执行细胞的各项生命活动。

教学提示：尝试制作真核细胞的结构模型。

二、教学目标

目前教学对象（高二理科生）已完成必修内容的学习，进入复习阶段，依据上述课标要求与建议，本节课教学目标确定如下：

1.通过“伞藻嫁接和核移植实验”的实验分析，运用“建构模型”的科学方法，结合经典例题精析的形式，阐明细胞核的结构和功能;

2.通过问题探讨、拓展应用及绘制“细胞核结构和功能概念图”，认同细胞核是细胞生命系统的控制中心;

3.通过尝试制作真核细胞的三维结构模型，体验建构模型的方法和过程。

三、设计思路

以科学家韩默灵的“伞藻嫁接和核移植实验”切入，为细胞核结构的分析创设情境。通过问题串的方式理清伞藻嫁接和核移植实验的逻辑关系，引入“伞藻的形态取决于细胞核”。借助细胞核的亚显微结构、結构模型图的回顾与介绍，联系“结构与功能相适应”的观点，通过相应的“拓展应用”，让学生进一步明确细胞核是遗传信息库，细胞核正是通过其中的遗传信息来实现对细胞代谢和遗传的控制。通过深入探索分析“伞藻嫁接和核移植实验”及经典例题精析，引导学生深刻理解细胞核和细胞质之间相互联系，协调一致，共同执行细胞的生命活动，最终形成“细胞核是细胞生命系统的控制中心”“细胞是一个有机的整体”的概念。通过师生共建“细胞核的结构和功能”的概念模型引入科学方法“模型建构”的学习，学生通过课后制作真核细胞的三维结构模型，进一步认识细胞各部分在结构和功能上的密切联系，尝试从系统的视角认识自然和社会。

四、教学环境及资源准备

教学环境：多媒体教室。资源准备：课件、细胞三维结构物理模型。

五、教学过程

课型：复习课。课时：1课时。

1.导入课题

教师活动：课件展示单细胞真核生物伞藻，引入科学家韩默灵的“伞藻嫁接和核移植实验”。设置问题探讨“1.伞藻的形态取决于细胞核还是细胞质？”和“2.为什么伞藻的形态取决于细胞核？”

学生活动：观察、思考与回答“问题探讨1、2”设置的问题。

设计意图：理清伞藻实验的逻辑性，再次激发学生对细胞核结构与功能探究的兴趣。

2.细胞核的结构

（1）教师活动：（建构“细胞核的结构与功能”的概念模型（板书））图示电镜下的细胞核，引导学生回顾细胞核的结构组成，引出“伞藻的形态与细胞核中的染色质密切相关”。染色质是由DNA和蛋白质等紧密结合形成。DNA是伞藻的遗传物质，携带着伞藻全套的遗传信息，因此细胞核是遗传信息库。染色质高度螺旋化，缩短变粗可成为光学显微镜下清晰可见的染色体。

学生活动：观察、思考与回答问题。

设计意图：让学生在课堂中开始体会建构模型的意义。

（2）教师活动：设置“拓展应用1：染色质和染色体是同一种物质在细胞不同时期的两种存在状态。这两种不同的状态对于细胞的生命活动有什么意义？”设置【思维拓展】染色质蛋白与染色体蛋白完全相同吗？引导学生课下进一步探究。

学生活动：染色质高度螺旋化形成的染色体，与一堆形态上散乱的染色质相比，有利于在细胞分裂过程中移动并平均分配到子细胞，保证亲子代细胞在遗传性状上的一致性。细胞分裂结束后，染色体解螺旋形成细丝状的染色质，有利于遗传信息的表达，即有利于DNA完成复制、转录等生命活动。

设计意图：问题驱动，激发学生的求知欲。联系前后学习的相关知识，让学生形成知识网络的同时，体会“结构与功能相适应”的观点。

（3）教师活动：那么细胞质中的核糖体是在哪里形成的呢？核仁是怎样形成核糖体的呢？

核仁一方面负责rRNA的合成。另一方面，细胞核发出指令分子（即DNA转录形成mRNA）经核孔进入细胞质，指令分子指导合成的核糖体蛋白再经核孔进入细胞核，在核仁处与rRNA一起组装成核糖体的两个亚单位，随后两个亚单位经由核孔运出至细胞质，在蛋白质合成时发挥作用。图示生物2教材中核糖体的示意图，简介核糖体的亚单位。

学生活动：蛋白质由细胞质中的核糖体合成，经核膜上的核孔进入细胞核;细胞核中的核仁。

设计意图：通过问题串，为设置“拓展应用2”创设情境。

（4）教师活动：设置“拓展应用2：核孔实现核质间频繁的物质交换和信息交流。你能说出具体有哪些物质吗？”

学生活动：观察、思考，进而解除疑惑，获取新知;思考、分析，进而尝试回答。

设计意图：联系前后学习的相关知识，让学生自主形成知识网络。

（5）教师活动：【归纳总结】真核细胞的细胞核被核膜包裹着，从而将细胞质和细胞核分开，这有利于实现核质之间的分工，让细胞质专注于细胞代谢，细胞核则主要作为控制中心存在。细胞核发出指令控制细胞质中的代谢过程，同样细胞代谢的结果也需要及时反馈给细胞核，因此核质之间要频繁地进行物质交换和信息交流，这是通过核孔来实现的。

学生活动：进一步形成“细胞核的结构与功能相适应”的观点。

设计意图：让学生理解“细胞核和细胞质之间相互联系、协调一致，共同执行细胞的生命活动”，进而引入“细胞核的功能”的概念概括。

3.细胞核的功能

（1）教师活动：上节课复习的“位于细胞质中各种细胞器的分工合作”的控制指令，主要是通过核孔从细胞核送到细胞质，由细胞质完成细胞代谢，进而决定遗传性状。至此，我们就清楚了为什么伞藻的形态取决于细胞核。因为细胞核是遗传信息库，是细胞代谢和遗传的控制中心。（完成建构“细胞核的结构与功能”的概念模型（板书））

学生活动：自主形成“细胞核的功能”概念。

设计意图：师生共同完成“细胞核的结构与功能”概念模型的建构。

（2）教师活动：设置问题探讨“3.实验中伞藻最初长出的是菊花形帽吗？”（图示伞藻嫁接实验）伞藻嫁接实验中，最初长出的帽是混合型（介于伞形和菊花形之间）。实验时需要将最初长出的帽去除，然后才能得到和我们前述一样的结果。这又是为什么呢？伞藻核移植实验的实际结果也是如此（图示伞藻核移植实验）。

学生活动：分析、思考，进而尝试回答，伞藻帽的形态虽然受细胞核控制，但是假根细胞质中原来已经转录的mRNA会继续发挥作用，直到原来的mRNA被降解，细胞核才能获得完整的控制权。

设计意图：进一步实验验证“细胞核是细胞代谢和遗传的控制中心”，讓学生深刻理解“细胞核和细胞质之间相互联系、协调一致，共同执行细胞的生命活动”。

4.建构模型

教师活动：通过黑板上概念图，我们对细胞核结构和功能一目了然。这种科学的学习方法叫做建构模型。这种概念图被称为概念模型。真核细胞的基本结构也可以形成这样的概念图（图示）。我们利用放射性同位素标记的方法概括性描述分泌蛋白合成、运输和分泌的过程时，可以用这样一幅曲线图（图示），即数学模型。这是同学们高一新课阶段绘制的细胞核及动植物细胞的模式图（图示），能帮助我们学习与直观理解细胞的基本结构。它们属于物理模型。这是前几届学生制作的细胞三维结构物理模型。这三幅是利用实物，如橡皮泥、黏土甚至水果制成的，这一幅是利用实验室中3D打印机打印出来的细胞三维结构模型。

学生活动：观察、分析与总结。

设计意图：了解三种建构模型的科学方法，欣赏优秀细胞结构的物理模型，让学生认同生物学知识的学习离不开模型建构方法的帮助，激发学生动手制作细胞三维模型的兴趣。

六、作业布置

【思维拓展】染色质蛋白与染色体蛋白完全相同吗？

【实践探究】尝试制作真核细胞的三维结构模型。充分发挥自己的创造性，自选材料课下独立完成;或者利用计算机制作三维动画模型。

班级课外活动课展示，讲解建构模型的原理和方法;在设计并制作细胞模型时，科学性应该是第一位的。

【参考文献】

刘丽，张艳苹，李锋，等.发育生物学课程建设与教学改革实践[J].教育现代化，2018（09）：54-55，58.