“原核细胞与真核细胞的最大区别”教学设计*

盛国跃 （金华市教育教学研究中心 浙江金华 321017）

《普通高中生物学课程标准（2017 年版）》（以下简称“课程标准”）中的必修课程内容标准由一系列概念组成。不同版本的生物学教材对同一概念呈现方式不同，教学设计应从基于教材走向基于课程标准中的概念。本文以“原核细胞与真核细胞的最大区别是原核细胞没有由核膜包被的细胞核（以下简称概念A）”[1]为例进行教学设计。

1 对概念的分析和细化

课程标准以“少而精”的原则选择课程内容，其所呈现的概念均是高度精炼的。将课程标准中的概念直接作为教学起点过于宏观，因此，在教学时需对其进行细化和梳理。

概念A 属于“分子与细胞”模块中的次位概念，其所支撑的重要概念及大概念依次是“细胞是生物体结构与生命活动的基本单位”“各种细胞具有相似的基本结构但在形态和功能上有所差异”[1]。概念A 有利于学生从进化和适应的角度理解细胞的统一性和差异性，对顺利达成“说明细胞具有多种形态和功能，但同时又都具有相似的基本结构”[1]这一学业要求有重要意义。基于此分析，将概念A 细化为3 条下位概念：

A1.原核细胞的大部分DNA 聚集在一起，但没有膜包被。

A2.原核细胞与真核细胞在多个方面存在显著差异。

A3.核膜的出现为真核细胞进化出多种特有结构奠定了基础，标志着真核生物的诞生。

2 学习目标

基于以上分析，确定的学习目标为：①设计并实施“观察念珠藻和洋葱表皮细胞核区实验”，掌握科学探究的基本思路和方法，对实验结果进行交流和讨论，说明原核细胞的大部分DNA 聚集在一起，但没有膜包被；②比较原核细胞和真核细胞的结构模式图，以列表等方式说明2 类细胞在多个方面存在差异；③通过论证从进化角度举例说明有、无核膜是真核细胞和原核细胞最大的区别，并用进化与适应观阐释核膜与物种多样性的关系。

3 课前准备

学生以小组为单位完成“借助显微技术和生物染色剂探究原核细胞与真核细胞在核结构上的区别实验”，初步形成实验报告。

4 教学过程

4.1 创设情境，提出指向于概念的问题 教师展示进化树图（图略）。我国科学家陈世骧将进化树上多种多样的生物，划分为由原核细胞组成的原核生物总界和由真核细胞组成的真核生物总界共2 个总界。其中真核生物种类繁多占99%以上，原核生物不到1%。这种分类方法得到广泛认可。

任务1：提出指向于概念的问题。

活动1：学生提出问题→师生共同梳理问题。基于情境，学生提出许多问题。但这些问题的表述方式、指向性及提出的顺序并不完全符合概念构建的逻辑，需进行梳理。师生共同梳理层层递进的指向于概念的问题如下：

Q1.原核细胞在核结构上有什么特点？（指向于A1）

Q2.2 类细胞有哪些区别？（指向于A2）

Q3.2 类细胞的区别中最大的区别是什么？（指向于A3）

Q4.真核生物的物种数量比原核生物大很多的原因是什么？（指向于A3）

让学生通过对真实情境的感知提出指向于概念的问题，既激发了学生的求知欲，又使学生探寻问题答案的过程成为主动构建概念的过程。

4.2 实验探究，构建概念A1

任务2：借助显微技术和生物染色剂探究原核细胞与真核细胞在核结构上的区别。

活动2：部分学生实验汇报→全班讨论→教师点拨总结。部分学生进行如下汇报：经文献检索，发现原核生物主要包括细菌、蓝细菌、放线菌、支原体、衣原体、螺旋体和立克次氏体等七大类。其中，蓝细菌较大，且其以细胞群体的形式存在时，会形成水华。蓝细菌中念珠藻细胞体积相对较大，且分布广泛，易获取。因此，选择念珠藻为观察原核细胞的实验材料。选择洋葱表皮细胞作为观察真核细胞的材料。拍摄的显微照片如图1 所示。

图1 念珠藻拟核区（A）和洋葱表皮细胞核（B）亚甲基蓝染色情况比较

在学生讨论环节,教师进行引导：根据实验结果可知，原核细胞相对较小。2 种细胞均有被亚甲基蓝染液染成深色的区域，说明均有核区。洋葱表皮细胞核区形状规则，近圆形，且界线平滑，其原因是具有核膜。念珠藻核区不规则，边界不清晰，且不同细胞核区的形态不同，其原因可能是缺乏核膜。当有学生提出质疑（例如，有部分学生认为原核细胞可能有不规则的核膜）时，教师展示透射电镜下的念珠藻细胞图像，消除学生的疑惑。

要让学生认同原核细胞没有核膜包被的细胞核，就必须要让学生有真实的体验。本环节让学生通过实验，真切感受到原核细胞和真核细胞在核膜上的区别，接受“拟核”这一结构，并顺利构建概念A1。

4.3 列表比较，构建概念A2

任务3：观察原核细胞和真核细胞的结构模式图，列表比较2 类细胞在结构上的区别。

活动3：学生通过观察模式图，以表格（表1）的形式列出真核细胞和原核细胞在结构上的区别，并进行汇报和交流。学生在相互评价和修正中总结得出2 类细胞在不同层面的差异，从而建立概念A2。在此基础上，教师引导学生理解真核细胞的构造与机能比原核细胞更为复杂和完善，进而认同生物由简单到复杂地进化的观点。

表1 真核细胞和原核细胞的结构区别

学生通过列表比较，不仅自然构建了概念A1，加深了对上位概念的理解，还认同了进化的观点，同时，提高了观察和类比能力，在分享和交流中提高团队合作的能力和交流能力。

4.4 科学论证，构建概念A3

任务4：提出并修正关于原核细胞与真核细胞最大区别的主张。

活动4：学生提出主张→教师补充资料→学生修正主张。学生根据原有知识提出了多个主张。教师需针对学生提出的主张补充对应资料，帮助学生修正主张。

主张1：从表1 可知，原核细胞没有染色体，而染色体是遗传信息的主要载体，因此，最关键的区别是原核细胞没有染色体。

补充资料1：生命从简单到复杂的演化，一方面细胞内遗传信息量增加；另一方面基因结构复杂化。这就要求细胞对遗传信息有更有序的调控。核膜的出现有利于实现遗传信息调控的阶段性与区域化。同时，受核膜的限制，真核细胞需借助蛋白质将大型化的DNA 压缩形成染色质［2］。

修正主张1：核膜为真核细胞遗传信息量的扩增和染色质形成奠定了基础。因而，核膜的区别比染色质的区别更本质。

主张2：从表1 可知，原核细胞没有多种有膜细胞器，而有膜细胞器实现了细胞内结构的区域化，因此，最关键的区别是原核细胞没有多种有膜的细胞器。

补充资料2：真核细胞依靠内膜系统先分化出核与质，再分化出有膜细胞器，细胞内膜系统的形成以质膜和核膜为基础［3］。

修正主张2：核膜为真核细胞有膜细胞器的形成奠定了基础。因而，核膜的区别比细胞器的区别更本质。

得出结论：在结构上,核膜为染色质、生物膜系统等结构的出现奠定了基础，在功能上为实现对复杂生化系统进行秩序化管控奠定了基础，核膜的形成标志着真核细胞的诞生。因此，2 类细胞最大的区别是原核细胞没有核膜包被的细胞核。

在课程标准中，概念A 位于“细胞是生物体结构与生命活动的基本单位”这一大概念的末尾。多数教材也将概念A 安排在细胞结构这一章的末尾。因此，学生在学习概念A 之前，已学习了细胞的亚显微结构及生物膜系统等知识。通过论证的方式让学生从进化角度理解核膜的地位，有利于学生从结构和功能2 个层次认同核膜的区别比细胞器和染色质等方面的区别更本质。在论证时，教师需在学生提出初步主张后再进行资料补充，否则，学生的思维就会被资料牵引，提出主张以资料为起点，而不是以原有的知识结构为起点，导致学生的思维断层。

4.5 应用概念，深化概念A

任务5：从核膜角度分析真核生物物种更多样的原因，建立起物种多样性与核膜之间的联系。

活动5：学生提出主张→教师追问并补充资料→学生修正主张。

提出主张：原核生物进行无性生殖，真核生物可进行有性生殖，所以，真核生物的物种数量更多。

教师追问：有性生殖与核膜有什么关联？

补充资料3：原核细胞以二分裂方式进行增殖，分裂时子DNA 在质膜作用下分离，这种分裂方式容易导致细胞同质化。真核细胞的核膜担当起原核生物质膜可使子DNA（染色质）分离的功能，从而进化出了更精准的遗传物质分配机制，即遗传物质随染色质的复制而复制，随染色质的分配而分配。真核生物在这种遗传物质精准分配机制的基础上进化出了有性生殖［4］。

修正主张：核膜为真核细胞进化出遗传物质精准分配机制和有性生殖奠定了基础。遗传物质精准分配机制及有性生殖能以更加灵活的方式重塑基因。所以，真核生物的物种更加多样。这也说明了原核生物和真核生物是2 个进化的不同阶段。

学生在初中阶段已学习了生殖方式与物种多样性的关系及细胞分裂等知识，但不理解细胞结构与生物多样性间的关联。通过将物种多样性与核膜之间建立联系，学生更深刻理解核膜为真核细胞结构和功能的复杂化、有性生殖的出现等奠定了基础，从而进一步认同2 类细胞最大的区别在于核膜。

5 课后延伸

延伸任务：辩证地分析内共生学说、内陷学说和多基因组学说等关于真核细胞起源的学说。

学生要真正理解2 类细胞的最大区别，就必须从进化的角度分析核膜出现的意义。每一种关于真核细胞起源的学说，都试图用各自的观点和证据说明核膜的起源。这些学说提供了学生从进化角度分析核膜的最好视角和形成进化与适应观的最好素材。同时，由于各种学说优、缺点不同，目前并无定论。因此，分析这些学说有利于学生发展批判性思维，并认识到生物学概念是开放发展的。

6 教学反思

将概念作为教学的立足点符合课程标准和《关于新时代推进普通高中育人方式改革的指导意见》的要求，有利于教师整合多个版本教材实施教学；本节课中对概念的解构，有利于师生厘清概念脉络及概念与素养的对应关系；本节课用同一情境，且按照情境—问题—任务—活动展开教学，有利于学生汇聚思维，并让学生经历事实→概念→观念的认知过程；从进化视角展开的论证，有利于学生在理解核膜出现意义的同时建立进化与适应观。