基于生物学科核心素养的教学设计——以“细胞核的功能”为例

张 牧

（华中师范大学第一附属中学 湖北武汉 430223）

1 教材分析

“细胞核的结构和功能”是2019年版人教版高中生物学《必修1·分子与细胞》第三章第三节。本节内容预计两节课完成，根据学生的认知水平“结构决定功能”，“细胞核的功能”为第二课时的内容。在前面一课时，学生已经学习了细胞核的结构。本节课“细胞核的功能”将通过实验探究的方式探究细胞核的功能。

2 教学重难点

重点：细胞核的功能。

难点：实验探究和分析能力。

3 教学设计思路

图1是“细胞核的功能”的教学设计思路。

图1 “细胞核的功能”教学设计流程图

4 学科核心素养培养

4.1 创设教学情境，培养社会责任

教师播放“2017年我国成功培养出世界首例体细胞克隆猴中中和华华”视频，引出话题，提出问题：你知道克隆猴的诞生过程吗？克隆猴诞生示意图（图2）中涉及到几只猴妈妈？中中和华华和哪只猴妈妈最像？克隆猴对于人类疾病的治疗有何重要意义？牛、鼠、猫、狗等多种哺乳动物的体细胞克隆已成功，为什么灵长类动物的猴直到今天才克隆成功呢？……学生因疑生趣，激发了学习本节内容的愿望。视频展示了体细胞克隆猴的成功将推动中国率先发展出基于非人灵长类疾病动物模型的全新医药研发产业链，加速针对阿尔茨海默病、自闭症等脑疾病的新药研发进程，旨在培养学生强烈的民族自豪感和责任感，形成关心社会生活的意识。

图2 “克隆猴”诞生过程示意图

4.2 设计学生活动，落实科学探究

4.2.1 探究细胞核功能——细胞核控制着细胞的遗传学生结合克隆猴的实验，利用教师所提供的材料（图3），设计实验探究细胞核的功能：实验①探究美西螈的肤色是由细胞核还是细胞质控制的；实验②探究伞藻的帽形是由细胞核，还是由细胞质控制的。

图3 实验材料示意图

学习小组展示实验①的方案：

1小组：黑色美西螈胚胎细胞的细胞核植入到白色美西螈去核的卵细胞中。

2小组：黑色美西螈胚胎细胞的细胞核植入到白色美西螈去核的卵细胞中；同时，将白色美西螈胚胎细胞的细胞核植入到黑色美西螈去核的卵细胞中。

3小组：黑色美西螈卵细胞的细胞核植入到白色美西螈去核的胚胎细胞中；同时，将白色美西螈卵细胞的细胞核植入到黑色美西螈去核的胚胎细胞中。

教师抛出问题，进行点评：从实验设计遵循的原则的角度，第1小组的方案完善吗？第2小组和第3小组的方案，哪组的更好？学生很快得出：第1小组的方案不完善，因为实验设计要遵循对照原则；第2小组的方案更好，实验设计还要遵循科学性原则，将核注入去核的卵细胞更加科学，因为卵细胞能激发细胞的全能性。

学习小组展示实验②的方案：

4小组：将两种伞藻的伞帽依次去除，接着将两者的柄切下来，交换嫁接到对方的假根上。

5小组：将两种伞藻的伞帽依次去除，剩下的部分交换细胞核。

教师抛出问题，开展点评：从实验设计遵循的原则的角度，第4小组和第5小组的方案哪组的更好？学生不难分析出：5小组方案更好，4小组实验不能说明伞帽的形状由细胞核控制，假根细胞核周围的部分细胞质可能会影响伞帽的形状。实验设计不仅要遵循对照原则和科学性原则，还应遵循单一变量原则，伞藻嫁接实验除了细胞核这一变量外还有其他变量，违背了单一变量原则。

教师引导学生小结：子代和亲代性状（肤色、帽形）相似的现象叫遗传。这两个实验共同直接说明了细胞核控制着细胞的遗传。

4.2.2 探究细胞核功能——细胞核控制着细胞的代谢

学生开展“你问我答”的活动。通过一系列问题串抽丝剥茧，层层深入。

①用蝾螈的受精卵来进一步分析，用头发将受精卵勒成两半，会出现什么不同的结果？此结果说明什么问题？

②怎样进一步设计实验证明这个问题？

③整个实验最突出的实验设计原则是什么？

④变形虫的再生能力很强，可以对它进行切割实验。类比蝾螈受精卵横缢实验，如果用变形虫探究细胞核的功能，你会如何设计实验？

⑤总结蝾螈受精卵横缢实验和变形虫的去核及核移植实验的共同之处、巧妙之处。

师生小结：生命活动的实质是细胞内进行的许许多多的化学反应，这些化学反应统称为细胞代谢。这两个实验共同直接说明了细胞核能控制细胞的代谢。

关于“细胞核的功能”的学习，教材上呈现的是4则资料，传统的处理方法是通过资料分析得出答案。课堂的教学效果很大程度取决于学生是积极主动探究知识，还是被动接受知识。故笔者将实验分析改为实验探究，充分发挥学生的主观能动性。前两个实验以卡纸的剪切和拼接的形式，模拟核移植实验，增加了实验设计的趣味性。后两个实验通过一系列问题串，层层深入剖析，逐步渗透实验设计的对照原则和单一变量原则。

4.3 归纳小结实验方法，突出科学思维

在学生理解教材4个实验的基础上，教师进一步加深难度，挖掘实验方法的共通之处，进行归纳总结，并将归纳总结的方法迁移到其他知识点上，充分培养学生的科学思维推理能力和知识的迁移能力。

学生以小组为单位，完成以下任务。

任务一：在美西螈和伞藻的核移植实验中，找出2个实验在方法上的相同点，归纳总结出实验方法证明细胞核控制着细胞的遗传（以A、B两种生物为例）。

任务二：现以一种单细胞生物为材料，总结出蝾螈受精卵横缢实验和变形虫核移植在实验方法上的共同点并设计实验证明细胞核控制细胞的代谢。

教师点评任务一：A和B的细胞核进行互换，如图4所示。

图4 实验方案示意图

教师点评任务二：方案如图5所示，这一方法在高中阶段应用广泛，如之前学过探究某种无机盐是否是植物必需的以及后面要学习到的探究某种激素的作用都属于这一类方法。

图5 实验方案示意图

4.4 整体大于局部，增强生命观念

4.4.1 完善细胞核的功能

教师引导学生分析结构与功能的生命观，从而完善细胞核的功能：结构决定功能，DNA上储存着遗传信息，而DNA主要在细胞核里，故细胞核是储存遗传信息的“仓库”。对细胞核功能较为全面的阐述应是细胞核是遗传信息库，是细胞代谢和遗传的控制中心。

4.4.2 细胞核和细胞质的关系

教师展示红细胞和精子的图片，并解释：哺乳动物成熟的红细胞只能存活约120 d；精子头部只有细胞核，无细胞质，寿命短。并由这两个典型案例，引出问题：为何单独的核和质都不能生存？细胞核和细胞质的关系是？教师引导学生总结：细胞核质相互依存，不可分割——细胞只有保持完整性，才能完成各项生命活动；升华整体大于局部之和的生命观——细胞是一个有机的统一整体。

5 教学反思

本节课的教学设计将课本上的资料分析改为实验探究，以实验探究为主线得出细胞核的功能，并在实验探究和分析的过程中慢慢渗透实验设计的基本原则和核心素养。实验设计可能对高一的学生有难度，需要提前预习。