指向“结构与功能观”形成的生物学概念建构——以北师大版高中生物学“细胞骨架与内膜系统”一课为例

重庆市綦江南州中学校 向春柳

重庆市綦江区教育科学研究所 肖廷忠

北京市昌平区第一中学 周有祥

概念和观念都是人们思维活动的成果和结晶，体现了对事物的抽象和概括，二者关系密切。概念是对事物的抽象或概括，观念则更为上位，是对知识更加综合化的整合。通常，生物学概念是生命观念在某一领域的具体表述，生命观念的形成总是基于生物学概念的建构。

结构与功能观是生命观念之一。对生命系统来说，结构是功能的基础。相应地，功能的实现也必然依赖于特定的结构。树立结构与功能观能让学生更好地解读生命现象，探究生命活动的规律，进而理解生命本质。因此，教师应该围绕概念建构展开教学，以事实为基础帮助学生理解生物学概念进而形成生物学观念。笔者在“细胞骨架与内膜系统”一节课的教学中，就着力于概念的建构，旨在帮助学生形成“结构与功能观”。

一、教学分析

（一）课标分析

本部分内容在《普通高中生物学课程标准（2017年版2020年修订）》中对应的内容要求是：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。课标中的学业要求是：构建并使用细胞模型，阐明细胞各部分结构通过分工合作，形成相互协调的有机整体，实现细胞水平的各项生命活动。基于课标要求，本节课内容需要在引导学生理解“细胞骨架”和“内膜系统”的基础上，构建“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”这一重要概念。

（二）教材分析

“细胞骨架与内膜系统”是北师大版高中生物学教材第二章第四节的内容。本节包含细胞骨架的组成和功能、细胞内膜系统的组成和功能以及真核细胞亚显微结构模型的制作三部分内容。

在细胞骨架部分，主要是通过“寻找证据”中的资料分析，让学生感受细胞骨架的存在，理解细胞骨架的组成和功能。由前面所学的分泌蛋白的转运等生命活动，进一步理解细胞骨架在维持细胞结构与功能整体性上的重要作用。

关于内膜系统，学生在前面所学内容中已初步体会几种细胞器之间的分工合作，本节更侧重于从整个内膜系统的组成和功能的角度，揭示细胞各部分的相互联系、协调一致。教材中借助变形虫的吞噬活动，引导学生领会内膜系统的形成，探讨真核细胞的细胞骨架与内膜系统的形成在生物进化中的意义，学生对细胞的结构与功能相适应有更深入的认识。

真核细胞亚显微结构模型的制作作为本节收尾的一项活动，也是本章的总结性任务，进一步突显结构与功能观。教师通过变形虫流动模型的制作，将学生对细胞结构与功能的认识通过模型的方式直观呈现，在解决问题的过程中完成“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”这一概念的建构。

（三）学情分析

学生在本章前三节分别学习了质膜、细胞质和细胞核，获得了对各个细胞器及细胞结构的单独认识，初步形成了结构与功能相适应的生命观念，为本节的学习奠定了基础。本节内容将从细胞骨架和内膜系统结构的角度，运用变形虫的运动、摄食等活动理解细胞骨架和内膜系统这两个术语，构建“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”这一概念，帮助学生认识完整的生命系统，从而实现学习目标。

（四）教学目标

基于课标要求、教材编写特点和学情，围绕学生生物学核心素养的培养要求，教师制订教学目标如下。

1.通过观察变形虫的运动，能用结构与功能相适应的观点，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。

2.通过制作真核细胞亚显微结构模型，体验模型建构的具体过程，将头脑中抽象的细胞结构具体化、形象化，加深对细胞结构和功能的感性认识，阐明细胞是一个有机的统一整体，是生命活动的基本单位。

3.通过学习硅肺病等与细胞内膜系统损伤有关疾病的病因及其预防知识，学生能更加关注健康、关爱生命。

二、教学过程

（一）实践活动，导入新课

教师在课前开展“观察淡水生态系统中的浮游生物”的实践活动，在活动过程中学生观察草履虫、变形虫，提出了一系列的问题：变形虫的运动是怎样实现的？与食物泡结合的溶酶体是怎样形成的？小泡是怎样实现定向移动的？形成溶酶体和细胞吞噬、消化、排除残渣过程中，各细胞器之间有什么结构与功能上的联系？

在课堂上，教师展示学生实践活动的视频“变形虫”，针对学生观察到的现象提出问题：变形虫的运动机制是什么？观察这幅动态景象并思考是什么机制协调着这些生命活动，使细胞成为结构与功能上的统一体？通过以上问题，导入教学。

在实践活动中，学生通过观察变形虫的运动，尝试对生命现象进行解释，进而发现问题，并带着问题进入新知识的学习。该活动以学生的亲身经历激发学习兴趣，教师通过提问展示学习要求，让学生明确学习目标。

（二）证据寻找，理解“细胞骨架”

教师引导学生整合分析“寻找证据阅读”里的三个资料，思考下面的问题：①从资料1中可以得出什么结论？细胞的性状是由什么结构维持的？②资料2中，科学家对变形虫做了哪两个实验？分别得到了什么实验结果？分析本资料可以得出什么结论？③资料3中，细胞中的具膜小泡是怎样定向运动的？

学生阅读资料后，以小组合作的方式探究可以得出：资料1说明细胞中存在由三种蛋白组成的纤维状网格结构，细胞骨架可能决定了细胞的形态。资料2中的两个实验说明变形虫的运动与细胞中的微丝蛋白有关，变形虫能伸出伪足，靠伪足作变形运动。资料3说明具膜小泡通过特殊的蛋白质连接在微管或者微丝上，在蛋白质的拖曳下前进。

这一活动的设计意图为通过合作学习和资料分析，培养学生获取信息的能力，用问题引导学生思考、分析和推理，发展其科学思维，引导学生构建“细胞骨架”这个概念，为理解“细胞是一个有机体”奠定基础。通过资料分析，学生逐步理解“细胞骨架由微管、微丝与中间纤维共同构成”这一概念。

教师引导学生阅读教材内容并结合“小肠上皮细胞的细胞骨架功能示意图”展示细胞骨架的功能，进一步强化该概念。学生仔细阅读教材，从教材中获取关键信息，可以整理概括得到：细胞骨架的功能包括支撑、定位和运输。接着教师展示肌细胞的收缩、鞭毛和纤毛的运动、细胞分裂过程中染色体运动等运动示意图，让学生在学习过程中更加深入地理解“细胞骨架由微管、微丝与中间纤维共同构成，多种重要生命活动的实现都离不开细胞骨架”这一概念。

这一活动的设计意图为培养学生获取信息、整理信息的能力，并引导学生通过将所学知识迁移应用来强化概念，培养学生的生命观念。

（三）证据寻找，理解“内膜系统”

教师播放“变形虫摄食、消化过程”视频，指导学生结合教材“寻找证据”的阅读材料，思考讨论以下问题：变形虫消化食物，与哪种细胞器密切相关？回顾溶酶体的相关知识，该细胞器具有什么特点？从溶酶体的形成到食物颗粒的消化，细胞中哪些结构参与了这一生命活动过程？它们在结构上具有什么共同的特点？

学生结合视频和资料，分析讨论得出：变形虫消化食物的过程与溶酶体密切相关。溶酶体是细胞内的“消化器官”，它既可以水解细胞吞噬的各种生物大分子，也可以降解细胞内衰老的细胞器和多余的生物大分子。变形虫吞噬的食物颗粒被质膜包裹形成吞噬泡，吞噬泡与溶酶体融合后，食物颗粒被溶酶体内的酶分解消化。从溶酶体形成到食物消化完成，参与的具膜结构有内质网、高尔基体、溶酶体、质膜、吞噬小泡，这些结构的膜可以相互转化。

教师继续追问：这些具膜细胞结构的生物膜为什么可以相互转化？这体现了生物膜的什么特点？由于学生已经学过细胞器，对此有相应的认知，很快就能得出答案：生物膜都具有相似的细胞结构，生物膜能相互转化，在结构上具有连续性，体现了生物膜都具有流动性的特点。

接着教师呈现“分泌蛋白的合成、运输、加工过程”图，再次强化生物膜在结构上具有连续性这一特性，即内质网膜与高尔基体膜、高尔基体膜与质膜、溶酶体膜之间都可以借助于囊泡的形成和融合相互转化。由此引导学生得出：真核细胞中的核膜和各种具膜细胞器的膜在结构上可以相互转化，在功能上协调配合，共同组成了一个动态的整合网络就是细胞“内膜系统”。

这一活动的设计意图为运用已有的知识帮助学生逐步解释变形虫运动、摄食等生命现象，体会生物膜在结构上的连续性是由膜的结构特点决定的，构建“细胞的内膜系统由核膜与各种细胞器膜共同构成，各种生物膜在结构和功能上有着密切的联系”这一概念，并深入强化“结构的完整性是动态的生命活动的基础”。

教师引导学生阅读教材资料并思考：既然具膜细胞器的生物膜可以相互转化，为什么不同的细胞器又具有不同的功能呢？真核细胞具有复杂的内膜系统，其功能是什么？从细胞骨架和内膜系统的角度分析，为什么真核细胞比原核细胞进化程度更高？

从资料中学生可以获取信息：生物膜将细胞区域化分隔，提高代谢效率；生物膜能增加酶的附着位点，保证生化反应高效有序地进行。原核细胞通常不具有细胞骨架和细胞内膜系统。一般来说，真核细胞的体积远大于原核细胞，内部成分和结构更加复杂，细胞骨架和细胞内膜系统为真核细胞提供了精密的支架和合理的内部结构，保证了细胞生命活动的高度程序化和自控性。

学生通过学习认识到生命活动的进行需要保证细胞结构的完整性，教师此时展示视频“TheInnerLifeof thecell”。

这一活动设计通过引导学生从阅读材料中获取信息，帮助其深入理解生物膜在结构和功能上的连续性，用视频形象展示细胞骨架和内膜系统为真核细胞提供了精密的支架和合理的内部结构，使学生认同细胞是一个统一的整体，细胞结构的完整性保障生命活动的正常进行。

（四）延伸拓展，形成生命观念

细胞骨架和细胞内膜系统对维持真核细胞正常生命活动具有重要作用，两者的损伤都会破坏细胞的协调和平衡，对细胞具有极大的伤害。教师通过提问引导学生，激发学生学习兴趣，引出与此相关的疾病。

通过学习，学生了解硅肺病的形成过程及危害。硅肺病的起因是粉尘微粒在肺部被吞噬细胞吞噬形成吞噬泡，吞噬泡与溶酶体融合后，溶酶体内的酶无法降解二氧化硅晶体，导致溶酶体膜破裂，大量消化酶泄漏到细胞质中，最终导致细胞死亡。死亡细胞释放的内容物使邻近的其他细胞受到危害。受危害的吞噬细胞会释放一些细胞因子，使肺组织纤维化，导致肺的弹性降低，功能受损。

这一活动的设计意图为促进学生积极运用生物学的知识和方法参与社会问题的讨论，激发学生运用生命观念解释现象，提高其社会责任意识。

（五）模型构建，落实结构与功能观

通过本节内容的学习，学生对细胞结构与功能的认识越来越丰富、越来越全面，头脑里构建的细胞结构越来越清晰。接着教师引导学生构建心中的变形虫，以此直观展示变形虫的形态。学生积极思考提出以下问题：制作变形虫需要哪种材料？怎样才能表现出变形虫的动态变化？

学生讨论后，教师提出自己的想法：用起泡胶来制作变形虫。起泡胶是流动的，它不仅能展示变形虫的形态，还能体现出变形虫具有流动性的特点。

这一活动的设计意图为：让学生了解模型，知道建模这种思维方法。通过构建细胞模型，可以直观展示学生头脑中对细胞结构与功能相关概念的认知。

三、反思与启示

本节课教学内容比较繁杂，如果只是知识点的叠加，进行单纯的阅读识记，容易使学生感到枯燥。因此，在教学过程中我们应有明确的主线，采取多种教学方式，将教学与生活密切结合，才能落实教学目标。

首先，本节教学以“变形虫”为主线，通过“野外寻找—显微观察—证据寻找—概念构建—模型建立”的探索之旅，引导学生理解“细胞骨架”和“内膜系统”，构建“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”这一概念，形成结构与功能观的生命观念，能更深入地落实生物学核心素养。

其次，以小组合作的方式，基于生物学事实和证据的运用，培养学生获取信息、收集信息、整理信息的能力，训练学生的科学思维，锻炼其运用生命观念阐释生命规律及生命现象的能力。

最后，整合教学内容，实现模型构建。让学生体验模型建构的实践活动，引导学生用起泡胶制作变形虫模型进而指导学生构建细胞的整体结构，从而将头脑中抽象的细胞结构具体化、形象化，加深学生对细胞结构和功能的感性认识，从而更好地理解细胞是一个有机的统一整体，是生命活动的基本单位。