论文部分内容阅读
摘 要：本文以“细胞核-系统的控制中心”一课为例，从经典实验、学科思想、模型建构三个角度，对经典实验进行分析、讨论、交流探究细胞核的功能，从细胞核的结构特点认识细胞核的功能建构概念形成生命观念，在构建细胞核物理模型的过程中应用、延伸、拓展概念，培育核心素养。
关键词：生命观念;建构概念;核心素养;细胞核
对生物学学科核心素养的探讨是近年来生物学教育界的讨论焦点。生物学学科核心素养是学生在生物学课程学习过程中逐渐发展起来的，在解决真实情境中的实际问题时所表现出来的价值观念、必备品格和关键能力，是学生知识、能力、情感态度与价值观的综合体现，包括生命观念、科学思维、科学探究和社会责任。“生命观念”是指对观察到的生命现象及相互关系或特性进行解释后的抽象，是人们经过实证后的观点，是能够理解或解释生物学相关事件和现象的意识、观念和思想方法。[1]生命观念主要包括“结构与功能观、进化与适应观、稳态与平衡观、物质与能量观”，生命观念往往不是局限于某个概念，而是具有统摄性，所以才能起到将众多概念整合为概念网络的作用。在实际的生物学课程实施过程中，生命观念的教育价值不在于用什么名词来提炼、阐述，而是让学生深刻地理解生命现象背后的本质，把握概念网络中的思想。对于学生来说，不一定要求他们记住生命观念的名称，而应重在理解其实质意蕴，重在概念整合，重在指导解决实际问题。[2]
“细胞核-系统的控制中心”一节内容是在学习了细胞膜和细胞质结构与功能的基础上，进一步对细胞结构的整体认识，同时也是后续“细胞的增殖”、“遗传变异”等生物学知识的基础。教材在编写上特别注重培育学生的生命观念核心素养，通过克隆动物的情境提出问题，在科学探究的过程中训练学生比较分类、分析综合、抽象概括等科学思维，建构细胞核结构与功能的概念。通过本节课的学习，学生对细胞的亚显微结构与功能的认识更加全面和完整，进而从生命系统的角度认识细胞是一个统一的整体，深刻体会“结构与功能相适应”的生命观念，并培养学生社会责任感。
一、创设情境，导入新课
呈现我国科学家通过动物细胞核移植技术得到的克隆猴“中中”“华华”图片，启发学生思考克隆技术与细胞的什么结构有关？学生通过前面的学习已经知道细胞是最基本的生命系统，并且认识了细胞这个系统的边界是细胞膜，细胞中的核糖体、内质网、高尔基体等细胞器各司其职，分工合作，共同完成一些重要的生命活动。细胞作为最基本的生命系统，各种结构协调配合，能正常有序地完成各种生命活动还需要有一个控制中心，它就是细胞核。通过克隆猴的例子，學生推测细胞核控制细胞的分裂、分化以及生命活动。
设计意图：生物学知识和概念是对现实生命现象和规律的归纳和概括，概念不应直接告知学生，而是应该在真实情境中提出问题，分析、解决问题，以事实证据经过逻辑推理进而形成概念。学科核心素养中最重要的是关键能力，而关键能力必须在真实的情境中，通过学生的思考、分析和探究等活动才能得到发展。情境在学生的生活中会碰到很多与生物学知识相关的社会热点问题，热点问题往往也是情境素材的一个很好来源。本节通过社会热点事件创设问题情境，激发学生对细胞核功能的思考与探究。
二、经典实验分析
教师提问：如何设计实验证明细胞核控制细胞的分裂、分化和生命活动呢？本环节重走科学家细胞核功能研究的经典实验，在思考、分析、归纳、实验设计的过程中探究细胞核功能，训练学生的科学探究能力，提升学生的科学思维。
（一）减法、加法原理 启发学生思考：前面学习细胞中元素的作用时，如果要证明Mg2+是玉米幼苗生长的必需元素怎么设计实验的呢？学生回忆起：分别用完全培养液和缺Mg2+的培养液培养若干相同的玉米幼苗，观察其生长状况。教师追问：若要进一步实验证明怎么做？学生想到在缺Mg2+培养液中重新加入Mg2+观察幼苗长势。学生回答后帮助学生提炼科学方法：在对照实验中，控制自变量可以采用“减法原理”和“加法原理”，以后遇到要证明某种物质或结构的作用时都可以应用这种思想进行实验设计。通过教师点拨，学生自然明白要证明细胞核的功能可以去除细胞核，观察细胞的分裂、分化或生命活动，再植入细胞核观察是否恢复。在学生已有实验思想的前提下观察蝾螈受精卵横缢实验，分析实验过程体会到科学家正是运用“减法原理”和“加法原理”，在此过程中穿插情感教育，激励学生，培育学生的社会责任感。变形虫实验可以让学生应用这一原理设计实验，体验科学家的思维，并将科学方法应用于实验设计中，进而证明细胞核控制细胞的代谢。
设计意图：教会学生一个实验设计并没有用，重要的是教给学生一类探究问题的方法。通过知识迁移，引导学生形成“减法原理”和“加法原理”这一共性的科学方法，启迪学生智慧，引导学生在今后的学习过程中，运用已学的科学原理和方法解决新的复杂情境中遇到的问题。
（二）细胞核移植思想 过渡：同一个细胞可以采用有核无核进行对照，同学们开拓思维积极思考：不同细胞还可以通过什么方法来证明细胞核的功能呢？学生思考可能有难度，教师引导学生回忆初中学过的克隆羊实验，说出多莉产生的大概过程，性状与哪一只羊一样，这是什么技术？由此引导学生得出证明细胞核功能的另一思想——细胞核移植。
学生观察美西螈核移植实验，预测实验结果，在课本实验的基础上加以补充和完善。最后，给出伞藻的相关介绍，这样一个单细胞生物，伞帽的性状主要由什么结构决定呢？学生会假设由伞柄或假根决定，学生小组讨论实验方案后利用教师自制的磁贴黑板模拟实验过程以及预期结果（图1）。播放科学家实验flash，与假设由假根决定的实验预期一致，能否说明就是细胞核的作用？学生认识到假根还有细胞质，要证明就是细胞核的作用可以进一步核移植。科学家通过这两个实验证明了细胞核控制细胞的遗传。
设计意图：生物学概念不应直接告知学生，这容易导致学生机械记忆、浅层理解，而应基于对已有生物学事实的分析、归纳形成概念，在建构概念的过程中抽象、推理、概括形成生命观念。学生通过分析经典实验，认识到细胞核控制细胞代谢和遗传的功能，在此过程中体验科学实验的原则和方法，并尝试设计简单的实验，形成规范和严谨的科学思维方法，训练炼理性思维，培养学生科学探究能力。 三、从结构特点理解功能
结构与功能相适应，细胞核具有这样的功能是由怎样的结构决定的呢？从学生认为与功能最为相关的结构染色质开始，认识染色质的组成，电话线模拟染色质与染色体的关系。核膜、核孔、核仁等结合图片认识结构，理解细胞核功能。借助模型告诉学生，细胞核中除了这些结构还有很多液体即核液，使学生形成细胞核结构的整体认识。在对结构理解的基础上分组建构细胞核的三维模型，实物投影展示个别组的模型，并请学生边展示边介绍相应结构，其他学生评价、纠正（图2），布置学生课后用其他材料进一步优化，更好地体现细胞核结构。
细胞核如此重要，单独的细胞核有功能吗？单独的细胞质能正常进行生命活动吗？学生讨论、交流。回过来看变形虫实验，发现单独的细胞核很快死亡，单独的细胞质也不能进行生命活动，可见细胞核与细胞质是相互依存的统一整体。生活中有无单独核质的细胞呢？学生会想到哺乳动物成熟的红细胞，通过前面的资料可知其存活120d左右。给学生补充介绍精子几乎只有细胞核结构存活2-3d，这些事实都告诉我们：细胞必须保持其完整性才能正常完成各项生命活动，细胞是最基本的生命系统！
设计意图：学生在真实情境中研究生命活动规律，对生物学现象和事实进行分析、理解概括形成概念。通过建构物理模型，促进学生概念的应用、延伸和拓展，促进学生将文本知识理解内化、加工再外化展示，在具体操作或运用中获得科学知识并提高学习力。通过实例认同细胞是一个统一的整体，是最基本的生命系统这一核心概念，首尾呼应，深化学生的系统观。
四、教学反思
生命观念是在理解概念的基础上进一步抽象而成，比一般的概念更宏大、上位，更接近于以往所说的生物学思想。人教社谭永平老师尝试将生命观念简而言之为：是以回答生命是什么、怎么樣、为什么等问题建立的系统化的概念为基础，抽象出来的关于生命本质的观点、思想。它是能够统领组成生命的物质，生物的结构与功能，生物的遗传、变异与进化，生物与生物、生物与环境之间的关系等问题的一系列思想、观点。对于高中学生来说，生命观念是学完生物学课程多年之后，具体概念早已忘记却仍然留在脑子里的东西[3]。所以课堂教学中要注重引导学生分析真实情境的问题，思考、分析形成概念。强调选择真实情境，就是要促进学生“在真实情境中解决真实的问题，促进学生真实地发展。”真实情境贵在真实，可以来源于学生的生活、学习和实践，也可以来源于科学实验和科学探究，还可以来源于科学史，真实情境因其真实性更能激发学生的学习兴趣。[4]科学发现的历史蕴含着丰富的教育价值，如能够反映科学的本质、科学家之间的合作及所持观点的碰撞和争论、科学态度、科学精神、科学世界观等众多方面，也是学生学习非常好的情境素材的重要来源[5]。
本节课对教材内容进行了重组，将课本四个科学家的经典实验进行归类，遵循学生的最近发展区理论和认知特点，通过已有知识的迁移，使学生提炼“加减法原理”和“细胞核移植思想”来探究细胞核功能，也为学生今后探究某物质或某结构功能类问题建立思想方法，激发学生思维，启迪学生智慧，促进科学方法的内化和延伸。学生设计实验，利用自制磁贴模拟科学家的实验过程，体验科学家思维的严谨与创新，也促进学生的合作学习与评价。学生尝试建构细胞核三维模型，培养模拟动作技能，深化对文本概念的理解，激发学生创造性学习的内驱力。整节课通过分析科学家实验，设计探究实验，模拟实验过程，建构三维模型，遵循情境-问题-素养的学习路径，形成生命的系统观、结构观、功能观，激发对生命的热爱与珍惜，培育学生的生命观念核心素养。
参考文献
[1]中华人民共和国教育部.普通高中生物学课程标准（2017年版）[S]. 北京：人民教育出版社， 2018：4-5.
[2]谭永平.生物学学科核心素养：内涵、外延与整体性[J]. 课程.教材.教法. 2018：（8）：86-91.
[3]谭永平.发展学科核心素养——为何及如何建立生命观念[J]. 生物学教学， 2017：（10）：7-10.
[4]吴成军著.生物学学科核心素养的教学与评价[M].上海：华东师范大学出版社，2020：102-103.
[5]包春莹.新高中生物学教材基于核心素养的真实情境创设[J]. 生物学教学， 2020：（7）：11-13.
关键词：生命观念;建构概念;核心素养;细胞核
对生物学学科核心素养的探讨是近年来生物学教育界的讨论焦点。生物学学科核心素养是学生在生物学课程学习过程中逐渐发展起来的，在解决真实情境中的实际问题时所表现出来的价值观念、必备品格和关键能力，是学生知识、能力、情感态度与价值观的综合体现，包括生命观念、科学思维、科学探究和社会责任。“生命观念”是指对观察到的生命现象及相互关系或特性进行解释后的抽象，是人们经过实证后的观点，是能够理解或解释生物学相关事件和现象的意识、观念和思想方法。[1]生命观念主要包括“结构与功能观、进化与适应观、稳态与平衡观、物质与能量观”，生命观念往往不是局限于某个概念，而是具有统摄性，所以才能起到将众多概念整合为概念网络的作用。在实际的生物学课程实施过程中，生命观念的教育价值不在于用什么名词来提炼、阐述，而是让学生深刻地理解生命现象背后的本质，把握概念网络中的思想。对于学生来说，不一定要求他们记住生命观念的名称，而应重在理解其实质意蕴，重在概念整合，重在指导解决实际问题。[2]
“细胞核-系统的控制中心”一节内容是在学习了细胞膜和细胞质结构与功能的基础上，进一步对细胞结构的整体认识，同时也是后续“细胞的增殖”、“遗传变异”等生物学知识的基础。教材在编写上特别注重培育学生的生命观念核心素养，通过克隆动物的情境提出问题，在科学探究的过程中训练学生比较分类、分析综合、抽象概括等科学思维，建构细胞核结构与功能的概念。通过本节课的学习，学生对细胞的亚显微结构与功能的认识更加全面和完整，进而从生命系统的角度认识细胞是一个统一的整体，深刻体会“结构与功能相适应”的生命观念，并培养学生社会责任感。
一、创设情境，导入新课
呈现我国科学家通过动物细胞核移植技术得到的克隆猴“中中”“华华”图片，启发学生思考克隆技术与细胞的什么结构有关？学生通过前面的学习已经知道细胞是最基本的生命系统，并且认识了细胞这个系统的边界是细胞膜，细胞中的核糖体、内质网、高尔基体等细胞器各司其职，分工合作，共同完成一些重要的生命活动。细胞作为最基本的生命系统，各种结构协调配合，能正常有序地完成各种生命活动还需要有一个控制中心，它就是细胞核。通过克隆猴的例子，學生推测细胞核控制细胞的分裂、分化以及生命活动。
设计意图：生物学知识和概念是对现实生命现象和规律的归纳和概括，概念不应直接告知学生，而是应该在真实情境中提出问题，分析、解决问题，以事实证据经过逻辑推理进而形成概念。学科核心素养中最重要的是关键能力，而关键能力必须在真实的情境中，通过学生的思考、分析和探究等活动才能得到发展。情境在学生的生活中会碰到很多与生物学知识相关的社会热点问题，热点问题往往也是情境素材的一个很好来源。本节通过社会热点事件创设问题情境，激发学生对细胞核功能的思考与探究。
二、经典实验分析
教师提问：如何设计实验证明细胞核控制细胞的分裂、分化和生命活动呢？本环节重走科学家细胞核功能研究的经典实验，在思考、分析、归纳、实验设计的过程中探究细胞核功能，训练学生的科学探究能力，提升学生的科学思维。
（一）减法、加法原理 启发学生思考：前面学习细胞中元素的作用时，如果要证明Mg2+是玉米幼苗生长的必需元素怎么设计实验的呢？学生回忆起：分别用完全培养液和缺Mg2+的培养液培养若干相同的玉米幼苗，观察其生长状况。教师追问：若要进一步实验证明怎么做？学生想到在缺Mg2+培养液中重新加入Mg2+观察幼苗长势。学生回答后帮助学生提炼科学方法：在对照实验中，控制自变量可以采用“减法原理”和“加法原理”，以后遇到要证明某种物质或结构的作用时都可以应用这种思想进行实验设计。通过教师点拨，学生自然明白要证明细胞核的功能可以去除细胞核，观察细胞的分裂、分化或生命活动，再植入细胞核观察是否恢复。在学生已有实验思想的前提下观察蝾螈受精卵横缢实验，分析实验过程体会到科学家正是运用“减法原理”和“加法原理”，在此过程中穿插情感教育，激励学生，培育学生的社会责任感。变形虫实验可以让学生应用这一原理设计实验，体验科学家的思维，并将科学方法应用于实验设计中，进而证明细胞核控制细胞的代谢。
设计意图：教会学生一个实验设计并没有用，重要的是教给学生一类探究问题的方法。通过知识迁移，引导学生形成“减法原理”和“加法原理”这一共性的科学方法，启迪学生智慧，引导学生在今后的学习过程中，运用已学的科学原理和方法解决新的复杂情境中遇到的问题。
（二）细胞核移植思想 过渡：同一个细胞可以采用有核无核进行对照，同学们开拓思维积极思考：不同细胞还可以通过什么方法来证明细胞核的功能呢？学生思考可能有难度，教师引导学生回忆初中学过的克隆羊实验，说出多莉产生的大概过程，性状与哪一只羊一样，这是什么技术？由此引导学生得出证明细胞核功能的另一思想——细胞核移植。
学生观察美西螈核移植实验，预测实验结果，在课本实验的基础上加以补充和完善。最后，给出伞藻的相关介绍，这样一个单细胞生物，伞帽的性状主要由什么结构决定呢？学生会假设由伞柄或假根决定，学生小组讨论实验方案后利用教师自制的磁贴黑板模拟实验过程以及预期结果（图1）。播放科学家实验flash，与假设由假根决定的实验预期一致，能否说明就是细胞核的作用？学生认识到假根还有细胞质，要证明就是细胞核的作用可以进一步核移植。科学家通过这两个实验证明了细胞核控制细胞的遗传。
设计意图：生物学概念不应直接告知学生，这容易导致学生机械记忆、浅层理解，而应基于对已有生物学事实的分析、归纳形成概念，在建构概念的过程中抽象、推理、概括形成生命观念。学生通过分析经典实验，认识到细胞核控制细胞代谢和遗传的功能，在此过程中体验科学实验的原则和方法，并尝试设计简单的实验，形成规范和严谨的科学思维方法，训练炼理性思维，培养学生科学探究能力。 三、从结构特点理解功能
结构与功能相适应，细胞核具有这样的功能是由怎样的结构决定的呢？从学生认为与功能最为相关的结构染色质开始，认识染色质的组成，电话线模拟染色质与染色体的关系。核膜、核孔、核仁等结合图片认识结构，理解细胞核功能。借助模型告诉学生，细胞核中除了这些结构还有很多液体即核液，使学生形成细胞核结构的整体认识。在对结构理解的基础上分组建构细胞核的三维模型，实物投影展示个别组的模型，并请学生边展示边介绍相应结构，其他学生评价、纠正（图2），布置学生课后用其他材料进一步优化，更好地体现细胞核结构。
细胞核如此重要，单独的细胞核有功能吗？单独的细胞质能正常进行生命活动吗？学生讨论、交流。回过来看变形虫实验，发现单独的细胞核很快死亡，单独的细胞质也不能进行生命活动，可见细胞核与细胞质是相互依存的统一整体。生活中有无单独核质的细胞呢？学生会想到哺乳动物成熟的红细胞，通过前面的资料可知其存活120d左右。给学生补充介绍精子几乎只有细胞核结构存活2-3d，这些事实都告诉我们：细胞必须保持其完整性才能正常完成各项生命活动，细胞是最基本的生命系统！
设计意图：学生在真实情境中研究生命活动规律，对生物学现象和事实进行分析、理解概括形成概念。通过建构物理模型，促进学生概念的应用、延伸和拓展，促进学生将文本知识理解内化、加工再外化展示，在具体操作或运用中获得科学知识并提高学习力。通过实例认同细胞是一个统一的整体，是最基本的生命系统这一核心概念，首尾呼应，深化学生的系统观。
四、教学反思
生命观念是在理解概念的基础上进一步抽象而成，比一般的概念更宏大、上位，更接近于以往所说的生物学思想。人教社谭永平老师尝试将生命观念简而言之为：是以回答生命是什么、怎么樣、为什么等问题建立的系统化的概念为基础，抽象出来的关于生命本质的观点、思想。它是能够统领组成生命的物质，生物的结构与功能，生物的遗传、变异与进化，生物与生物、生物与环境之间的关系等问题的一系列思想、观点。对于高中学生来说，生命观念是学完生物学课程多年之后，具体概念早已忘记却仍然留在脑子里的东西[3]。所以课堂教学中要注重引导学生分析真实情境的问题，思考、分析形成概念。强调选择真实情境，就是要促进学生“在真实情境中解决真实的问题，促进学生真实地发展。”真实情境贵在真实，可以来源于学生的生活、学习和实践，也可以来源于科学实验和科学探究，还可以来源于科学史，真实情境因其真实性更能激发学生的学习兴趣。[4]科学发现的历史蕴含着丰富的教育价值，如能够反映科学的本质、科学家之间的合作及所持观点的碰撞和争论、科学态度、科学精神、科学世界观等众多方面，也是学生学习非常好的情境素材的重要来源[5]。
本节课对教材内容进行了重组，将课本四个科学家的经典实验进行归类，遵循学生的最近发展区理论和认知特点，通过已有知识的迁移，使学生提炼“加减法原理”和“细胞核移植思想”来探究细胞核功能，也为学生今后探究某物质或某结构功能类问题建立思想方法，激发学生思维，启迪学生智慧，促进科学方法的内化和延伸。学生设计实验，利用自制磁贴模拟科学家的实验过程，体验科学家思维的严谨与创新，也促进学生的合作学习与评价。学生尝试建构细胞核三维模型，培养模拟动作技能，深化对文本概念的理解，激发学生创造性学习的内驱力。整节课通过分析科学家实验，设计探究实验，模拟实验过程，建构三维模型，遵循情境-问题-素养的学习路径，形成生命的系统观、结构观、功能观，激发对生命的热爱与珍惜，培育学生的生命观念核心素养。
参考文献
[1]中华人民共和国教育部.普通高中生物学课程标准（2017年版）[S]. 北京：人民教育出版社， 2018：4-5.
[2]谭永平.生物学学科核心素养：内涵、外延与整体性[J]. 课程.教材.教法. 2018：（8）：86-91.
[3]谭永平.发展学科核心素养——为何及如何建立生命观念[J]. 生物学教学， 2017：（10）：7-10.
[4]吴成军著.生物学学科核心素养的教学与评价[M].上海：华东师范大学出版社，2020：102-103.
[5]包春莹.新高中生物学教材基于核心素养的真实情境创设[J]. 生物学教学， 2020：（7）：11-13.