資源簡介

“細胞核的結構和功能”教學設計
１. 教材分析及設計思路
本節是人教2019版高中生物學必修１第３章第３節的內容，前兩節學生已學習了細胞膜的成分與功能、細胞器的結構與功能等知識，細胞中的各種結構各司其職又相互配合，有序地進行各種生命活動離不開細胞核的控制作用。
有效開展本節的學習是為后期細胞分裂中染色體行為變化的理解奠定基礎，同時為學習基因表達的知識做鋪墊。
《普通高中生物學課程標準（２０１７年版）》中高度關注了學生學習過程中的實踐體驗，基于生物學事實和證據運用科學思維解釋生命現象、揭示生命本質。
本節課中細胞核的功能學習依賴于演繹推理等方法，總結歸納得出結論。 在細胞核結構知識的突破上，運用模型建構方法，從生活廢棄物構建模型到課堂太空泥構建模型，為學生創設動手契機，促進細胞核具體結構概念的深入理解，同時培養學生的垃圾分類和變廢 為寶的意識。
２. 教學目標
（１） 觀察電鏡照片并分析資料，運用結構與功能 相適應的觀點，分析其各部分結構及功能，找出細胞核是遺傳信息庫、控制代謝和遺傳的證據。
（２） 通過創設實驗情境，提高實驗設計能力；通過分析經典實驗，概括細胞核的功能，發展批判性思維和 科學探究能力。
（３） 基于生活廢棄物制作細胞核和染色質模型，建立資源再利用的環保意識。
３. 教學過程
３. １ 模型展示，導入新課　
播放學生課前用生活廢棄 物制作真核細胞三維結構模型的視頻（圖１為視頻截圖）。
課上，教師展示模型和哺乳動物成熟紅細胞壽命資料。 提出問題串：
①分工合作的細胞器有序完成各 自分工任務，誰調控它們呢？
②資料顯示紅細胞壽命 遠遠短于其他體細胞，為什么？
③如果把模型中的細 胞核剝離開，內部是什么樣的精細結構呢？
設計意圖： 利用生活素材（包括廢棄物）構建真核細胞三維結構模型的視頻導入本節課，培養學生充分利用資源的環保意識。 資料分析，認同細胞核對于生命活動的重要性，為細胞核的結構與功能學習做鋪墊。
３. ２　假說演繹，組織探究　
對教材中的資料進行拆 解，節選探究部分，通過交互教學軟件推送到學生平板電腦端適時呈現給學生，教師設疑，學生猜想、分析并設計實驗，預期結果，最終總結歸納細胞核的功能（表 １） 。
設計意圖： 基于教材中的實驗資料，演繹推理、討論與交流，逐漸形成基于事實的證據，分析生物學規律，鍛煉科學思維的靈敏性，體驗科學探究基本方法、 思路，利于學生形成科學探究意識。
３. ３ 資料分析，總結歸納　
在細胞核的功能結論得出后，順勢導入細胞核結構的探索歷程（圖 ２）。
依據圖２細胞核結構的探索歷程，首先展示細胞核的電子顯微鏡照片。
教師向學生提出問題：
①細胞核有邊界，是膜結構嗎？ 和細胞膜一樣嗎？
②細胞核內黑色部分是什么呢？
③核內亮的區域是單純的一些液體基質嗎？
在問題提出后，再呈現多則資料。
資料１： 經過化學成分分析，組成細胞核的分子主要有磷脂、蛋白質和ＤＮＡ。 細胞核的膜結構成分丙酮提取后，在空氣—水界面上鋪成單分子層，測得面積大約為細胞核表面積的４倍。
資料２： 諾貝爾獎獲得者托馬斯·Ｒ． 切赫經過研究發現，信使ＲＮＡ可以將ＤＮＡ傳遞的遺傳信息傳給核糖體，在細胞質的核糖體合成相應的蛋白質。 而ＲＮＡ分子和ＤＮＡ分子無法穿過磷脂雙分子層。
資料３： 大多數細胞可具有１—４個核仁。 在合成蛋白旺盛的細胞（如分泌細胞），核仁多，大約占核體積的 ２５％，肌肉細胞和休眠細胞中核仁很小。 光鏡下，核仁呈圓形，并因含大量ｒＲＮＡ 而呈強嗜堿性。
資料４： 電鏡下，染色質由顆粒與細絲組成，染色質的基本結構為串珠狀的染色質絲。 染色質的結構單體為核小體，直徑約１０ ｎｍ，相鄰以１. ５—２. ５ｎｍ的細絲相連，核心由４組組蛋白（Ｈ２Ａ、 Ｈ２Ｂ、 Ｈ３、 Ｈ４）構成， ＤＮＡ纏繞在核心的外周，核小體之間為連接 ＤＮＡ，１個核小體上共有２００個堿基對，構成染色質絲的一個單位。 是由 ＤＮＡ 雙股螺旋鏈規則重復地盤繞，
形成大量直徑約１０ ｎｍ的扁圓球形核小體。
資料 ５： 核孔復合體呈現八面對稱結構，是生物體內最復雜的蛋白質復合體之一。 研究發現在轉錄活躍的爪蟾卵母細胞中復合體密度為６０ 個／μｍ ，染色體復制時，一個核孔每分鐘運進核內100個組蛋白，細胞生長旺盛時，一個核孔１分鐘運出３套核糖體前體單位。
基于上述資料，教師提問：
①細胞核的邊界是什么？
②核孔是否任意大分子都可以通過呢？
③染色質和染色體什么關系呢？
④除了以上結構，細胞核還有沒有其他結構呢？
設計意圖： 學生通過分析資料，推測出細胞核應該具備核膜且為雙層膜，核膜上具有大分子孔道，核仁與蛋白質合成密切相關，染色質的成分為ＤＮＡ和蛋白質。
教師補充細胞核除核膜、核孔、核仁、染色質等結構外，還具有核中除染色質與核仁以外的成分，包括核液與核骨架兩部分。 充分調動學生認知微觀事實，厘清細胞核具體結構組成。
３. ４　顯微觀察，模型構建　
學生活動：
①光學顯微鏡 觀察洋蔥根尖有絲分裂永久裝片，實現染色質和染色體形態的辨析；
②根據資料４，分發扭扭棒和平時垃圾 桶中收集的飲料瓶蓋構建染色質的三維結構模型；
③ 展示ＤＮＡ與蛋白質纏繞模式圖、細胞核結構模式圖和學生利用太空泥建構細胞核的三維結構模型（圖略）。
設計意圖： 再次完善細胞核功能，認同細胞核是“遺傳信息庫”。 學生自主構建模型，主動參與知識形成過程，小組互評后修正、完善模型，潛移默化中深化 細胞核結構的理解，提升學生的科學思維，培養“結構與功能相適應”的生命觀念。
３. ５ 拓展認知，遷移運用　
資料６： 細胞核源自原核細胞基因組的大型化（包括 ＤＮＡ 的復制錯誤或多倍化、側向基因轉移方式、內共生融合等）。核的成型及有絲分裂的出現主要是為了滿足將巨大的ＤＮＡ分子準確地分配到子代中去的需求。 因此，如何將長鏈ＤＮＡ有效地壓縮（借助組蛋白）成若干染色體以及如何將多個染色體同時分離（借助紡錘體）是核演化的關鍵。
基于資料，提出問題串：
①原核細胞擬核和真核 細胞的細胞核有何區別呢？
②它們的遺傳物質 ＤＮＡ 的載體一樣嗎？ＤＮＡ 一樣嗎？
③ＤＮＡ 指導蛋白質合成，如何實現呢？
設計意圖： 運用是認知的高階層次，完成本節內容學習后，通過問題串的再次追問，遷移知識，引導學生前后知識銜接，利于學生整體提升。
４. 教學反思
本節課的內容雖然看似與初中知識聯系密切，但是細胞核結構的認知更加微觀抽象，學生理解起來有一定難度。 教師在這部分內容教學時應該更加側重培 養學生的建模思想和建模能力，其中物理模型建構在生物學教學中占據極其重要的位置，這也是探究活動的核心方法之一。 在細胞核的功能處理上，通過演繹推理的科學方法層層設疑，思維由低階的認知、簡單的理解到高階思維的“理性思維”，逐步培養了學生的科 學思維。

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