盛國(guó)躍 （金華市教育教學(xué)研究中心 浙江金華 321017）

《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017 年版）》（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“課程標(biāo)準(zhǔn)”）中的必修課程內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)由一系列概念組成。不同版本的生物學(xué)教材對(duì)同一概念呈現(xiàn)方式不同，教學(xué)設(shè)計(jì)應(yīng)從基于教材走向基于課程標(biāo)準(zhǔn)中的概念。本文以“原核細(xì)胞與真核細(xì)胞的最大區(qū)別是原核細(xì)胞沒(méi)有由核膜包被的細(xì)胞核（以下簡(jiǎn)稱(chēng)概念A(yù)）”[1]為例進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)。

1 對(duì)概念的分析和細(xì)化

課程標(biāo)準(zhǔn)以“少而精”的原則選擇課程內(nèi)容，其所呈現(xiàn)的概念均是高度精煉的。將課程標(biāo)準(zhǔn)中的概念直接作為教學(xué)起點(diǎn)過(guò)于宏觀，因此，在教學(xué)時(shí)需對(duì)其進(jìn)行細(xì)化和梳理。

概念A(yù) 屬于“分子與細(xì)胞”模塊中的次位概念，其所支撐的重要概念及大概念依次是“細(xì)胞是生物體結(jié)構(gòu)與生命活動(dòng)的基本單位”“各種細(xì)胞具有相似的基本結(jié)構(gòu)但在形態(tài)和功能上有所差異”[1]。概念A(yù) 有利于學(xué)生從進(jìn)化和適應(yīng)的角度理解細(xì)胞的統(tǒng)一性和差異性，對(duì)順利達(dá)成“說(shuō)明細(xì)胞具有多種形態(tài)和功能，但同時(shí)又都具有相似的基本結(jié)構(gòu)”[1]這一學(xué)業(yè)要求有重要意義?；诖朔治?，將概念A(yù) 細(xì)化為3 條下位概念：

A1.原核細(xì)胞的大部分DNA 聚集在一起，但沒(méi)有膜包被。

A2.原核細(xì)胞與真核細(xì)胞在多個(gè)方面存在顯著差異。

A3.核膜的出現(xiàn)為真核細(xì)胞進(jìn)化出多種特有結(jié)構(gòu)奠定了基礎(chǔ)，標(biāo)志著真核生物的誕生。

2 學(xué)習(xí)目標(biāo)

基于以上分析，確定的學(xué)習(xí)目標(biāo)為：①設(shè)計(jì)并實(shí)施“觀察念珠藻和洋蔥表皮細(xì)胞核區(qū)實(shí)驗(yàn)”，掌握科學(xué)探究的基本思路和方法，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行交流和討論，說(shuō)明原核細(xì)胞的大部分DNA 聚集在一起，但沒(méi)有膜包被；②比較原核細(xì)胞和真核細(xì)胞的結(jié)構(gòu)模式圖，以列表等方式說(shuō)明2 類(lèi)細(xì)胞在多個(gè)方面存在差異；③通過(guò)論證從進(jìn)化角度舉例說(shuō)明有、無(wú)核膜是真核細(xì)胞和原核細(xì)胞最大的區(qū)別，并用進(jìn)化與適應(yīng)觀闡釋核膜與物種多樣性的關(guān)系。

3 課前準(zhǔn)備

學(xué)生以小組為單位完成“借助顯微技術(shù)和生物染色劑探究原核細(xì)胞與真核細(xì)胞在核結(jié)構(gòu)上的區(qū)別實(shí)驗(yàn)”，初步形成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。

4 教學(xué)過(guò)程

4.1 創(chuàng)設(shè)情境，提出指向于概念的問(wèn)題 教師展示進(jìn)化樹(shù)圖（圖略）。我國(guó)科學(xué)家陳世驤將進(jìn)化樹(shù)上多種多樣的生物，劃分為由原核細(xì)胞組成的原核生物總界和由真核細(xì)胞組成的真核生物總界共2 個(gè)總界。其中真核生物種類(lèi)繁多占99%以上，原核生物不到1%。這種分類(lèi)方法得到廣泛認(rèn)可。

任務(wù)1：提出指向于概念的問(wèn)題。

活動(dòng)1：學(xué)生提出問(wèn)題→師生共同梳理問(wèn)題?；谇榫?，學(xué)生提出許多問(wèn)題。但這些問(wèn)題的表述方式、指向性及提出的順序并不完全符合概念構(gòu)建的邏輯，需進(jìn)行梳理。師生共同梳理層層遞進(jìn)的指向于概念的問(wèn)題如下：

Q1.原核細(xì)胞在核結(jié)構(gòu)上有什么特點(diǎn)？（指向于A1）

Q2.2 類(lèi)細(xì)胞有哪些區(qū)別？（指向于A2）

Q3.2 類(lèi)細(xì)胞的區(qū)別中最大的區(qū)別是什么？（指向于A3）

Q4.真核生物的物種數(shù)量比原核生物大很多的原因是什么？（指向于A3）

讓學(xué)生通過(guò)對(duì)真實(shí)情境的感知提出指向于概念的問(wèn)題，既激發(fā)了學(xué)生的求知欲，又使學(xué)生探尋問(wèn)題答案的過(guò)程成為主動(dòng)構(gòu)建概念的過(guò)程。

4.2 實(shí)驗(yàn)探究，構(gòu)建概念A(yù)1

任務(wù)2：借助顯微技術(shù)和生物染色劑探究原核細(xì)胞與真核細(xì)胞在核結(jié)構(gòu)上的區(qū)別。

活動(dòng)2：部分學(xué)生實(shí)驗(yàn)匯報(bào)→全班討論→教師點(diǎn)撥總結(jié)。部分學(xué)生進(jìn)行如下匯報(bào)：經(jīng)文獻(xiàn)檢索，發(fā)現(xiàn)原核生物主要包括細(xì)菌、藍(lán)細(xì)菌、放線菌、支原體、衣原體、螺旋體和立克次氏體等七大類(lèi)。其中，藍(lán)細(xì)菌較大，且其以細(xì)胞群體的形式存在時(shí)，會(huì)形成水華。藍(lán)細(xì)菌中念珠藻細(xì)胞體積相對(duì)較大，且分布廣泛，易獲取。因此，選擇念珠藻為觀察原核細(xì)胞的實(shí)驗(yàn)材料。選擇洋蔥表皮細(xì)胞作為觀察真核細(xì)胞的材料。拍攝的顯微照片如圖1 所示。

圖1 念珠藻擬核區(qū)（A）和洋蔥表皮細(xì)胞核（B）亞甲基藍(lán)染色情況比較

在學(xué)生討論環(huán)節(jié),教師進(jìn)行引導(dǎo)：根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，原核細(xì)胞相對(duì)較小。2 種細(xì)胞均有被亞甲基藍(lán)染液染成深色的區(qū)域，說(shuō)明均有核區(qū)。洋蔥表皮細(xì)胞核區(qū)形狀規(guī)則，近圓形，且界線平滑，其原因是具有核膜。念珠藻核區(qū)不規(guī)則，邊界不清晰，且不同細(xì)胞核區(qū)的形態(tài)不同，其原因可能是缺乏核膜。當(dāng)有學(xué)生提出質(zhì)疑（例如，有部分學(xué)生認(rèn)為原核細(xì)胞可能有不規(guī)則的核膜）時(shí)，教師展示透射電鏡下的念珠藻細(xì)胞圖像，消除學(xué)生的疑惑。

要讓學(xué)生認(rèn)同原核細(xì)胞沒(méi)有核膜包被的細(xì)胞核，就必須要讓學(xué)生有真實(shí)的體驗(yàn)。本環(huán)節(jié)讓學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)，真切感受到原核細(xì)胞和真核細(xì)胞在核膜上的區(qū)別，接受“擬核”這一結(jié)構(gòu)，并順利構(gòu)建概念A(yù)1。

4.3 列表比較，構(gòu)建概念A(yù)2

任務(wù)3：觀察原核細(xì)胞和真核細(xì)胞的結(jié)構(gòu)模式圖，列表比較2 類(lèi)細(xì)胞在結(jié)構(gòu)上的區(qū)別。

活動(dòng)3：學(xué)生通過(guò)觀察模式圖，以表格（表1）的形式列出真核細(xì)胞和原核細(xì)胞在結(jié)構(gòu)上的區(qū)別，并進(jìn)行匯報(bào)和交流。學(xué)生在相互評(píng)價(jià)和修正中總結(jié)得出2 類(lèi)細(xì)胞在不同層面的差異，從而建立概念A(yù)2。在此基礎(chǔ)上，教師引導(dǎo)學(xué)生理解真核細(xì)胞的構(gòu)造與機(jī)能比原核細(xì)胞更為復(fù)雜和完善，進(jìn)而認(rèn)同生物由簡(jiǎn)單到復(fù)雜地進(jìn)化的觀點(diǎn)。

表1 真核細(xì)胞和原核細(xì)胞的結(jié)構(gòu)區(qū)別

學(xué)生通過(guò)列表比較，不僅自然構(gòu)建了概念A(yù)1，加深了對(duì)上位概念的理解，還認(rèn)同了進(jìn)化的觀點(diǎn)，同時(shí)，提高了觀察和類(lèi)比能力，在分享和交流中提高團(tuán)隊(duì)合作的能力和交流能力。

4.4 科學(xué)論證，構(gòu)建概念A(yù)3

任務(wù)4：提出并修正關(guān)于原核細(xì)胞與真核細(xì)胞最大區(qū)別的主張。

活動(dòng)4：學(xué)生提出主張→教師補(bǔ)充資料→學(xué)生修正主張。學(xué)生根據(jù)原有知識(shí)提出了多個(gè)主張。教師需針對(duì)學(xué)生提出的主張補(bǔ)充對(duì)應(yīng)資料，幫助學(xué)生修正主張。

主張1：從表1 可知，原核細(xì)胞沒(méi)有染色體，而染色體是遺傳信息的主要載體，因此，最關(guān)鍵的區(qū)別是原核細(xì)胞沒(méi)有染色體。

補(bǔ)充資料1：生命從簡(jiǎn)單到復(fù)雜的演化，一方面細(xì)胞內(nèi)遺傳信息量增加；另一方面基因結(jié)構(gòu)復(fù)雜化。這就要求細(xì)胞對(duì)遺傳信息有更有序的調(diào)控。核膜的出現(xiàn)有利于實(shí)現(xiàn)遺傳信息調(diào)控的階段性與區(qū)域化。同時(shí)，受核膜的限制，真核細(xì)胞需借助蛋白質(zhì)將大型化的DNA 壓縮形成染色質(zhì)［2］。

修正主張1：核膜為真核細(xì)胞遺傳信息量的擴(kuò)增和染色質(zhì)形成奠定了基礎(chǔ)。因而，核膜的區(qū)別比染色質(zhì)的區(qū)別更本質(zhì)。

主張2：從表1 可知，原核細(xì)胞沒(méi)有多種有膜細(xì)胞器，而有膜細(xì)胞器實(shí)現(xiàn)了細(xì)胞內(nèi)結(jié)構(gòu)的區(qū)域化，因此，最關(guān)鍵的區(qū)別是原核細(xì)胞沒(méi)有多種有膜的細(xì)胞器。

補(bǔ)充資料2：真核細(xì)胞依靠?jī)?nèi)膜系統(tǒng)先分化出核與質(zhì)，再分化出有膜細(xì)胞器，細(xì)胞內(nèi)膜系統(tǒng)的形成以質(zhì)膜和核膜為基礎(chǔ)［3］。

修正主張2：核膜為真核細(xì)胞有膜細(xì)胞器的形成奠定了基礎(chǔ)。因而，核膜的區(qū)別比細(xì)胞器的區(qū)別更本質(zhì)。

得出結(jié)論：在結(jié)構(gòu)上,核膜為染色質(zhì)、生物膜系統(tǒng)等結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)，在功能上為實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜生化系統(tǒng)進(jìn)行秩序化管控奠定了基礎(chǔ)，核膜的形成標(biāo)志著真核細(xì)胞的誕生。因此，2 類(lèi)細(xì)胞最大的區(qū)別是原核細(xì)胞沒(méi)有核膜包被的細(xì)胞核。

在課程標(biāo)準(zhǔn)中，概念A(yù) 位于“細(xì)胞是生物體結(jié)構(gòu)與生命活動(dòng)的基本單位”這一大概念的末尾。多數(shù)教材也將概念A(yù) 安排在細(xì)胞結(jié)構(gòu)這一章的末尾。因此，學(xué)生在學(xué)習(xí)概念A(yù) 之前，已學(xué)習(xí)了細(xì)胞的亞顯微結(jié)構(gòu)及生物膜系統(tǒng)等知識(shí)。通過(guò)論證的方式讓學(xué)生從進(jìn)化角度理解核膜的地位，有利于學(xué)生從結(jié)構(gòu)和功能2 個(gè)層次認(rèn)同核膜的區(qū)別比細(xì)胞器和染色質(zhì)等方面的區(qū)別更本質(zhì)。在論證時(shí)，教師需在學(xué)生提出初步主張后再進(jìn)行資料補(bǔ)充，否則，學(xué)生的思維就會(huì)被資料牽引，提出主張以資料為起點(diǎn)，而不是以原有的知識(shí)結(jié)構(gòu)為起點(diǎn)，導(dǎo)致學(xué)生的思維斷層。

4.5 應(yīng)用概念，深化概念A(yù)

任務(wù)5：從核膜角度分析真核生物物種更多樣的原因，建立起物種多樣性與核膜之間的聯(lián)系。

活動(dòng)5：學(xué)生提出主張→教師追問(wèn)并補(bǔ)充資料→學(xué)生修正主張。

提出主張：原核生物進(jìn)行無(wú)性生殖，真核生物可進(jìn)行有性生殖，所以，真核生物的物種數(shù)量更多。

教師追問(wèn)：有性生殖與核膜有什么關(guān)聯(lián)？

補(bǔ)充資料3：原核細(xì)胞以二分裂方式進(jìn)行增殖，分裂時(shí)子DNA 在質(zhì)膜作用下分離，這種分裂方式容易導(dǎo)致細(xì)胞同質(zhì)化。真核細(xì)胞的核膜擔(dān)當(dāng)起原核生物質(zhì)膜可使子DNA（染色質(zhì)）分離的功能，從而進(jìn)化出了更精準(zhǔn)的遺傳物質(zhì)分配機(jī)制，即遺傳物質(zhì)隨染色質(zhì)的復(fù)制而復(fù)制，隨染色質(zhì)的分配而分配。真核生物在這種遺傳物質(zhì)精準(zhǔn)分配機(jī)制的基礎(chǔ)上進(jìn)化出了有性生殖［4］。

修正主張：核膜為真核細(xì)胞進(jìn)化出遺傳物質(zhì)精準(zhǔn)分配機(jī)制和有性生殖奠定了基礎(chǔ)。遺傳物質(zhì)精準(zhǔn)分配機(jī)制及有性生殖能以更加靈活的方式重塑基因。所以，真核生物的物種更加多樣。這也說(shuō)明了原核生物和真核生物是2 個(gè)進(jìn)化的不同階段。

學(xué)生在初中階段已學(xué)習(xí)了生殖方式與物種多樣性的關(guān)系及細(xì)胞分裂等知識(shí)，但不理解細(xì)胞結(jié)構(gòu)與生物多樣性間的關(guān)聯(lián)。通過(guò)將物種多樣性與核膜之間建立聯(lián)系，學(xué)生更深刻理解核膜為真核細(xì)胞結(jié)構(gòu)和功能的復(fù)雜化、有性生殖的出現(xiàn)等奠定了基礎(chǔ)，從而進(jìn)一步認(rèn)同2 類(lèi)細(xì)胞最大的區(qū)別在于核膜。

5 課后延伸

延伸任務(wù)：辯證地分析內(nèi)共生學(xué)說(shuō)、內(nèi)陷學(xué)說(shuō)和多基因組學(xué)說(shuō)等關(guān)于真核細(xì)胞起源的學(xué)說(shuō)。

學(xué)生要真正理解2 類(lèi)細(xì)胞的最大區(qū)別，就必須從進(jìn)化的角度分析核膜出現(xiàn)的意義。每一種關(guān)于真核細(xì)胞起源的學(xué)說(shuō)，都試圖用各自的觀點(diǎn)和證據(jù)說(shuō)明核膜的起源。這些學(xué)說(shuō)提供了學(xué)生從進(jìn)化角度分析核膜的最好視角和形成進(jìn)化與適應(yīng)觀的最好素材。同時(shí)，由于各種學(xué)說(shuō)優(yōu)、缺點(diǎn)不同，目前并無(wú)定論。因此，分析這些學(xué)說(shuō)有利于學(xué)生發(fā)展批判性思維，并認(rèn)識(shí)到生物學(xué)概念是開(kāi)放發(fā)展的。

6 教學(xué)反思

將概念作為教學(xué)的立足點(diǎn)符合課程標(biāo)準(zhǔn)和《關(guān)于新時(shí)代推進(jìn)普通高中育人方式改革的指導(dǎo)意見(jiàn)》的要求，有利于教師整合多個(gè)版本教材實(shí)施教學(xué)；本節(jié)課中對(duì)概念的解構(gòu)，有利于師生厘清概念脈絡(luò)及概念與素養(yǎng)的對(duì)應(yīng)關(guān)系；本節(jié)課用同一情境，且按照情境—問(wèn)題—任務(wù)—活動(dòng)展開(kāi)教學(xué)，有利于學(xué)生匯聚思維，并讓學(xué)生經(jīng)歷事實(shí)→概念→觀念的認(rèn)知過(guò)程；從進(jìn)化視角展開(kāi)的論證，有利于學(xué)生在理解核膜出現(xiàn)意義的同時(shí)建立進(jìn)化與適應(yīng)觀。