2022—2023学年高一上学期生物人教版（2019）必修1-3.3 细胞核的结构和功能 教学设计

细胞核的结构和功能
一、教学背景分析（课标，教材）
本节内容选自人教版2019年版《普通高中教科书·生物学·必修1分子与细胞》第3章第3节细胞核的结构和功能。教材安排了关于克隆、细胞核功能的探究实验、细胞核的结构与功能及模型的构建等内容，对应课程标准内容要求模块的次位概念“1.2.3 阐明遗传信息主要储存在细胞核中”。通过学习本节内容，学生能够明确细胞核这一重要结构的功能及其结构基础，认同细胞是一个分工合作、相互联系的统一整体，建构系统观，同时也为细胞分裂和遗传的物质基础的等内容的学习进行了铺垫。
二、学情分析
知识水平：学生在初中已经了解克隆羊多莉的诞生过程，学习了细胞核控制着生物的发育和遗传。在本书前几章学习了真核细胞和原核细胞的异同点，核酸是遗传信息的携带者，细胞膜、细胞器的结构和功能等，为学生更好地理解本节内容奠定了基础。
思维特点：在之前关于流动镶嵌模型以及细胞器的结构与功能的学习中，学生开始逐步适应对于微小抽象的细胞结构的学习，能够运用模型与建模的思维方式理解细胞核的结构，并运用结构与功能观将结构特点与功能联系起来。
三、教学目标
1.通过对实验资料的分析和讨论，阐明细胞核的功能（生命观念，科学探究）。
2.通过阅读教材和绘制细胞核的结构示意图，阐明细胞核的结构（生命观念，科学思维）。
3.通过资料分析和建构模型，结合对细胞整体的认识，认同细胞核是系统的控制中心，阐明克隆技术的原理及应用（生命观念，科学思维，社会责任）。
4.尝试制作真核细胞的结构模型，了解建构模型和方法和过程（科学思维，科学探究）。
四、教学重难点
教学重点：细胞核的结构及其功能特点
教学难点：结合细胞核的结构，理解细胞核是细胞的控制中心以及细胞的整体性
五、教学方法
本次教学采用基于核心素养与模型建构的启发式教学策略
教法：讲授法、情景教学法、启发式教学法、直观演示法；
学法：自主学习法、探究学习法、联想学习法、对比分析法。
六、教学过程
教学环节 教师活动 学生活动 设计意图
导入 （4min） 【情境创设】课件呈现我国首例体细胞克隆猴“中中”和“华华”的图片，了解克隆猴的诞生过程，并思考决定克隆猴性状的结构是什么。 【材料挖掘】克隆猴的诞生标志着我国的克隆技术走在了世界前列；虽然已经实现了克隆灵长类动物，但却应该坚决反对克隆人。 【发散思维】学生观看图片，思考，提出猜想和假设。 【思考感悟】我国生物学技术发展迅猛；科学技术是“双刃剑”，应该有原则地正确使用才能造福人类。 创设情境，引出克隆猴的性状是由细胞核决定的，激发学生对细胞核的探究兴趣，引入本节课的学习。 增强学生的民族自豪感；学生牢固树立科学技术应该合理使用、造福社会的观念，培养社会责任感。
细胞核的存在（2min） 【展示图片】真核细胞的细胞核存在情况 【补充】特例：哺乳动物成熟的红细胞，筛管细胞，双小核草履虫等 了解熟记知识。 明确真核细胞中不一定有细胞核，有细胞核的真核细胞中不一定只有一个细胞核。 明确细胞核是真核细胞的重要结构。 补充真核细胞中细胞核存在状态的一些特例。
细胞核的功能（17min） 【问题驱动】教师与学生一起阅读教材第54-55页“思考·讨论”栏目；展示每个资料，启发学生思考的问题；对资料逐个进行分析并总结细胞核的功能。 资料1：黑白美西螈的核移植实验 1.核移植后长大的美 西螈是什么肤色？ 2.此实验说明了什么？ 3.试设计对照实验对结论进行进一步的验证？ 资料2：蝾螈受精卵横溢实验 1.蝾螈的受精卵的 分裂和分化与什么结构有密切关系？ 2.该实验是如何设 置对照的？ 资料3：变形虫的切割实验 1.该实验是如何设置对照的？ 2.该实验的结果可 得到什么结论？ 资料4：伞藻嫁接与核移植实验 1.根据示意图，表述实验思路和预期结果。 2.嫁接实验是否说明了伞藻的形态由细胞核 控制，这其中是否还有其他变量的影响？如何排除这些变量的影响？ 【分析总结】小结： 资料2说明细胞核与细胞的分裂、分化有关 资料3说明细胞核控制着细胞的生命活动 说明细胞核控制代谢。 资料1 ：生物体性状的遗传主要是由细胞核控制的 资料4 ：生物体形态结构的建成主要与细胞核有关
说明细胞核控制遗传。 总结：细胞核的功能是控制细胞的代谢和遗传 阅读资料，思考问题，分析总结资料。 资料1： 学生探究得出结论：核移植后长大的美西螈是黑色的，与提供核的个体皮肤颜色一致，说明美西螈的皮肤颜色由细胞核控制。 资料2： 学生通过对实验过程的分析，理解“有核”与“无核”之间形成相互对照，而“无核”部分后来又移植了细胞核，这形成了自身前后对照。说明了细胞核控制细胞的分裂、分化。
资料3：变形虫的生长、分裂、应激性等生命活动由细胞核控制。实验设置对照的方法与资料2相似。
资料4：伞藻嫁接实验说明伞藻的形态结构与假根有关，但不能证实是细胞核的功能；核移植实验说明了伞藻的形态结构特点取决于细胞核。 结合四个实验的结论，学生初步归纳出细胞核的功能。 以一系列科学史中的探究实验作为素材，加深学生对于实验设计中控制变量及设置对照方法的理解领悟，提高学生分析问题、解决问题的能力，培养学生归纳与概括的科学思维。 通过几个实验结论的比较分析，形成概念，培养学生的归纳总结能力。
细胞核的结构（15min） 【引导】有人说细胞核是细胞的控制中心。那么细胞核为什么能成为细胞的控制中心呢？这一功能上的问题应该到哪里寻找答案呢？ 【过渡】对，应该到细胞核的结构中去寻找答案。这也是结构与功能观的基本观点之一。 【课件展示】细胞核的立体结构模型图与平面结构模型图对照。 【任务】经过预习，大家应该已经了解了细胞核的基本结构，请大家对照细胞核的结构模式图说出细胞核的基本结构。 【过渡】这几个基本结构是我们这节课要研究的重点，下面我们依次来探讨一下。 【课件展示】细胞核结构模型（示外侧内质网）。【提问】从图中标注可以看出，核膜是双层膜结构，在上节课我们还学习了哪两种双层膜的结构呢？ 【类比】细胞膜的一个重要功能是将细胞与外界环境分隔开，参照这一点，我们也可以理解核膜的主要功能：将细胞核与细胞质分隔开。 【讲授】由于核膜上分布着核孔，所以核膜是不连续的膜结构。 【提问】对照着模式图，大家可以猜想一下这些扁平囊状的结构是哪种细胞器呢？ 【回顾】内质网膜内连核膜，外连细胞膜，这也体现了生物膜系统在结构上的直接联系。 【讲授】在核膜上分布着核孔，细胞核是系统的控制中心，要实现对于细胞的指挥和控制，就需要向细胞发布命令，而承担情报机构任务的就是核孔，所以，核孔的主要功能是什么呢？ 【补充】核孔虽然能实现核质之间的物质交换，但这种运输却不是全透性的，如蛋白质和RNA等大分子可以通过核孔进入细胞质，而DNA和染色质则不能通过核孔进入细胞质。 【任务】在这里，请大家思考并讨论，对于代谢旺盛的细胞而言，它们的核孔数目会有怎样的变化呢？ 【总结】对，大家分析的很正确，代谢旺盛意味着这个细胞要承担更多的生命活动，意味着核质之间需要进行更加频繁的物质交换与信息交流，相应的，核孔的数目会增加。 【课件展示】核孔复合物结构模式图。 【提示】从图中大家可以看出，核孔是不是一个简单的孔洞呢？ 【延伸】对，核孔部位实际上是一个复杂的结构，准确来说称之为核孔复合物，这一复杂结构的存在赋予了核孔什么功能特性呢？ 【讲授】核仁与某种RNA的合成和核糖体的形成有关，那么大家可猜测一下是哪种RNA呢？ 【联系】对，正是rRNA与蛋白质构成了核糖体。 【创设情境】大家设想一个蛋白质合成旺盛的细胞，比如胰腺腺泡细胞，，要合成更多的蛋白质，核糖体的数量会如何变化呢？ 【引导】而核糖体的形成又于核仁相关，所以对于蛋白质合成旺盛的细胞而言，核仁的发达程度会有什么特点呢？ 【总结】是的，比如核仁的体积会更大。这也是我们基于结构与功能观去审视生物学问题。 【讲授】染色质中储存着遗传物质，主要与染色质的化学组成密切相关，染色质的化学组成是怎样的呢？ 【启发】另外，顾名思义，染色质特性就是易被碱性染料染成深色，这是否让大家想起了初中阶段学习过的染色体呢？那么大家猜测一下，这两者是同一种物质吗？ 【总结】是的，这两者就是一种物质。 【展示】课件展示染色质与染色体相互转化示意图。 【讲授】这是染色质与染色体之间相互转化的过程。当细胞分裂时，染色质会高度螺旋化，缩短变粗成为染色体；而细胞分裂结束时，染色体又会解螺旋恢复为细丝状的染色质。 【启发】那么大家觉得染色体与染色质之间的相互转化对细胞来说有什么样的意义呢？ 【课件展示】打开的书本与打包好的物品。 【讲授】平时染色质松散的状态如同打开的书本，便于读取其中的遗传信息；而在细胞分裂染色质螺旋化包装成染色体则有利于两个子代细胞平分遗传物质。 【归纳】所以说，染色质与染色体实际上就是一种物质在不同时期的两种存在状态。 【讲授】细胞核中有染色质，而染色质中的DNA携带着遗传信息，所以真核细胞中的遗传物质主要储存在细胞核中。而这些遗传信息又能在细胞中得到表达，指导着细胞进行物质合成、能量转换和信息传递等生命活动，控制着细胞的生命历程。 【提问】据此，我们可以怎么样来全面地概述一下细胞核的功能呢？ 【总结】是的，也就是“一库两中心”。 【回答】应该到结构中去寻找答案。 【思考】加深对结构与功能观的理解。 【回答】对照结构模式图，学生说出细胞核的基本结构(核膜、核孔、核仁、染色质)。 【建构模型】学生形成对于细胞核结构的直观印象。 【回忆并回答】叶绿体和线粒体。 【联想】联想到细胞膜的功能，并理解核膜的功能。 【回答】是内质网。 【回顾】回忆生物膜系统的相关内容。 【理解并归纳】进行核质之间的物质交换与信息交流。 【思考】明确核孔对于物质运输而言是具有选择性的。 【思考并回答】代谢旺盛的细胞核质之间的交流会更多一些，所以核孔数目应该更多。 【观察并思考】核孔部位是一个复杂的结构。 【回答】这一复杂的结构使得核孔对于物质的运输具有选择性。 【回答】与核糖体组成有关的是rRNA。 【思考并回答】蛋白质合成旺盛需要更多的合成蛋白质的细胞器，即更多的核糖体。 【回答】蛋白质合成旺盛的细胞核仁会更加发达。 【思考】体会基于结构与功能观去理解并阐明生物学问题。 【回答】染色质由DNA和蛋白质组成。 【回答】从化学组成和特性上看两者是一致的，两者应该是同一种物质。 【观察并思考】理解染色质与染色体之间转化关系，并认识到染色体与染色质是同一种物质在不同时期的两种存在状态。 【思考】学生结合染色质与染色体之间的转化过程以及教师的提示进行思考与猜想。 【思考】学生结合生活经验，体悟染色质与染色体之间相互转化对于细胞的意义。 【形成概念】把握染色质与染色体之间的关系。 【思考】结合细胞核的结构特点，理解细胞核在细胞中发挥的作用。 【自主归纳】细胞核是遗传信息库，是细胞代谢和遗传的控制中心。 初步认识细胞核的功能，认同结构与功能观的基本观点。 学生能够识别并说出细胞核的基本结构，结合细胞核的立体及平面结构模式图建立起对于细胞核结构的直观印象，初步建构细胞核的结构模型。 回顾之前学习的内容，结合生物学基本事实寻找各结构之间的共性与本质，进行相互联想与类比，加深印象，构建知识网络。 思考生物膜系统之间的联系，认同细胞的整体性。 理解核孔沟通细胞核与细胞质的作用，归纳出核孔的功能。 明确核孔在物质运输方面的功能特点，即核孔并非是全透性的，而是具有一定选择性的。 学生尝试从结构与功能观的角度出发，自主地联系核孔的功能进行分析论证，进一步渗透生命观念。 拓展学生视野，了解核孔的具体结构是核孔复合物，进而深入理解核孔对于物质运输的选择性。 抓住“结构与功能相适应”这一主线，保持学生思维的连贯性和流畅性。 回顾上一节细胞器的相关知识，以胰腺腺泡细胞为例，将蛋白质合成、核糖体形成与核仁的发达程度联系起来。 从染色质的化学组成与特性入手，联系初中生物学中学习过的染色体的相关内容，设置悬念，引导学生将前后知识进行联系与比较，进而思考染色质与染色体之间的联系。 通过示意图直观地呈现染色质与染色体的存在状态与转化关系，学生在头脑中建构相关动态模型。 结合生活经验与实际情景，在教师的提示下，学生运用类比推理的思维方法，理解染色质与染色体相互转化的意义，体悟细胞结构的精巧。 此处总结的基本概念是学生理解染色质与染色体之间关系的关键。 根据对于细胞核结构的学习，归纳出细胞核功能较为全面的表述，形成生物学概念，建构结构与功能观和系统观。
细胞是一个统一的整体（2min） 【总结】从“部分与整体”的关系角度对本章知识进行回顾和总结，理解细胞膜、细胞质和细胞核是如何形成一个统一的整体。 【形成概念】细胞既是生物体结构的基本单位，也是生物体代谢和遗传的基本单位。 建立生命系统观和结构功能观。
建构模型的介绍及制作真核细胞的三维结构模型（5min） 【过渡】如何把看不到的细胞进行形象化外显？可采用很重要的科学方法——建构模型。 【展示】认识三种模型的表现方式。 【任务布置】布置学生课下完成真核细胞三维结构模型的制作 查阅资料，利用合适的材料学习并制作模型。 通过模型制作培养学生实践能力，在动手操作过程中理解物理模型的含义及构建过程，进一步巩固所学知识。
板书设计
七、教学总结
本节课以我国近年的科研成果“克隆猴”的实例切入，引发学生思考，为细胞核功能的分析创设情境。通过问题驱动的方法引导学生对“细胞有什么功能”的实验资料进行分析，从资料中逐步剖析细胞核的功能并对其作出总结。结合“结构与功能相适应”的观点对细胞核的结构进一步学习，最终让学生形成“细胞核是生命系统的控制中心”“细胞是一个统一的整体”的概念。最后，通过布置学生制作真核细胞的三维结构模型，让学生真正认识细胞的统一性，发展模型与建模的科学思维。可以说，本节课的线索清晰，对实验的分析与问题的设置较为精巧，对结构的讲解也清晰明了，教学环节是完整的，基本能够达成教学目标。