指向“結構與功能觀”形成的生物學概念建構
——以北師大版高中生物學“細胞骨架與內膜系統(tǒng)”一課為例

重慶市綦江南州中學校 向春柳

重慶市綦江區(qū)教育科學研究所 肖廷忠

北京市昌平區(qū)第一中學 周有祥

概念和觀念都是人們思維活動的成果和結晶，體現(xiàn)了對事物的抽象和概括，二者關系密切。概念是對事物的抽象或概括，觀念則更為上位，是對知識更加綜合化的整合。通常，生物學概念是生命觀念在某一領域的具體表述，生命觀念的形成總是基于生物學概念的建構。

結構與功能觀是生命觀念之一。對生命系統(tǒng)來說，結構是功能的基礎。相應地，功能的實現(xiàn)也必然依賴于特定的結構。樹立結構與功能觀能讓學生更好地解讀生命現(xiàn)象，探究生命活動的規(guī)律，進而理解生命本質。因此，教師應該圍繞概念建構展開教學，以事實為基礎幫助學生理解生物學概念進而形成生物學觀念。筆者在“細胞骨架與內膜系統(tǒng)”一節(jié)課的教學中，就著力于概念的建構，旨在幫助學生形成“結構與功能觀”。

一、教學分析

（一）課標分析

本部分內容在《普通高中生物學課程標準（2017年版2020年修訂）》中對應的內容要求是：舉例說明細胞各部分結構之間相互聯(lián)系、協(xié)調一致，共同執(zhí)行細胞的各項生命活動。課標中的學業(yè)要求是：構建并使用細胞模型，闡明細胞各部分結構通過分工合作，形成相互協(xié)調的有機整體，實現(xiàn)細胞水平的各項生命活動。基于課標要求，本節(jié)課內容需要在引導學生理解“細胞骨架”和“內膜系統(tǒng)”的基礎上，構建“細胞各部分結構既分工又合作，共同執(zhí)行細胞的各項生命活動”這一重要概念。

（二）教材分析

“細胞骨架與內膜系統(tǒng)”是北師大版高中生物學教材第二章第四節(jié)的內容。本節(jié)包含細胞骨架的組成和功能、細胞內膜系統(tǒng)的組成和功能以及真核細胞亞顯微結構模型的制作三部分內容。

在細胞骨架部分，主要是通過“尋找證據(jù)”中的資料分析，讓學生感受細胞骨架的存在，理解細胞骨架的組成和功能。由前面所學的分泌蛋白的轉運等生命活動，進一步理解細胞骨架在維持細胞結構與功能整體性上的重要作用。

關于內膜系統(tǒng)，學生在前面所學內容中已初步體會幾種細胞器之間的分工合作，本節(jié)更側重于從整個內膜系統(tǒng)的組成和功能的角度，揭示細胞各部分的相互聯(lián)系、協(xié)調一致。教材中借助變形蟲的吞噬活動，引導學生領會內膜系統(tǒng)的形成，探討真核細胞的細胞骨架與內膜系統(tǒng)的形成在生物進化中的意義，學生對細胞的結構與功能相適應有更深入的認識。

真核細胞亞顯微結構模型的制作作為本節(jié)收尾的一項活動，也是本章的總結性任務，進一步突顯結構與功能觀。教師通過變形蟲流動模型的制作，將學生對細胞結構與功能的認識通過模型的方式直觀呈現(xiàn)，在解決問題的過程中完成“細胞各部分結構既分工又合作，共同執(zhí)行細胞的各項生命活動”這一概念的建構。

（三）學情分析

學生在本章前三節(jié)分別學習了質膜、細胞質和細胞核，獲得了對各個細胞器及細胞結構的單獨認識，初步形成了結構與功能相適應的生命觀念，為本節(jié)的學習奠定了基礎。本節(jié)內容將從細胞骨架和內膜系統(tǒng)結構的角度，運用變形蟲的運動、攝食等活動理解細胞骨架和內膜系統(tǒng)這兩個術語，構建“細胞各部分結構既分工又合作，共同執(zhí)行細胞的各項生命活動”這一概念，幫助學生認識完整的生命系統(tǒng)，從而實現(xiàn)學習目標。

（四）教學目標

基于課標要求、教材編寫特點和學情，圍繞學生生物學核心素養(yǎng)的培養(yǎng)要求，教師制訂教學目標如下。

1.通過觀察變形蟲的運動，能用結構與功能相適應的觀點，說明細胞各部分結構之間相互聯(lián)系、協(xié)調一致，共同執(zhí)行細胞的各項生命活動。

2.通過制作真核細胞亞顯微結構模型，體驗模型建構的具體過程，將頭腦中抽象的細胞結構具體化、形象化，加深對細胞結構和功能的感性認識，闡明細胞是一個有機的統(tǒng)一整體，是生命活動的基本單位。

3.通過學習硅肺病等與細胞內膜系統(tǒng)損傷有關疾病的病因及其預防知識，學生能更加關注健康、關愛生命。

二、教學過程

（一）實踐活動，導入新課

教師在課前開展“觀察淡水生態(tài)系統(tǒng)中的浮游生物”的實踐活動，在活動過程中學生觀察草履蟲、變形蟲，提出了一系列的問題：變形蟲的運動是怎樣實現(xiàn)的？與食物泡結合的溶酶體是怎樣形成的？小泡是怎樣實現(xiàn)定向移動的？形成溶酶體和細胞吞噬、消化、排除殘渣過程中，各細胞器之間有什么結構與功能上的聯(lián)系？

在課堂上，教師展示學生實踐活動的視頻“變形蟲”，針對學生觀察到的現(xiàn)象提出問題：變形蟲的運動機制是什么？觀察這幅動態(tài)景象并思考是什么機制協(xié)調著這些生命活動，使細胞成為結構與功能上的統(tǒng)一體？通過以上問題，導入教學。

在實踐活動中，學生通過觀察變形蟲的運動，嘗試對生命現(xiàn)象進行解釋，進而發(fā)現(xiàn)問題，并帶著問題進入新知識的學習。該活動以學生的親身經歷激發(fā)學習興趣，教師通過提問展示學習要求，讓學生明確學習目標。

（二）證據(jù)尋找，理解“細胞骨架”

教師引導學生整合分析“尋找證據(jù)閱讀”里的三個資料，思考下面的問題：①從資料1中可以得出什么結論？細胞的性狀是由什么結構維持的？②資料2中，科學家對變形蟲做了哪兩個實驗？分別得到了什么實驗結果？分析本資料可以得出什么結論？③資料3中，細胞中的具膜小泡是怎樣定向運動的？

學生閱讀資料后，以小組合作的方式探究可以得出：資料1說明細胞中存在由三種蛋白組成的纖維狀網格結構，細胞骨架可能決定了細胞的形態(tài)。資料2中的兩個實驗說明變形蟲的運動與細胞中的微絲蛋白有關，變形蟲能伸出偽足，靠偽足作變形運動。資料3說明具膜小泡通過特殊的蛋白質連接在微管或者微絲上，在蛋白質的拖曳下前進。

這一活動的設計意圖為通過合作學習和資料分析，培養(yǎng)學生獲取信息的能力，用問題引導學生思考、分析和推理，發(fā)展其科學思維，引導學生構建“細胞骨架”這個概念，為理解“細胞是一個有機體”奠定基礎。通過資料分析，學生逐步理解“細胞骨架由微管、微絲與中間纖維共同構成”這一概念。

教師引導學生閱讀教材內容并結合“小腸上皮細胞的細胞骨架功能示意圖”展示細胞骨架的功能，進一步強化該概念。學生仔細閱讀教材，從教材中獲取關鍵信息，可以整理概括得到：細胞骨架的功能包括支撐、定位和運輸。接著教師展示肌細胞的收縮、鞭毛和纖毛的運動、細胞分裂過程中染色體運動等運動示意圖，讓學生在學習過程中更加深入地理解“細胞骨架由微管、微絲與中間纖維共同構成，多種重要生命活動的實現(xiàn)都離不開細胞骨架”這一概念。

這一活動的設計意圖為培養(yǎng)學生獲取信息、整理信息的能力，并引導學生通過將所學知識遷移應用來強化概念，培養(yǎng)學生的生命觀念。

（三）證據(jù)尋找，理解“內膜系統(tǒng)”

教師播放“變形蟲攝食、消化過程”視頻，指導學生結合教材“尋找證據(jù)”的閱讀材料，思考討論以下問題：變形蟲消化食物，與哪種細胞器密切相關？回顧溶酶體的相關知識，該細胞器具有什么特點？從溶酶體的形成到食物顆粒的消化，細胞中哪些結構參與了這一生命活動過程？它們在結構上具有什么共同的特點？

學生結合視頻和資料，分析討論得出：變形蟲消化食物的過程與溶酶體密切相關。溶酶體是細胞內的“消化器官”，它既可以水解細胞吞噬的各種生物大分子，也可以降解細胞內衰老的細胞器和多余的生物大分子。變形蟲吞噬的食物顆粒被質膜包裹形成吞噬泡，吞噬泡與溶酶體融合后，食物顆粒被溶酶體內的酶分解消化。從溶酶體形成到食物消化完成，參與的具膜結構有內質網、高爾基體、溶酶體、質膜、吞噬小泡，這些結構的膜可以相互轉化。

教師繼續(xù)追問：這些具膜細胞結構的生物膜為什么可以相互轉化？這體現(xiàn)了生物膜的什么特點？由于學生已經學過細胞器，對此有相應的認知，很快就能得出答案：生物膜都具有相似的細胞結構，生物膜能相互轉化，在結構上具有連續(xù)性，體現(xiàn)了生物膜都具有流動性的特點。

接著教師呈現(xiàn)“分泌蛋白的合成、運輸、加工過程”圖，再次強化生物膜在結構上具有連續(xù)性這一特性，即內質網膜與高爾基體膜、高爾基體膜與質膜、溶酶體膜之間都可以借助于囊泡的形成和融合相互轉化。由此引導學生得出：真核細胞中的核膜和各種具膜細胞器的膜在結構上可以相互轉化，在功能上協(xié)調配合，共同組成了一個動態(tài)的整合網絡就是細胞“內膜系統(tǒng)”。

這一活動的設計意圖為運用已有的知識幫助學生逐步解釋變形蟲運動、攝食等生命現(xiàn)象，體會生物膜在結構上的連續(xù)性是由膜的結構特點決定的，構建“細胞的內膜系統(tǒng)由核膜與各種細胞器膜共同構成，各種生物膜在結構和功能上有著密切的聯(lián)系”這一概念，并深入強化“結構的完整性是動態(tài)的生命活動的基礎”。

教師引導學生閱讀教材資料并思考：既然具膜細胞器的生物膜可以相互轉化，為什么不同的細胞器又具有不同的功能呢？真核細胞具有復雜的內膜系統(tǒng)，其功能是什么？從細胞骨架和內膜系統(tǒng)的角度分析，為什么真核細胞比原核細胞進化程度更高？

從資料中學生可以獲取信息：生物膜將細胞區(qū)域化分隔，提高代謝效率；生物膜能增加酶的附著位點，保證生化反應高效有序地進行。原核細胞通常不具有細胞骨架和細胞內膜系統(tǒng)。一般來說，真核細胞的體積遠大于原核細胞，內部成分和結構更加復雜，細胞骨架和細胞內膜系統(tǒng)為真核細胞提供了精密的支架和合理的內部結構，保證了細胞生命活動的高度程序化和自控性。

學生通過學習認識到生命活動的進行需要保證細胞結構的完整性，教師此時展示視頻“TheInnerLifeof thecell”。

這一活動設計通過引導學生從閱讀材料中獲取信息，幫助其深入理解生物膜在結構和功能上的連續(xù)性，用視頻形象展示細胞骨架和內膜系統(tǒng)為真核細胞提供了精密的支架和合理的內部結構，使學生認同細胞是一個統(tǒng)一的整體，細胞結構的完整性保障生命活動的正常進行。

（四）延伸拓展，形成生命觀念

細胞骨架和細胞內膜系統(tǒng)對維持真核細胞正常生命活動具有重要作用，兩者的損傷都會破壞細胞的協(xié)調和平衡，對細胞具有極大的傷害。教師通過提問引導學生，激發(fā)學生學習興趣，引出與此相關的疾病。

通過學習，學生了解硅肺病的形成過程及危害。硅肺病的起因是粉塵微粒在肺部被吞噬細胞吞噬形成吞噬泡，吞噬泡與溶酶體融合后，溶酶體內的酶無法降解二氧化硅晶體，導致溶酶體膜破裂，大量消化酶泄漏到細胞質中，最終導致細胞死亡。死亡細胞釋放的內容物使鄰近的其他細胞受到危害。受危害的吞噬細胞會釋放一些細胞因子，使肺組織纖維化，導致肺的彈性降低，功能受損。

這一活動的設計意圖為促進學生積極運用生物學的知識和方法參與社會問題的討論，激發(fā)學生運用生命觀念解釋現(xiàn)象，提高其社會責任意識。

（五）模型構建，落實結構與功能觀

通過本節(jié)內容的學習，學生對細胞結構與功能的認識越來越豐富、越來越全面，頭腦里構建的細胞結構越來越清晰。接著教師引導學生構建心中的變形蟲，以此直觀展示變形蟲的形態(tài)。學生積極思考提出以下問題：制作變形蟲需要哪種材料？怎樣才能表現(xiàn)出變形蟲的動態(tài)變化？

學生討論后，教師提出自己的想法：用起泡膠來制作變形蟲。起泡膠是流動的，它不僅能展示變形蟲的形態(tài)，還能體現(xiàn)出變形蟲具有流動性的特點。

這一活動的設計意圖為：讓學生了解模型，知道建模這種思維方法。通過構建細胞模型，可以直觀展示學生頭腦中對細胞結構與功能相關概念的認知。

三、反思與啟示

本節(jié)課教學內容比較繁雜，如果只是知識點的疊加，進行單純的閱讀識記，容易使學生感到枯燥。因此，在教學過程中我們應有明確的主線，采取多種教學方式，將教學與生活密切結合，才能落實教學目標。

首先，本節(jié)教學以“變形蟲”為主線，通過“野外尋找—顯微觀察—證據(jù)尋找—概念構建—模型建立”的探索之旅，引導學生理解“細胞骨架”和“內膜系統(tǒng)”，構建“細胞各部分結構之間相互聯(lián)系、協(xié)調一致，共同執(zhí)行細胞的各項生命活動”這一概念，形成結構與功能觀的生命觀念，能更深入地落實生物學核心素養(yǎng)。

其次，以小組合作的方式，基于生物學事實和證據(jù)的運用，培養(yǎng)學生獲取信息、收集信息、整理信息的能力，訓練學生的科學思維，鍛煉其運用生命觀念闡釋生命規(guī)律及生命現(xiàn)象的能力。

最后，整合教學內容，實現(xiàn)模型構建。讓學生體驗模型建構的實踐活動，引導學生用起泡膠制作變形蟲模型進而指導學生構建細胞的整體結構，從而將頭腦中抽象的細胞結構具體化、形象化，加深學生對細胞結構和功能的感性認識，從而更好地理解細胞是一個有機的統(tǒng)一整體，是生命活動的基本單位。