3.3细胞核的结构和功能教学设计-2024-2025学年高一上学期生物人教版（2019）必修1

3细胞核的结构和功能 目标素养 1．通过分析探究细胞核功能的几个经典实验，阐明细胞核的功能，认同细胞核是细胞代谢和遗传的控制中心。 2．通过分析细胞核对于控制生物性状和发育的作用，培养基于事实和证据进行演绎与推理的科学思维，理解对照实验的作用。 3．通过资料分析和探究活动，阐明细胞核的结构及功能，进一步形成结构与功能相适应的生命观念。 4．通过制作真核细胞三维结构的模型，形成模型与建模的科学思维方法，提高科学探究的实践能力。 重点难点 重点 1．细胞核的结构与功能。 2．制作真核细胞三维结构模型。 难点 1．细胞核的结构与功能。 2．制作真核细胞三维结构模型。 教学准备 教师准备 1．制作课件（包含证明细胞核功能的经典实验、细胞核的结构、细胞核各部分与功能的关系、染色质和染色体等）。 2．搜集整理克隆猴的资料。 3．准备模型制作需要的材料，尽量提供多样化的材料。 4．征集学生的意见，预先按照学生的想法制作模型，体会用不同材料制作模型的优缺点及注意事项，以便课上进行相应的指导和评价。 学生准备 1．复习真核细胞、原核细胞的概念。 2．搜集多种细胞显微结构图片。 3．预习细胞核的结构。 4．观察生活中常用的物品，选择适合制作真核细胞三维结构模型的材料。 导入新课 导入一 2017年11月27日，世界上首个体细胞克隆猴“中中”在我国诞生，12月5日第二个体细 偶有所得 胞克隆猴“华华”诞生。 科学家将雌性猴子的胎儿的成纤维细胞作为体细胞，构建出了109个早期胚胎，其中79个胚胎在实验室中存活下来，并被转移到21只雌性猴子的子宫里。其中6只代孕猴妈妈怀孕，但最后只有两只顺利出生，这就是“中中”和“华华”。 “中中”和“华华”的性状与供体乙一样，这说明性状主要是由细胞中什么结构决定的？ 导入二 用光学显微镜观察细胞，最容易注意到的一个结构就是细胞核。我们曾经观察过多种多样的细胞，除极少数细胞外，真核细胞都有细胞核。 真核细胞并不是都有一个细胞核。有的真核细胞没有细胞核，如植物成熟的筛管细胞和哺乳动物成熟的红细胞；有的真核细胞有2个细胞核，如双小核草履虫（如图）；有的真核细胞有多个细胞核，如人的骨骼肌细胞中的细胞核可达数百个（如图）。 双小核草履虫 人的骨骼肌细胞 那么，细胞核有什么功能呢？ 教学过程 环节一：细胞核的功能 教师 课件出示资料，引导学生分析实验，观察结果，得出结论。 资料1 美西螈核移植实验 墨西哥钝口螈，又名美西螈，俗称六角恐龙，是墨西哥的特有物种。其具有强大的再生能力，不仅能够再生四肢、尾巴、眼睛、皮肤以及肝脏等器官，甚至还可以再生大脑，也因此被科学家们作为重要的模式生物来研究再生的相关难题。 学生 小组合作，讨论下列问题： 讨论①：美西螈皮肤颜色是由什么物质决定的？ 提示：美西螈皮肤颜色是由皮肤表皮细胞内的黑色素决定的。 讨论②：表皮细胞合成黑色素的过程是由细胞核控制的还是由细胞质控制的？ 提示：细胞内黑色素的合成是由细胞核控制的。 讨论③：根据实验结果，你能得出什么结论？试对该实验作出评价 实验结论：美西螈肤色的遗传是由细胞核控制的。 实验评价：缺乏对照实验。 讨论④：根据已有实验，设计对照试验。 提示： 教师 课件出示资料，引导学生分析实验，观察结果，得出结论。 资料2 蝾螈受精卵横缢实验 学生 小组合作，讨论下列问题： 讨论①：从资料2可以看出细胞核与细胞的分裂、分化有什么关系？ 提示：没有细胞核，细胞就不能分裂、分化。 讨论②：根据实验结果，你能得出什么结论？试对该实验作出评价。 实验结论：蝾螈的细胞分裂、分化受细胞核控制。 实验评价：实验既有相互对照，又有自身前后对照。 教师 课件出示资料，引导学生分析实验，观察结果，得出结论。 资料3 变形虫去核及核移植实验 科学家做过这样的实验。将变形虫切成两半，一半有核，一半无核。无核的一半虽然能消化已吞噬的食物，但不能摄取食物，对外界刺激不再发生反应；电镜下可以观察到退化的高尔基体、内质网等。有核的一半情况则大不相同，照样摄食，对刺激仍有反应；失去的伸缩泡可以再生，还能生长和分裂。 如果用显微钩针将有核的一半的细胞核钩出，这一半的行为就会像上述无核的一半一样。如果及时植入另一个同种变形虫的细胞核，各种生命活动又会恢复。 学生 小组合作，讨论问题： 讨论：分析资料3，根据实验结果，你能得出什么结论？试对该实验作出评价。 实验结论：变形虫的分裂、生长、再生、对刺激的反应等生命活动受细胞核控制。 实验评价：实验既有相互对照，又有自身前后对照。 教师 课件出示资料，引导学生分析实验，观察结果，得出结论。 资料4 伞藻嫁接与核移植实验 伞藻是单细胞生物，由“帽”、柄和假根三部分构成，其中细胞核位于基部。伞藻的再生性很强，即伞帽被切除之后，短时间内就能够生出新的伞帽。 提问：伞藻的“帽”的形态由柄决定还是由假根决定？ ①伞藻嫁接实验 学生得出结论：伞藻的“帽”的形态由假根决定。 提问：假根既有细胞核又有细胞质，伞帽的形态和细胞核有关还是和细胞质有关？ ②伞藻核移植实验 学生 得出结论：细胞核控制伞藻的形态。 学生 整理4个资料分析的结果，归纳细胞核的功能。 实验名称 结论 美西螈核移植实验 美西螈皮肤颜色的遗传是由细胞核控制的 蝾螈受精卵横缢实验 没有细胞核，细胞就不能分裂、分化 变形虫切割及核移植实验 细胞核在变形虫的分裂、生长、再生、应激性等生命活动中必不可少 伞藻嫁接与核移植实验 伞藻的伞帽形态由细胞核决定 资料1、4说明细胞核控制遗传，资料2、3说明细胞核控制代谢。 总结：细胞核控制着细胞的代谢和遗传，是细胞的控制中心。 设计意图 通过分析探究细胞核功能的几个经典实验，归纳细胞核的功能，学会设计和评价对照实验。 环节二：细胞核的结构 偶有所碍 学生 阅读教材中的细胞核结构模式图，闸明细胞核的结构、 教师课件出示细胞核的结构，并进行解读： 核膜：双层膜，把核内物质与细胞质分开。外周上附若有许多核糖休，常与内质网相连。技膜上有大量的多种厨，有利于多种化学反应的顺利进行。 核仁：与某种RNA的合成以及核糖体的形成有关。蛋白质合成旺盛的细胞中，核仁的体积相对较大 染色质：主要由DNA和蛋白质组成，其中DNA是运传信息的载体。易筱碱性染料朵成保色 核孔：实现核质之间频繁的物质交换和信息父流。核孔是大分子物质进出细胞核的通道，离子和小分子物质可穿过核顾，具有选择透过性。代谢旺盛细胞中，核孔数目较多 1．核膜 （1）结构：双层膜，外膜上附着着许多核糖体，常与内质网相连。核膜不是完全连续的，其上具有核孔。 （2）功能：起屏障作用，把核内物质与细胞质分开；控制离子和小分子物质进出细胞核；核孔是大分子物质进出细胞核的通道。但不是任何大分子物质都可以出入细胞核，核孔对出入细胞核的大分子具有选择性。 （3）代谢旺盛的细胞中，核孔数目较多。 学生 小组讨论，回答下列问题： 问题①：核膜外层有时附着有核糖体，这说明什么？ 提示：核膜外层也是细胞代谢的场所。 问题②：大分子物质（RNA和蛋白质）也能通过核孔进出细胞核，是否说明核孔不具有选择性？ 提示：不是。核孔也具有选择性，如核内合成的RNA可以通过核孔到细胞质中，但是DNA和染色质就不能通过核孔到细胞质中。 问题③：物质进出细胞核是否都通过核孔？ 提示：核孔是蛋白质、RNA等大分子进出细胞核的通道，小分子物质进出细胞核是通过跨膜运输实现的，而不通过核孔。 2．核仁 （1）核仁与某种RNA（rRNA）的合成以及核糖体的形成有关。 （2）蛋白质合成旺盛的细胞中，核仁体积相对较大。 （3）在细胞分裂周期中，核仁表现出周期性消失和重建。 学生 小组讨论，回答下列问题： 问题①：在所有的细胞中，核糖体的形成都一定与核仁有关吗？ 提示：真核细胞中核糖体的形成与核仁有关；原核细胞中无核仁，核糖体的形成与核仁无关。 问题②：研究表明，真核生物的核孔数量和核仁大小都是可变的，尝试推测它们的变化和细胞代谢强度之间的关系。 提示：生命活动旺盛的细胞，核孔多；代谢能力弱的细胞，核孔少。蛋白质合成旺盛的细胞，核仁较大；不具备蛋白质合成功能的细胞，核仁很小。 问题③：核仁是不是遗传物质的储存场所？ 提示：核仁参与某种RNA的合成及核糖体的形成，细胞核中的遗传物质分布于染色体（染色质）上。 3． 染色质和染色体 项目 染色质 染色体 不同点 存在时期 分裂间期 分裂期 形态 细长的丝 呈圆柱状或杆状 相同点 成分 主要是DNA和蛋白质 特性 易被碱性染料染成深色 功能 遗传物质的主要载体 关系 同一种物质在不同时期的两种存在状态： 染色质高度螺旋化，缩短变粗（分裂时）染色体 尝试归纳细胞、细胞核、染色质和DNA之间的关系。 提示： 设计意图 学生通过阅读相关内容自主学习，建立对细胞核结构的初步认识。教师通过提问加深学生对细胞核结构的理解，同时巩固结构与功能相适应的生命观念。 环节三：细胞是一个统一的整体 课件出示科学现象： 现象1 将草履虫处理为细胞核和去核草履虫两部分，经过一段时间适宜培养后，细胞核死亡，而去核草履虫仍能存活一段时间。 现象2 没有细胞核的真核细胞，既不能生长也不能分裂，如哺乳动物成熟的红细胞，人工去核的细胞一般不能存活太久。 学生 根据现象归纳细胞核和细胞质的关系： 提示：细胞质为细胞核提供营养和能量，离开细胞质，细胞核不能单独存在。细胞核控制细胞的代谢，没有细胞核，细胞质内已合成的蛋白质只能在一段时间内发挥作用。 结论：细胞核与细胞质是相互依存、不可分割的关系，细胞核控制细胞质的代谢和活动，细胞质又为细胞核提供物质和能量。 教师 归纳：细胞的各个部分并不是彼此孤立的，而是相互联系、协调一致地构成有机的统一整体。主要表现在以下几个方面： 1．从结构上看 （1）细胞核与细胞质通过核孔可以相互沟通。 （2）内质网广泛地分布在细胞质中，既与核膜相连，又与细胞膜相连，从而将细胞膜、细胞质、细胞核连为一体。 （3）内质网膜、高尔基体膜、细胞膜可通过囊泡相互转化。 2．从功能上看 细胞各部分结构的功能虽不相同，但这些结构相互联系、分工合作、协调一致，共同完成各项生命活动。 3．从细胞核与细胞质的关系上看 （1）细胞核不能脱离细胞质而独立生存，这是因为细胞核调控生命活动时所需的物质和能量均由细胞质提供。 （2）无核的细胞质也不能长期生存，这是由细胞核的功能决定的。 （3）细胞核与细胞质是相互依存、不可分割的关系，说明细胞只有保持结构的完整性，才能正常地完成各项生命活动。 4．从调控上看 细胞核是遗传物质储存和复制的主要场所，是细胞遗传和代谢的控制中心。核内DNA 通过控制蛋白质的合成调控细胞的各项生命活动。 设计意图 梳理细胞结构各个部分的关系，从结构、功能及核质关系的角度进行联系，帮助学生建立生命的整体观。 环节四：尝试制作真核细胞的三维结构模型 一、实验目的 学会制作真核细胞结构模型，展示并交流对真核细胞结构和功能的认识。 二、建模要求 1．体验建构模型的过程。先将微观的结构或过程简化，把握其主要特征，再将这些特征形象化、具体化。 2．呈现的真核细胞结构准确，能体现相关结构的主要特征以及它们之间的联系，所模拟的过程符合科学事实。 三、建模过程 学生 思考：建构一个真核细胞（以动物细胞为例）模型前，应明确的内容有哪些？ 提示：①明确细胞结构，动物细胞包括细胞膜、细胞核、细胞质及其内的各种细胞器，主要有线粒体、中心体、高尔基体、内质网、核糖体等；②了解制作方法，在建构模型时，可选用琼脂（或明胶）做细胞质，用各色彩泥（也可选用胶泥、面团）捏制各种细胞器，并固定于琼脂中，即可成为一个动物细胞的模型；③保证制作的各种细胞器的大小成比例。 1．选择细胞 小组成员查找并比较几种生物细胞的结构和功能，如小肠上皮细胞、肝细胞、植物叶肉细胞等。选择想要建构的细胞，并归纳其特征。 2．制订方案 讨论模型要表达的基本内容和特色内容（如某个典型的生理过程等），确定制作方案，明确具体分工。 建议：模型模拟的是被研究事物（原型）的结构形态、生理形态或运动形态，是原型的某个表征和特征，也是对原型的抽象和概括。模型不再包括原型的全部特征，但能体现原型的本质特征。 学生 思考：与动物细胞模型相比，如果建构一个高等植物细胞模型，在细胞结构上需要注意什么问题？ 提示：高等植物细胞与动物细胞相比，在结构上有一些区别，需去掉中心体，添加细胞壁、叶绿体、液泡等结构。 3．选择材料 根据小组制作模型的种类（电脑模型、实物模型）和规格等，确定材料用具。 4．建构模型 （1）制作模型前要确定模型的大小、模型内各部分的大小以及它们之间的比例关系。 建议：大多数动植物细胞的平均直径为100μm，其中线粒体的平均直径为0.5～1.0μm，平均长度为1.5～3.0μm；叶绿体的平均直径为2～5μm，平均长度为5～10μm；细胞核的平均直径一般为5～10μm。 （2）确定哪些材料适合用于制作模型的哪一部分。 （3）按照分工制作各部分结构，然后组合在一起完成细胞的三维模型。注意细胞与细胞器之间、不同细胞器之间的空间位置关系等。 5．展示交流 展示和讲解本小组的模型，从科学性、艺术性等各个方面对其他小组的模型进行评价，根据其他小组的建设性意见修改和完善本小组的模型。 学生 思考：对细胞三维结构模型评价的标准首要是科学性还是艺术性？ 提示：科学性。 模型举例： 1．可以用不同颜色的橡皮泥（或超轻黏土）分别表示核糖体、溶酶体、内质网、线粒体、高尔基体、细胞核等，计算各种结构的大小比例，根据比例进行制作和组装。再用琼脂模拟细胞质基质，将各种“细胞器”固定于琼脂中。 2．利用一些不同大小的耐水的废旧材料制作各种细胞器和细胞核，用钓鱼线模拟细胞骨架，将细胞核和细胞器锚定在透明球中，注入清水模拟细胞质基质。 3．购买多色羊毛毡，分工合作戳出大小比例适中的核糖体、溶酶体、内质网、线粒体、高尔基体、细胞核等，注意各部分结构的大小及比例，用大头针固定在盒子或者球形容器中。 4.3D打印细胞模型。利用计算机软件绘制细胞模型，结合3D打印技术，并选择合适的材料，可打印相应细胞的结构模型。 5．利用烘焙材料蛋糕胚和奶油，以餐刀和裱花袋为工具，制作三维结构细胞模型蛋糕。蛋糕胚切割、黏合做成3／4球状，挖出细胞核的空间，用裱花袋将不同颜色的奶油点缀成细胞核及各种细胞器，注意它们的位置、大小及比例。 教学研讨 本节课充分展示了生物学核心素养中生命观念层次的结构与功能观。通过对教材中四个经典实验的剖析，让学生学会分析实验结果并总结归纳出细胞核的功能。 利用阅读教材的方式，让学生了解细胞核的结构。在此基础上，通过教师有目的的设问，让学生加深对细胞核各部分结构的认识，走出误区，建立生命的结构与功能观和整体观。 通过选择合适的材料，设计制作真核细胞结构模型，抓住细胞各部分的本质特征，完善对真核细胞的认知，阐明细胞各部分结构通过分工与合作，形成相互协调的有机整体，实现细胞水平的各项生命活动。 通过小组合作的方式，制订计划、合理分工、制作元件、组织装配，培养学生的合作意识、协调能力；通过对所做模型进行评价，培养学生利用所学知识进行表达和科学评价的能力。 学科网（北京）股份有限公司 $$