細胞的分化衰老和凋亡

1、在普通高中生物課程標準的內(nèi)容標準中，“分子與細胞”模塊的第四學(xué)習單元是“細胞的增殖”，第五學(xué)習單 元是“細胞的分化、衰老和凋亡”。同細胞代謝一樣，細胞的增殖、分化、衰老和凋亡，也是細胞生命活動的具體表現(xiàn)。 筆者根據(jù)這兩個學(xué)習單元的具體內(nèi)容標準和活動建議，對其教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)目標、教學(xué)策略的構(gòu)思如下：1具體內(nèi)容標準及其地位和教育意義1.1 具體內(nèi)容標準及地位在高中生物新課程的標準中，“細胞的增殖”學(xué)習單元的具體內(nèi)容標準是：簡述細胞的生長和增殖的周期性；描述 細胞的無絲分裂；觀察細胞的有絲分裂并概述其過程?！凹毎姆只?、衰老和凋亡”學(xué)習單元的具體內(nèi)容標準是：說明細 胞的分化；舉例說明細胞的全能性；探

2、討細胞的衰老和凋亡與人體健康的關(guān)系；說出癌細胞的主要特征、討論惡性腫瘤的 防治。細胞的增殖、分化、衰老和凋亡等生命活動，對生物體的生存和發(fā)展具有重要意義。細胞增殖是生物體生長、發(fā)育、 生殖和遺傳的基礎(chǔ)；細胞分化是個體發(fā)育的一個重要階段，胚層細胞的分化導(dǎo)致組織形成、器官發(fā)生和系統(tǒng)建成，細胞的 異常分化會導(dǎo)致癌變；細胞的衰老和凋亡與人體健康也有著極為密切的關(guān)系。因此，學(xué)生學(xué)習本單元知識，不僅有利于認 識生命的本質(zhì)，而且為繼續(xù)學(xué)習生殖和發(fā)育、基因的表達和調(diào)控、基因突變和人類遺傳病等知識打下必要的基礎(chǔ)。1.2 具體內(nèi)容標準的教育意義對照“標準”中的學(xué)習目標分類說明表可知，細胞的增殖、分化、衰老和凋亡的

3、具體內(nèi)容標準涉及8 項具體要求，知識性目標有 5 項，其中的 3 項是了解層次， 2項是理解層次，其他 3 項屬于情感性目標的經(jīng)歷水平。在“分子與細胞” 模塊的所有學(xué)習單元中，只有“細胞的增殖”和“細胞的分化、衰老和凋亡”的具體內(nèi)容標準中明確地提出了情感性目標 要求，這是因為這部分知識與人體健康、疾病以及社會老齡化問題有關(guān)。珍愛生命、關(guān)注健康、尊重和愛護老人是現(xiàn)代公 民的基本素養(yǎng)，因此，這部分知識對培養(yǎng)學(xué)生情感和提高社會公德有著深刻的教育意義。我們知道，細胞代謝是生命實現(xiàn)自我更新的生理基礎(chǔ)，細胞的增殖、分化、衰老和凋亡等生命活動與其代謝水平密 切聯(lián)系。細胞的增殖、分化、衰老和凋亡也必然有其遺傳

4、的基礎(chǔ)。因此，正確地認識細胞的增殖、分化、衰老和凋亡之間 的內(nèi)在聯(lián)系，以及與其代謝和遺傳的關(guān)系，有助于學(xué)生形成生命是運動、辯證和發(fā)展的觀點，學(xué)會學(xué)習問題的方法和提高 解決問題的能力。2具體內(nèi)容及學(xué)習目標2.1 細胞的增殖分析“細胞的增殖”單元的具體內(nèi)容標準看出，該單元知識的核心概念應(yīng)該包括：細胞增殖、細胞周期、無絲分裂 和有絲分裂等。單元知識的認知目標主要是：說出細胞增殖的方式和意義；概述細胞周期的定義，識別一個細胞周期經(jīng)歷 的兩個階段，簡述間期細胞的主要特征；列舉細胞分裂的主要方式，描述細胞進行無絲分裂的大致過程和特征；用顯微鏡 觀察植物根尖裝片和馬蛔蟲卵細胞分裂的制片，根據(jù)染色體形態(tài)概述細

5、胞有絲分裂過程及其各個時期的分裂相，說明動植 物細胞有絲分裂過程的主要區(qū)別；根據(jù)細胞有絲分裂過程中染色體和紡錘絲的動態(tài)變化，闡明動植物細胞有絲分裂的特征 和意義。本單元的具體內(nèi)容標準要求觀察細胞的有絲分裂過程，并建議組織學(xué)生模擬探究細胞表面積與體積的關(guān)系。因此， 能力目標包括：在明確制作根尖壓片的動作要領(lǐng)的基礎(chǔ)上，獨立完成制作裝片的操作過程；用顯微鏡觀察根尖裝片和馬蛔 蟲卵細胞的分裂制片，用瓊脂塊或豆腐模擬探究細胞表面積與體積的關(guān)系，培養(yǎng)實驗觀察和科學(xué)探究的能力；用比較的表 格整理細胞有絲分裂過程中不同時期的分裂相，用圖示呈現(xiàn)細胞有絲分裂過程中 DNA 和染色體的數(shù)量動態(tài)，培養(yǎng)處理信 息（屬于

6、形象思維范疇）的能力；分析說明有絲分裂過程中不同時期細胞之間的結(jié)構(gòu)聯(lián)系及發(fā)展變化，培養(yǎng)辨證思維的能 力。此外，制作和觀察植物根尖細胞裝片的學(xué)習活動，不僅為學(xué)生提供了接受科學(xué)方法訓(xùn)練的機會，而且有利于學(xué)生形成 實事求是的科學(xué)態(tài)度。2.2 細胞的分化、衰老和凋亡從“細胞的分化、衰老和凋亡”單元的具體內(nèi)容標準中看出，該單元知識的核心概念應(yīng)該包括：細胞分化、細胞全 能性、細胞衰老和細胞凋亡、細胞癌變等。其認知目標是：列舉細胞分化的典型實例，概述細胞分化的定義，說明在個體 發(fā)育過程中細胞分化的重要意義； 以植物組織培養(yǎng)或動物克隆為例說明分化的細胞保持其全能性， 表述細胞全能性的定義， 分析細胞全能性的原

7、因； 描述細胞衰老的特征， 說出細胞凋亡的原因， 舉例說出細胞的衰老和凋亡是一種正常的生命活動； 描述癌細胞的主要特征，列舉致癌因子的類型、說出細胞發(fā)生癌變的原因。本單元的能力目標是：通過搜集、整理和解讀有關(guān)干細胞的研究進展和應(yīng)用、惡性腫瘤的防治等資料，培養(yǎng)處理信 息的能力；分析細胞的增殖、分化、衰老和凋亡的現(xiàn)象和原因，以及分化與去分化、分化與轉(zhuǎn)化的復(fù)雜關(guān)系，提高辨證思 維的能力。此外，探討細胞的衰老和凋亡與人體健康的關(guān)系，關(guān)注惡性腫瘤的防治等學(xué)習活動，使學(xué)生認同生命科學(xué)與人 類征服癌癥和延年益壽的密切聯(lián)系，增強學(xué)習生物學(xué)的興趣和養(yǎng)成珍愛生命的情感。3.教學(xué)策略和方法3.1 細胞增殖的教學(xué)學(xué)生

8、學(xué)習有關(guān)細胞結(jié)構(gòu)和細胞代謝的知識后，初步理解“細胞是生物體結(jié)構(gòu)和功能的基本單位”這個命題（也是細 胞定義），但是，細胞為什么那么小呢？這是學(xué)生既困惑又感興趣的問題，因此，標準建議組織學(xué)生“模擬探究細胞表面 積與體積的關(guān)系”。在這個活動中，讓學(xué)生親自計算不同大小立方體的表面積與體積之比，通過分析數(shù)據(jù)認識到較小細胞 的表面積相對較大，易于保證細胞與外界進行物質(zhì)交換。那么，生物體怎樣實現(xiàn)新舊細胞的更新呢？由此導(dǎo)入“細胞的增 殖”的教學(xué)過程。細胞增殖的教學(xué)應(yīng)從其概念本身開始，細胞增殖概念的要素包括：定 義、規(guī)律、 意義和方式等。 通過對初中生物學(xué)知識的學(xué)習，學(xué)生知道細胞增 殖是指親代細胞以分裂方式產(chǎn)生

9、子代細胞的過程。 教學(xué)時， 先結(jié)合下面的圖 示闡明細胞增殖是通過細胞周期實現(xiàn)的， 細胞周期是細胞生長和分裂的周期 性變化（定義） 。然后， 指導(dǎo)學(xué)生閱讀課文并說出細胞增殖的意義和主要方 式。學(xué)生尚不能完全理解“細胞增殖是生物體生長、發(fā)育、繁殖和遺傳的基礎(chǔ)”的命題，只要求解釋細胞增殖與生物體生 長的因果關(guān)系。細胞周期是本單元知識的核心概念之一，教學(xué)時，首先讓學(xué)生依據(jù)上面的圖示表述細胞周期的定義，進而通過識圖 和分析， 說出一個細胞周期的起止時間和劃分的階段。 然后，教師用板書形式概括細胞周期劃分的階段及細胞分裂的方式。間期是細胞分裂期的準備階段。教學(xué)時，首先提示學(xué)生依據(jù)細胞周期的圖解說出間期的起

10、止時間和持續(xù)時間的長短； 進而在閱讀課文的基礎(chǔ)上，用表格整理間期細胞的代謝狀況。最后，讓學(xué)生概述間期細胞的主要特征，以及在細胞周期中 的地位。有絲分裂是真核細胞的主要分裂方式， 其知識點應(yīng)包括： 植物細胞有絲分裂、 動物細胞有絲分裂、 細胞有絲分裂的特征、 細胞有絲分裂的意義。標準要求“觀察細胞的有絲分裂并概述其過程”，按照這個要求，植物細胞有絲分裂的教學(xué)應(yīng)先組 織學(xué)生觀察植物根尖細胞有絲分裂的制片，對照圖片從顯微鏡視野中識別間期細胞和有絲分裂的各個時期細胞。在學(xué)生對 植物細胞有絲分裂過程具有初步感性認識的基礎(chǔ)上，教師再借助掛圖、圖片或錄像等教學(xué)媒體，依次闡述有絲分裂各個時 期細胞的分裂相，然

11、后師生共同以表格的形式歸納植物細胞有絲分裂過程中發(fā)生的核、質(zhì)分裂相變化。最后，組織學(xué)生獨 立完成制作和觀察根尖臨時壓片，在親自制作的根尖臨時壓片中尋找和鑒別各個分期細胞的核、 質(zhì)分裂相。 為了幫助學(xué)生理解有絲分裂中 DNA 和染色 體的動態(tài)變化，也可以組織學(xué)生用不同顏色的塑料或橡皮泥塑成染色體，模擬染色體行為和數(shù)量的動態(tài)變化。在細胞有絲分裂的教學(xué)過程中，組織學(xué)生制作并觀察植物細胞有絲分裂裝片是十分必要的，這個實驗活動有助于提 高學(xué)生的制作裝片、顯微觀察和繪制生物圖等基本技能。教學(xué)時，首先闡述制作洋蔥根尖細胞有絲分裂臨時裝片的程序， 進而演示制作裝片的方法。然后指導(dǎo)學(xué)生制片和觀察，并根據(jù)觀察畫出

12、細胞有絲分裂各個時期的簡圖。在組織學(xué)生制作并觀察植物細胞有絲分裂裝片時，安排一定時間讓他們觀察馬蛔蟲卵細胞分裂的制片，識別細胞兩 極的中心體結(jié)構(gòu)和核、 質(zhì)分裂狀況， 從而為比較動物細胞有絲分裂與植物細胞的異同， 歸納細胞有絲分裂的特征打下基礎(chǔ)。細胞有絲分裂是一個連續(xù)的過程， 為了研究和揭示有絲分裂的具體過程中染色體和 DNA 分子的變化規(guī)律， 人為地將 其分為不同的時期。因此，教學(xué)中不僅要闡明分裂間期為分裂期進行著物質(zhì)和能量的準備，而且還要揭示細胞分裂過程中 染色體與紡錘體的動態(tài)變化及兩者之間的關(guān)系，以此培養(yǎng)學(xué)生事物是相互聯(lián)系，不斷運動和發(fā)展的觀點。細胞有絲分裂過 程的特征可概括為：染色體復(fù)制

13、一次后，平均地分配到兩個子細胞中去，從而將親代遺傳信息傳遞給子代。為了強調(diào)細胞 有絲分裂的重要意義， 可用下面的曲線圖概括細胞有絲分裂過程中 DNA 數(shù)量和染色體動態(tài)和數(shù)量之間的變化關(guān)系及規(guī)律。細胞無絲分裂最主要的特征是沒有出現(xiàn)染色體和紡錘絲的變化。教學(xué)時，結(jié)合洋蔥表皮細胞或蛙蟾類紅細胞無絲分 裂的圖解描述無絲分裂過程，首先強調(diào)細胞分裂過程也分為核分裂和質(zhì)分裂，然后啟發(fā)學(xué)生比較無絲分裂的核質(zhì)分裂相與 有絲分裂的異同，從而理解細胞無絲分裂的主要特征。3.2 細胞分化、衰老和凋亡的教學(xué)前面提到，細胞增殖、分化、衰老和凋亡是細胞的正常生命活動，這些生命活動是細胞的行為表現(xiàn)，而不能誤認為 是細胞發(fā)育的

14、 4 個階段。這是因為細胞凋亡不是衰老細胞的死亡，細胞凋亡與細胞增殖都是維持生物體內(nèi)細胞動態(tài)平衡的 基本行為。因此，本單元教學(xué)的開始，可以蛙的個體發(fā)育為實例，概述細胞增殖、分化、衰老和凋亡之間的復(fù)雜關(guān)系，如 下：本單元知識包含一系列概念，是教會學(xué)生學(xué)習概念的良好素材。高中生物的概念學(xué)習方法主要是：分析典型的正確 例證，揭示一類事物的共同本質(zhì)特征，進而以下定義的形式加以表述并賦予名稱，最后確認概念應(yīng)用的范圍。因此，在細 胞分化的教學(xué)中，首先借助圖片、錄像等媒體展示未分化的干細胞、分化的肌肉細胞、神經(jīng)細胞、紅細胞和胰島分泌細胞 （也可以植物細胞為例），引導(dǎo)學(xué)生認識到分化細胞與未分化細胞在形態(tài)、結(jié)構(gòu)

15、和功能上發(fā)生的差異，從而理解細胞分化 的概念，進而列舉受精卵與人體組織的發(fā)生、植物莖的形成層與木質(zhì)部和韌皮部的形成等實例，使學(xué)生明確細胞分裂不僅 發(fā)生在胚胎發(fā)育階段，而且貫穿于生命個體的終生，以補充衰老和死亡的細胞。然后，以紅細胞和胰島細胞為例，闡明紅 細胞具有其他細胞沒有的血紅蛋白，胰島細胞可分泌胰島素，這表明分化細胞具有某種特殊的功能，這種特殊功能可以通 過蛋白質(zhì)表現(xiàn)出來，而蛋白質(zhì)是基因表達的產(chǎn)物。由此，引導(dǎo)學(xué)生推理得出“細胞分化是基因在特定條件下選擇性表達的 結(jié)果”這一結(jié)論。細胞全能性的原意指受精卵的分化潛能。上課前一周，要布置學(xué)生搜集有關(guān)干細胞研究進展和應(yīng)用的資料。教學(xué)時， 先以植物組

16、織培養(yǎng)或以動物克隆為實例，說明分化的細胞仍然保持其全能性；進而用動物細胞的核移植技術(shù)進一步說明細 胞核的全能性。這些實例使學(xué)生認識到分化細胞的細胞核中含有本物種的全部核基因，因此，分化細胞與受精卵一樣，具 有分化出各種細胞和組織，形成一個完整個體的潛能。這樣，細胞全能性的定義應(yīng)運而生。在此基礎(chǔ)上，可結(jié)合圖解介紹 造血干細胞的培養(yǎng)和分化，組織學(xué)生交流有關(guān)干細胞研究進展和應(yīng)用的資料，討論研究干細胞與人類健康的關(guān)系。細胞衰老又叫細胞老化，是指在正常情況下，隨著年齡增長內(nèi)穩(wěn)態(tài)下降，機體組織細胞發(fā)生退行性變化并趨向死亡 的不可逆現(xiàn)象。由于細胞衰老與個體衰老具有同步性，所以，教學(xué)時先啟發(fā)學(xué)生從宏觀上描述呈

17、現(xiàn)衰老體態(tài)的老年人的面 部特征，如老年斑、皮膚干燥和皺紋等；然后，讓學(xué)生閱讀課文，從微觀角度初步認識衰老細胞的結(jié)構(gòu)和功能的特征（如 下表）：細胞凋亡是細胞發(fā)育過程中由基因引發(fā)的自動結(jié)束生命的生理過程。教學(xué)時，通過列舉人體神經(jīng)系統(tǒng)形成過程中的 細胞凋亡的現(xiàn)象，以及健康成人的骨髓和腸黏膜上皮細胞凋亡的現(xiàn)象，使學(xué)生明確在胚胎發(fā)育階段通過細胞凋亡清除多余 或完成使命的分化細胞，保證胚胎發(fā)育正常；在成體發(fā)育階段通過細胞凋亡清除衰老和病變的組織細胞，保證機體健康。 因此，不能將細胞凋亡與細胞衰老而死亡混為一談。最后，組織學(xué)生討論如何延緩細胞衰老，關(guān)注老年人的健康問題。3.3 細胞癌變的教學(xué)細胞癌變的教學(xué)可以放在細胞分化部分，也可以與細胞的衰老和凋亡放在一起。學(xué)生對細胞癌變知之甚少，上課前 布置他們搜