高中新課程生物專題--細(xì)胞的生命歷程

1、高中新課程生物專題-細(xì)胞的生命歷程一、課程目標(biāo)與細(xì)目表教學(xué)內(nèi)容知 識情感態(tài)度與價值觀能 力課時1細(xì)胞的增殖（1）1.細(xì)胞體積與相對表面積之間的關(guān)系2.細(xì)胞微小的意義3.細(xì)胞增值的意義和方式4.細(xì)胞周期的概念5. 細(xì)胞有絲分裂個時期的特點培養(yǎng)實事求是的科學(xué)態(tài)度，模擬探究細(xì)胞大小與物質(zhì)運輸之間的關(guān)系，發(fā)展科學(xué)探究能力課時2細(xì)胞的增殖（2）1. 植物細(xì)胞和動物細(xì)胞有絲分裂的異同2. 有絲分裂的意義3. 無絲分裂的過程培養(yǎng)實事求是的科學(xué)態(tài)度觀察細(xì)胞的有絲分裂并概述其過程，學(xué)會正確使用顯微鏡等一般實驗儀器，掌握采集和處理實驗材料、進(jìn)行生物學(xué)實驗操作、生物繪圖等技能課時3細(xì)胞的分化1.細(xì)胞分化的概念2.細(xì)

2、胞分化的意義3.細(xì)胞分化的原因4.細(xì)胞的全能性形成生物體結(jié)構(gòu)與功能、局部與整體相統(tǒng)一的觀點搜集干細(xì)胞的研究進(jìn)展與人類的關(guān)系，學(xué)會鑒別、選擇、運用和分享信息課時4細(xì)胞的衰老和凋亡1.個體衰老和細(xì)胞衰老的關(guān)系2.細(xì)胞衰老的特征3.細(xì)胞的凋亡及其意義4.細(xì)胞凋亡與細(xì)胞壞死的區(qū)別探討細(xì)胞衰老和凋亡與人類健康之間的關(guān)系，關(guān)注老年人的健康狀況搜集資料分析社會老齡化的相關(guān)問題，學(xué)會鑒別、選擇、運用和分享信息課時5細(xì)胞的癌變1.癌細(xì)胞的概念2.癌細(xì)胞的主要特征3.致癌因子討論健康的生活方式與癌癥防治之間的關(guān)系，選擇健康的生活方式分析資料，探討健康的生活方式預(yù)防癌的關(guān)系二、教學(xué)指導(dǎo)建議1、全面貫徹新課程標(biāo)準(zhǔn)的實

3、施建議 新課標(biāo)實施建議包括以下幾個方面： 1深化對課程理念的認(rèn)識 2全面落實課程目標(biāo) 3組織好探究性學(xué)習(xí) 4加強實驗和其他實踐活動的教學(xué) 5落實科學(xué)、技術(shù)、社會相互關(guān)系的教育 6注意學(xué)科間的聯(lián)系 7注重生物科學(xué)史的學(xué)習(xí)2、掌握本章節(jié)教學(xué)內(nèi)容的結(jié)構(gòu)和特點，合理設(shè)計教學(xué)過程 本章共分四節(jié)：細(xì)胞的增殖、細(xì)胞的分化、細(xì)胞的衰老和凋亡和細(xì)胞的癌變。這四節(jié)的內(nèi)容基本上是按照細(xì)胞生命歷程的發(fā)展順序安排的，先講細(xì)胞的增殖，再講細(xì)胞的分化，然后是細(xì)胞的衰老和凋亡，最后一節(jié)所講述的細(xì)胞的癌變實際上是細(xì)胞的生命歷程出現(xiàn)異?？赡軐?dǎo)致的一種嚴(yán)重后果，并不是每個細(xì)胞生命歷程的必經(jīng)之路。所以，新課程中將其列在最后，自有它的

4、道理。 四節(jié)的特點不盡相同：第一節(jié)通過模擬實驗探究細(xì)胞大小（即細(xì)胞表面積與體積之比）與物質(zhì)運輸效率之間的關(guān)系，探討細(xì)胞不能無限長大的原因（具體過程見附后課例）。由此引出生物體的生長既靠細(xì)胞體積一定限度的增大，還靠細(xì)胞分裂增加細(xì)胞數(shù)目。在以前的教學(xué)中，教師往往把重點放在對有絲分裂過程的詳細(xì)介紹上，要求學(xué)生理解并熟記有絲分裂過程中染色體行為和數(shù)目的變化，這固然很重要。但是為細(xì)胞分裂進(jìn)行活躍的物質(zhì)準(zhǔn)備的分裂間期也應(yīng)該引起學(xué)生重視，以便學(xué)生對細(xì)胞的生命周期形成完整的認(rèn)識。所以在新教材中觀察根尖分生組織細(xì)胞的有絲分裂中增加了一個內(nèi)容，讓學(xué)生學(xué)習(xí)記錄細(xì)胞周期不同時期的細(xì)胞數(shù)，通過統(tǒng)計每一時期的細(xì)胞數(shù)與計數(shù)

5、細(xì)胞總數(shù)的比值，來比較細(xì)胞周期不同時期的時間長短。這里運用了間接轉(zhuǎn)換的方法。因為學(xué)生并沒有真正記錄下細(xì)胞周期不同時期的時間，而是根據(jù)得到的每一時期的細(xì)胞數(shù)與計數(shù)細(xì)胞總數(shù)的比值，來比較細(xì)胞周期不同時期的相對時間長短，進(jìn)一步增強了同學(xué)們對細(xì)胞周期的認(rèn)識。關(guān)于有絲分裂過程的教學(xué)，老師們都很熟悉了，與原來的高中教材相比，新教材對這一問題的敘述，基本沒有什么變化。仍然是分為前期、中期、后期、末期四個時期敘述，突出這四個時期中染色體行為和數(shù)目的變化。 無絲分裂的過程比較簡單，這種分裂方式也不是很常見，因而教科書只用一小段文字和一幅圖做了簡單介紹。關(guān)于無絲分裂的問題，長期以來就有不同的看法。有些人認(rèn)為無絲分

6、裂不是正常細(xì)胞的增殖方式，而是一種異常分裂現(xiàn)象；另一些人則主張無絲分裂是正常細(xì)胞的增殖方式之一，主要見于高度分化的細(xì)胞，如肝細(xì)胞、腎小管上皮細(xì)胞、腎上腺皮質(zhì)細(xì)胞等。有關(guān)無絲分裂的不同觀點，教師可根據(jù)教學(xué)情況的需要，適當(dāng)補充介紹。 通過學(xué)習(xí)這部分知識，目的是使學(xué)生知道模擬的方法也是科學(xué)研究的方法之一；掌握用高倍鏡觀察生物圖像、生物繪圖等技能；學(xué)生能獨立完成臨時裝片的制作；能對有關(guān)的問題進(jìn)行合理的探討。對于這部分內(nèi)容的處理，我覺得可以采用引導(dǎo)學(xué)生通過探究活動，師生互動學(xué)習(xí)的教學(xué)模式。因為，親身參與、感性認(rèn)識會提高學(xué)生思考的活躍程度，激發(fā)求知欲，學(xué)生會討論得很熱烈，時常會出現(xiàn)不同觀點的論爭。而這種親

7、歷探究、師生互動的教學(xué)場景正是今天提倡的探究性學(xué)習(xí)所需要的，我們應(yīng)給予足夠重視。當(dāng)然，這對教師的組織教學(xué)能力也是一場嚴(yán)峻的考驗。例如：討論“細(xì)胞大小與物質(zhì)運輸之間的關(guān)系”可以引導(dǎo)同學(xué)先設(shè)計模擬實驗的方案，然后再討論各種方案的可行性，討論教材提供的方案的科學(xué)性，最后實施教材提供的方案。觀察根尖分生組織細(xì)胞的有絲分裂實驗，考慮到裝片的制作和觀察的難度和效果，教材處理為驗證性實驗。如果具有洋蔥根尖有絲分裂過程的數(shù)碼顯微攝像的課程資源，教師也可大膽嘗試，進(jìn)行知識發(fā)生過程式教學(xué)。先做實驗，創(chuàng)造和再現(xiàn)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)細(xì)胞有絲分裂的條件和工作過程，獲得感性認(rèn)識后，再進(jìn)行理性的思考，把拍攝到的靜止圖像，按照想象的細(xì)

8、胞分裂過程圖像的正常順序排序，把學(xué)生已形成的細(xì)胞分裂靜態(tài)圖像轉(zhuǎn)化為連續(xù)的動態(tài)畫面，突出學(xué)生的主動探究。關(guān)于細(xì)胞分化，本節(jié)內(nèi)容是這樣安排的：先介紹什么是細(xì)胞分化，細(xì)胞分化對多細(xì)胞生物體的發(fā)育有什么重要意義；再介紹已經(jīng)分化的細(xì)胞，仍然可能具有發(fā)育為完整個體的潛能，即具有全能性；最后安排“干細(xì)胞研究進(jìn)展與人類健康”的資料搜集與分析活動。細(xì)胞分化是多細(xì)胞生物體發(fā)育的基礎(chǔ)與核心。鑒于細(xì)胞分化的重要性，課程標(biāo)準(zhǔn)從知識層面對細(xì)胞分化的學(xué)習(xí)內(nèi)容提出了比較高的要求：“說明細(xì)胞的分化”和“舉例說明細(xì)胞的全能性”，這都是“理解”水平的要求；在教學(xué)時可以考慮用“問題鏈”形式來進(jìn)行教學(xué)。注意探討以下幾個問題：（1）細(xì)胞

9、分化在生物界普遍存在的實例。（例如，在植物的胚根發(fā)育成根的過程中，分生區(qū)的細(xì)胞不斷分裂，形成的細(xì)胞近似正方體，隨著細(xì)胞的生長，變成伸長區(qū)的長方體細(xì)胞，后來分化成成熟區(qū)的輸導(dǎo)組織的導(dǎo)管細(xì)胞、根毛細(xì)胞、薄壁細(xì)胞等形態(tài)、結(jié)構(gòu)、功能各異的細(xì)胞。又如動物的胚胎細(xì)胞形成多細(xì)胞生物體，干細(xì)胞再生出各種細(xì)胞等。）（2）細(xì)胞分化的過程。（在細(xì)胞外觀尚未出現(xiàn)明顯變化之前，細(xì)胞分化的前途就由遺傳信息的執(zhí)行情況決定了。分化的細(xì)胞所呈現(xiàn)出的形態(tài)、結(jié)構(gòu)和生理功能的變化，首先源于細(xì)胞內(nèi)化學(xué)物質(zhì)的變化，如結(jié)構(gòu)蛋白和催化化學(xué)反應(yīng)的酶，以后依次漸變，不能逆轉(zhuǎn)，因此，分化是種持久的、穩(wěn)定的漸變過程。）（3）細(xì)胞分化的本質(zhì)。（基因的

10、選擇性表達(dá)）（4）細(xì)胞的全能性（這是教學(xué)的難點，可以從細(xì)胞有絲分裂結(jié)果，染色體和DNA數(shù)目不變來分析。由于體細(xì)胞一般是受精卵通過有絲分裂繁殖而來的，已分化的細(xì)胞都有一套和受精卵相同的染色體，攜帶具有本物種特征的DNA分子。因此，分化的細(xì)胞仍具有發(fā)育成完整新個體的潛能。在合適的條件下，有些分化的細(xì)胞具有恢復(fù)分裂、重新分化發(fā)育成完整新個體的能力。進(jìn)而理解細(xì)胞的分化是基因的選擇性表達(dá)的過程。）（5）細(xì)胞分化的意義。（一般多細(xì)胞生物體的發(fā)育起點是一個細(xì)胞(受精卵)，細(xì)胞的分裂只能繁殖出許多相同的細(xì)胞，只有經(jīng)過細(xì)胞分化才能形成胚胎、幼體，并發(fā)育成成體，細(xì)胞分化是生物個體發(fā)育的基礎(chǔ)。）有關(guān)干細(xì)胞的知識是一

11、個社會熱點問題。近年來哺乳動物胚胎干細(xì)胞的分離成功，極大地促進(jìn)了人們對干細(xì)胞的認(rèn)識，并使干細(xì)胞的研究成為生物醫(yī)學(xué)研究的熱點領(lǐng)域之一。干細(xì)胞的研究為替換病變的組織和器官、某些癌癥和遺傳病的治療帶來了新的希望。因此，應(yīng)該鼓勵學(xué)生通過報紙、刊物、書籍、互聯(lián)網(wǎng)等途徑搜集有關(guān)干細(xì)胞研究進(jìn)展的資料。在關(guān)注與人類健康密切相關(guān)的生物學(xué)熱點問題的同時，培養(yǎng)資料搜集和分析能力，以及表達(dá)與交流的能力。第3節(jié)細(xì)胞的衰老和凋亡，課程標(biāo)準(zhǔn)的要求是“探討細(xì)胞的衰老和凋亡與人體健康的關(guān)系”。學(xué)生熟悉的是個體的衰老，細(xì)胞的衰老是看不見的，那么個體衰老與細(xì)胞衰老有什么關(guān)系呢？細(xì)胞衰老有哪些表現(xiàn)呢？細(xì)胞衰老的原因是什么？細(xì)胞都要經(jīng)

12、歷出生、生長、成熟、繁殖、衰老、死亡的過程，細(xì)胞的凋亡與死亡有什么關(guān)系？這一連串的問題構(gòu)成了本節(jié)內(nèi)容的主線。 情感態(tài)度與價值觀的目標(biāo)在教學(xué)中如何落實，是本節(jié)課教學(xué)的關(guān)鍵。情感態(tài)度與價值觀的教育，絕不像知識目標(biāo)，能依靠講解或講授的辦法來達(dá)到，應(yīng)通過各種教學(xué)活動的過程來體驗、培養(yǎng)。這是以往教學(xué)中的弱項，必須通過評價的激勵機(jī)制和導(dǎo)向作用來實現(xiàn)，充分發(fā)揮過程性評價在促進(jìn)學(xué)生發(fā)展中的作用。在關(guān)于細(xì)胞衰老的學(xué)習(xí)內(nèi)容里，教科書安排了“問題探討”、“資料搜集和分析”?！皢栴}探討”圍繞學(xué)生熟悉的衰老現(xiàn)象，引導(dǎo)學(xué)生討論關(guān)于衰老的問題。“問題探討”所配的小圖，是一幅老年人在晨光中鍛煉的生機(jī)勃勃的圖景，其寓意是身體的

13、衰老不等同于心理的衰老，老年人的生活也應(yīng)該是豐富多彩的，我們不僅應(yīng)該關(guān)心老年人的身體健康還應(yīng)該為他們營造高質(zhì)量的生活環(huán)境。由此展開情感價值觀教育。在滲透情感教育的同時，也要幫同學(xué)們理清個體衰老與細(xì)胞衰老的關(guān)系。許多學(xué)生會認(rèn)為細(xì)胞衰老就會導(dǎo)致個體衰老。對于單細(xì)胞生物來說，的確如此。但是對于多細(xì)胞生物，生物體內(nèi)每時每刻都在進(jìn)行新陳代謝，都有細(xì)胞衰老或死亡，也都有新細(xì)胞在產(chǎn)生（在旁欄的相關(guān)信息里，教科書以人為例，介紹了人體細(xì)胞的更新率，以及幾類細(xì)胞的壽命）。當(dāng)然，從總體上看，個體衰老的過程也是組成個體的細(xì)胞普遍衰老的過程。“資料搜集和分析”請學(xué)生通過查閱報刊、上互聯(lián)網(wǎng)，或者走訪政府有關(guān)部門(如勞動和

14、社會保障部門、衛(wèi)生部門)和養(yǎng)老院等方式，搜集有關(guān)社會老齡化的資料，討論與社會老齡化相關(guān)的問題。這一活動。旨在引起學(xué)生對老年人的關(guān)心。對人口老齡化給家庭、社會和國家以及老年人自身帶來的一系列新問題的思考。滲透情感態(tài)度價值觀教育。細(xì)胞的癌變實際上是細(xì)胞的生命歷程出現(xiàn)異常可能導(dǎo)致的一種嚴(yán)重后果，本節(jié)課應(yīng)突出情感教育目標(biāo)：確立積極的生活態(tài)度和健康的生活方式。所以本節(jié)課可以確立如下課題的研究：1癌細(xì)胞與正常細(xì)胞的比較研究。2癌癥發(fā)病原因的調(diào)查(或致癌因子的研究)。3吸煙與肺癌是否相關(guān)的研究。課前進(jìn)行不同家族癌癥發(fā)病情況的調(diào)查。展開一些探究活動。 探究活動 搜集調(diào)查本地區(qū)的癌癥發(fā)病率步驟一：準(zhǔn)備階段(1)

15、師生觀看有關(guān)癌癥病例的錄像，學(xué)習(xí)有關(guān)癌癥的背景知識 (2)師生分小組選定研究課題，制定研究計劃 (3)設(shè)計一份查閱資料的計劃表(包括時間，步驟、內(nèi)容、所需條件、小組任務(wù)分工等)，設(shè)計一份文摘卡(包括文章標(biāo)題、作者姓名、發(fā)表或出版時間、出版刊物、主要內(nèi)容和論點等)：設(shè)計一份采訪記錄卡(包括被采訪單位、被采訪人，采訪主題、采訪時間、地點、采訪要點等)如下表：訪問者：訪問日期：被訪問者：工作單位訪問地點訪問時間：訪問主題：訪談記錄：結(jié)論： 研究課題有兩種選擇方式，一種是以具體癌癥病例如肺癌，胃癌、肝癌、血癌、腦瘤、淋巴癌、乳腺癌、直腸癌、皮膚癌和食道癌等其中的一例或幾例也可以選擇引起細(xì)胞癌變的因素即

16、主要的三類致癌因子中的一類：物理致癌因子，化學(xué)致癌因子、病毒致癌因子 步驟二：活動階段 (1)各小組圍繞研究課題，按照研究計劃，展開資料的搜集和相關(guān)單位及有關(guān)人員的調(diào)查訪問及時做好記錄 (2)對資料進(jìn)行整理和加工：對文摘卡和采訪記錄卡進(jìn)行歸類放置。剔除假材料及重復(fù)、過時的資料，對孤證材料要小心保存當(dāng)資料豐富時，對資料進(jìn)行分類編排，編制目錄索引 (3)分析所選資料；從數(shù)量、因果，層次，關(guān)系等方面進(jìn)行分析，以資料為根據(jù)，通過推理論證，提出自己的觀點，表達(dá)自己的想法如哪種癌癥發(fā)病率最高?導(dǎo)致高發(fā)病率的原因有哪些?如何預(yù)防癌癥的發(fā)生?癌癥患者如何走好人生之路?防癌、抗癌的天然食物有哪些等。提示：本課題

17、屬于文獻(xiàn)調(diào)查法研究以研究性學(xué)習(xí)方式進(jìn)行一般要經(jīng)過以下幾個步驟：確立研究課題、制定研究計劃查閱、搜集資料整理、分析資料提出論點，得出結(jié)論交流探討選擇資料撰寫研究報告注意：要避免開始時不注意準(zhǔn)確及時地記錄資料，后來不得不返工補資料，面對大量資料，不知怎樣整理分析和和加以利用。 步驟三：課題成果的表達(dá)階段 (1)擬定寫作提綱： 引言：包括論題的解釋和背景資料； 主體：展開論題，給出相關(guān)示例或數(shù)據(jù)，分析得出相關(guān)的致癌因子，說出預(yù)防建議； 結(jié)論；集中概括論文的內(nèi)容，本論題的前景及意義。 (2)撰寫調(diào)查報告或論文：不偏離內(nèi)容的重要性和相關(guān)性不要為增加論文篇幅而空談，適當(dāng)?shù)亟忉屪约旱挠^點，運用實例使論點清晰

18、，難以描述或較為麻煩的內(nèi)容用圖表表達(dá)，用表格歸納信息 (3)對初稿的內(nèi)容、結(jié)構(gòu)或文字進(jìn)行推敲及修改：重新閱讀并檢查是否回答了所有論點，檢查標(biāo)點、拼寫及內(nèi)容有無錯誤分析討論 1癌細(xì)胞的主要特征有哪些? 提示：(1)脫分化或不走向分化，返回和持續(xù)細(xì)胞分裂周期 (2)快速(無限)增殖 (3)對生長因子需求降低 (4)轉(zhuǎn)移 (5)其他：細(xì)胞膜、細(xì)胞骨架、細(xì)胞代謝均發(fā)生與正常細(xì)胞不同的變化 2舉例說明研究報告的書寫。 提示：以“腫瘤休眠”研究介紹說明一般研究報告書寫格式。 (1)提出問題或背景知識：許多腫瘤醫(yī)生發(fā)現(xiàn)過這種情況：病人體內(nèi)有腫瘤存在，但長期無癥狀，也無特殊體征，臨床上某些檢查均在正常范圍內(nèi)。

19、這是一種令腫瘤學(xué)家困惑的現(xiàn)象。提示：課題成果的表達(dá)是課題研究過程中最后的一個步驟，同時也是最關(guān)鍵的一步。 (2)列出證據(jù)：人體內(nèi)存在“腫瘤休眠”的證據(jù)很多：兒童尸檢發(fā)現(xiàn)、老人前列腺中的發(fā)現(xiàn)等等。盡可能用一種容易理解的方式排列和描述，如表格、圖形。 (3)得出結(jié)論：腫瘤休眠現(xiàn)象經(jīng)觀察分析與溫度、年齡等6種因素有關(guān)。 (4)存在的問題或研究的意義或展望前景：腫瘤休眠研究還處于起步階段，其本質(zhì)尚不清楚，有待進(jìn)一步深入研究。 三、教學(xué)設(shè)計與案例探究細(xì)胞表面積與體積關(guān)系的模擬實驗?zāi)M實驗的地位、價值 生物學(xué)實驗中，常常有些實驗現(xiàn)象不明顯或不易操作，為了解決這一矛盾，我們可以在實驗室進(jìn)行一些模擬，這不僅可

20、以激發(fā)學(xué)生探索生物奧秘的濃厚興趣，加深對有關(guān)知識的理解，還可以開拓學(xué)生的視野，讓學(xué)生掌握一種研究生物學(xué)的新方法，嘗試用這一方法來解決一些生物學(xué)問題。 其實模擬對我們來說并不陌生，老教材中已有多處體現(xiàn)。例如：制作DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)、模擬一對相對性狀遺傳的性狀分離比、小生態(tài)瓶的制作，只不過沒有引起我們足夠的重視。這種方法在新教材中重新出現(xiàn)，強調(diào)了它的存在價值。當(dāng)然，模擬畢竟是模擬，與真實情況有差異，不應(yīng)對其吹毛求疵。課題分析 1教學(xué)目標(biāo) (1)描述細(xì)胞表面積與體積的比例關(guān)系。 (2)分析得出表面積與體積之比較大者，其細(xì)胞代謝效率較高。 (3)通過模擬實驗，體驗細(xì)胞必須要保持一定的體積，并認(rèn)同細(xì)胞生長

21、到一定大小后停止生長，細(xì)胞進(jìn)入分裂增殖。 2背景描述 細(xì)胞生命活動中與外界環(huán)境的物質(zhì)交換如吸收養(yǎng)分和排除廢物，都是通過細(xì)胞表面的細(xì)胞膜來進(jìn)行。隨著細(xì)胞的長大，細(xì)胞體積增大，內(nèi)含物增多，用于物質(zhì)交換的表面積便顯得不夠用。假設(shè)細(xì)胞是一個半徑為1 btm的球形，則這個球形細(xì)胞的體積為y43r34.1/cm3，表面積S4r212.5cm2，表面積與體積的比為3:1，若細(xì)胞長大至為原半徑4倍的球狀，這時細(xì)胞體積為268cm3，表面積為200.8cm2，也就是說，體積增至64倍，表面積才增至16倍，表面積與體積之比為0.7:1如下圖。顯然，單位體積細(xì)胞內(nèi)含物所分?jǐn)偟降谋砻娣e縮小了許多。其結(jié)果會是表面積不足

22、以供物質(zhì)的進(jìn)出，成為細(xì)胞代謝的限制因素，細(xì)胞代謝速率將因此而明顯下降。作為解決的辦法，細(xì)胞一分為二。仍繼續(xù)上面的例子，268m3球體積，一分為二，則得到兩個球體積為134m3的球，每個球的表面積為401m2，表面積與體積之比值驟增至3：1。單位體積分?jǐn)偟降谋砻娣e增大，細(xì)胞的代謝速率必將大增。 由此可見，細(xì)胞生長到一定程度，將停止生長，轉(zhuǎn)而進(jìn)行細(xì)胞的分裂。一方面解決細(xì)胞生長帶來表面積與體積之比值下降帶來的困境，又是細(xì)胞繁衍的方式。 本實驗原理是用瓊脂塊(內(nèi)含酚酞試液)模擬細(xì)胞，用NaOH溶液模擬被細(xì)胞吸收的物質(zhì)。因NaOH溶液遇酚酞試液變粉紅色，我們可以通過觀察瓊脂塊“細(xì)胞”變成粉紅色的過程，了

23、解到NaOH分子擴(kuò)散進(jìn)入了“細(xì)胞”。再通過測量NaOH擴(kuò)散進(jìn)入瓊脂塊“細(xì)胞”的深度，比較不同體積的瓊脂塊“細(xì)胞”吸收分子的速度。從而來預(yù)測表面積與體積比值與細(xì)胞代謝的關(guān)系。材料器具 1材料和試劑：3 cm 3 cm6 cm的含酚酞的瓊脂塊，150 mL 0.1NaOH溶液。 2器具：防護(hù)手套，塑料餐刀，紙巾，250 mL燒杯，毫米刻度尺和塑料匙。教學(xué)建議 本實驗用細(xì)胞模型說明細(xì)胞的表面積與其體積的關(guān)系。學(xué)生觀察的是NaOH溶液擴(kuò)散進(jìn)入瓊脂塊“細(xì)胞”，并將此“細(xì)胞”變成粉紅色的過程。每組兩位學(xué)生最好。 教學(xué)前應(yīng)讓學(xué)生明確細(xì)胞模型模擬的原理，即瓊脂塊模擬“細(xì)胞”，NaOH溶液模擬的是擴(kuò)散進(jìn)入細(xì)胞的

24、物質(zhì)。探究的是細(xì)胞表面積與體積的關(guān)系。同時學(xué)生還應(yīng)明確酚酞試液是堿性溶液的指示劑，兩者反應(yīng)呈粉紅色。 實驗時為了切取方便，我們可將瓊脂塊切成立方體，替代圓形。立方體的表面積邊長邊長6，立方體的體積邊長邊長邊長。因為細(xì)胞體積一般在2030m3，所以在數(shù)據(jù)處理上增加一邊長為0.01 cm瓊脂塊的表面積和體積的計算，但具體實驗操作就不要求了。 為了保證實驗的嚴(yán)謹(jǐn)性，在放有瓊脂塊的三個燒杯內(nèi)同時加入等量的NaOH溶液，在相同的“擴(kuò)散”時間后，將瓊脂塊一齊取出。顏色變化的觀察與面積和體積的計算可同時進(jìn)行。 NaOH屬于強堿溶液，有一定的刺激性和腐蝕性，應(yīng)避免與皮膚和眼睛接觸，不能人口。學(xué)生應(yīng)戴上防護(hù)手套

25、取瓊脂塊，因瓊脂塊曾放在盛有NaOH燒杯中的緣故。這是實驗中務(wù)必要注意提醒學(xué)生。如萬一潑灑出來，立即用水沖洗潑灑處15 min。 本實驗最后要引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)同細(xì)胞表面積和體積比不能過小，否則會因表面積的限制導(dǎo)致細(xì)胞代謝速率下降，這對細(xì)胞的生存是不利的。所以當(dāng)細(xì)胞長到一定大時，便不再長大，進(jìn)而一分為二，為細(xì)胞快速代謝創(chuàng)造條件。因此本實驗重點是對不同表面積和體積比的細(xì)胞模型進(jìn)行預(yù)測和假設(shè)，這也是科學(xué)研究中關(guān)鍵性的技巧。實驗難點的突破點放在對實驗數(shù)據(jù)的分析和歸納上。探究活動 步驟一：用塑料刀將瓊脂塊切成三塊邊長分別為3 cm、2 cm和l cm的立方體。 步驟二：把三塊瓊脂塊放在燒杯內(nèi)，加人0.1NaO

26、H溶液將瓊脂塊淹沒。用塑料匙不時翻動瓊脂塊10min。 步驟三：畫出如下表，進(jìn)行必要的計算，將表面積、體積和比值三欄填滿。并請簡化數(shù)據(jù)，避免小數(shù)點后面位數(shù)過于龐大。比值指表面積與體積之比。瓊脂塊的大小表面積cm2體積cm3比值NaOH擴(kuò)散深度cm3 cm2 cm1 cm0.01 cm 步驟四：10min后戴上手套，用塑料匙把瓊脂塊從NaOH溶液中取出來。用紙巾把它們吸干，未干之前不要接觸它們。用塑料刀把每一瓊脂塊切成兩半。觀察切面，記錄觀察結(jié)果。測量每一塊上NaOH擴(kuò)散的深度。填入上表。分析討論 1根據(jù)瓊脂塊表面積與體積比值的計算及瓊脂塊變色深度的測量，你能預(yù)測到什么? 提示：當(dāng)NaOH與瓊脂

27、相遇時，其中的酚酞變成粉紅色，因此，從顏色的變化就知道NaOH擴(kuò)散得有多遠(yuǎn)。在一定時間內(nèi)，NaOH在瓊脂塊的每一側(cè)擴(kuò)散的距離大致相同。說明NaOH在瓊脂塊內(nèi)擴(kuò)散的速率大致相等。瓊脂塊從最大到最小的順序為：3 cm、2 cm、1 cm。按表面積與體積比值的順序從最大到最小則為瓊脂塊1 cm(6:1)、2 cm(3:1)、3 cm(2:1)。順序恰好倒過來了。若每邊為0.01 cm，則表面積與體積之比為600:1。隨著細(xì)胞體積的增大，表面積與體積的比值就下降，單位體積內(nèi)分配到的表面積越來越小。這對細(xì)胞代謝是不利的。因為細(xì)胞生命活動與外界環(huán)境的物質(zhì)交換如吸收、排泄、分泌及擴(kuò)散等，都是通過細(xì)胞表面的細(xì)

28、胞膜進(jìn)行的。我們可以預(yù)測細(xì)胞表面積與體積之比增大會使細(xì)胞代謝效率提高。細(xì)胞體積一味增大對細(xì)胞生存不利。 (1)大多數(shù)細(xì)胞和微生物邊長不到0.01 cm。擴(kuò)散速率與細(xì)胞大小之間的關(guān)系是什么？ 提示：擴(kuò)散速率不變，但由于細(xì)胞很小，擴(kuò)散發(fā)生得很快。 (2)有什么證據(jù)說明NaOH在每一瓊脂塊內(nèi)擴(kuò)散的速率大致相等? 提示：在一定時間內(nèi)，NaOH在瓊脂塊的每側(cè)擴(kuò)散的距離大致相當(dāng)，說明擴(kuò)散速率大致相等。小的瓊脂塊變成粉紅色較快，不是因為擴(kuò)散速率大，而是瓊脂塊體積小。 2大多數(shù)高等動植物細(xì)胞的體積一般在2030m3之間，根據(jù)本實驗細(xì)胞模型的探究，你能分析細(xì)胞為什么如此微小? 簡析：細(xì)胞如此之小，不用顯微鏡難以

29、看到。研究微觀問題的方法之一是建立模型。模型常常是某一大事物的小復(fù)制品。 細(xì)胞通過細(xì)胞表面的細(xì)胞膜與外界進(jìn)行物質(zhì)交換。隨著細(xì)胞體積的變大，更多的細(xì)胞質(zhì)就會遠(yuǎn)離細(xì)胞膜。分子進(jìn)入細(xì)胞后，通過細(xì)胞質(zhì)的不斷流動被帶到目的地，這與海洋里的水流對船的作用機(jī)制是一致的。但如果細(xì)胞很大，為了把物質(zhì)帶到細(xì)胞的各個部位，細(xì)胞質(zhì)需要流動的距離遠(yuǎn)了，物質(zhì)達(dá)到細(xì)胞中心的時間就相應(yīng)變長。同時，排出廢物需要的時間也相應(yīng)增加細(xì)胞長得太大將不利于其更好地生存。所以當(dāng)細(xì)胞長到一定大小時，就會分裂成兩個新的細(xì)胞。生物體的大小主要決定于細(xì)胞的數(shù)量，與細(xì)胞的大小無關(guān)，這就是“細(xì)胞體積的守恒定律”。 (1)請?zhí)岢鲆粋€假說來解釋：為什么大

30、的生物體是由許多細(xì)胞而不是由比較大的細(xì)胞發(fā)展起來的? 提示：一方面，小的細(xì)胞單位體積內(nèi)表面積較大，細(xì)胞代謝率高。另一方面，盡管擴(kuò)散作用可以給細(xì)胞提供必需的物質(zhì)，并且有助于運出廢物，但物質(zhì)的長距離擴(kuò)散需很多時間。所以細(xì)胞要正常起作用就不能太大?？傊?，小的細(xì)胞能使大的生物體的擴(kuò)散作用與主動轉(zhuǎn)運之間保持有效的平衡。 (2)依據(jù)本實驗，你認(rèn)為細(xì)胞生長到一定程度時，為保證細(xì)胞代謝需要，最好的解決辦法是( ) A不再生長 B死亡 C分裂 D消失 提示：選項B與D都不能維持細(xì)胞的代謝活動。而選項A中細(xì)胞的代謝速率已減慢，也不符合題意。因此最好的解決辦法是選項C分裂。細(xì)胞一分為二，使細(xì)胞表面積和體積比值增加。

31、 (3)卵細(xì)胞的體積一般比較大，如鴕鳥卵黃直徑可達(dá)5 cm。這是否違背了“細(xì)胞體積的守恒定律”? 提示：卵細(xì)胞是一種特殊類型的細(xì)胞，因為它含有許多供胚胎發(fā)育使用的營養(yǎng)物質(zhì)卵黃，而使細(xì)胞的體積增大了許多倍。但卵細(xì)胞一般與外界交換物質(zhì)較少，故表面積與體積的比例關(guān)系不受此規(guī)律的限制。深化拓展 拓展1：這些細(xì)胞在于什么? 提示：在要用的載玻片上事先涂上亞甲基藍(lán)溶液并晾干。用滴管從酵母菌培養(yǎng)液中吸一些酵母菌細(xì)胞，滴在載玻片上。然后蓋上蓋玻片，并放在顯微鏡下觀察。 先用低倍鏡仔細(xì)觀察視野中的細(xì)胞，然后換用高倍鏡。尋找到兩個相互連在一起的細(xì)胞，其中一個可能比另一個要大一些。畫下你所看到的物像。 仔細(xì)觀察圖，

32、請你構(gòu)想假說：這兩個連著的細(xì)胞正在干什么? 提出一個假說來解釋這種現(xiàn)象。 拓展2：細(xì)胞的核與質(zhì)之間有一定的比例關(guān)系 提示：不論細(xì)胞體積大小相差多大，但各種細(xì)胞核的大小懸殊卻不大。因為一個細(xì)胞核內(nèi)所含的遺傳信息量是有一定限度的，能控制細(xì)胞質(zhì)的活動也是有限度的，因此一個核能控制細(xì)胞質(zhì)的量也有一定限度，細(xì)胞質(zhì)的體積不能無限增大。在體積較大的原生動物細(xì)胞中出現(xiàn)大核(營養(yǎng)核)與小核(生殖核)的分工，動物細(xì)胞的多核現(xiàn)象是否與緩沖核質(zhì)比例有關(guān)呢?值得探討。本實驗可采用觀察人工培養(yǎng)的變形蟲在分裂時的變化情況進(jìn)行分析當(dāng)人工培養(yǎng)的變形蟲快要分裂時，把它的細(xì)胞質(zhì)切去一塊，這個變形蟲就不再分裂。等它長大到又要分裂時，

33、又切去一塊，它也不再分裂。但如果讓其繼續(xù)生長，體積達(dá)到一定大小時，它又會分裂起來。說明在沒有任何環(huán)境阻力的情況下，細(xì)胞不會無限長大。細(xì)胞要維持細(xì)胞核與細(xì)胞質(zhì)體積之間的平衡狀態(tài)。資料搜索 1生物體各種細(xì)胞的體積差別很大（韓貽仁 分子細(xì)胞生物學(xué) 北京：科學(xué)出版社，2001） 大的如鴕鳥卵黃直徑可達(dá)5 cm。最小的支原體只有o1m。一般說來，真核細(xì)胞的體積要大于原核細(xì)胞，高等動物的卵細(xì)胞大于體細(xì)胞。但卵細(xì)胞是一種特殊類型的細(xì)胞，因為它含有許多供胚胎發(fā)育使用的營養(yǎng)物質(zhì)卵黃，而使細(xì)胞的體積增大了許多倍。對大多數(shù)高等動物、植物的細(xì)胞來說，其體積一般在20一30 m3之間。多細(xì)胞有機(jī)體的細(xì)胞的大小同生物體的大小無關(guān)。細(xì)胞體積的最小極限決定于細(xì)胞獨立生活所需的最基本的成分的體積。根據(jù)推算支原體接近于容納所必需的大分