高中新課程生物專題--細胞的生命歷程

1、高中新課程生物專題-細胞的生命歷程一、課程目標與細目表教學(xué)內(nèi)容知 識情感態(tài)度與價值觀能 力課時1細胞的增殖（1）1.細胞體積與相對表面積之間的關(guān)系2.細胞微小的意義3.細胞增值的意義和方式4.細胞周期的概念5. 細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細胞的增殖（2）1. 植物細胞和動物細胞有絲分裂的異同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、進行生物學(xué)實驗操作、生物繪圖等技能課時3細胞的分化1.細胞分化的概念2.細

2、胞分化的意義3.細胞分化的原因4.細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)一的觀點搜集干細胞的研究進展與人類的關(guān)系，學(xué)會鑒別、選擇、運用和分享信息課時4細胞的衰老和凋亡1.個體衰老和細胞衰老的關(guān)系2.細胞衰老的特征3.細胞的凋亡及其意義4.細胞凋亡與細胞壞死的區(qū)別探討細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細胞的癌變1.癌細胞的概念2.癌細胞的主要特征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、全面貫徹新課程標準的實

3、施建議 新課標實施建議包括以下幾個方面： 1深化對課程理念的認識 2全面落實課程目標 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)：細胞的增殖、細胞的分化、細胞的衰老和凋亡和細胞的癌變。這四節(jié)的內(nèi)容基本上是按照細胞生命歷程的發(fā)展順序安排的，先講細胞的增殖，再講細胞的分化，然后是細胞的衰老和凋亡，最后一節(jié)所講述的細胞的癌變實際上是細胞的生命歷程出現(xiàn)異常可能導(dǎo)致的一種嚴重后果，并不是每個細胞生命歷程的必經(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胞大?。醇毎砻娣e與體積之比）與物質(zhì)運輸效率之間的關(guān)系，探討細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胞體積一定限度的增大，還靠細胞分裂增加細胞數(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。但是為細胞分裂進行活躍的物質(zhì)準備的分裂間期也應(yīng)該引起學(xué)生重視，以便學(xué)生對細胞的生命周期形成完整的認識。所以在新教材中觀察根尖分生組織細胞的有絲分裂中增加了一個內(nèi)容，讓學(xué)生學(xué)習(xí)記錄細胞周期不同時期的細胞數(shù)，通過統(tǒng)計每一時期的細胞數(shù)與計數(shù)

5、細胞總數(shù)的比值，來比較細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胞周期不同時期的時間，而是根據(jù)得到的每一時期的細胞數(shù)與計數(shù)細胞總數(shù)的比值，來比較細胞周期不同時期的相對時間長短，進一步增強了同學(xué)們對細胞周期的認識。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。有些人認為無絲分

6、裂不是正常細胞的增殖方式，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胞的增殖方式之一，主要見于高度分化的細胞，如肝細胞、腎小管上皮細胞、腎上腺皮質(zhì)細胞等。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。當然，這對教師的組織教學(xué)能力也是一場嚴峻的考驗。例如：討論“細胞大小與物質(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)細胞有絲分裂的條件和工作過程，獲得感性認識后，再進行理性的思考，把拍攝到的靜止圖像，按照想象的細

8、胞分裂過程圖像的正常順序排序，把學(xué)生已形成的細胞分裂靜態(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)于細胞分化，本節(jié)內(nèi)容是這樣安排的：先介紹什么是細胞分化，細胞分化對多細胞生物體的發(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“干細胞研究進展與人類健康”的資料搜集與分析活動。細胞分化是多細胞生物體發(fā)育的基礎(chǔ)與核心。鑒于細胞分化的重要性，課程標準從知識層面對細胞分化的學(xué)習(xí)內(nèi)容提出了比較高的要求：“說明細胞的分化”和“舉例說明細胞的全能性”，這都是“理解”水平的要求；在教學(xué)時可以考慮用“問題鏈”形式來進行教學(xué)。注意探討以下幾個問題：（1）細胞

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)的細胞不斷分裂，形成的細胞近似正方體，隨著細胞的生長，變成伸長區(qū)的長方體細胞，后來分化成成熟區(qū)的輸導(dǎo)組織的導(dǎo)管細胞、根毛細胞、薄壁細胞等形態(tài)、結(jié)構(gòu)、功能各異的細胞。又如動物的胚胎細胞形成多細胞生物體，干細胞再生出各種細胞等。）（2）細胞分化的過程。（在細胞外觀尚未出現(xiàn)明顯變化之前，細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）細胞分化的本質(zhì)。（基因的

10、選擇性表達）（4）細胞的全能性（這是教學(xué)的難點，可以從細胞有絲分裂結(jié)果，染色體和DNA數(shù)目不變來分析。由于體細胞一般是受精卵通過有絲分裂繁殖而來的，已分化的細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。進而理解細胞的分化是基因的選擇性表達的過程。）（5）細胞分化的意義。（一般多細胞生物體的發(fā)育起點是一個細胞(受精卵)，細胞的分裂只能繁殖出許多相同的細胞，只有經(jīng)過細胞分化才能形成胚胎、幼體，并發(fā)育成成體，細胞分化是生物個體發(fā)育的基礎(chǔ)。）有關(guān)干細胞的知識是一

11、個社會熱點問題。近年來哺乳動物胚胎干細胞的分離成功，極大地促進了人們對干細胞的認識，并使干細胞的研究成為生物醫(yī)學(xué)研究的熱點領(lǐng)域之一。干細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)干細胞研究進展的資料。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，以及表達與交流的能力。第3節(jié)細胞的衰老和凋亡，課程標準的要求是“探討細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，細胞的衰老是看不見的，那么個體衰老與細胞衰老有什么關(guān)系呢？細胞衰老有哪些表現(xiàn)呢？細胞衰老的原因是什么？細胞都要經(jīng)

12、歷出生、生長、成熟、繁殖、衰老、死亡的過程，細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，能依靠講解或講授的辦法來達到，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制和導(dǎo)向作用來實現(xiàn)，充分發(fā)揮過程性評價在促進學(xué)生發(fā)展中的作用。在關(guān)于細胞衰老的學(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?！皢栴}探討”所配的小圖，是一幅老年人在晨光中鍛煉的生機勃勃的圖景，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胞衰老的關(guān)系。許多學(xué)生會認為細胞衰老就會導(dǎo)致個體衰老。對于單細胞生物來說，的確如此。但是對于多細胞生物，生物體內(nèi)每時每刻都在進行新陳代謝，都有細胞衰老或死亡，也都有新細胞在產(chǎn)生（在旁欄的相關(guān)信息里，教科書以人為例，介紹了人體細胞的更新率，以及幾類細胞的壽命）。當然，從總體上看，個體衰老的過程也是組成個體的細胞普遍衰老的過程。“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。細胞的癌變實際上是細胞的生命歷程出現(xiàn)異?？赡軐?dǎo)致的一種嚴重后果，本節(jié)課應(yīng)突出情感教育目標：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癌細胞與正常細胞的比較研究。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)對資料進行整理和加工：對文摘卡和采訪記錄卡進行歸類放置。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資料豐富時，對資料進行分類編排，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、屬于文獻調(diào)查法研究以研究性學(xué)習(xí)方式進行一般要經(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?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，用表格歸納信息 (3)對初稿的內(nèi)容、結(jié)構(gòu)或文字進行推敲及修改：重新閱讀并檢查是否回答了所有論點，檢查標點、拼寫及內(nèi)容有無錯誤分析討論 1癌細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：細胞膜、細胞骨架、細胞代謝均發(fā)生與正常細胞不同的變化 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，有待進一步深入研究。 三、教學(xué)設(shè)計與案例探究細胞表面積與體積關(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 (1)描述細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，其細胞代謝效率較高。 (3)通過模擬實驗，體驗細胞必須要保持一定的體積，并認同細胞生長

21、到一定大小后停止生長，細胞進入分裂增殖。 2背景描述 細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，都是通過細胞表面的細胞膜來進行。隨著細胞的長大，細胞體積增大，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)細胞是一個半徑為1 btm的球形，則這個球形細胞的體積為y43r34.1/cm3，表面積S4r212.5cm2，表面積與體積的比為3:1，若細胞長大至為原半徑4倍的球狀，這時細胞體積為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，單位體積細胞內(nèi)含物所分攤到的表面積縮小了許多。其結(jié)果會是表面積不足

22、以供物質(zhì)的進出，成為細胞代謝的限制因素，細胞代謝速率將因此而明顯下降。作為解決的辦法，細胞一分為二。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。單位體積分攤到的表面積增大，細胞的代謝速率必將大增。 由此可見，細胞生長到一定程度，將停止生長，轉(zhuǎn)而進行細胞的分裂。一方面解決細胞生長帶來表面積與體積之比值下降帶來的困境，又是細胞繁衍的方式。 本實驗原理是用瓊脂塊(內(nèi)含酚酞試液)模擬細胞，用NaOH溶液模擬被細胞吸收的物質(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“細胞”變成粉紅色的過程，了

23、解到NaOH分子擴散進入了“細胞”。再通過測量NaOH擴散進入瓊脂塊“細胞”的深度，比較不同體積的瓊脂塊“細胞”吸收分子的速度。從而來預(yù)測表面積與體積比值與細胞代謝的關(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 本實驗用細胞模型說明細胞的表面積與其體積的關(guān)系。學(xué)生觀察的是NaOH溶液擴散進入瓊脂塊“細胞”，并將此“細胞”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)生明確細胞模型模擬的原理，即瓊脂塊模擬“細胞”，NaOH溶液模擬的是擴散進入細胞的

24、物質(zhì)。探究的是細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。 為了保證實驗的嚴謹性，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)生認同細胞表面積和體積比不能過小，否則會因表面積的限制導(dǎo)致細胞代謝速率下降，這對細胞的生存是不利的。所以當細胞長到一定大時，便不再長大，進而一分為二，為細胞快速代謝創(chuàng)造條件。因此本實驗重點是對不同表面積和體積比的細胞模型進行預(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擴散得有多遠。在一定時間內(nèi)，NaOH在瓊脂塊的每一側(cè)擴散的距離大致相同。說明NaOH在瓊脂塊內(nèi)擴散的速率大致相等。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。這對細胞代謝是不利的。因為細胞生命活動與外界環(huán)境的物質(zhì)交換如吸收、排泄、分泌及擴散等，都是通過細胞表面的細

28、胞膜進行的。我們可以預(yù)測細胞表面積與體積之比增大會使細胞代謝效率提高。細胞體積一味增大對細胞生存不利。 (1)大多數(shù)細胞和微生物邊長不到0.01 cm。擴散速率與細胞大小之間的關(guān)系是什么？ 提示：擴散速率不變，但由于細胞很小，擴散發(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)擴散的距離大致相當，說明擴散速率大致相等。小的瓊脂塊變成粉紅色較快，不是因為擴散速率大，而是瓊脂塊體積小。 2大多數(shù)高等動植物細胞的體積一般在2030m3之間，根據(jù)本實驗細胞模型的探究，你能分析細胞為什么如此微小? 簡析：細胞如此之小，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。 細胞通過細胞表面的細胞膜與外界進行物質(zhì)交換。隨著細胞體積的變大，更多的細胞質(zhì)就會遠離細胞膜。分子進入細胞后，通過細胞質(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制是一致的。但如果細胞很大，為了把物質(zhì)帶到細胞的各個部位，細胞質(zhì)需要流動的距離遠了，物質(zhì)達到細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)增加細胞長得太大將不利于其更好地生存。所以當細胞長到一定大小時，就會分裂成兩個新的細胞。生物體的大小主要決定于細胞的數(shù)量，與細胞的大小無關(guān)，這就是“細胞體積的守恒定律”。 (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胞而不是由比較大的細胞發(fā)展起來的? 提示：一方面，小的細胞單位體積內(nèi)表面積較大，細胞代謝率高。另一方面，盡管擴散作用可以給細胞提供必需的物質(zhì)，并且有助于運出廢物，但物質(zhì)的長距離擴散需很多時間。所以細胞要正常起作用就不能太大?？傊?，小的細胞能使大的生物體的擴散作用與主動轉(zhuǎn)運之間保持有效的平衡。 (2)依據(jù)本實驗，你認為細胞生長到一定程度時，為保證細胞代謝需要，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都不能維持細胞的代謝活動。而選項A中細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。細胞一分為二，使細胞表面積和體積比值增加。

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

32、請你構(gòu)想假說：這兩個連著的細胞正在干什么? 提出一個假說來解釋這種現(xiàn)象。 拓展2：細胞的核與質(zhì)之間有一定的比例關(guān)系 提示：不論細胞體積大小相差多大，但各種細胞核的大小懸殊卻不大。因為一個細胞核內(nèi)所含的遺傳信息量是有一定限度的，能控制細胞質(zhì)的活動也是有限度的，因此一個核能控制細胞質(zhì)的量也有一定限度，細胞質(zhì)的體積不能無限增大。在體積較大的原生動物細胞中出現(xiàn)大核(營養(yǎng)核)與小核(生殖核)的分工，動物細胞的多核現(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行分析當人工培養(yǎng)的變形蟲快要分裂時，把它的細胞質(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，細胞不會無限長大。細胞要維持細胞核與細胞質(zhì)體積之間的平衡狀態(tài)。資料搜索 1生物體各種細胞的體積差別很大（韓貽仁 分子細胞生物學(xué) 北京：科學(xué)出版社，2001） 大的如鴕鳥卵黃直徑可達5 cm。最小的支原體只有o1m。一般說來，真核細胞的體積要大于原核細胞，高等動物的卵細胞大于體細胞。但卵細胞是一種特殊類型的細胞，因為它含有許多供胚胎發(fā)育使用的營養(yǎng)物質(zhì)卵黃，而使細胞的體積增大了許多倍。對大多數(shù)高等動物、植物的細胞來說，其體積一般在20一30 m3之間。多細胞有機體的細胞的大小同生物體的大小無關(guān)。細胞體積的最小極限決定于細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