细胞大小

《细胞大小与物质运输的关系》教学设计

焦作市高新区焦作一中徐进凤

一、创设情境，导课

展示图片：（大象和小鼠）请同学们在观察图片之后回答有关问题。

问题：大家都知道高等动植物都是由受精卵发育而来的，大象和小鼠，它们的形体差距如何？很大。大象的心脏和小鼠的心脏差别大吗？学生回答，展示图片：象的心脏和鼠的心脏。

那么组成它们心脏的基本单位——细胞，其大小也相差很悬殊吗？

思考、讨论。展示细胞图片

不太悬殊，肉眼很难分辨

现在我问大家大象与小鼠形体上相差悬殊的原因是细胞体积的不同还是细胞数量的不同？

主要是细胞数量的不同。

事实上，生物体的长大既靠细胞体积的增大，还要靠细胞数量的增多。

从上面的学习中我们发现组成生物体的细胞相差不大，且都十分微小。

现在我有一个疑问：

二、为什么细胞不能无限长大？

思考、讨论3M

有的同学说不能，原因是细胞体积越大，需要的营养物质就越多，需要排除的代谢废物也越多，物质的输入和输出会遇到困难。

可也有同学提出质疑：细胞与外界物质交换的通道是细胞膜，细胞越大，膜的表面积也在增大，从这一点上看，细胞越大越有利于细胞内外的物质交换。

另一位同学提出：与东北虎相比，华南虎的体型小，相对表面积大，有利于散热。同理，细胞越大，表面积与体积的比即相对表面积越小，物质运输越慢，所以细胞不能太大。还有同学补充：我认为他说的很有道理，但我还认为限制细胞长大的因素不仅是相对表面积，还有细胞核。细胞核是新陈代谢的控制中心，一般来说，细胞核中的DNA是不会随着细胞体积的增大而增加的，这样如果细胞太大，细胞核的负担就会很重。所以细胞不能无限制长大。

教师总结：这样看来，我们讨论的核心——细胞的代谢和物质运输，只有解决这个问题才能解释清楚细胞不能无限制长大的原因。

三、探究：细胞大小与物质运输的关系

实验目的：今天我们仅就细胞大小，既细胞的表面积与体积之比，与物质运输效率之间的关系，来探究一下细胞不能无限长大的原因。

示例：同学们吃冻梨时可能都会有这样的体验：用凉水泡冻梨时，冻梨越大越不容易化透。通过这个现象同学们可以展开联想：这个现象与我们要探究的问题——细胞大小与物质运输的关系有联系吗？2M

回答：―原理可能是一样的‖。

原理相同。

如何设计这个实验？在实验中需要注意哪些问题？

学生1：可以选择大小不等的细胞，来研究某种物质运输的速率

学生2：实验要遵循单一变量原则，即：除了细胞大小不等外其他条件（如物质、时间）应合适且相同。

教师：进行这个实验有什么技术上的难题？

学生：细胞太小，无法测量。

学生：沃森和克里克能研究出DNA分子双螺旋结构模型，我们能不能用模型来代替细胞呢？

教师：模型法

你能否用合适的材料模拟该实验过程？

启发：大家都吃过果冻，你知道果冻的主要成分吗？——琼脂。特点：易熔，可塑，物质可在琼脂中扩散而性质不变。

现在我给大家展示出实验材料：含酚酞的琼脂，质量分数为0.1%的NaOH溶液，防护手套；毫米尺；药匙；纸巾；烧杯。

请大家根据我给的实验材料，明确实验原理。

讨论后得出思路：选择含酚酞的琼脂块和NaOH溶液研究“NaOH在琼脂块中的运输速率”

利用以上材料用具，请你设计实验方案。

讨论：实验过程中应如何解决实验品的形状、实验现象的标志、实验结果的测量与计算方法，以及实验中注意事项等（解释为什么这么做）。

学生小组讨论，并写出实验方案展示其中一组的方案。

很好，现在我们的实验方案已经确定。请大家共同回答这几个问题：

实验品的形状是如何解决的？

如何解决不同大小细胞的问题？

实验现象的标志既怎样证明NaOH溶液扩散进琼脂块了？

实验结果的测量与计算方法是什么？

实验中还需注意哪些事项？

非常好！现在同学们开始动手操作实验。

教师观察、纠错、指正。

让学生填写表格中签三列的内容及第2道讨论题。

分析实验：请一组学生展示他们的实验结果（投影）并分析现象、计算表格后两列的内容，分析整个表格，得出结论。问题有：NaOH扩散的速率一样吗？琼脂的体积与比值

（表面积与体积）的关系？琼脂的体积与比值（NaOH扩散的体积积与整个琼脂的体积）的关系？

很棒！刚才这组同学给大家分析了，在这个模拟实验中，琼脂块的大小与两个比值的关系，非常准确！

我们本实验的原理是什么？对，通过NaOH扩散进琼脂来模拟物质进入细胞。

那么请大家再思考这样一个问题：

在相同时间内，物质扩散进细胞的体积与细胞的总体积之比可反映细胞的物质运输效率。则细胞的物质运输效率与细胞大小之间什么关系？

为什么多细胞生物体是由许多细胞而不是由少数体积更大的细胞构成的？

为什么细胞越大，物质运输的效率越低？

教师总结：在这个模拟实验中，通过观察NaOH扩散进琼脂块中定性模拟物质进入细胞，并通过相应的计算定量模拟不同大小的细胞与物质运输效率之间的关系。根据刚才同学们的分析，我们得出细胞体积越大，其相对表面积越小，细胞的物质运输的效率就越低。所以细胞不能无限长大。

同学们有没有真正理解本实验的原理和目的呢？下面我通过几道题考验考验大家。

练习：

1、原生动物伸缩泡的存在有什么意义？

（增大了细胞的相对表面积，使物质运输的速率加快，保证细胞正常生命活命的需要）

2、像双小核草履虫这种由较大细胞构成的生物，具备两个细胞核的生物学意义是什么？

保证正常的核质比

3、高等动植物细胞的直径一般是几十微米，有利于细胞内外物质的运输，而人卵细胞的直径高达200微米，鸵鸟卵细胞的直径达5厘米，能保证细胞正常生命活动的需要吗？卵细胞的体积大，相对表面积小，确实是限制了物质的运输，但是卵细胞的卵黄中储存了大量的营养物质，卵裂期所需的营养物质来自卵黄，而不是靠细胞外物质的输入，所以卵细胞可以长的比较大。

4、既然细胞越小，细胞的物质运输效率越高，是不是细胞体积越小越好呢？

（提示：见教材）

答案：细胞要进行正常的新陈代谢，需要各种细胞器和酶等物质。它们都需要一定的空间。所以细胞不能太小

教师：也就是说细胞的大小是由完成其正常生命活动所需的结构和物质所占的空间决定的。

-实现教学目标

课后反思