细胞大小

一、教材分析
1.教学内容的地位与作用
“细胞大小与物质运输的关系”是人教版《普通高中课程标准实验教科书生物1必修分子与细胞》第6章“细胞的生命历程”中的第一节“细胞增殖”中的一个实验。

把本实验安排在“细胞分裂”内容之前，目的在于先让学生通过探究，知道细胞不能无限长大的原因，明白了细胞分裂的必要性，再来学习细胞分裂，体现知识的系统性。

本课时内容还与后续模块中微生物的代谢、细胞进化有着紧密联系。

2.教学内容的重点和难点
①重点：探究细胞大小与物质运输的关系。

（依据：这是本实验要探究的主题，通过探究得出“细胞不能无限长大”的原理。

）
②难点：利用模型探究细胞表面积与体积的关系；理解细胞越小表面积越大、越有利于物质交换的原理。

（依据：由于客观条件的限制，只能进行模拟实验，要借助逻辑推理和想象、迁移才能得出合乎事实规律的认识。

）
课时安排1课时。

学情分析
1.知识基础
学生在初中已经学习过“细胞通过分裂产生新细胞”“受精卵通过细胞分裂和分化形成组织器官”等知识，也具有相应的化学知识，知道本实验中NaOH与酚酞的显色原理。

2.能力基础
学生在本模块前面的学习中，已经进行过其他的探究活动，对探究实验的过程和方法有一定的认识，在操作技能上也有一定的基础。

3.心理基础
①有的学生比较喜欢动手操作，但不愿意深入思考；②有的学生习惯于老师说什么就记什么，缺乏探究精神；③学生普遍习惯于对直观事物的观察和描述，现用模型来代替细胞具有一定的抽象性，需要学生运用联想迁移进行思考，存有一定的难度。

三、教学目标
1.知识目标
①理解细胞表面积与体积的关系，以及细胞大小与物质进出的关系；②理解细胞越小表面积越大、越有有利于物质交换；③概述细胞不能无限长大的原因。

2.能力目标
学会用数据、表格分析问题。

3.情感态度与价值观
①培养学生合作精神；②培养学生实事求是的科学态度和严谨认真的治学精神。

四、教法、学法
教法
1.情景唤起法：从学生熟悉的生活例子和经验出发，将感性直观的认识上升为理论知识。

2.问题探究法：以问题（任务）驱动学生学习，每一阶段的学习都以问题引出，引导学生自主、探究和合作，体现老师主导、学生主体的教学理念。

学法
联想迁移法：运用联想把模拟实验结果迁移至真实的细胞。

直观图表法：用数学的方法分析和处理数据，并以坐标图的形式表达出来，化繁为简，帮助理解、方便记忆。

例证归纳法：运用事例表征来学习，从探究“细胞大小与物质运输关系”理解细胞增殖的必然性。

合作探究法：开展分组探实验活动，提高学习技能。

五、教学过程
六、课后反思
从探究活动的类型来看，本节课的实验是一个模拟探究实验，引用模型来解释原理，也体现了新课标对数学在生物上运用的重视。

从探究的内容来看，本实验属于部分探究实验，探究活动的问题已经给出，探究的计划已经制定好，学生只需完成收集数据、并对数据进行概括和推理即可。

从探究的难易程度来看，本实验在探究活动的六个层次中属于第三个层次，难易程度适中。

然而，要使该探究实验顺利开展，达成教学目标，仍然不是一件容易的事情，需要教师事前做出充分、细致的准备工作，并根据课堂情况调整教学。

1.准备简便易行的实验材料
本实验除了可以用NaOH和含酚酞的琼脂来完成外，还可以以淀粉代替酚酞，以碘代替N aOH，或者用浅色果冻代替琼脂，用红墨水代替NaOH。

2.完善教材中的实验记录表格（见附表）
由于细胞都比较小，在表格设计上可以多加一栏，边长为0.01 cm的琼脂，只要求计算表面积、体积、以及表面积与体积之比，不作为实验对象。

这样更有利于学生理解细胞的相对表面积与细胞大小的关系。

3.合理分配时间。

本节课，在数据处理上高估了学生的数学运算能力，学生在进行比值计算时，花的时间比较长。

附表
教学目标
知识
（1）说出多细胞生物体器官的大小主要决定于细胞数量的多少；
（2）解释细胞不能无限长大的原因；
（3）区别细胞增殖、细胞分裂、细胞周期等概念；
（4）设计探究细胞大小与物质运输关系的模拟实验，利用实验结果进行分析后得出结论。

情感态度与价值观
（1）树立生物体的结构与功能、局部与整体相统一的观点；
（2）养成质疑、严谨、求实、创新及勇于实践的科学态度和科学精神。

能力
（1）尝试用模拟的方法进行科学研究；
（2）利用数学方法处理和分析实验数据；
（3）运用分析、归纳和推理能力进行问题探讨和实验讨论；
（4）运用细胞不能无限长大的原理解释某些生命现象；
（5）能够利用多种媒体获取生物信息。

2.教学重点
通过探究细胞大小与物质运输关系的模拟实验理解细胞不能无限长大的原因。

3.教学难点
细胞表面积与体积之比和细胞物质运输效率的关系。

4.教学建议
应结合多媒体课件和教参配套光盘，引导学生通过探究活动，主动学习。

5.教学过程
屏幕展示生长繁茂的植物图片。

教师引导：当你远离城市的喧嚣，置身于这一秀美的环境中，眼望着吐蕊的鲜花
时，能否激起你对生命的遐想？
鲜花吐蕊，绿叶葱茏，抑或花瓣凋落，枯叶飘零，展示着个体的生命现象，折射
出细胞的生命历程。

屏幕展示动物细胞分裂的显微图片。

教师引导：生物都要 錾 ⑸ 〘⒊墒臁⒎敝场⑺ダ现敝磷詈笏劳龅纳 蹋 钕赴 彩钦庋 ?就在你坐在课堂学习的时候，你身体内就有许多细胞在分裂，有些细胞
在生长，有些细胞在变老，有些细胞刚刚结束自己的生命历程。

生长，增殖，
衰老，凋亡……细胞的生命历程大多短暂，却都对个体的生命有一份贡献。

屏幕分别播放象和鼠的生活画面。

象与鼠的个体大小相差悬殊。

讨论：
1.细胞体积增大,可以使生物体生长吗？为什么？
2.请推测构成象与鼠相应器官和组织的细胞大小差异如何？
3.生物体的长大，是靠细胞数量的增多还是靠细胞体积的增大？
小结：不同动（植）物同类器官或组织的细胞大小一般无明显差异，器官大小主要决定于细胞数量的多少。

因为，细胞不能无限长大。

教师提问：细胞为什么不能无限长大？
教师引导：细胞不能无限长大可能的原因是细胞体积越大，需要的营养物质越多，需要排出的代谢废物也越多，物质的输入和输出会遇到困难。

口说无凭，科学要有令人信服的实验证据，需要用实验来探究“细胞大小与物质的运输关系”。

细胞那么小，怎样测出不同细胞的大小以及进出细胞的物质的量呢？模拟实验是科学研究常用的方法之一，我们可以设计“探究细胞大小与物质的运输关系”的模拟实验。

教师提问：“探究细胞大小与物质的运输关系”的模拟实验的设计思路是什么？该怎样设计？
教师引导，屏幕展示设计该实验的提示：
提示一：模拟不同大小的细胞；
提示二：容易观察、测量物质进出模拟细胞的量；
提示三：引用化学、数学、物理相关知识和方法；
提示四：NaOH和酚酞相遇，呈紫红色；
提示五：琼脂加热后可以混合酚酞等多种物质，冷却固化后，NaOH等物质又容易向内扩散。

教师对各个小组不同的设计方案进行进行评价。

屏幕播放教材中该实验的设计方法及实验操作过程。

屏幕显示该实验的的结果。

依据该实验的的结果进行系列分析、讨论。

教师提问：如果把边长3 cm的含酚酞的琼脂块切成27块边长1 cm的琼脂块，一起都到放入含NaOH溶液的烧杯中，结果如何？能说明什么问题？
教师引导：科学实验结果论证的问题仅凭感觉是不够的，要想令人信服，必须有准确、足够的数据来说明问题。

教师提示：
屏幕展示图片，解释生命现象
1.有些原生动物细胞中的伸缩泡，就是增大膜表面积与体积比。

2.有些个体较大的原生动物的细胞中出现两个细胞核，是用来保证正常的核质比。

教师提问：既然细胞越小，细胞表面积相对就越大，细胞的物质运输的效率就越高，那为什么细胞体积不是越小越好呢？
教师展示资料：有人估计完成细胞的各项功能至少需要100种酶；每个酶促反应须占有直径的50 n m的空间；每个核糖体直径为10～20 n m。

学生回答，教师总结并强调这种思维方式为批判性思维。

教师总结：限制细胞长大的因素主要有两方面：细胞表面积与体积的比和细胞的核质比。

教师提问：
1.参照通上面资料，说出更多的论证细胞体积不能太小的资料。

2.再举出一些学习、生活中批判性思维方式的实例。

生物生长主要靠细胞增殖；单细胞的生物体通过细胞增殖而繁衍。

多细胞生物从受精卵开始，要经过细胞的增殖和分化逐渐发育为成体。

生物体内，也不断地有细胞衰老死亡，需要通过细胞增殖加以补充。

因此，细胞增殖是生物体生长、发育、繁殖、遗传的基础。

那么，细胞是如何增殖的呢？
屏幕播放显微镜下的有丝分裂视频。

细胞通过分裂进行增殖。

细胞在分裂之前，必须进行一定的物质准备。

细胞增殖包括物质准备和细胞分裂整个连续的过程。

强调细胞增殖和细胞分裂是两个不同概念。

有丝分裂是细胞分裂的主要方式。

展示有丝分裂细胞周期的图片。

教师提问：由有丝分裂细胞周期的图片你能获得哪些信息？
教师归纳总结，明确细胞周期、分裂间期、分裂期概念。

教师提问：分裂间期在细胞周期中所占的时间比例，反映出什么问题？
教师总结：分裂间期为分裂期进行活跃的、十分复杂而又必须精确进行的物质准备，
完成DNA分子的复制和有关蛋白质的合成，同时细胞适度的生长。

基础练习题：下列3个正方体模型，哪一个模型更能表示生物体细胞大小和数量的状
况？
拓展练习题：细胞作为生命活动的基本单位，其体积大小必然适应其代谢
活动的要求，应有一定限度，因此，高等动植物细胞的直径大约为几十微米。

但
也有例外，如卵细胞就特别大，鸵鸟卵细胞直径为5 cm，鸡卵细胞2～3 cm，人
卵细胞200 u m。

卵细胞为什么比较大呢?
教师对本节课小结、布置作业。

6.教学反思
（1）“探究细胞大小与物质的运输关系”的模拟实验，仅仅靠屏幕播放该实验的设计方法及实验操作过程远远不够。

要提高学习效果，培养学生发现问题、分析问题、解决问题的能力，以及动手能力，必须指导学生亲自动手去做。

（2）引导学生设计“探究细胞大小与物质的运输关系”的模拟实验的提示对学生是否合适，还有待于研究、论证。

教师设计的提示问题，能否适宜不同的学生。

（3）一节课完成本节课的教学内容时间紧张，诸如“说出更多论证细胞体积不能太小的资料”等问题，可以课前布置给学生上网查询。

（4）本节课堂教学，教师应尽力挖掘学生原有的经验、技能，最大限度地培养学生实验操作能力、处理问题能力、获取信息能力以及逻辑推理等能力。

第6章第1节细胞的增殖（教学设计）
一、设计思想
新教材以问题（任务）驱动学习引导学生自主探究和合作。

每节开头以“问题探讨”开始，注重与学生生活经验的联系在拓展视野的同时，活跃学生的思维，增强学生对生命本质的关注。

教学中要充分体现课改理念,体现学生的主体地位和教师的主导地位，真正实现师生互动,调动学生积极性。

问题探讨→让学生初步知道生物体的生长与细胞的增加和生长有关
↓
细胞不能无限长大→了解细胞不能无限长大的原因（在后面通过实验和验证）
↓
细胞通过分裂进行增殖→知道细胞增殖方式及过程
↓
有丝分裂→以实例详细了解细胞增殖过程
↓
无丝分裂→简单了解此方式以及与有丝分裂的区别
↓
实验→（1）验证细胞大小与物质运输的关系，从而了解细胞不能无限长大的原因（2）观察根尖分生组织细胞的有丝分裂。

二、教材分析
“细胞的增殖”是普通高中课程标准实验教科书《生物1（必修）──分子与细胞》（人教版）第六章的重点内容之一。

本节主要内容包括细胞增殖及其意义、细胞周期、有丝分裂、无丝分裂等。

细胞增殖作为生物体的重要生命特征，与绪论中生物的基本特征有关。

第1
节《细胞的增殖》首先让学生了解细胞增殖的必要性，再来学习细胞增殖的方式。

多细胞生物体体积的增大，即生物体的生长，既靠细胞生长增大细胞的体积，还要靠细胞分裂增加细胞数量。

这是因为细胞不能无限长大。

细胞为什么不能无限长大呢？教科书让学生通过探究细胞大小，即细胞表面积与体积之比，与物质运输效率之间的关系，探讨细胞不能无限长大的原因。

这是一个模拟的探究实验，操作过程比较简单，但是实验后的讨论题却有相当的思维力度，需要学生开动脑筋思考，并且要用联想的方法将模拟实验的结果迁移至真实的细胞，思考物质运输的效率与细胞大小之间是什么关系；为什么细胞越大，物质运输的效率越低；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。

1.《课程标准》对本课教学内容的要求。

课程标准内容：1.1简述细胞的生长和增殖的周期性。

1.2描述细胞的无丝分裂。

1.3观察细胞的有丝分裂并概述其过程。

《学科教学指导意见》对本课教学内容的要求。

基本要求：1.说出限制细胞长大的因素。

2.简述细胞增殖的周期性。

3.概述细胞有丝分裂的过程，区别各时期细胞分裂图。

4. 描述细胞的无丝分裂。

5.实验“高倍显微镜观察根尖分生组织细胞的有丝分裂”要求能绘出细胞有丝分裂简图，熟练使用高倍显微镜及初步学会装片制作技术。

发展要求：1.模拟探究细胞表面积与体积的关系，探讨细胞不能无限长大的原因。

2. 概述在细胞有丝分裂过程中染色体数目、DNA数目的变化规律及绘制相应的坐标曲线图，能绘制各时期的细胞简图。

本节课与其他章节的联系：本章的学习，是学生从前面几章了解了细胞生命系统的物质组成、结构和功能之后，来认识细胞这个系统的产生、发展和消亡的过程的，因此，本章的学习需要以前几章的内容作基础。

细胞增殖、细胞分裂、细胞周期、有丝分裂等概念与《遗传与进化》一书中有关减数分裂的内容联系很密切，是学生学习减数分裂的基础。

本章内容也是学生学习后续必修模块和选修模块的基础。

三、学情分析
高二学生的特点是抽象思维能力和综合思维能力较强，同时，对生物课程的学习，也有着浓厚的兴趣。

他们在初中曾学过“细胞通过分裂产生新细胞”的内容，但是对此了解得很浅，没有深入到细胞分裂过程的水平。

要向对初学生物学的学生那样对待,牵涉到初中学过的知识要进行补充，另外要从培养兴趣方面展开教学。

在教学中可以利用学生的知识基础并遵循学生的认知规律，通过适当的教学策略，使新知识有效地整合进学生原有的知识网络中，使学生的知识体系得到丰富和发展。

四、教学目标
1.简述细胞生长和增殖的周期性。

2.观察细胞的有丝分裂并概述其过程。

3.描述细胞的无丝分裂。

4.模拟探究细胞大小与物质运输的关系，探讨细胞不能无限长大的原因
5.养成学生批判性思考的能力。

6.形成学生实事求是的科学态度和一丝不苟的科学精神。

五、重点难点
1.教学重点（1）细胞生长和增殖的周期性。

（2）真核细胞有丝分裂的过程。

2.教学难点
真核细胞有丝分裂过程中，各个时期染色体行为和数目的变化，以及DNA数量的变化。

成细胞和染色体模型，两人一组。

2.教师的教学准备：上课前一天，准备足够的酚酞琼脂块。

酚酞琼脂块的制备方法：每升水加30 g琼脂，不断搅拌下煮沸。

在它冷却固化前，加1 g 酚酞，并搅拌使之充分混合。

若混合物呈粉红色，加数滴质量分数为0.1%的盐酸至粉红色退去。

将混合物放在平底浅盘中，使混合物高度约为3 cm。

琼脂固化后，将其切成3 cm×3 cm×6 cm的小块。

塑料餐刀、胶皮手套、毫米直尺、塑料勺、吸水纸、烧杯。

3．有丝分裂FLASH动画。

八、教学过程2课时新授课和1课时实验。

第一课时
〖章引言〗学生阅读P109。

让他们知道生命都要经历出生、生长、成熟、繁殖、衰老直至最后死亡的生命历程。

活细胞也一样。

〖节引言〗以“问题探讨”引入，学生思考回答，老师提示。

〖提示〗1.象与鼠相应器官和组织的细胞大小无明显差异。

2.生物体的生长，既靠细胞分裂增加细胞的数量（主），还要靠细胞生长增大细胞的体积（次）。

〖板书〗生物体的生长既靠细胞分裂增加细胞的数量（主），还要靠细胞生长增大细胞的体积（次）。

〖问题〗以“本节聚焦”提问，再次引起学生的思考注意。

〖板书〗一、细胞不能无限长大
〖实验1〗通过实验来说明细胞不能无限长大。

模拟实验是科学研究常用的方法之一，我们可以设计“探究细胞大小与物质的运输关系”的模拟实验。

〖问题〗“探究细胞大小与物质的运输关系”的模拟实验的设计思路是什么？该怎样设计？教师引导，屏幕展示设计该实验的提示：提示一：模拟不同大小的细胞；提示二：容易观察、测量物质进出模拟细胞的量；提示三：引用化学、数学、物理相关知识和方法；提示四：NaOH和酚酞相遇，呈紫红色；提示五：琼脂加热后可以混合酚酞等多种物质，冷却固化后，NaOH等物质又容易向内扩散。

教师对各个小组不同的设计方案进行进行评价。

屏幕播放教材中该实验的设计方法及实验操作过程。

屏幕显示该实验的的结果。

依据该实验的的结果进行系列分析、讨论。

叫学生分组完成实验并讨论。

〖问题〗如果把边长3 cm的含酚酞的琼脂块切成27块边长1 cm的琼脂块，一起都到放入含NaOH溶液的烧杯中，结果如何？能说明什么问题？教师引导：科学实验结果论证的问题仅凭感觉是不够的，要想令人信服，必须有准确、足够的数据来说明问题。

〖提示〗学会用数学方法处理、解释实验数据
结论： 1.琼脂块的表面积与体积之比随琼脂块增大而（减小）；2.NaOH扩散的体积与整个琼脂块的体积之比随着琼脂块的增大而（减小）。

讨论一：有什么证据能证明NaOH扩散进琼脂块里去了？NaOH在每一琼脂块内扩散的速率是否相同?为什么?
讨论二：大多数高等动植物细胞的直径为20～30 μm。

请计算直径分别为20μm和30μm 的细胞的表面积与体积之比。

32
讨论三：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以反映细胞的物质运输的效率。

细胞的物质运输的效率与细胞大小之间是什么关系?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?屏幕展示图片，解释生命现象
1.有些原生动物细胞中的伸缩泡，就是增大膜表面积与体积比。

2.有些个体较大的原生动
物的细胞中出现两个细胞核，是用来保证正常的核质比。

〖问题〗既然细胞越小，细胞表面积相对就越大，细胞的物质运输的效率就越高，那为什么细胞体积不是越小越好呢？
教师展示资料：有人估计完成细胞的各项功能至少需要100种酶；每个酶促反应须占有直径的50μm的空间；每个核糖体直径为10～20μm。

学生回答，教师总结并强调这种思维方式为批判性思维。

教师总结：限制细胞长大的因素主要有两方面：细胞表面积与体积的比和细胞的核质比。

〖板书〗细胞不能无限长大的原因：（结合P114的技能训练）
1.表面积与体积的关系限制了细胞的长大；（主）
2.细胞的核质比（次）。

（如果细胞太大，细胞核的“负担”就会过重。

）
〖批判性思维〗学生思考教师提示。

〖提示〗细胞体积的最小限度，是由完成细胞功能所必须的基本结构（如核糖体等）和物质（如酶）所需要的空间决定的。

通过实验可以加强学生的动手能力，并且对物质的运输效率的理解会有一定的提高。

特别是激发兴趣和求知欲均有好处。

通过模拟实验，学生理解了细胞的体积越大，其相对表面积越小，细胞的运输效率就越低。

但是限制细胞长大的因素很多。

例如，细胞核中的DNA是不会随细胞的体积的扩大而增加的，如果细胞过大，细胞核的“负担”就会过重，细胞核需要控制的范围就越大，就有可能使得细胞核无法控制整个细胞。

教师：阐述细胞增殖是生命的重要特征，细胞以分裂的方式进行增殖，细胞是生命活动的基本单位。

像生物体那样，细胞也经过生长、发育、衰老、死亡这几个阶段。

对单细胞生物来说，能够通过细胞分裂的方式产生新个体，对多细胞动物来说，能够以细胞分裂的方式不断地产生新的细胞，补充体内衰老的、死亡的细胞；多细胞动物发育的起点是受精卵，受精卵通过细胞的分裂和分化，发育成一个新的多细胞个体。

多细胞生物还可以通过一种特殊的细胞分裂方式（减数分裂）产生生殖细胞，通过有性生殖方式繁殖后代。

通过细胞分裂还可以将复制的遗传物质平均分配到两个子细胞中去。

细胞分裂是生物体里生长、发育和繁殖的基础。