細胞的結構和功能

教學目標 

知識目標
1.認識動物細胞與植物細胞的亞顯微結構，了解它們的共同點和重要的區別特征。
2.了解細胞膜的成分，理解細胞膜的結構特點和功能特點之間的關系；正確認識并會區分物質通過細胞膜的幾種不同方式。
3.了解各種細胞器的分布、形態結構和功能特點。
4.認識細胞核的亞顯微結構特點和主要生理功能。
5.理解染色質和染色體相互轉變的動態關系。
6.了解原核細胞和真核細胞的區別。

能力目標
1.通過學習真核細胞亞顯微結構，培養學生識圖能力和繪圖能力。
2.通過對細胞結構的學習，訓練學生利用對比的方法歸納總結知識的能力。
3.通過設計和分析實驗，培養學生的科學探究能力。
4.訓練學生利用資料分析、判斷問題，進行研究性學習的能力。

情感目標
1.培養學生樹立辯證唯物主義的世界觀和方法論。
2.通過對細胞結構和功能的學習讓學生體會生命的精致完美，教育學生崇尚生命、熱愛科學。
3.樹立結構與功能相適應，局部與整體相統一的生物學觀點。

教學建議

教材分析
在“生命的基本單位——細胞”一章中，是全書的基礎。因為細胞是新陳代謝最基本的結構和功能單位。生物體的各項生命活動及生命的生理、行為特點都是建立在細胞這一特殊結構基礎之上的。所以理解細胞不同于一般非生命結構的特點就是本節最首要的教學重點。
關于細胞的結構和生理功能，本章將重點分析細胞膜的結構和特性。物質透過膜的方式將在第三章中以水代謝和礦質代謝為例詳細分析。細胞器部分將重點學習質體和線粒體，并在第三章中通過光合作用和呼吸作用進一步詳細分析其結構和功能。核糖體的功能將在第六章基因控制蛋白質合成部分進一步闡明。細胞內的中心體將在細胞增殖部分介紹。液泡的功能在細胞滲透作用吸水部分有所體現。細胞膜的流動性對理解細胞在結構上的相互聯系以及細胞的整體性方面都是非常關鍵的知識。如果對細胞內的膜體系進行簡單介紹，將有利于學生理解、體會細胞這一有機整體在結構及功能上的聯系性。細胞核的結構和功能只作簡單介紹，但是染色質和染色體的知識要作為教學重點。因為細胞分裂、生物的遺傳和變異等重要的章節都要用到此知識點。由此可以看出本章在教學中的地位及重要性。

教法建議
建議第一節用3或4課時完成。
從病毒引入新課。可以起到在梳理原有知識體系的基礎上進入新情境的目的。學生在復習各種化合物的主要生理功能后，體會構成細胞的各種化合物是生命活動的物質基礎，僅有其中的幾種，哪怕是最重要的成分也不可能完成新陳代謝的過程——這些物質不能單獨發揮生命功能。根據細胞學說學生可以想到細胞是生物體結構和功能的基本單位。進而激發學生對細胞結構和功能進行探索的興趣。
教學中盡量為學生提供各種素材，積極調動學生參與分析討論。從分析前人實驗逐漸過渡到讓學生自己設計實驗。親身參與探究過程，培養基本的生物學研究能力，提高科學素質。
開篇首先要明確說明，研究對象以真核生物為主。
本節中，細胞膜的結構和功能是非常重要的知識能力培養點。要多花費一些精力和時間。細胞質部分重點學習葉綠體和線粒體的結構，由于植物的新陳代謝部分還會繼續學習葉綠體和線粒體的功能，因此功能方面不用涉及得太深。
細胞核部分重點講清細胞核的結構；講清染色體和染色質的關系。其他內容將在細胞分裂以及遺傳和變異部分再做深入探究分析。

教學設計示例——細胞膜

教學題目：第二章 生命的基本單位——細胞

第一節      （建議4課時內完成）

教學重點：1、圍繞細胞不同于非生物的生命特點進行學習和討論。

2、細胞膜的選擇透過性。

3、線粒體和葉綠體的結構，為第二章中的呼吸作用和光合作用奠定基礎。

4、細胞核的結構和功能，為第五章學習奠定基礎。

教學難點 ：1、細胞的體積與相對表面積對于細胞的意義。

2、細胞膜的結構和功能特點，理解膜的流動性。

3、葉綠體、線粒體和高爾基體的結構和功能，理解細胞器間的關系。

4、染色質與染色體間互相轉換的動態關系

教學過程 ：

問題：病毒具有生命物質中最重要的兩種成分——生命活動的體現者蛋白質和遺傳物質核酸。可是病毒卻不能單獨存活，病毒只有侵入寄主細胞后才能體現生命的特點。上述事實說明了什么？你能分析這其中的原因嗎？
小結：從物質基礎方面考慮，病毒成分簡單不足以完成復雜的新陳代謝；從結構基礎上看病毒不具有細胞結構——細胞學說指出：細胞是新陳代謝的結構和功能的基本單位。因此病毒不能獨立進行新陳代謝。病毒必須寄生于活的細胞生物中才能體現生命現象。
問題：根據初中知識，舉例說明細胞生物可以分成哪幾類？它們在結構方面的主要區別是什么？是否有什么共同的基本結構？

課件演示幾種植物細胞、幾種人體細胞、原核細胞。

小結討論結果。

第一節：

生物界把沒有細胞結構的病毒單獨分成一個特殊的界。有細胞結構的生物又根據細胞是否有細胞核分為原核生物和真核生物

明確指出：高中階段主要學習以真核生物為中心的有關生物學問題。

真核細胞的亞顯微結構：（電子顯微鏡下觀察到的結構）

解釋細胞的顯微結構和亞顯微結構。

引發學生探究細胞亞顯微結構的興趣。在電鏡下人們發現了什么？

課件演示細胞壁、細胞膜、細胞核、葉綠體、線粒體、核糖體等電鏡照片。
指導學生讀圖：識記各結構名稱以及各結構的形態結構特征；注意區分動物細胞和植物細胞的異同。

課件演示動物細胞和植物細胞模式圖，辨認細胞亞顯微結構。比較細胞的異同時要注意糾正錯誤。強調細胞共有的結構和特有結構，總結出筆記。
問題：

1、不同點？植物和動物組織細胞浸在清水中結局相同嗎？為什么植物可以光合作用？

——植物細胞都有細胞壁；有的細胞有葉綠體或大液泡。動物細胞和低等植物細胞有中心體。

2、相同點？說明了什么？這些生命必不可少的結構究竟用什么作用？這些結構是如何體現出生命特點的呢？

分別學習細胞各部分結構及功能。（重在理解生命意義）

一、細胞膜

細胞都有細胞膜這足說明其對生命的重要性。根據細胞膜的相對位置可以推斷細胞膜對細胞有保護作用。
學生討論：哪些實事可以說明細胞膜是有生命的？
（相關內容見擴展資料）

細胞膜是如何保護細胞的？細胞膜的結構和成分與一般的膜存在什么根本的區別？

問題討論：學生設計實驗：

（1）證明膜的存在。（質壁分離；顯微探針感受阻力；電鏡觀察。）

（2）研究細胞膜的結構需要得到實驗的材料，選用什么樣的生物提供材料？理由？如何得到細胞膜？

（培養學生在下結論或推測時要重證據、講道理。表達觀點時條理清晰的基本素質。）

介紹細胞膜的獲取方法（相關內容見擴展資料）。使學生了解科學家設計實驗的思路。

（3）如何定性、定量的測定細胞膜的成分？

觀察法：電鏡觀察細胞膜：暗、明、暗三層結構。厚度約75~100埃（見擴展資料）。

實驗法：科學家通過化學分析的方法測定了細胞膜的化學成分：

事實一：膜易被脂類溶劑溶解。容易被蛋白酶溶解。（處理后消失。）

事實二：脂類物質很容易通過細胞膜。

事實三：用指示劑可以確認其成分：磷脂分子和蛋白質分子。

對于一般學生，可以通過分析上述資料引導學生得出結論，同時了解實驗設計的思路和方法。

1、成分：磷脂、蛋白質

2、結構：

問題討論：（培養學生的分析推理能力。）

這兩類物質分別隸屬于親水和疏水物質。這兩類物質應該如何排布？

（1）磷脂分子結構特點：磷脂分子分疏水端和親水端。

如果是一層分子排成一個平面會是什么樣子？（不符合細胞膜內外均為水環境的實際情況，使細胞不能正常進行物質交換。）如果是兩層會是如何排列？理由？

（2）親水的蛋白質與磷脂分子的關系？

根據前面給出的信息判斷：暗層和亮層哪層是脂類物質？哪層是蛋白質類物質？依據？

理解內外兩側暗中央發亮的觀察結果。

由于觀察技術所限，科學家對細胞膜的認識基本上是假說和推測，了解學說和假說的區別。為形象表示細胞膜的結構特點科學家根據假說設計了一些生物模型。其中被廣為接受的是：液態鑲嵌模型——突出液態結構

（1）兩層磷脂分子——基本骨架

（2）蛋白質覆蓋、鑲嵌、貫穿于“骨架”上。

問題：這樣的結構與一般的“膜”有什么重要區別？細胞膜的結構特點對其生理功能會產生什么影響？

   親水物質可以充分接近膜，但是不能隨意通過膜！

磷脂分子相互之間不連接，而且分子始終處于運動中——液態流動狀。

磷脂分子中的2分子脂肪酸總有一個是不飽和的鏈，因此脂肪酸長鏈在雙鍵處發生彎折。當分子旋轉時會使相鄰分子發生位移，有可能制造出一個瞬間的縫隙，為物質擴散創造了機會。（——如果膜兩側存在濃度差、分子又比較小或是不被磷脂分子排斥的脂類物質即可以發生擴散。）

離子的直徑應該是比較小的，應該按照濃度差擴散。可是事實上不是這樣……。原因？

細胞膜上蛋白質的作用：

蛋白質是兩性化合物。因此帶電的離子不易通過細胞膜。細胞外有些離子或小分子有機物可能會與膜上某些蛋白質發生作用，導致相關蛋白質分子發生臨時性該變。蛋白質會出現臨時“隧道”或發生穿膜運動。結果是使相應的離子或小分子有機會通過細胞膜。膜上的這些蛋白質分子被稱作載體。

糖蛋白形成的糖被的生理功能：

（1）保護潤滑作用

（2）細胞識別作用：

實驗一、取低等多細胞動物黃海綿和紅海綿各一塊。分別打散并充分混合。靜置培養一段時間。結果：細胞重新聚集，形成黃海綿和紅海綿。沒有混合色海綿。

實驗二、人類ABO血型的免疫反應。（選擇講述）

通過學習蛋白質的功能（如細胞間的信息傳遞；細胞的物質交換和免疫反應等），有助于學生理解蛋白質的分布特點及其作用。

載體：（蛋白質）分布于膜上，專一性運輸特定物質的工具。

學生進行歸納總結：通過以上學習，總結細胞膜的結構特點。

證明細胞膜具有流動性的事實以及細胞膜的流動性對細胞的意義：

（1）草履蟲食物泡的形成及發展變化。

（2）變形蟲捕食和運動時偽足的形成；白細胞吞噬細菌；胞飲與分泌；

（3）細胞分裂時膜的流動性

（4）細胞雜交時的細胞融合

人——鼠細胞雜交實驗：熒光標記膜上的蛋白質，（紅色和綠色）細胞結合處界限分明。37℃、10分鐘后，界限消失，紅綠熒光標記的蛋白質均勻分布已經看不出任何界限了。

學生總結：細胞膜通過流動可以完成什么生命過程？

（為細胞吸收、分泌、修復、融合、運動、捕食、變形、分裂等提供了基礎）

3、細胞膜的特點：①結構特點具有流動性。

②功能特點具有選擇透過性

通過學習使學生理解生物膜與一般非生物膜的不同，體會生物膜的生命特點。

學生討論：細胞膜的流動性與功能上的選擇透過性之間的聯系。

4、各種物質通過膜的方式：（請參閱“細胞的亞顯微結構.ppt”）

學生討論生物模型：

（1）一碗水中滴一滴紅墨水，會發生什么現象？物理學上屬于哪類？原理？

（自由擴散的條件是：兩個溶液之間存在濃度差）

注意糾正：強調擴散的雙向性，總結局是擴散速率不同造成的。

（2）如果兩個濃度不同的溶液之間存在半透膜——溶劑分子可以自由通過，溶質分子不能通過時，溶液中溶劑分子的擴散，又該是什么結果呢？（逆濃度方向發生）

（3）細胞需要的各種營養物質是否都可以通過擴散作用通過細胞膜呢？哪些不可以？為什么？擴散作用局限于哪些類型的物質？

小結：

擴散屬于被動運輸。根據是否需要載體幫助擴散分為：協助擴散和自由擴散。由于水分子的擴散是逆濃度差進行的，因此水分子的擴散又被稱為滲透作用。

問題：擴散作用是細胞依靠濃度差進行的被動吸收方式。它的優缺點各是什么？

細胞是如何吸收離子和小分子有機物的？

講解主動運輸的特點：以生活中的相似事例比喻。使學生知道主動運輸的特征。

列舉主動運輸的事實：

（1）海帶細胞中的碘濃度30倍于海水；其他海藻有的甚至可以200萬倍于海水；

（2）紅細胞中的K離子30倍于血漿。

（3）不同植物吸收的元素的種類和比例不同。

學生總結歸納、填表：

總結：膜的保護作用是一種生物保護。一旦細胞死亡此作用將消失。

問題：

（1）細胞膜對細胞的保護有什么重要的生物學意義？

（細胞內環境穩定，害物質被屏阻。保證新陳代謝的需求原料及時供應，產物及時排除。）

（2）細胞膜不同于一般非生物膜的結構和功能特點是哪些？

（結構上的流動性，功能上的選擇透過性。）

5、細胞的內吞和外排作用：不能透過細胞膜的大分子物質“出入細胞”的方式。

強調：物質始終沒有透過細胞膜，其原理是利用了細胞膜的流動性。

6、細胞膜的作用：生物性保護。

細胞膜與細胞的物質交換、細胞識別、分泌、排泄、免疫等功能密切相關。

在植物細胞膜外還有有細胞分泌的纖維素、果膠等物質構成的細胞壁。對細胞具有機械支持和保護的作用。

事實：用纖維素酶除掉細胞壁的植物細胞不再保持原來的形態。將這樣的細胞放置在清水中時，它會象紅細胞一樣吸水破裂。

復習引入新課：

1、 為什么說細胞膜是有生命的？它與塑料膜的本質不同是什么？

2、 細胞膜結構和功能特性之間的因果關系？

3、 膜的選擇透過性對細胞的意義？

4、細胞膜內的細胞質在電子顯微鏡下可以看到哪些結構?它們各有什么重要的生命功能？生命過程是如何進行的？
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