细胞的结构和功能

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教学目标

知识目标
　　1．认识动物细胞与植物细胞的亚显微结构，了解它们的共同点和重要的区别特征。
　　2．了解细胞膜的成分，理解细胞膜的结构特点和功能特点之间的关系；正确认识并会区分物质通过细胞膜的几种不同方式。
　　3．了解各种细胞器的分布、形态结构和功能特点。
　　4．认识细胞核的亚显微结构特点和主要生理功能。
　　5．理解染色质和染色体相互转变的动态关系。
　　6．了解原核细胞和真核细胞的区别。

能力目标
　　1．通过学习真核细胞亚显微结构，培养学生识图能力和绘图能力。
　　2．通过对细胞结构的学习，训练学生利用对比的方法归纳总结知识的能力。
　　3．通过设计和分析实验，培养学生的科学探究能力。
　　4．训练学生利用资料分析、判断问题，进行研究性学习的能力。

情感目标
　　1．培养学生树立辩证唯物主义的世界观和方法论。
　　2．通过对细胞结构和功能的学习让学生体会生命的精致完美，教育学生崇尚生命、热爱科学。
　　3．树立结构与功能相适应，局部与整体相统一的生物学观点。

教学建议

教材分析
　　在“生命的基本单位——细胞”一章中，“细胞的结构和功能”是全书的基础。因为细胞是新陈代谢最基本的结构和功能单位。生物体的各项生命活动及生命的生理、行为特点都是建立在细胞这一特殊结构基础之上的。所以理解细胞不同于一般非生命结构的特点就是本节最首要的教学重点。
　　关于细胞的结构和生理功能，本章将重点分析细胞膜的结构和特性。物质透过膜的方式将在第三章中以水代谢和矿质代谢为例详细分析。细胞器部分将重点学习质体和线粒体，并在第三章中通过光合作用和呼吸作用进一步详细分析其结构和功能。核糖体的功能将在第六章基因控制蛋白质合成部分进一步阐明。细胞内的中心体将在细胞增殖部分介绍。液泡的功能在细胞渗透作用吸水部分有所体现。细胞膜的流动性对理解细胞在结构上的相互联系以及细胞的整体性方面都是非常关键的知识。如果对细胞内的膜体系进行简单介绍，将有利于学生理解、体会细胞这一有机整体在结构及功能上的联系性。细胞核的结构和功能只作简单介绍，但是染色质和染色体的知识要作为教学重点。因为细胞分裂、生物的遗传和变异等重要的章节都要用到此知识点。由此可以看出本章在教学中的地位及重要性。

教法建议
　　建议第一节“细胞的结构和功能”用3或4课时完成。
　　从病毒引入新课。可以起到在梳理原有知识体系的基础上进入新情境的目的。学生在复习各种化合物的主要生理功能后，体会构成细胞的各种化合物是生命活动的物质基础，仅有其中的几种，哪怕是最重要的成分也不可能完成新陈代谢的过程——这些物质不能单独发挥生命功能。根据细胞学说学生可以想到细胞是生物体结构和功能的基本单位。进而激发学生对细胞结构和功能进行探索的兴趣。
　　教学中尽量为学生提供各种素材，积极调动学生参与分析讨论。从分析前人实验逐渐过渡到让学生自己设计实验。亲身参与探究过程，培养基本的生物学研究能力，提高科学素质。
　　开篇首先要明确说明，研究对象以真核生物为主。
　　本节细胞的结构和功能中，细胞膜的结构和功能是非常重要的知识能力培养点。要多花费一些精力和时间。细胞质部分重点学习叶绿体和线粒体的结构，由于植物的新陈代谢部分还会继续学习叶绿体和线粒体的功能，因此功能方面不用涉及得太深。
　　细胞核部分重点讲清细胞核的结构；讲清染色体和染色质的关系。其他内容将在细胞分裂以及遗传和变异部分再做深入探究分析。

教学设计示例——细胞膜

教学题目：第二章 生命的基本单位——细胞

　　　　　第一节      细胞的结构和功能（建议4课时内完成）

教学重点：1、围绕细胞不同于非生物的生命特点进行学习和讨论。

　　　　　2、细胞膜的选择透过性。

　　　　　3、线粒体和叶绿体的结构，为第二章中的呼吸作用和光合作用奠定基础。

　　　　　4、细胞核的结构和功能，为第五章学习奠定基础。

教学难点：1、细胞的体积与相对表面积对于细胞的意义。

　　　　　2、细胞膜的结构和功能特点，理解膜的流动性。

　　　　　3、叶绿体、线粒体和高尔基体的结构和功能，理解细胞器间的关系。

　　　　　4、染色质与染色体间互相转换的动态关系

教学过程：

　　问题：病毒具有生命物质中最重要的两种成分——生命活动的体现者蛋白质和遗传物质核酸。可是病毒却不能单独存活，病毒只有侵入寄主细胞后才能体现生命的特点。上述事实说明了什么？你能分析这其中的原因吗？
　　小结：从物质基础方面考虑，病毒成分简单不足以完成复杂的新陈代谢；从结构基础上看病毒不具有细胞结构——细胞学说指出：细胞是新陈代谢的结构和功能的基本单位。因此病毒不能独立进行新陈代谢。病毒必须寄生于活的细胞生物中才能体现生命现象。
　　问题：根据初中知识，举例说明细胞生物可以分成哪几类？它们在结构方面的主要区别是什么？是否有什么共同的基本结构？

　　课件演示几种植物细胞、几种人体细胞、原核细胞。

　　小结讨论结果。

第一节：细胞的结构和功能

　　生物界把没有细胞结构的病毒单独分成一个特殊的界。有细胞结构的生物又根据细胞是否有细胞核分为原核生物和真核生物
　

明确指出：高中阶段主要学习以真核生物为中心的有关生物学问题。

　　真核细胞的亚显微结构：（电子显微镜下观察到的结构）

　　解释细胞的显微结构和亚显微结构。

　　引发学生探究细胞亚显微结构的兴趣。在电镜下人们发现了什么？

　　课件演示细胞壁、细胞膜、细胞核、叶绿体、线粒体、核糖体等电镜照片。
　　指导学生读图：识记各结构名称以及各结构的形态结构特征；注意区分动物细胞和植物细胞的异同。

　　课件演示动物细胞和植物细胞模式图，辨认细胞亚显微结构。比较细胞的异同时要注意纠正错误。强调细胞共有的结构和特有结构，总结出笔记。

www.jiaoxue51.com问题：

1、不同点？植物和动物组织细胞浸在清水中结局相同吗？为什么植物可以光合作用？

　　——植物细胞都有细胞壁；有的细胞有叶绿体或大液泡。动物细胞和低等植物细胞有中心体。

2、相同点？说明了什么？这些生命必不可少的结构究竟用什么作用？这些结构是如何体现出生命特点的呢？

分别学习细胞各部分结构及功能。（重在理解生命意义）

一、细胞膜

　　细胞都有细胞膜这足说明其对生命的重要性。根据细胞膜的相对位置可以推断细胞膜对细胞有保护作用。
学生讨论：哪些实事可以说明细胞膜是有生命的？
　　（相关内容见扩展资料）

　　细胞膜是如何保护细胞的？细胞膜的结构和成分与一般的膜存在什么根本的区别？

问题讨论：学生设计实验：

　　（1）证明膜的存在。（质壁分离；显微探针感受阻力；电镜观察。）

　　（2）研究细胞膜的结构需要得到实验的材料，选用什么样的生物提供材料？理由？如何得到细胞膜？

　　（培养学生在下结论或推测时要重证据、讲道理。表达观点时条理清晰的基本素质。）

　　介绍细胞膜的获取方法（相关内容见扩展资料）。使学生了解科学家设计实验的思路。

　　（3）如何定性、定量的测定细胞膜的成分？

　　观察法：电镜观察细胞膜：暗、明、暗三层结构。厚度约75~100埃（见扩展资料）。

　　实验法：科学家通过化学分析的方法测定了细胞膜的化学成分：

　　事实一：膜易被脂类溶剂溶解。容易被蛋白酶溶解。（处理后消失。）

　　事实二：脂类物质很容易通过细胞膜。

　　事实三：用指示剂可以确认其成分：磷脂分子和蛋白质分子。

　　对于一般学生，可以通过分析上述资料引导学生得出结论，同时了解实验设计的思路和方法。

　　1、成分：磷脂、蛋白质

　　2、结构：

　　问题讨论：（培养学生的分析推理能力。）

　　这两类物质分别隶属于亲水和疏水物质。这两类物质应该如何排布？

　　（1）磷脂分子结构特点：磷脂分子分疏水端和亲水端。

　　如果是一层分子排成一个平面会是什么样子？（不符合细胞膜内外均为水环境的实际情况，使细胞不能正常进行物质交换。）如果是两层会是如何排列？理由？

　　（2）亲水的蛋白质与磷脂分子的关系？

　　根据前面给出的信息判断：暗层和亮层哪层是脂类物质？哪层是蛋白质类物质？依据？

　　理解内外两侧暗中央发亮的观察结果。

　　由于观察技术所限，科学家对细胞膜的认识基本上是假说和推测，了解学说和假说的区别。为形象表示细胞膜的结构特点科学家根据假说设计了一些生物模型。其中被广为接受的是：液态镶嵌模型——突出液态结构

　　（1）两层磷脂分子——基本骨架

　　（2）蛋白质覆盖、镶嵌、贯穿于“骨架”上。

　　问题：这样的结构与一般的“膜”有什么重要区别？细胞膜的结构特点对其生理功能会产生什么影响？

　   亲水物质可以充分接近膜，但是不能随意通过膜！

　　磷脂分子相互之间不连接，而且分子始终处于运动中——液态流动状。

　　磷脂分子中的2分子脂肪酸总有一个是不饱和的链，因此脂肪酸长链在双键处发生弯折。当分子旋转时会使相邻分子发生位移，有可能制造出一个瞬间的缝隙，为物质扩散创造了机会。（——如果膜两侧存在浓度差、分子又比较小或是不被磷脂分子排斥的脂类物质即可以发生扩散。）

　　离子的直径应该是比较小的，应该按照浓度差扩散。可是事实上不是这样……。原因？

细胞膜上蛋白质的作用：

　　蛋白质是两性化合物。因此带电的离子不易通过细胞膜。细胞外有些离子或小分子有机物可能会与膜上某些蛋白质发生作用，导致相关蛋白质分子发生临时性该变。蛋白质会出现临时“隧道”或发生穿膜运动。结果是使相应的离子或小分子有机会通过细胞膜。膜上的这些蛋白质分子被称作载体。

糖蛋白形成的糖被的生理功能：

　　（1）保护润滑作用

　　（2）细胞识别作用：

　　实验一、取低等多细胞动物黄海绵和红海绵各一块。分别打散并充分混合。静置培养一段时间。结果：细胞重新聚集，形成黄海绵和红海绵。没有混合色海绵。

　　实验二、人类ABO血型的免疫反应。（选择讲述）

　　通过学习蛋白质的功能（如细胞间的信息传递；细胞的物质交换和免疫反应等），有助于学生理解蛋白质的分布特点及其作用。

　　载体：（蛋白质）分布于膜上，专一性运输特定物质的工具。

　　学生进行归纳总结：通过以上学习，总结细胞膜的结构特点。

　　证明细胞膜具有流动性的事实以及细胞膜的流动性对细胞的意义：

　　（1）草履虫食物泡的形成及发展变化。

　　（2）变形虫捕食和运动时伪足的形成；白细胞吞噬细菌；胞饮与分泌；

　　（3）细胞分裂时膜的流动性

　　（4）细胞杂交时的细胞融合

　　人——鼠细胞杂交实验：荧光标记膜上的蛋白质，（红色和绿色）细胞结合处界限分明。37℃、10分钟后，界限消失，红绿荧光标记的蛋白质均匀分布已经看不出任何界限了。

　　学生总结：细胞膜通过流动可以完成什么生命过程？

　　（为细胞吸收、分泌、修复、融合、运动、捕食、变形、分裂等提供了基础）

3、细胞膜的特点：①结构特点具有流动性。

　　　　　　　　　②功能特点具有选择透过性

　　通过学习使学生理解生物膜与一般非生物膜的不同，体会生物膜的生命特点。

　　学生讨论：细胞膜的流动性与功能上的选择透过性之间的联系。

4、各种物质通过膜的方式：（请参阅“细胞的亚显微结构.ppt”）

　　学生讨论生物模型：

　　（1）一碗水中滴一滴红墨水，会发生什么现象？物理学上属于哪类？原理？

　　（自由扩散的条件是：两个溶液之间存在浓度差）

　　注意纠正：强调扩散的双向性，总结局是扩散速率不同造成的。

　　（2）如果两个浓度不同的溶液之间存在半透膜——溶剂分子可以自由通过，溶质分子不能通过时，溶液中溶剂分子的扩散，又该是什么结果呢？（逆浓度方向发生）

　　（3）细胞需要的各种营养物质是否都可以通过扩散作用通过细胞膜呢？哪些不可以？为什么？扩散作用局限于哪些类型的物质？

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　　小结：

　　扩散属于被动运输。根据是否需要载体帮助扩散分为：协助扩散和自由扩散。由于水分子的扩散是逆浓度差进行的，因此水分子的扩散又被称为渗透作用。

问题：扩散作用是细胞依靠浓度差进行的被动吸收方式。它的优缺点各是什么？

　　细胞是如何吸收离子和小分子有机物的？

　　讲解主动运输的特点：以生活中的相似事例比喻。使学生知道主动运输的特征。

　　列举主动运输的事实：

　　（1）海带细胞中的碘浓度30倍于海水；其他海藻有的甚至可以200万倍于海水；

　　（2）红细胞中的K离子30倍于血浆。

　　（3）不同植物吸收的元素的种类和比例不同。

学生总结归纳、填表：

方式

通过方向

载体辅助

能量消耗

物质形式

自由扩散

       

渗透作用

       

协助扩散

       

主动运输

       

总结：膜的保护作用是一种生物保护。一旦细胞死亡此作用将消失。

问题：

　　（1）细胞膜对细胞的保护有什么重要的生物学意义？

　　（细胞内环境稳定，害物质被屏阻。保证新陈代谢的需求原料及时供应，产物及时排除。）

　　（2）细胞膜不同于一般非生物膜的结构和功能特点是哪些？

　　（结构上的流动性，功能上的选择透过性。）

5、细胞的内吞和外排作用：不能透过细胞膜的大分子物质“出入细胞”的方式。

强调：物质始终没有透过细胞膜，其原理是利用了细胞膜的流动性。

6、细胞膜的作用：生物性保护。

细胞膜与细胞的物质交换、细胞识别、分泌、排泄、免疫等功能密切相关。

　　在植物细胞膜外还有有细胞分泌的纤维素、果胶等物质构成的细胞壁。对细胞具有机械支持和保护的作用。

　　事实：用纤维素酶除掉细胞壁的植物细胞不再保持原来的形态。将这样的细胞放置在清水中时，它会象红细胞一样吸水破裂。

复习引入新课：

　　1、 为什么说细胞膜是有生命的？它与塑料膜的本质不同是什么？

　　2、 细胞膜结构和功能特性之间的因果关系？

　　3、 膜的选择透过性对细胞的意义？

　　4、细胞膜内的细胞质在电子显微镜下可以看到哪些结构?它们各有什么重要的生命功能？生命过程是如何进行的？
    

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