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1、生物学通报洲 汤年第卷第期高中生物学新课程标准教学研讨“细胞的增殖、分化、衰老和凋亡”的教学构思吴成军北京市第一十五中学北京在普通高中生物 课程标 准的内容标准中,“分子与 细胞”模块 的第学习单元 是“细胞的增殖”,第学习单元是“细胞 的分 化、衰老 和 凋亡”。同细胞代谢一样,细胞 的增殖、分化、衰老和凋亡,也是 细 胞生命活动的具体表现。笔者根据这两个学习单元 的具体内容标准和活动建议,对其教学内容、教学目标、教学策略 的构思如下具体 内容标准及其地位和教育意义,具体内容标准及 地位在高中生物新课程 的标准中,“细胞 的增殖”学习单元的具体内容标准是简述 细胞的生长和增殖的周期性描述细胞
2、的无 丝分裂观察细胞 的有丝分裂并概述其过程。“细胞的分化、衰老和凋亡”学习单元的具体内容标准是说明细胞的分化举例说 明 细 胞 的 全能性探讨细胞的衰老和凋亡与人体健康的关系 说出癌细胞的 主要特征、讨论恶性肿瘤的防治。细胞的增殖、分 化、衰老和凋亡等生命活动,对生物体的生存和发展具有重 要意义。细胞增殖是生物体生长、发育、生 殖 和遗传的基础细胞分化是个体发育的一个重 要阶段,胚层细胞 的分化导致组 织形成、器官发生 和系统建成,细胞 的异常分化会 导 致癌变细 胞的衰老 和 凋 亡与人体健康也有 着极 为密切 的关 系。因此,学生学习本单元 知 识,不仅有 利于认识生命的本质,而 且为继
3、续学习 生 殖和发育、基 因的表达和 调控、基因突变和人类遗传病等知识打下必要的基础。,具体内容标准的教育意义对照“标准”中的学习目标分类说明表可知,细胞 的增殖、分化、衰老和凋亡的具体内容标准涉及项具体要求,知识性目标有项,其中的项是了解层次,项 是理解层次,其他项属于情感性目标 的经历水平。在“分子与细胞”模块的所有学习单元中,只有“细胞 的增殖”和“细胞 的分化、衰老和凋亡”的具体内容标准中明确地提 出了情感性目标要求,这是因为这部分知识与人体健康、疾病以及社会老龄化问题有关。珍爱生命、关注健康、尊重和爱护老人是现代公民 的基本素养,因此,这部分知识对培养学 生情感和提高社会公德有着深刻
4、的教育意义。我们知道,细胞代谢是 生命实 现 自我更新的生理基 础,细胞的增殖、分 化、衰老和 凋亡等生命活动 与其代谢水平密切联系。细胞的增殖、分化、衰老和凋亡也必然有其遗传的基础。因此,正确地认识细胞 的增殖、分 化、衰老 和 凋 亡 之间的内在 联系,以及与 其代谢和遗传的关系,有助 于学生 形成生命是运动、辩 证和 发展的观点,学会学习问题 的方法和提高解决问题的能力。具体 内容 及学习目标细胞 的增殖分析“细胞 的增殖”单元的具体内容标准看出,该单元 知 识 的核心概念应 该包括细胞增 殖、细胞周期、无丝分裂和有丝分裂等。单元 知识的认 知目标主要 是说出细胞增殖的方式和意义概述细胞
5、周期的定义,识别一个细胞周期经历 的两个阶段,简述间期细胞的主要特征沙举 细胞分裂的主要方式,描述细胞进行无 丝分裂 的大致过程和特征用显微镜观察植物根尖装 片和 马蛔虫 卵细胞分裂的制片,根据染 色体形 态 概 述 细胞 有丝分裂过程 及其各个 时期的分裂相,说明动植物 细胞有丝分裂过程的 主要区别根据细胞有丝分裂过 程中染色体和纺锤 丝的动态变化,阐明动植物细胞有丝分裂的特征和意义。本单元的具体内容标准要求观察细胞的有丝分裂过程,并建议组织学生模拟探究细胞表面积与体积 的关系。因此,能力目标包括 在明确制作根尖压片的动作要领 的基础上,独立完成制作装片的操作过程 用显微镜观察根尖装片和马蛔
6、虫 卵细胞的分裂制片,用琼脂块或豆腐模拟探究细胞表面积与体积的关系,培养实验观察和科学探究的能力用比较的表格整理细胞有丝分裂过程 中不同时期的分裂相,用 图示呈现细胞有丝分裂过程中和染色体的数量动态,培养处理信息属于形象思维 范畴的能力 分析说明有丝分 裂过程 中不同时期细胞之间的结构联 系及发展变化,培养辨证思维的能力。此外,制作和观察植物根尖细胞装片的学习活动,不仅为学生提供了接受科学方法训练的机会,而且有利于学生形成实事求是的科学态度。细胞的分化、衰老和凋亡从“细胞 的分化、衰老和凋亡”单元的具体内容标准 中看出,该单元 知识 的核心 概念应该包 括细胞分化、细胞全能性、细胞衰老和细胞凋
7、 亡、细胞癌变等,其认知目标是列举细胞分化的典型实例,概述 细胞分化的定义,说明在个体发育过程中细胞分化的重要意义以植物组织培养或 动物克隆为例说明分化的细胞保持其全能性,表述细胞全能性 的定义,分析细胞 全能性 的原 因描述 细胞衰老的特征,说出细胞凋亡 的原因,举例说出细胞的衰老 和凋亡 是一种正常的生命活动 描述癌细胞的主要特征,列举致癌因子的类型、说出细胞发生癌变的原因。本单元 的能 力目标是通 过搜集、整 理和解 读 有关于细胞 的研 究 进展 和应用、恶性 肿瘤的防治等资场年第卷 第期料,培养处理信息的能力老和 凋亡的现象和原因,生物学通报分析细胞的增殖、分化、衰以 及分化与去分化
8、、分 化 与转化的复杂关系,提高辨证思维的能力。此外,探讨细胞的衰老和凋亡与人体健康的关系,关注 恶性肿瘤的防治等学习活动,使学生认 同生命科学与人类征服 癌症 和延年益寿的密切联 系,增强学习 生物学的兴趣和养成珍爱生命的情感。教学策略和方法细 胞增殖的教学学生学习有关细胞结构和 细胞代谢的知识 后,初步理解“细胞 是生物体结构和 功能的基本单位”这个命题也是细胞定义,但是,细胞为什么那么小呢这是学生既 困惑又感兴趣 的问题,因此,标准建议组 织学生“模拟探究 细胞表面积与体积的关系”。在这个活动 中,让学生亲自计算不同大小立方体的表面积与体积之比,通过分析数据认 识 到较小细胞 的表面积相
9、对较大,易于保证细胞与外界进行物质交换。那么,生物体怎样实现新旧细胞的更新呢由此 导人“细胞的增殖”的教学过程。细胞增殖 的教学应从其概 念本身开始,细胞增 殖概念 的要素包括定义、规律、意义 和方式等。通过对初中生物学知识的学习,学生知道 细胞增殖是指 亲代细胞以分裂方式产生子代细胞的过 程。教学 时,先结合下面的图示阐 明细胞增殖是 通 过 细胞周期 实现 的,细胞周期是细胞生长 和分裂的周期性变化定义。然后,指导学生阅读课文并说出细胞增殖的意义 和 主要方式。学生尚不能完全理解“细胞增殖是生物体生长、发育、繁殖 和遗传的基础”的命题,只要求解释 细胞增殖与生物体生长的 因果关 系。间期是
10、细胞分裂期 的准备阶段。教学时,首先提示学生依据细胞周期的图解说出间期的起止时间和持续时 间的长短进而在阅读课文的基础上,用表格整理间期细胞的代谢状况。最后,让学生概述 间期细胞的主要特征,以及在细胞周期 中的地位。分分期期主要事件件发生 部位位生长细胞合成新的蛋白质、和其他分子细 胞质质细细细胞器可能复制准备物质、能量 和酶酶酶合成分子进 行 自我复制制细胞质质动动动物细胞进行新 的中心粒装配配细胞核核生长与,相似,但产生分子数量少合成有丝丝细胞质质分分分裂的引发物质质质有丝分 裂是真核 细 胞的 主要分裂方式,其知识点应包括植物细胞有丝分裂、动物 细 胞 有丝分裂、细胞有丝分裂 的特征、细
11、胞有丝分裂 的意义。标准要求“观察细胞的有丝分裂并概述其过 程”,按照这个要求,植物 细胞 有丝分 裂的 教学应先组织 学生观察植物根尖细胞有丝分裂的制片,对 照图片从显微 镜视野中识 别间期细胞和有丝分裂的各个时期细胞。在学生对植物细胞有丝分裂过 程 具有初 步感性认识的基 础 上,教师再借助挂图、图片或 录像等教学媒体,依次阐述有丝分裂各个时期细胞的分 裂相,然 后师生共 同以表格 的形式归纳植物细胞有丝分裂 过程中发生的核、质分 裂相变化。最后,组织学生独立完成制作和 观察根尖临时压片,在 亲自制作的根尖临时压片 中寻找和 鉴别各个分期细胞的核、质分裂相。为了帮助学生理 解 有丝分裂中和
12、染色体的动态 变化,也 可以组 织学生 用 不同颜色的塑料或橡皮泥 塑成染色体,模拟染色体行 为和数量 的动态 变化。细胞周期是 本单元知识的核心概念之一,教学 时,首先让 学生依据上 面的 图示表述细胞周期的定义,进而通 过识图和分析,说出个细胞周期 的起止 时 间和划分的阶段。然后,教师用板 书形式概括细胞周期划分的阶段及 细胞分裂 的方式。产二犷、,加二山分分期期核 分 裂相相质分 裂相相前前期期染色体出现呈无序排列两极发 出极微管即纺锤丝核仁逐渐解体,分散胞质 中中中核膜崩解 为小膜囊泡泡泡中中期期染色体动粒两侧 与牵引丝连接接出现 连续 徽管,即纺 锤体形成成染色体有序排 列在 赤道
13、板上上形成 动粒微管即牵引丝后后期期着丝粒分 裂,染色单体分开开动粒微管缩短,连续微管延 长长染色体向极运动,平分为组组子染色体之 间 出现区间微管管末末期期染色体表面小膜囊泡形成核膜膜区间微管等形成细胞 板继 而而染色体复 原 为染色质质形成细胞 壁完成细胞质分裂裂核仁重新 出现现现在细胞有丝分裂 的教学过 程中,组 织 学 生制作并观察植物细胞有丝分裂 装 片是 十 分必要 的,这 个实验活动有助于提高学生的制作装片、显微观察和绘制生物图等基 本技 能。教学时,首先阐述制作洋 葱根尖细胞有丝分裂临时装片的程序,进 而演示制作装片的方法。然后指 导学生制片和观察,并 根 据观察画出细 胞 有
14、丝分裂各个时期 的简图。生物学通报拓年第卷第期水水培促根根根一或或或或或或或或或或或或或或或长长至。一时时时盐酸酸酸用清水反反反反反反反反反反、复一次次次鉴别分裂相相绘绘绘绘绘绘出生物图图卜卜竺甘口止曰曰曰曰曰曰曰曰曰曰曰曰曰曰曰曰曰曰曰曰曰酒精精精紫药水稀稀稀盖片后缓挤挤卜卜峭以仅仅仅年左右右右释液而压、轻扣击击泡泡一对在组 织学生制作并观察植 物细胞 有丝分裂装片时,安排一定时间让他们观察马 蛔虫 卵细胞分裂的制片,识别细胞两极 的中心体结构和核、质分裂状况,从而为比较动物细胞有丝分裂与植物细胞 的异同,归纳细胞有丝分裂的特征打下基础。细胞有丝分裂是一个 连续的过程,为了研究和揭示有丝分裂
15、的具体过程中染色体和分子的变化规律,人为地将其分为不同的时期。因此,教学 中不仅要 阐明分裂间期为分裂期进行着物质和能量的准备,而 且 还 要揭示细胞 分裂 过程中染色体与纺 锤体的动态变 化及 二者之间 的关系,以此 培养学 生事物是相互联系,不断运动和发展的观点。细胞有丝分裂过程 的特征 可概括为染 色体复制次后,平 均地分配到个子细胞中去,从而将亲代遗传信息传递给子代。为了强 调细胞有丝分裂 的重要意义,可用下 面的曲线图概括细胞有丝分裂过程中数量和染色体动态和数量之间的变化关系及规律。细 胞 无丝分 裂最 主要的特 征是 没 有 出现染色体和 纺锤丝 的变化。教学时,结合洋葱表皮细胞或
16、蛙蟾类红细胞 无丝分裂 的图解描 述 无丝分裂 过程,首先强 调细胞分裂过程也分 为核分 裂 和质分裂,然后启发学生比较无 丝分裂的核质分裂相与有丝分裂 的异同,从而理解细胞无 丝分裂 的主要特征。细胞分化、衰老和凋亡的教学前面提 到,细 胞增殖、分化、衰老和凋亡是 细胞 的正常生命活动,这些生命活动是 细胞的行为表现,而 不能误认 为是 细胞发育的个 阶段。这是因为细胞 凋亡不是衰老细胞的死亡,细胞凋亡与细胞增殖都是维持生物体内细胞动态平衡的基 本行为。因此,本单元教学的开始,可以蛙 的个体发育为实例,概 述细胞增殖、分化、衰老 和 凋亡之间的复杂关系,如右上 图。本单元 知 识 包 含一系
17、列 概 念,是教会学 生学习概念 的良好素材。高中生物学 的概念学习方法 主要是分析典型的正确例证,揭示 一类事物的共同本质特征,进而以下定义 的形 式加以表述并赋予名称,最后确认概念应用的范 围。因此,在细胞分化的教学中,首先借助图片、录像 等媒体展 示未分化 的干细 胞、分化的肌肉细胞、神经细胞、红细胞和胰岛分泌细胞也 可以植物细胞为例,引导学生认识到分化细胞与未分化细胞在形态、结构和功 能上发 生的差 异,从而理解细胞 分化的概念,进而列举受精卵与人体组织 的发生、植物茎的形成层与木质部和韧皮部的形成等实例,使学生 明确细胞分裂不仅发生在胚胎发育阶段,而且贯穿于 生命个体的终生,以补充衰
18、老和死亡的细胞。然后,以红细胞和胰 岛细胞为例,阐明红细胞具有其他细胞没有的血 红蛋白,胰岛细胞可分泌胰岛素,这表明分化细胞具 有某种特殊 的功 能,这种特殊功能可以通过 蛋 白质表现出来,而蛋白质是基因表达的产物。由此,引导学生推理得出“细胞 分化是基 因在特定条件下选择性表达的结果”这一结论。细胞 全能性的原意指受精卵的分化潜能。上课前周,要布置学生搜集有关干细胞研究进展 和应用的资料。教学时,先以植物组织培养或以动物克隆为实例,说明分化 的细胞仍然保持其全能性进而用 动物细胞的核移植技术进一步说明细胞核 的全能性。这些实例使学生认识 到分 化 细胞的 细 胞 核 中含 有本物 种的全部核
19、基因,因此,分化细胞与受精卵一样,具有 分化出各种细胞和组织,形成个完整个体的潜 能。这样,细胞全能性 的定义应运 而生。在此基础上,可结合图解介绍造血干细胞的培养和分化,组 织学生交流有关干细胞研究进展 和应用的资料,讨论研究干 细胞与人类健康的关系。细胞衰老又叫细胞老化,是指在正常情况 下,随着年龄增长 内稳态下降,机体组织细胞 发生退行性变化以拓年 第卷第期生物学通报并趋向死亡的不 可逆现象。由于细胞衰老与个体衰老具有同步性,所以,教 学 时先启发学生从宏观 上描述呈现衰老体态的 老年人的面部特征,如老年斑、皮肤干燥和皱纹等然 后,让 学生阅读课文,从微观角度初步认识衰老细胞的结构和功能
20、的特征如下表结结构名称称变化特点点功能体现现细细胞膜膜通透 性变小小物质运输功能降低低细细胞质质水分减少少细胞萎缩,体积变小,新陈代谢减慢慢酶酶酶活性降低低新陈代谢减慢,部分物质合成和分解减减慢慢慢慢,例如色素沉积、黑色素合成减少少细细胞核核核体积增大大基 因的调控和表达受阻,新陈代谢减慢慢染染染色质收缩、染色加深深深细胞凋亡是 细胞发育过 程中由基 因引发 的自动结束生命的生理过程。教学时,通过列举人体神经系统形成过程中的细胞凋亡的现象,以及健康成人的骨髓和肠勃膜上皮细胞凋亡的现象,使学生明确在胚胎发育阶段通过细胞凋亡清除多余或完成使命的分化细胞,保证胚胎发育正常 在成体发育阶段通过 细胞凋
21、亡清除衰老和病变的组织细胞,保证机体健康。因此,不能将细胞凋亡与细胞衰老而死亡混为一谈。最后,组织学生讨论如何延缓细胞衰老,关注老年人的健康问题。细胞癌变的教学细胞癌变 的教 学可以放在 细胞分化部分,也可以与细胞 的衰老和凋亡 放在一起。学生对细胞癌变知之 甚 少,上课前 布置他们搜集恶性肿瘤及防治方面的资料。教学可采用讨论式,让学生围绕以下问题展开讨论什么是癌癌细胞 的主要特征是什么细胞发生癌变的根 源 是什么诱发原癌基因发生突变的 因素是什么怎样 防治恶性肿瘤等等。针 对上述问题开展 的讨论活动,不仅有利于激发学生的兴趣和调动他们的学习主动性,而 且 还 可 以考查学生的学习能力、处 理
22、信息 的能力、分析和解决问题 的能力,以及他们的情感态度与价值观。上述 对“细胞的增殖、分 化、衰老和凋亡”的教 学构思是粗糙和肤浅 的,但愿能够起到抛砖引玉的作用,深 人学习和领会高中生物课程标 准的精神,推动高中生物学教学改革和提高生物学教学质量。生物学特殊事例归纳莫若虹浙江省杭州第十一中学浙江杭州细菌是 原核生物,细菌不一定全 是分解者,如硝化细菌是 生产者,根瘤菌是消费者。微生物的次级代谢 产物有色素、抗生素、毒素和激素,而维生素却是初级代谢的产物。蓝藻和 细菌是原核生物,它们结构简单,除了核糖 体,一般无其他细胞器。消化液中不 一定含消化酶,如胆 汁是例外。吞噬细胞、细胞、细胞、记忆
23、细胞和效应细胞都具有识别作用。动物不一定只是消费者,如蛆绷、蚝螂同时也是分解者。植物不 一定都是生产者,如冤丝子 是消费者。真核细胞不 一定都进 行 有丝分裂,如蛙的红细胞 进行无丝分 裂。真核生物的 细胞 内不一定都含有 细胞核,如 哺乳 动物成熟 的红细胞是例外。哺乳 动物的 红细胞 中的 血 红 蛋白的作用 是运输氧气,但红细胞只能通过无氧呼 吸的方式供能。分泌到细胞 外起 作用 的蛋 白质有抗体、胰岛素、消化酶 等。有叶绿体的细胞不一定能合成葡萄糖,如植物叶肉细胞有结构完整的叶绿体,但葡萄糖 的合成暗 反应却在 维 管束鞘细胞中完成。雄蜂由卵细胞 直接发育而来,是单倍体生物雌 蜂 由受
24、精卵发育而来。大多数 酶的最适在左 右,而胃蛋 白酶的最 适在左 右。黑藻不是 藻类,属于高等植物中的被 子植物,单子叶植物纲,水鳌科,黑藻属。有叶绿体的 细胞一定 是植物 细胞,但植 物 细胞不 一定含 叶绿体,如植物根尖等非绿色结构 的细胞 是例外。有液泡的 细胞不一定是植物 细胞,如低 等动物细 胞 是例外。植物细胞也不一定都含液泡,如根尖分生区等的细胞是例外。有细胞壁 的不 一定是植物细 胞,如 细菌、真菌等细胞是例外。原核细胞不 一定都有细胞壁,如支原体是例外。有 细胞壁,用纤 维素酶处理,有 变 化 的不 一定是 植物细胞,如蓝藻是例外。有 细胞壁,用纤 维素酶处 理,无变化 的不 一定是原 核 细胞,如醉母菌等真菌是例外。可进 行光合作用 的 细 胞不 一定 含 有叶 绿体,如蓝 藻 与光合细菌等是例外。可进 行有 氧呼吸的 细胞不一定 含有线 粒体,如好氧细菌是例外。阮病毒只含蛋白质,无核酸 类病毒只含核酸,无蛋白质。病毒只能在宿主细胞里专 营寄生 生活,在离体的条件下,能以无生命的化学大分子状态存在,对 一般 抗生素不敏感。噬菌体等病毒结构简单,不是原核生物,也无细胞结构。细菌细胞壁 的成分是肤聚糖,与植物 细胞 壁成分 纤维素和果胶不同。