[教案]从生物圈到细胞

分子与细胞第一章 走进细胞 第一节 从生物圈到细胞 主备人 霍邱一中 王启雨 教材分析 生物圈是所有生物共同的家园，生物圈中的生物尽管多种多样，千姿百态，但细胞是 构成生物体结构和功能的基本单位，并且有的生物就是由一个细胞构成的，即使是没有细 胞结构的微小生物病毒，也必须依赖活细胞生活。因此，从宏观的生物圈逐级深入到 微观的细胞，有利于学生用全局的、系统的观点来认识生物界。同时，从细胞到生物圈这 些生命系统的各个结构层次，是本模块和其他模块将要逐一研究和学习的内容。 本节的教学重点是：（1）生命活动建立在细胞的基础之上； （2）生命系统的结构层次。 本节的教学难点：生命系统的结构层次。 结合多媒体演示，引导学生观察、阅读，通过质疑讨论、反馈矫正、归纳、总结的方 法来突出重点、突破难点。 “三维”教学目标 知识与能力：1举例说明生命活动建立在细胞基础上 2说出生命系统的结构层次 3初步学会分析生物学知识素材 过程与方法：体验从生活实例中去探求知识的过程。 情感、态度、价值观：认同细胞是最基本的生命系统 课时安排：1 课时 教学策略 本节在教学上可以采取以下策略。 1生命活动离不开细胞 选择 SARS 病毒作为“问题探讨”的素材，是基于以下两点理由。（1）SARS 病毒给人 类的健康造成非常严重的后果，是社会关注的热点，是学生经历过并且相对比较熟悉的一 类病毒，容易激发学生的学习兴趣。（2）病毒不是一个细胞，不具有细胞的结构，但它不 能离开活细胞而独立生活，选择 SARS 病毒侵害人体肺部细胞作为“问题探讨”的素材，有 助于服务“生命活动离不开细胞”的主题。因此，在教学时应注意将病毒与细胞联系起来， 但不宜要求学生深入学习 SARS 病毒的相关知识。 教师可以用多媒体展示 SARS 病毒的电镜照片或模式图、SARS 患者肺部 X 光片示弥漫 性阴影图，引导学生回顾初中学过的病毒的结构组成，并与细胞作简单比较。同时探讨教 材中的两个问题，达成“像病毒那样没有细胞结构的生物，也必须依赖活细胞才能生活” 的认识。 图 1SARS 病毒電子顯微鏡照片 SARS 之免疫螢光抗體檢測 图 2 SARS 病毒颗粒电镜照片 图 3 病理切片 SARS 病毒属于冠状病毒科，病毒粒子多呈圆形，有囊膜，外周有冠状排列的纤突，病毒直径 在 80-120nm 之间(图 2)。 病毒散在分布于细胞浆中，呈圆形，直径多在 90nm 左右。感染病毒的细胞线 粒体肿胀，部分线粒体外膜或嵴溶解（图 3）。在广州地区和北京地区的尸解肺组织标本感染的 Vero-E6 细胞中均查见大量的病毒颗粒，多呈圆形，直径在 80nm 左右。病毒颗粒主要分布在胞浆的内质网池、胞 浆空泡内和细胞外，多聚集成堆（图 4）。感染病毒的细胞可见内质网扩张，线粒体肿胀、嵴溶解，细胞 核染色质凝聚，边集。 用心 爱心 专心 图 4 组织切片电镜照片 SARS 病毒为单链单节段（+ ）RNA 病毒，全长 29.725kb,具有 11 个 ORF（Open Reading Frames）， 分别编码：依赖于 RNA 的 RNA 聚合酶、4 种结构蛋白（S，E，M，N 蛋白）、5 种未知蛋白（图 5）。 与其它宿主来源冠状病毒的序列比较，进化分析，呈一单独的分支（图 6）。病毒在增殖过程中虽没有逆 转录过程，但 RNA 聚合酶没有矫正机制，变异较大，现已知 SARS 病毒至少有 6 个变种。这给治疗 SARS 带来了巨大困难。 图 5 人的可能传染途径 SARS 病毒主要经过紧密接触传播，以近距离飞沫传播为主，也可通过手接触呼吸道分泌物，经口鼻眼传 播，另有研究发现存在粪口传播的可能（图 5）。是否还有其他传播途径尚不清楚。症状主要表现为： 持续高烧（高于 38），头痛和全身酸痛、乏力，干咳、少痰，部分病人有气促等呼吸困难症状，少数 进展为呼吸窘迫综合征，肺部影像学显示肺炎改变（图 6图 9）。一般感冒病征包括发烧，咳嗽，头痛， 可在数日后转好，并且一般没有肺炎迹象外周血白细胞计数无明显变化，淋巴细胞计数减少。抗菌药无效。 SARS 病毒能侵犯多种脏器，引起免疫系统对脏器的过度攻击，导致严重的脏器损伤。 图 6 SARS 患者三天胸透照片 图 7 SARS 患者五天胸透照片 图 8 SARS 患者八天胸透照片 图 9 SARS 患者十天胸透照片 关于让学生理解“生命活动离不开细胞”的观点，教材中的资料分析已比较全面，分 别是从生命特征的不同方面，不同生物体的不同生命活动等来论证这一观点的。下表反映 了编者的意图。（用多媒体演示） 表 1 生命活动离不开细胞的实例 生物 生物类型 生命活动 基本特征 说明 草履虫 单细胞生物 运动和分裂 运动和繁殖 单细胞生物具有生命的基本特征 人 多细胞生物 生殖和发育 繁殖、生长和发育 多细胞生物的生命活动是从一个细胞开始的，其生长和发育也是建立在细胞的分裂和分化基础上的 人 多细胞生物 缩手反射 应激性 反射等神经活动需要多种细胞的参与 艾滋病病 毒 非细胞形态的 生物 侵入人体的淋巴 细胞 繁殖 病毒在活细胞中繁殖 人 人和高等动物 免疫 应激性 免疫作为机体对入侵病原微生物的一种防御反应，需要淋巴细胞的参与 由于本资料中的一些事例是义务教育阶段七年级涉及的内容，因此，在分析本资料时， 除按照教材的问题引导学生讨论外，教师还可以补充一些问题供学生思考。例如，草履虫 是单细胞生物还是多细胞生物？它具有生物的哪些基本特征？人类发育的起点是从什么细 胞开始的？新生儿逐渐发育长大是由于细胞发生了怎样的变化？等等。 2生命系统的结构层次 “生命系统的结构层次”是本节的难点，教师应引导学生系统地理解这几个层次，在 理解这些结构层次时，教师可以适当地补充各个层次的名词解释，以利于学生从微观到宏 观，步步紧扣地理解生命系统的严密性、层次性和多样性。教师可以按下表的方式呈现这 几个层次的递进关系。（用多媒体演示） 用心 爱心 专心 表 2 生命系统的结构层次 结构 层次 概念 举例 学生举例 细胞 细胞是生物体结构和功能的基本单位 心肌细胞 组织 由形态相似，结构、功能相同的细胞联合在一起 心肌组织 器官 不同的组织按照一定的次序结合在一起 心脏 系统 能够共同完成一种或几种生理功能的多个器官按照一定的次序组合在一起 循环系统 个体 由各种器官或系统协调配合共同完成复杂的生命活动的生物。单细胞生物由一个细胞构成生物体 龟 种群 在一定的自然区域内，同种生物的所有个体是一个种群 该区域内同种龟的所有个体 群落 在一定的自然区域内，所有的种群组成一个群落 该区域内龟和其他所有生物的种群 生态系统 生物群落与它的无机环境相互作用而形成的统一整体 龟生活的水生生态系统 生物圈 由地球上所有的生物和这些生物生活的无机环境共同组成 地球上只有一个生物圈 最后用多媒体演示： 教师在引导学生学习这些层次时需要注意以下几点。 1.在这些层次中，只有种群和群落这两个名词是学生陌生的，需要教师用具体的事例 补充讲解。例如，在一个池塘中的全部鲫鱼就是一个种群，而池塘中的全部生物就构成了 一个群落。这两个概念不需要掌握，只需要学生能通过具体的事例理解就行。 2.除种群和群落外，其他的几个层次都是学生在义务教育阶段七年级接触过的概念， 可以让学生分组回忆、讨论。 3.除教材列举的事例外，教师还可以让学生列举其他的事例。例如，与心肌细胞同层 次的还有平滑肌细胞、骨骼肌细胞、上皮细胞、神经细胞，等等；与心肌组织同层次的有 上皮组织、结缔组织、神经组织，等等。另一方面，教师可以让学生以一个人、一棵松树 或一只草履虫为例，用不同生物研究生命系统各个层次的关系，以便理解生命系统的复杂 性和多样性。 布置作业：课后完成教材第六页的基础题和拓展题 结课： 本节涉及细胞、组织、器官、系统、个体、种群、群落、生态系统和生物圈等生命系 统的层次，从微观到宏观，使我们初步了解到，生命科学的研究是从这些层次上展开和深 入的，而细胞是其他生命系统层次的基础，是基本的生命系统，其他层次都是建立在细胞 这一层次的基础之上的，没有细胞就没有组织、器官、系统等层次。另一方面，生物体中 的每个细胞具有相对的独立性，能独立完成一系列的生命活动，某些生物体还是由单细胞 构成的。 由于本模块是以“细胞是基本的生命系统”为主线来展开教学内容的，后续各章依次讲 述了这一基本生命系统的组成、结构、功能、发生和发展变化等，因此，本章既是后续各 章的基础，又具有统领本模块的作用。 教学反思： 附： 板书提纲 答案和提示 （一）问题探讨 1.提示：病毒尽管不具有细胞结构，但它可以寄生在活细胞中，利用活细胞中的物质 生活和繁殖。 2.提示：SARS 病毒侵害了人体的上呼吸道细胞、肺部细胞，由于肺部细胞受损，导致 患者呼吸困难，患者因呼吸功能衰竭而死亡。此外，SARS 病毒还侵害人体其他部位的细胞。 （二）资料分析 1.提示：草履虫除能完成运动和分裂外，还能完成摄食、呼吸、生长、应激性等生命 活动。如果没有完整的细胞结构，草履虫不可能完成这些生命活动。 用心 爱心 专心 2.提示：在子女和父母之间，精子和卵细胞充当了遗传物质的桥梁。父亲产生的精子 和母亲产生的卵细胞通过受精作用形成受精卵，受精卵在子宫中发育成胚胎，胚胎进一步 发育成胎儿。胚胎发育通过细胞分裂、分化等过程实现。 3.提示：完成一个简单的缩手反射需要许多种类的细胞参与，如由传入神经末梢形成 的感受器、传入神经元、中间神经元、传出神经元、相关的骨骼肌细胞，等等。人的学习 活动需要种类和数量繁多的细胞参与。由细胞形成组织，由各种组织构成器官，由器官形 成系统，多种系统协作，才能完成学习活动。学习活动涉及到人体的多种细胞，但主要是 神经细胞的参与。 4.提示：例如，胰岛细胞受损容易导致胰岛素依赖型糖尿病；脊髓中的运动神经元受 损容易导致相应的肢体瘫痪；大脑皮层上的听觉神经元受损可导致听觉发生障碍，等等。 5.提示：例如，生物体的运动离不开肌细胞；兴奋的传导离不开神经细胞；腺体的分 泌离不开相关的腺（上皮）细胞，等等。 （三）思考与讨论 1.提示：如果把龟换成人，图中其他各层次的名称不变，但具体内容会发生变化。例 如，心脏应为二心房、二心室；种群应为同一区域的所有人，等等。应当指出的是，生物 圈只有 1 个。如果换成一棵松树，图中应去掉“系统”这个层次，细胞、组织、器官、种 群的具体内容也会改变。如果换成一只草履虫，细胞本身就是个体，没有组织、器官、系 统等层次。 2.提示：细胞层次；其他层次都是建立在细胞这一层次的基础之上的，没有细胞就没 有组织、器官、系统等层次。另一方面，生物体中的每个细胞具有相对的独立性，能独立 完成一系列的生命活动，某些生物体还是由单细胞构成的。 3.提示：一个分子或一个原子是一个系统，但不是生命系统，因为生命系统能完成一 定的生命活动，单靠一个分子或一个原子是不可能完成生命活动的。 （四）练习 基础题 1.（1）活细胞：A、D、G、I； （2）死细胞：B、E； （3）细胞的产物：C、F、H。 2.（1）细胞层次（也是个体层次，因为大肠杆菌是单细胞生物）； （2）种群层次； （3）群落层次。 拓展题 1.提示：不是。病毒不具有细胞结构，不能独立生活，只能寄生在活细胞中才能生活， 因此，尽管人工合成脊髓灰质炎病毒，但不意味着人工制造了生命。 2.提示：人工合成病毒的研究，其意义具有两面性，用绝对肯定或绝对否定的态度都 是不全面的。从肯定的角度看，人工合成病毒可以使人类更好地认识病毒，例如，研制抵 抗病毒的药物和疫苗，从而更好地为人类的健康服务；从否定的角度看，人工合成病毒的 研究也可能会合成某些对人类有害的病毒，如果这些病毒传播开来，或者被某些人用做生 物武器，将给人类带来灾难。 从生物圈到细胞的教学设计 主备人：霍邱一中 王启雨 一、教学目标的确定 关于“生命活动离不开细胞”这一观点，是为深入学习细胞的知识作铺垫，属了解水 平。教材通过事例从几个方面提供资料让学生进行分析，因此，该内容的教学目标定为 “举例说出”。 在构成生命系统的结构层次中，只有种群和群落是学生没有学习过的，这些结构层次 都属于基本概念，因此需要理解学习。不仅理解生命系统的这些结构层次的含义，还应理 解这些结构层次是层层相依，紧密相联的，同时，还应初步理解生命系统具有复杂性和多 样性。因此，教学目标定为“举例说明”。 在分析组成生命系统的多层次关系的基础上，认同细胞是基本的生命系统。 二、教学设计思路 三、教学实施的程序 教学内容 教师的组织和引导 学生活动 教学意图 问题探讨 2003 年春夏之交，非典型性肺炎在我国流行爆发，部 分城市出现了学校停课、工厂停产、商场停业的现象，很 多与非典患者共同工作和生活的人被隔离在家。为什么人 们对非典型性肺炎这么恐惧呢？这是因为它具有较高的传 染性和致死率，而这一切都是由 SARS 病毒造成的。 教师播放与 SARS 病毒有关的录像，也可展示 SARS 病 毒的结构示意图、SARS 患者肺部的 X 光照片，等等。 提问：1.结合初中所学病毒的知识，谈谈你所了解的 学生回顾初中所 学病毒的知识、 观察图片，并根 考查学 生初中知识的 掌握程度和从 社会生活中获 取信息的能力； 激发学生的学 习兴趣；理解 病毒的生活和 用心 爱心 专心 生命活动离 不开细胞 生命系统的 结构层次 SARS 病毒是一种什么样的生物？ 2.SARS 病毒具有怎样的结构？它是怎样生活和繁殖的？ 3.SARS 病毒主要侵害了人体哪些部位的细胞？ 4.如果离开了活细胞，病毒能够很好地生活和繁殖吗？ 总结：病毒的结构简单，由蛋白质外壳和内部的遗传 物质组成，没有细胞结构。病毒只能寄生在活细胞里，靠 自己的遗传物质中贮存的遗传信息，利用细胞内的物质， 制造新的病毒，这就是病毒的生活和繁殖。SARS 病毒主要 侵害人的肺部细胞，使人发生呼吸困难而死亡。病毒一旦 离开活细胞，就不再表现生命现象。除病毒外，其他生物 都是由细胞构成的，那么，是不是所有的生命活动都离不 开细胞呢？ 教师呈现资料分析中的实例和图例进行分析。 1.针对实例 1，教师可以设问： （1）草履虫是一种什么样的生物（单细胞生物还是 多细胞生物），还有哪些生物体的结构与草履虫相似？ （2）这些单细胞生物能够独立生活，也应该具有生 命活动的基本特征，这些基本特征是什么呢？ 2.针对实例 2，教师可以设问： 与草履虫相比，人是多细胞的高等生物，人的生命是 从什么细胞开始的？ （受精卵） 总结：人的生殖细胞是精子和卵细胞。精子和卵细胞 结合成为受精卵。受精卵是新生命的开始；人的发育其本 质是细胞的分裂、生长和分化。由此可见，多细胞的高等 生物的生殖和发育也离不开细胞。 3.针对实例 3，教师可以设问： （1）完成一个简单的缩手反射，至少需要哪些细胞 的参与？ （2）我们现在的学习活动，又有哪些细胞的参与呢？ 4.针对实例 4，教师采取的策略为： 教师介绍艾滋病病毒的相关知识，指出艾滋病病毒是 一种攻击人体的免疫细胞淋巴细胞，导致人体免疫系 统受到破坏的病毒，从而引导学生思考：生物体的某一种 细胞受到损害，也会影响该种生物的生命活动，甚至导致 其死亡。 提问：除艾滋病外，你还能举出特定的细胞受到损害 导致疾病的例子吗？ 教师展示小儿麻痹症患者及相关的脊髓细胞受到损害 的图片。 教师总结上面的四个实例，指出这四个实例是从不同 据已有的社会经 验回答。 学生阅读 实例，观察图示。 结合生物的基本 特征自由回答， 也可以举例回答。 学生根据 已有的知识回答。 学生根据 所学知识和生活 经验思考回答。 可以先让 学生简单介绍所 了解的艾滋病的 知识。 学生根据 图片和社会经验 回答。 学生分组 繁殖离不开活 细胞这一基本 事实。 由没有 细胞结构的病 毒转入由细胞 构成的生物体。 考查和 帮助学生回忆 初中所学知识， 了解学生的学 习状况。 强调单 细胞生物和多 细胞生物的生 命活动都有其 共性，即都离 不开细胞这一 生命活动的基 本单位。 从多细 胞生物人 也是从一个细 胞（即受精卵） 开始的这一事 实，引导学生 认识生命活动 与细胞的关系。 与学生 的生活经验相 关，有利于激 发学习兴趣。 与学习 活动相联系， 的角度来说明生物的生命活动都离不开细胞这一基本事实。 另外，生命活动还有赖于生物体周围的环境，依靠环境提 供物质和能量（构成生物体的细胞也是生活在一个液体环 境中）。 教师指导学生看课本图 1-1“生命系统的结构层次”， 并提出问题引导学生思考： 1.生命系统分为哪几个层次？它们从小到大的排列顺 序是什么？ （细胞、组织、器官、系统、个体、种群、群落、生 态系统、生物圈。） 2.请说出除种群和群落之外的其他几个层次的生命系 统的概念。（教师简单举例说明什么是种群和群落，例如， 一个池塘中的所有鲤鱼就是一个种群，而这个池塘中的所 有生物就构成了一个群落。） 3.请尽量列举除教材中呈现的细胞、组织、器官和系 统这 4 个生命系统例子外，其他的具体例子。例如，细胞 这个系统，除教材提到的心肌细