高一生物细胞的基本结构教材分析高一生物细胞的基本结构教材分析
通过第2章的学习，学生对组成细胞的分子及其重要作用有了比较全面的了解。蛋白质、核酸、糖类、脂质……这些生物分子固然重要，但是光有分子还不能表现出生命活动。只有当这些分子有机地组合在一起，形成细胞的各种结构，细胞才成为基本的生命系统。
与其他系统一样，细胞同样有边界，有分工合作的若干组分，有信息中心对细胞的代谢和遗传进行调控。细胞的结构复杂而精巧，各种结构组分配合协调，使生命活动能够在变化的环境中自我调控、高度有序地进行。
一、教学目的要求
知识方面：
1.简述细胞膜的成分和功能。
2.举例说出几种细胞器的结构和功能。
3.简述细胞膜系统的结构和功能。
4.阐明细胞核的结构与功能。
情感态度与价值观方面：
1.体验制备细胞膜的方法。
2.认同细胞是基本的生命系统。
3.讨论三位获诺贝尔奖的细胞学家取得成功的原因。
能力方面：
1.制作用于观察叶绿体和线粒体的生物材料临时装片。
2.使用高倍显微镜观察叶绿体和线粒体。
3.尝试制作真核细胞的三维结构模型。
4.进行实验数据的解释。
二、教学内容的结构和特点
（一） 教学内容的结构
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（二） 教学内容的特点
本章的标题是《细胞的基本结构》，实际上本章的内容并不像章标题字面上呈现的那么简单，不仅仅是介绍有关细胞的基本结构以及这些结构的功能的知识，而是把细胞作为一个基本的生命系统，引导学生用系统分析的方法来研究细胞，研究组成细胞的各个组分是怎样既相对独立，又紧密联系的，细胞的生命活动是怎样通过各组分的协调配合完成的，把细胞作为一个活系统来研究，把细胞学活。章引言以自行车的拆装为例，用类比的手法揭示细胞作为系统的基本特征：系统不是其组分的简单堆砌，而是通过组分间结构和功能的密切联系，形成的统一整体。作为系统，细胞与其他系统一样，也有边界，有分工合作的若干组分，有信息中心对其代谢和遗传进行调控。本章的内容安排，正是从系统的视角，分为《细胞膜──系统的边界》《细胞器 ──系统内的分工合作》和《细胞核──系统的控制中心》三节。
第1节《细胞膜──系统的边界》，介绍的是细胞膜的成分和功能。因为第4章《细胞的物质输入和输出》将详细介绍生物膜结构的研究历程、生物膜的流动镶嵌模型以及物质出入细胞的几种方式，因此本节在介绍细胞系统的边界──细胞膜时，没有提到细胞膜的结构，对于细胞膜控制物质进出细胞的功能，本节也是点到为止，没有展开叙述，避免与第4章重复。
学生对细胞膜并不陌生。在初中生物课学习细胞的基本结构时，学生对细胞膜已经有所了解。当学生用显微镜观察细胞时，是很难看清细胞膜的，还有不少学生误将气泡认作细胞。“你是怎样区分气泡和细胞的？光学显微镜下能看见细胞膜吗？”“问题探讨”中提出的这些问题，将学生原有经验中的疑惑点出来，将学生的思绪带回到曾经学过的细胞内容中，引起学生对有关细胞膜问题的思考。其实，学生认为细胞有细胞膜，是因为老师是这么说的，教科书上是这么写的，学生在显微镜下看到细胞的确存在明显的边界，由此推断出细胞膜的存在，学生并没有真的看到细胞膜。科学家也一样，在光学显微镜下很难看清细胞膜，只有用电子显微镜才能看得清楚。但是，“科学家用电子显微镜清晰地观察到细胞膜之前，已经能够确定细胞膜的存在了。”“问题探讨”接着提出这个问题，请学生推测，科学家是怎样确定细胞膜的存在的。这个问题将会引起学生的思考和大胆推测，讨论，甚至争论，为细胞膜的学习打开兴趣之门。
课程标准中与细胞膜有关的要求是“简述细胞膜系统的结构和功能”。“简述”是了解水平，要求不高。因此，关于细胞膜的组成成分，学生只需知道“细胞膜主要由脂质和蛋白质组成。此外，还有少量的糖类。其中脂质约占细胞膜总量的50%，蛋白质约占 40%，糖类占2～10%”就可以了，不需要知道有关这些组成成分的更详细的生化知识。但是，如果单纯告诉学生这一结论，学生会觉得很干巴，很难产生学习的兴趣，更谈不上产生探究细胞膜的欲望了。教科书作为学生用书，其功能不应是“圣经”，摘录科学上的现有结论，而应为学生的探究性学习提供丰富的素材，引导学生探索科学的奥秘。使学生不仅了解科学的结论，也了解科学的过程；不仅学习科学知识，还能发展能力，培养爱科学的情感和科学的世界观，从而实现全面提高生物科学素养的课程目标。为了达到这个目标，在“细胞膜的成分”这一内容的编写中，教科书安排了“体验制备细胞膜的方法”的实验。
这个实验的操作步骤很简单，学生只需取一滴猪（或牛、羊、人）的新鲜的红细胞稀释液，滴在载玻片上，制成临时装片，在高倍显微镜下观察，待观察清晰时，再滴加蒸馏水，使红细胞浸泡在水中，即可观察到哺乳动物红细胞在水中逐步涨破的过程。这个实验的目的，不仅是让学生亲自动手，练习制备细胞膜，更重要的，是让学生体会其中的科学方法。例如，制备细胞膜应选择植物细胞还是动物细胞？用什么方法可以获得细胞膜？为什么在科学研究上，科学家用哺乳动物红细胞作为制备细胞膜的材料？实验指导的引言部分，引导学生层层深入思考这些问题，体验实验材料的正确选择对于科学研究的重要性，以及制备细胞膜的方法中所蕴涵的科学原理。
许多有关细胞膜化学组成的资料，都来自对哺乳动物红细胞膜的研究。考虑到哺乳动物红细胞的重要性，旁栏的“相关信息”里，提供了与哺乳动物红细胞有关的资料，拓展学生的知识面，增加学生对哺乳动物红细胞的了解。
细胞是看不见、摸不着的，学生常常感觉细胞的学习距离自己的生活很远，对细胞的学习兴趣不大。为了加强学习内容与社会生活的联系，在“细胞膜的成分”这一内容中，安排了“与生活的联系”，介绍癌症检查报告单上的一些检测项目与细胞膜成分的关系，并附以真实的检验报告单，以拉近课堂学习与现实生活的距离。
细胞膜作为细胞系统的边界，其功能是多种多样的。作为课程标准中“简述”要求的内容，高中教科书没有必要把这些功能都一一罗列出来。从高中学生的知识基础和接受能力来说，学生也不可能理解细胞膜的所有功能。因此，教科书用学生能够理解的语言，采用类比、打比方等手法，深入浅出地介绍了“将细胞与外界环境分隔开”“控制物质进出细胞”“进行细胞间的信息交流”等几种主要功能。至于其他功能，则以开放的处理方式，鼓励有兴趣的学生自己去探究。
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细胞间的信息交流是十分复杂的，但是它在保持多细胞生物体内部的协调一致方面起着非常重要的作用。因此，虽然在理解上有一定难度，“进行细胞间的信息交流”作为细胞膜不可或缺的一项重要生理功能，还是应该让学生了解。教科书采取的是举例说明、图文结合的形式，帮助学生理解细胞间的信息交流是怎样实现的。
植物细胞在细胞膜的外面还有一层细胞壁。在介绍了细胞膜之后，教科书还提到了细胞壁的化学组成和生理功能。
第2节《细胞器──系统内的分工合作》改变了多年来中学生物教科书关于细胞器的写法，不再逐一列举各个细胞器的结构、功能，而是把细胞器作为系统的组分，既谈它们的分工，也讲到它们之间的合作。为了帮助学生理解一个系统的正常运转，必须依靠各组分间的协调配合，“问题探讨”以工厂为例，让学生讨论一件优质的产品是如何通过各车间和部门的配合生产出来的，再请学生将细胞与工厂类比，讨论细胞中是否也有类似的部门或车间。这种联系学生生活经验，将熟悉的事物与学生不熟悉的、有待了解的事物相类比的处理方法，有助于学生突破认知上的难点。
细胞内部就像一个繁忙的工厂，在细胞质中有许多忙碌不停的“车间”，这些“车间” 就是细胞器，如线粒体、叶绿体、内质网、高尔基体、核糖体、溶酶体等。在了解细胞器是怎样既有分工，又密切合作之前，即了解细胞器的结构和功能之前，学生也许会有这样的疑惑：科学家是怎样把各种细胞器分离开，分别研究它们的功能的呢？为了解决学生的疑惑，同时进行科学方法的教育，教科书安排了“分离各种细胞器的方法”的介绍。
在介绍各种细胞器的形态、结构、功能时，教科书没有对每一种细胞器均匀着墨，而是有的浓墨重彩，有的一笔带过。对于以后学习中经常会用到的细胞器，如线粒体、叶绿体、内质网、高尔基体等，教科书图文并茂，重点讲解；其他细胞器则用“动物细胞和植物细胞亚显微结构模式图”和一段文字简单介绍。在介绍到线粒体时，教科书还设计了旁栏思考题，如为什么飞翔鸟类胸肌细胞线粒体的数量比不飞翔鸟类的多，等等，帮助学生理解线粒体的功能。
在细胞质中，除了细胞器外，还有呈胶质状态的细胞质基质。细胞质基质不是简单的胶状物质，其中含有多种成分，是细胞代谢的重要场所，所以教科书也对细胞质基质做了简要介绍。细胞骨架是当今细胞生物学研究的热点领域，细胞的多种生命活动都与细胞骨架有关。教科书以小字的形式简单介绍了细胞骨架，以增加学生对生物学研究前沿的了解。细胞骨架不是必学内容，学生大致了解即可。
线粒体和叶绿体是两种非常重要的细胞器，学生在第5章《细胞的能量供应和利用》学习细胞呼吸和光合作用的有关内容的时候，还会进一步认识线粒体和叶绿体的结构和功能。这里安排的《用高倍显微镜观察叶绿体和线粒体》的实验，目的是让学生了解叶绿体和线粒体的形态和分布，增加对叶绿体和线粒体的感性认识，学习在光学显微镜下观察叶绿体和线粒体的方法。
学生在学习了各种细胞器的结构和功能之后，脑子里还是一个个独立的细胞器的印象，还没有把这些细胞器作为一个系统的组成成分联系起来。“细胞器之间的协调配合”以分泌蛋白的合成和运输为例，通过让学生分析分泌蛋白合成并分泌到细胞外的过程，体会细胞器之间的分工合作。“资料分析”提供的资料是科学家在豚鼠的胰腺腺泡细胞中用同位素标记法所做的实验。为了帮助学生理解这一实验过程，教科书配以详细的实验过程图解，并用讨论题引导学生一步步进行分析。学生分析的结果是否准确？真实的情况又是怎样的呢？为了给学生留下科学、清晰的印象，使学生能够把理解了的知识准确地整合到已有的知识网络中，在“资料分析”之后，教科书用一段文字形象生动地描述了分泌蛋白的合成和运输过程，以及这一过程所涉及的细胞器在其中所起的作用，还有这些细胞器之间的联系。参与这一过程的细胞器大都具有膜，这些细胞器膜和细胞膜、核膜等结构，共同构成细胞的生物膜系统，由此引出下一个学习内容“细胞的生物膜系统”。
细胞的生物膜系统在细胞的生命活动中起着极为重要的作用。生物膜系统的结构和功能，不仅是当前细胞生物学研究的热点领域，也是课程标准要求学生了解的内容。在这个学习内容里，教科书还安排了“相关信息”，介绍根据生物膜的特性开发的一种新的制药工艺，把用磷脂制成的小球，包裹着药物，运输到患病部位，达到治病的目的；以及“与社会的联系”，介绍了用于治疗肾功能障碍的人工肾，其中起关键作用的血液透析膜就是人工合成的膜材料，加强学习内容与社会生产和生活的联系。
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本节之后安排了“科学家的故事──细胞世界探微三例”。这个阅读资料，精选了三位于1974 年同时获得诺贝尔生理学或医学奖的细胞生物学家的事迹。之所以选择这三位细胞学家，是因为他们所从事的工作与本节的学习内容密切相关。例如，克劳德的工作是摸索出采用差速离心将细胞组分分离开的方法；德迪夫发现了溶酶体；帕拉德改进了电子显微镜样品固定技术，并应用于动物细胞超微结构的研究，发现了核糖体和线粒体结构，不仅如此，他还将对细胞结构和功能的静态描述，引向动态研究，课文里的资料分析，就是由帕拉德通过大胆想像作出推测，再用同位素示踪技术加以证实的实验，这个实验后来成为生物学史上最精彩的实验之一。三位科学家的故事是对本节内容的丰富和补充，与正文的讲解前后呼应，相得益彰，使整节教材充实、丰满。通过阅读这三位科学家的故事，学生不仅可以加深对知识内容的理解，还了解到细胞学研究的常用技术和方法，如对细胞组分进行分离的差速离心法，观察细胞超微结构的电子显微镜技术，研究细胞器功能的同位素示踪技术等；此外，克劳德的勇于探幽入微，德迪夫的敏锐的洞察力，帕拉德的善于利用先进技术手段，都可以让学生体会到：科学研究离不开探索精神、理性思维和技术手段的结合，受到情感态度价值观方面的启迪。
第3节《细胞核──系统的控制中心》，课程标准的要求是“阐明细胞核的结构与功能”，这是理解水平的要求。如果教科书只是平铺直叙细胞核的结构和功能，是不可能帮助学生达到这一学习目标的。本节的设计力图通过创设有利于学生开展探究性学习的情境，让学生对细胞核的重要性，以及结构与功能相适应的观点有深刻的领会。
在没有学过细胞核的结构之前，学生容易把核仁误认为细胞核。本节的“问题探讨”从学生容易混淆的问题入手，让学生充分讨论细胞核的重要作用。学生的回答很可能是不全面的，不完善的，或者是建立在想像而非科学事实的基础上的。那么事实是怎样的呢？ “细胞核的功能”就从“资料分析”开始，给学生提供一系列的科学实验事实，让学生分析细胞核的功能。黑白美西螈的核移植实验，蝾螈受精卵的横缢实验，变形虫的切割实验，伞藻的嫁接实验和核移植实验，科学家分别用不同物种的细胞作实验材料，从几个方面有力地证明，细胞核是细胞代谢和遗传的“控制中心”。
细胞核能够控制细胞的代谢和遗传，是与细胞核的结构分不开的。教科书紧接着以图代文介绍了细胞核的结构。在细胞核的结构里，最重要的结构是染色质。教科书重点阐述了DNA 、染色质、染色体的关系。正是由于DNA上贮存着遗传信息，细胞核才能成为细胞的代谢和遗传的控制中心。至此，学生对于细胞核的功能才会有比较透彻的理解。这段叙述之后，教科书有一句话：“因此，对细胞核功能的较为全面的阐述应该是：细胞核是遗传信息库，是细胞代谢和遗传的控制中心。”这句话，是对本节内容的画龙点睛。旁栏思考题“同一个生物体内所有细胞的‘蓝图’都是一样的吗？如果是一样的，为什么体内细胞的形态、功能如此多样？结构也不完全相同？” 学生可能回答不上来。没关系，教师不必着急给出答案，可以让学生带着问题继续后面内容的学习，当学生学到本书第6章《细胞的生命历程》中有关细胞分化的知识时，学生就会恍然大悟的。
在学习了细胞的结构和功能之后，课程标准要求学生“尝试建立真核细胞的模型”。因此，教科书在本节安排了“模型建构──尝试制作真核细胞的三维结构模型”，为学生建构真核细胞模型提供了方法指导。但是这个指导只是引导性的，并没有指定具体的材料用具，列出详细的活动步骤，而是给学生发挥各自的创造潜能留出了充分的空间，也为教师的创造性教学留出了空间。教科书在提供两张模型照片供学生参考的同时，也提出了评价模型的参考指标，如科学性、艺术性、成本低廉等。建构模型的方法，是高中课程标准和教材对学生提出的高于初中水平的科学方法和探究能力的要求，在高中阶段生物学课程的学习中，学生会陆续接触到物理模型、概念模型和数学模型等模型的建构，对模型方法会有比较全面的学习和了解。真核细胞三维结构模型是需要学生建构的第一个模型，因此教科书在这里插入了科学方法──模型方法的介绍，使学生在建构模型之前，对于什么是模型先有一个初步的了解。
本节的最后一段话“细胞作为基本的生命系统，其结构复杂而精巧；各组分之间分工合作成为一个整体，使生命活动能够在变化的环境中自我调控、高度有序地进行。这是几十亿年进化的产物。细胞既是生物体结构的基本单位，也是生物体代谢和遗传的基本单位。”是对章首页引自翟中和院士等主编的《细胞生物学》的话“我确信哪怕一个最简单的细胞，也比迄今为止设计出的任何智能电脑更精巧！”的呼应，再次点明细胞作为一个基本的生命系统，它的重要性和必然性。
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