“動物細胞有絲分裂”實驗教學設(shè)計與實施

趙守環(huán) （北京市第一六一中學 北京 100031）

1 學習內(nèi)容及學情分析

“動物細胞有絲分裂過程”是浙科版必修1《分子與細胞》第4 章“細胞的增殖與分化”第1節(jié)“細胞的增殖”第2 課時教學內(nèi)容。染色體行為和數(shù)量變化是有絲分裂過程的關(guān)鍵特征，在一個細胞周期中，染色體復制一次，并均分到2 個細胞中，保證了遺傳的連續(xù)性和穩(wěn)定性。本節(jié)課探究動物細胞有絲分裂的過程，并比較動、植物細胞有絲分裂的異同。學生已掌握了與動、植物細胞有絲分裂過程有關(guān)的細胞結(jié)構(gòu)，對本章節(jié)的學習將起到一定的鋪墊作用。在第1 課時的教學中，將植物細胞的微觀分裂過程抽象為理想化的宏觀模式圖，引導學生明確植物細胞有絲分裂各個時期細胞圖的特點。同時，學生已熟練掌握了顯微觀察技術(shù)，并對顯微觀察微觀現(xiàn)象有著強烈的好奇和熱情。因此，學生已有的知識、相關(guān)能力和相應(yīng)的情感都為本節(jié)課的實施打造了基石。

2 教學目標

1）知識目標：①能識別動、植物細胞有絲分裂各個時期的顯微細胞圖像；②能說明動、植物細胞有絲分裂過程的異同點。

2）能力目標：①2 人一組，利用顯微鏡分別觀察植物根尖和馬蛔蟲受精卵的永久裝片，并討論、辨析各個時期的細胞，提高顯微鏡操作能力和合作、觀察、探索能力；②通過觀察和討論，辨別動、植物細胞有絲分裂過程的異同，提高分析、總結(jié)能力和解決問題的能力；③以橡皮泥為染色體材料，模擬有絲分裂過程中染色體行為和數(shù)量的變化，提高動手實踐能力。

3）情感態(tài)度與價值觀目標：①通過合作的方式進行顯微觀察并分析異同，養(yǎng)成合作的意識和探索的科學精神；②分析動、植物細胞有絲分裂的不同點，認同結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的生物學觀點。

3 教學過程設(shè)計與實施

3.1 溫顧舊知，通過質(zhì)疑引入新課 教師出示植物細胞有絲分裂各時期的模式圖，學生觀圖、思考，并回答各時期的特點，既復習了上節(jié)課內(nèi)容，又為本節(jié)課打下了基礎(chǔ)。教師提問：分裂間期染色體進行了復制，導致每一條染色體上DNA 數(shù)量發(fā)生了怎樣的變化？2 條姊妹染色單體上的DNA 是否相同？為什么？分裂后形成的2 個子細胞的染色體是否相同？與親代細胞是否相同？學生在回答中體會并認同了植物細胞有絲分裂的意義。師生共同總結(jié)：通過有絲分裂，形成的2 個子細胞的染色體完全相同，并與親代細胞完全相同，保證了遺傳性狀的穩(wěn)定性。教師再以問題串的形式提出質(zhì)疑：模式圖是清晰的理想化狀態(tài)，植物細胞有絲分裂過程的真實狀態(tài)是怎樣的？動物細胞又是怎樣的？二者會有相同之處嗎？高等植物細胞和動物細胞彼此都具有特有結(jié)構(gòu)，這對有絲分裂會產(chǎn)生影響嗎？教師提示顯微鏡觀察能揭曉這些問題的答案，導入新課并激發(fā)學生探究的熱情和求知的欲望。

3.2 小組合作活動1 利用顯微鏡先后觀察植物和動物細胞的有絲分裂。

3.2.1 教師指導觀察，避免出現(xiàn)誤區(qū) 以洋蔥根尖細胞和馬蛔蟲受精卵永久裝片為植物和動物細胞有絲分裂的材料，教師先出示洋蔥根尖結(jié)構(gòu)顯微圖像并提問：根尖共分為幾個區(qū)，分別是什么？應(yīng)選擇哪一區(qū)進行觀察，為什么？該區(qū)細胞在形態(tài)上有什么特點？教師可適當引導，學生回答：植物根尖共有4 個區(qū)，分別是成熟區(qū)、伸長區(qū)、分生區(qū)和根冠，其中分生區(qū)細胞能進行有絲分裂，該區(qū)細胞呈正方形，排列緊密。教師出示馬蛔蟲受精卵永久裝片顯微圖像，指導學生辨別受精膜與細胞膜的區(qū)別。這樣能提高觀察的有效性和針對性。

3.2.2 學生活動：顯微觀察并辨析各個時期的細胞 教師引導：首先觀察、辨析植物細胞有絲分裂各個時期（分裂間期及分裂期的前、中、后、末期）的細胞。其次觀察、辨析動物細胞有絲分裂各個時期的細胞，并思考依據(jù)是什么？（提示：相對于洋蔥根尖細胞的永久裝片，馬蛔蟲受精卵永久裝片的分裂圖像沒有那么清晰，所以不同狀態(tài)的動物細胞圖像之間的比較很重要。）最后尋找動、植物細胞有絲分裂過程有何異同點？

學生2 人一組，以植物細胞有絲分裂模式圖中各時期的特點為依據(jù)，依次觀察洋蔥根尖細胞和馬蛔蟲受精卵永久裝片，一邊觀察、辨析各個時期的圖像，一邊討論。目的是養(yǎng)成合作意識、提高觀察能力和探索熱情。

3.3 分享觀察成果、總結(jié)植物和動物細胞有絲分裂過程的異同點

3.3.1 植物細胞有絲分裂圖像的分析 教師用幻燈片展示洋蔥根尖分生區(qū)細胞有絲分裂各個時期的顯微細胞圖像（圖1）并提出問題：你們小組剛才觀察到了哪些圖像？處于哪一時期？依據(jù)是什么？如果你觀察到了這些圖像以外的有一定特點的細胞，請進行描述。

圖1 洋蔥根尖分生區(qū)細胞有絲分裂圖像

學生辨析圖像： 每個學生都認真觀察幻燈片圖像，并回憶剛才的顯微觀察結(jié)果，小組學生代表從圖像中找出本小組觀察到的細胞，并說明所處時期及其依據(jù)，經(jīng)過辨析討論，最后統(tǒng)一答案：A.分裂間期，沒有觀察到染色體；B.分裂前期，染色質(zhì)已高度螺旋成染色體，且散亂排列；C.分裂后期，姊妹染色單體分離，移向兩極；D.分裂末期，可見的染色體已經(jīng)解螺旋，成為不可見的染色質(zhì)，細胞即將一分為二；E 分裂后期，姊妹染色單體分離，移向兩極；F.分裂末期，可見的染色體已解螺旋，成為不可見的染色質(zhì)，細胞即將一分為二；G.分裂中期，染色體排列在赤道板上；H.分裂前期，染色質(zhì)已高度螺旋成染色體，且散亂排列；I.分裂中期，染色體排列在赤道板上。這一過程不僅能檢測學生剛才的觀察效果，且加深學生對各時期染色體行為變化的印象，為總結(jié)2 種細胞有絲分裂的異同點做進一步鋪墊。學生親自操作觀察到真實現(xiàn)象，感受到了知識的科學性，并獲得成就感。

教師提出問題：哪個時期是觀察和計數(shù)的最佳時期？學生根據(jù)分裂中期是染色體螺旋度最高、排列最整齊的時期而得出答案。教師繼續(xù)提出問題：G 和I 都是分裂中期，但染色體的排列為何有區(qū)別？并在學生思考后進行引導：紡錘絲相當于地球的經(jīng)線，故發(fā)出紡錘絲之處定義為細胞的兩極，它與地球一樣，是有立體結(jié)構(gòu)的。學生能分析得出G和I 分別是俯視圖像和平視圖像。教師引導學生按照有絲分裂的時間順序，將以上圖像進行排序。最后教師利用動畫將各時期的細胞圖按序（A、B 和H、G 和I、C、E、D 和F）進行展示，學生在觀察的過程中進一步體會有絲分裂的動態(tài)過程。

3.3.2 動物細胞有絲分裂圖像的分析 教師用幻燈片展示馬蛔蟲受精卵有絲分裂各個時期的顯微細胞圖像（圖2），并提出問題：你們小組剛才觀察到了哪些圖像?它們分別處于哪一時期？依據(jù)是什么？

圖2 馬蛔蟲受精卵有絲分裂圖像

有了辨析植物細胞分裂圖像的基礎(chǔ)，學生通過討論，相對容易統(tǒng)一了答案：A.分裂中期，染色體整齊排列在赤道板上；B.分裂末期，染色體已解螺旋，成為不可見的染色質(zhì)，細胞一分為二；C.分裂后期，姊妹染色單體分離，移向兩極；D.分裂中期，染色體排列在赤道板上；E.分裂后期，姊妹染色單體分離，移向兩極；F.分裂間期，沒有觀察到染色體；G.分裂前期，染色質(zhì)已高度螺旋成染色體，且散亂排列；H.分裂后期，姊妹染色單體分離，移向兩極。

教師提出問題：C 與H 都處于分裂后期，在相同條件下，哪個細胞距離末期更近？學生能回答出是H，并體會細胞分裂的動態(tài)過程。教師利用動畫將各時期的細胞圖按順序（F、G、A 和D、C、E、H、B）進行展示，并說明有絲分裂是一個連續(xù)的過程，并沒有明顯的界限，各個時期的染色體行為是該時期最明顯的特征。

3.3.3 動、植物細胞有絲分裂的比較 教師出示動、植物細胞有絲分裂各個時期顯微圖像（圖3），并提出問題：討論動、植物細胞有絲分裂過程中相同和不同之處分別是什么？

圖3 動、植物細胞有絲分裂圖像的比較

對2 種細胞圖像進行一一對照，又具有前面辨析的基礎(chǔ)，學生很容易討論分析得出相同點和其中的一個不同點。相同點：染色體行為和數(shù)量變化相同，即：染色體復制1 次，并均分到2 個子細胞中。其中的一個不同點：在分裂末期，細胞一分為二的方式不同，植物細胞在中央出現(xiàn)細胞板，而動物細胞的細胞膜向內(nèi)凹陷即縊裂。教師繼續(xù)提問：植物細胞為什么不能像動物細胞那樣縊裂？學生回答植物細胞具有一定堅韌度的細胞壁，而動物細胞沒有。此時，教師出示中心體發(fā)出星射線的亞顯微圖像，學生馬上能意識到另一個不同點：分列前期形成紡錘體的方式不同，動物細胞的紡錘體是由中心體發(fā)出的星射線形成的，而高等植物細胞沒有中心體。在教師的引導下，學生明確植物細胞的紡錘體是由細胞兩極的細胞質(zhì)基質(zhì)發(fā)出的紡錘絲形成的。以上過程提高了學生對比、判斷、分析和總結(jié)的能力，認同結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)這一觀點。最后，教師出示動、植物細胞有絲分裂模式圖。此圖中異同點比較明顯和形象化，可加深學生的視覺印象，從而進一步明確動、植物細胞有絲分裂過程的異同點。

3.4 小組活動2：模擬有絲分裂的過程 教師準備了橡皮泥和半張A4 紙，指導學生制作復制前、后的染色體，并提出活動要求：半張A4 紙為細胞的輪廓，體細胞內(nèi)染色體數(shù)為4，模擬一個細胞周期內(nèi)染色體行為和數(shù)量的變化。學生邊討論、邊思考、邊模擬。最后由一組學生通過投影儀進行展示及說明： 先用橡皮泥捏成未復制的2 條長染色體和2 條短染色體各2 份。分裂間期：細胞最初有1份，即2 條長染色體和2 條短染色體；復制時將另一份染色體分別和細胞內(nèi)的染色體的著絲點粘在一起； 分裂前期： 將4 條染色體散亂地放在細胞中；分裂中期：將4 條染色體的著絲點排列在赤道板上； 分裂后期： 在著絲點處將姊妹染色單體分開，并移向兩極；分裂末期：兩極的染色體所在的位置分別為一個細胞。這一過程提高了學生用已有理論知識指導實踐的能力，提高思維、探索和動手能力，同時進一步理解和把握有絲分裂過程中染色體的行為和數(shù)量變化。

3.5 設(shè)疑 教師引導思考：動、植物細胞經(jīng)過一次有絲分裂，由1 個細胞形成2 個相同的細胞，隨著細胞分裂次數(shù)的增多，細胞數(shù)量也越來越多。例如，人的受精卵發(fā)育成嬰兒的過程是否只是細胞分裂的結(jié)果？此問題將在下節(jié)課進行探討。這樣的設(shè)疑有助于激發(fā)學生的求知興趣，并培養(yǎng)質(zhì)疑精神。