新课标人教版高中生物必修一第六章第一节【第一课时】《模拟探究

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新课标人教版高中生物必修一第六章第一节【第一课时】《模拟探究细胞表面积与体积的关系》精品学案

一．教材分析

本节实验是学生的第一个模拟探究活动。模拟实验也是一种行之有效的研究生物学的方法。其实模拟对我们来说并不陌生，老教材中已有多处体现。例如：制作DNA双螺旋结构、模拟一对相对性状遗传的性状分离比、小生态瓶的制作……，只不过没有引起我们足够的重视。这种方法在新教材中再次出现，强调了它的存在价值。而与人教版教材相比，中图版的该实验无论是从目的要求还是分析讨论题的设置，都更具有探究性和思考性。本实验操作比较简单，时间也不长，教师要指导学生尽快完成实验，重点放在对实验结果的讨论上，以更好地体现该课题的探究性。

二．教学目标

知识目标：

(1)描述细胞表面积与体积的比例关系。

(2)分析得出表面积与体积之比较大者，其细胞代谢效率较高。

(3)通过模拟实验，体验细胞必须要保持一定的体积，并认同细胞生长到一定大小后停止生长，细胞进入分裂增殖。

能力目标：

通过实验培养学生的观察能力、分析问题的能力及创新能力，培养学生自主学习的能力。

情感、态度和价值观目标：

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通过让学生体验模拟实验这种研究方法，从而提高学生的生物学科学素养。

三．教学重点、难点

探究细胞体积与表面积之比和细胞分裂的关系。

四．教学方法

模拟实验教学法

五．材料器具

略，见教材75页

六．教学过程

新课导入：教师从世博园的“太空西瓜”引出生物体在不断长大的过程中，细胞的体积和细胞的数量都在增加，细胞数目的增加是通过细胞分裂实现的。而细胞的大小以及细胞表面积和细胞体积的比例是影响细胞分裂的因素之一。

设计意图：通过实例导入，让学生体会到知识源于生活并服务于生活，激发学习的兴趣。

师生互动，创设问题情景：

师：一个边长为a的正方体的体积怎样计算？体积又怎样计算？ 生：V=a3 S=6a2

师：一个边长为1cm的正方体的体积和面积之比为多少？

生：1:6

师：如果正方体的边长增加为3cm时，其体积与表面积之比为多少？ 生：1:2

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师：可以看出随着体积的增大，体积与表面积之比越来越小，单位体积所“分摊”到的表面积发生怎样的变化？

生：减小

师：同样的道理，随着细胞体积的增大，细胞的体积与表面积之比会越来越小，这种变化对细胞的正常生命活动会产生什么影响？下面我们来做一个模拟实验。

设计意图：利用相关学科的知识理解生物学问题，促成学科之间知识的融合与迁移，激起学生强烈的探究欲望。

模拟探究活动：

教师活动：检查学生的预习情况，通过提问明确本次探究活动的目的要求和实验原理。

学生活动：回答老师提出的问题，明确活动程序如下。

步骤一：用塑料刀将琼脂块切成三块边长分别为3 cm、2 cm和l cm的立方体。

步骤二：把三块琼脂块放在烧杯内，加人0.1％ NaOH溶液将琼脂块淹没。用塑料匙不时翻动琼脂块10min。

步骤三：画出下表，进行必要的计算，将表面积、体积和比值三栏填满。并请简化数据，避免小数点后面位数过于庞大。比值指表面积与体积之比。

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步骤四：10min后戴上手套，用塑料匙把琼脂块从NaOH溶液中取出来。用纸巾把它们吸干，未干之前不要接触它们。用塑料刀把每一琼脂块切成两半。观察切面，记录观察结果。测量每一块上NaOH扩散的深度。填入上表。

教师活动：指导各小组检查实验材料和用具的准备情况，强调实验操作的规范性和注意事项。

学生活动：先检查材料用具，然后根据实验步骤进行操作第一、二步。 师生活动：在溶液扩散过程的同时，师生一起完成表格的前三栏，理解相对表面积的概念及其变化规律。

学生活动：完成步骤四。

在整个过程中注意发挥每个小组长的示范作用，注意小组成员之间的分工合作，教师巡回指导，检查每一小组的操作是否规范。

师生活动：完成表格的第四栏。并对实验结果进行分析讨论如下： 分析讨论：

1.根据琼脂块表面积与体积比值的计算及琼脂块变色深度的测量，你能预测到什么?

从颜色的变化可以知道NaOH扩散得有多远。在一定时间内，NaOH在琼脂块的每一侧扩散的距离大致相同。说明NaOH在琼脂块内扩散的速率大致相等。

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琼脂块从最大到最小的顺序为：3 cm、2 cm、1 cm。按表面积与体积比值的顺序从最大到最小则为琼脂块1 cm(6:1)、2 cm(3:1)、3 cm(2:1)。顺序恰好倒过来了。若每边为0.01 cm，则表面积与体积之比为600:1。随着细胞体积的增大，表面积与体积的比值就下降，单位体积内分配到的表面积越来越小。

2.大多数高等动植物细胞的体积一般在20~30μm3之间，根据本实验细胞模型的探究，你能否分析细胞为什么如此微小?

细胞通过细胞表面的细胞膜与外界进行物质交换。随着细胞体积的变大，其相对表面积就越小，这对细胞代谢是不利的。因为细胞生命活动与外界环境的物质交换如吸收、排泄、分泌及扩散等，都是通过细胞表面的细胞膜进行的。我们可以预测细胞表面积与体积之比减小会使细胞代谢效率降低。细胞体积一味增大对细胞生存不利。

3.你认为细胞生长到一定程度时，采用什么办法可保证细胞代谢需要？

细胞生长到一定程度，将停止生长，转而进行细胞分裂。这就摆脱了细胞生长带来表面积与体积之比下降的困境，也是细胞增殖的原因之一。

4.从核、质关系比较细胞不能无限长大的原因？

细胞核是细胞代谢和遗传的控制中心，细胞质为细胞核提供能量和物质。而细胞越大，细胞核控制生命活动过程中消耗的能量越多，同时细胞核协调控制细胞的整体功能越困难。

5.试分析影响细胞分裂的因素有哪些？

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细胞的体积与表面积之比，核质比，外界的温度，细胞营养物质的供应情况等。

设计意图：通过一系列具有探究性、思考性的问题，师生互动，生生互动，进行充分的探究和讨论，锻炼学生主动参与，自主发现的学习意识和学习习惯。

课堂小结：

由学生进行课堂小结：模拟实验是一种生物学研究方法，通过本节课的实验，可以探讨得出影响细胞分裂的有关因素，其中细胞表面积与体积之比是比较重要的因素之一，明白了细胞长大到一定的程度，就会进行细胞分裂。

规整器材，清理实验台。

布置预习细胞的有丝分裂。

六．课后感悟

以前模拟实验都是一“讲”而过。本节课通过学生亲自参与、亲身体验，感悟模拟实验这种生物学研究方法，并在自主探究、合作学习中领悟相关知识。这种授课方式是新课改所倡导的。广大教师应充分重视模拟实验课。