1.2 细胞的多样性和统一性（教学设计）生物人教版2019必修1

第1章 走近细胞 第2节　细胞的多样性和统一性 年级 高一年级 授课时间 2课时 课题 第2节　细胞的多样性和统一性 教材分析 本节内容是人教版高中必修1第1章第2节，属于基础内容。从知识体系来看，这一节内容衔接了初高中生物知识中关于显微镜的使用这一重要内容，对于后续开展生物学习十分重要。同时，介绍了原核细胞与真核细胞，有助于学生对于细胞分类的整体理解。本节从细胞自身的形态结构上让学生认识细胞的多样性和统一性，即细胞的形态结构多种多样，细胞具有统一的结构模式。 在本模块的教学中，教师要深入架构起显微镜的结构、用活动的方式开展和引申出细胞的多样性和统一性具体含义，辅助学生形成原核细胞和真核细胞的结构的统一性的具体体现点，又要从功能和结构等多个方面阐述多样性的具体成因。完成本模块后，学生能够从结构决定功能这一视角，解释细胞分类的依据和原因，同时通过观察多种多样的细胞，说出这些细胞的多种形态功能，同时又具有相似的结构基础。 教学目标 【课标要求】 概念1 细胞是生物体结构与生命活动的基本单位 1.3 各种细胞具有相似的基本结构，但在形态与功能上有所差异 1.3.1 说明有些生物体只有一个细胞，而有的由很多细胞构成，这些细胞形态和功能多样，但都具有相似的基本结构 1.3.2 描述原核细胞与真核细胞最大区别是原核细胞没有由核膜包被的细胞核 【素养目标】 1.在通过显微镜观察细胞之后，建立细胞的统一结构模型。（生命观念） 2.归纳概括原核细胞和真核细胞的特点，构建细胞多样性和统一性的体现，认识到结构决定功能的具体含义，进一步上升到生物界的统一性和多样性。（科学思维） 3.通过使用高倍显微镜观察几类细胞，归纳出不同细胞的异同。（科学探究、科学思维） 4.在探究细胞多样性和统一性的基础上，认同生物科学所涵盖的自然观。（社会责任） 学情分析 学生在初中阶段已经学习过如何使用低倍显微镜观察细胞，并初步学习过植物细胞与动物细胞的结构。学生在生活中看到或了解过关于水华的形成。通过初中的学习，学生已经具有一定的归纳、概括、对比的能力，但对细胞多样性与统一性的本质认识仍较为浅显。 学生对动植物细胞的基本区别有所了解，但缺乏对细胞类型（如原核与真核）的系统认识；学生日常生活中会接触到各种生物体，如细菌感染、植物生长等，但尚未形成科学解释的能力。学生具备一定的观察实验现象、绘制图表和总结知识点的能力，但在进行对比分析、归纳共性等方面仍有待提高。高一学生处于抽象思维逐步发展的关键期，好奇心强，喜欢动手操作和讨论，但也容易因信息量大而产生理解困难。 学习难点主要体现在如何区分原核细胞与真核细胞的本质差异、理解细胞统一性的生物学意义。突破措施包括结合实物观察、模型构建、多媒体动画展示等方式增强直观感受，并组织小组合作探究活动促进深度理解。 教学重、难点 【教学重点】 原核细胞和真核细胞的区别与联系。 【教学难点】 使用高倍显微镜观察几种细胞，比较不同细胞的异同点。 第1课时 教学过程 教学内容 教师活动 学生活动 新课导入 【问题探讨】 观察教材“问题探讨”中的四张照片并讨论： 1.图中共有几种细胞？它们的名称分别是什么？有哪些共同的结构的？ 提示：细胞膜、细胞核、细胞质。 2.请举一两个例子，说说不同种类细胞的形态结构不同的原因。 提示：因为生物体内的细胞所处的位置不同，功能不同，是细胞分化的结果。 PPT展示多种多样的细胞结构图，学生通过观察动植物细胞结构，的异同点。 引导学生总结得出“细胞具有多样性和统一性”。 得出结论：细胞种类繁多形态、结构、大小千差万别；动植物细胞有共同的结构：细胞膜、细胞核、细胞质。 新知探究 一、观察细胞 【创设情境】 观看视频：一滴水中的生物。 请同学们思考一下，一滴水中的众多微生物，我们如何观察到？ 我们要想观察到一滴水中的世界，肉眼无法观察到，必须依赖显微镜。显微镜成像技术是最重要的技术手段之一, 它让研究者能够观察到组织和细胞, 为各项研究提供直接而确切的证据。 PPT展示光学显微镜和电子显微镜图片，通过视频素材“人类历史上伟大的发明之一——显微镜”，让学生了解显微镜的发展历史。认识到科学和技术相辅相成的关系。 【探究·实践】使用高倍镜显微镜观察几种细胞 一、目的要求 （1）使用高倍显微镜观察几种细胞，比较不同细胞的异同点。 （2）运用制作临时装片的方法。 二、方法步骤 根据光学显微镜的构造和原理，以及使用低倍镜观察积累的经验，提出使用高倍显微镜的方法步骤和注意事项。 1、显微镜的主要构造 2、显微镜的成像规律 （1）放大倍数的计算 显微镜的放大倍数＝物镜放大倍数×目镜放大倍数 放大倍数指放大的长度或宽度，而不是面积或体积。 （2）成像特点：显微镜中成的像是上下、左右均颠倒的放大的虚像，即物像与实物是倒置的（水平旋转180度)。 显微镜下看到的物体环形运动方向与实际方向是相同的。 3、显微镜的操作 （1）低倍镜观察：取镜→安放→对光→压片→调焦→观察 ①取镜与安放。右手握镜臂，左手拖镜座取出显微镜，将其平稳放到实验台上，略偏左，保持显微镜距离桌边缘大约7cm，安装好目镜和物镜。 ②对光：转动粗准焦螺旋使镜筒上升，转动转换器让低倍镜对准通光孔，转动聚光器选择较大光圈，左眼注视目镜，右眼也睁开，调节反光镜让光线通过通光孔进去镜筒。 ③低倍镜观察：先用低倍镜观察找到物体位置（将标本放到载物台上正对通光孔，转动粗准焦螺旋使镜筒下降直到物镜快接触标本为止，再缓缓升起镜筒，直到看到物像为止，最后稍稍转动粗准焦螺旋，使看到的物像更加清楚）。 （2）高倍镜观察 找→移→转→调 ·低倍镜与高倍镜成像的区别 ·视野中污染物的判断 污物可能存在的位置：目镜、物镜、装片 判断方法： （3）归位：观察完毕，先提升镜筒，取下玻片标本。用纱布将显微镜外表擦拭干净，转动转换器，使两个物镜伸向前方，将镜筒缓慢降至最低，将反光镜放在直立的位置，将显微镜放回原处。 口诀： 一取二放三安装，四转低倍五对光， 六上玻片七下降，八升镜筒细观赏， 看完低倍转高倍，高倍镜下不动粗， 九退整理十归箱。 三、注意事项 1、从低倍镜观察清楚后不能直接转换为高倍镜，要先移到视野中央。也不能不通过低倍镜直接用高倍镜观察。（先低后高） 2、在低倍镜下先用粗准焦螺旋，后用细准焦螺旋。换上高倍镜后，不能再转动粗准焦螺旋，只能用细准焦螺旋来调节。（只细不粗） 3、换用高倍物镜后，若视野太暗，应先调节遮光器(换大光圈)或反光镜(用凹面反光镜)使视野明亮，再调节细准焦螺旋，使物象清晰。（先亮后清） 4、观察颜色深的材料，视野应适当调亮，反之观察透明标本时，则应适当调暗(换小光圈，平面镜)。视野一半暗一半亮，应调反光镜。 展示观察清晰和效果明显的小组的图片，并请该组同学简要说明高倍显微镜操作的步骤和注意事项，及成功要诀。展示教学过程中收集到的错误操作，请全班同学进行评析。 【活动】显微镜的成像特点及应用 1.如图①②分别是在低倍镜和高倍镜下观察到的细胞，③④⑤⑥分别是放大倍数不同的目镜或物镜。回答问题： （1） 若要将物像从图①调节为图②，应该如何操作？ （2） 图示③～⑥中，③比⑤的放大倍数______；放大倍数较高的镜头组合是________，与装片距离最近的镜头是______，使用________组合时视野亮度最亮。 （3） 将物像从图①调节为图②的过程中，应先把装片向右移动。若要将高倍镜下的视野调亮，应该如何操作？ 2.甲、乙两图分别为10×物镜和10×目镜下的观察结果，若将物镜换为40×，则视野中观察到的细胞数目分别为甲______个，乙______个。 甲 乙 ·视野中观察到一行细胞：可根据放大倍数与视野中细胞数成反比的规律计算。 ·圆形视野范围内充满细胞：可根据看到的视野中细胞数与放大倍数的平方成反比的规律计算。 3.将视野中的物像移至视野中央 显微镜成像特点：显微镜中成的像是上下、左右均颠倒的放大的虚像，即物像与实物是倒置的。 装片移动原则：应按照同向原则，即物像往哪偏离就将装片往哪移动，就可将物像移至视野中央(偏哪移哪)。 向 移动标本 【归纳拓展】显微结构和亚显微结构 光学显微镜下观察到的细胞结构被称为“显微结构”，电子显微镜下观察到的细胞结构被称为“亚显微结构”。 下图比较了肉眼、光学显微镜、电子显微镜的分辨率。 观看视频，思考问题：利用显微镜观察。 ①8÷4(长)=2个细胞。 ②64÷4(长)÷4(宽)=4个细胞。 显微镜下看到的物体环形运动方向与实际方向是相同的。 往左上角移动装片。 每两位同学为一个小组，在显微镜操作中遇到问题时可举手示意，也可寻求同伴的帮助，但前提是必须遵守实验室操作要求和课堂秩序。对临时装片制作流程不明确的同学，可参照黑板展示的操作流程。 学生小组合作完成操作，尽可能看到更多的细胞，并将观察到的细胞做出记录以便后续分享。 总结实验并完成实验报告。 1、 （1）移动标本→转动转换器→调节光圈→转动细准焦螺旋。 （2） 小；⑤⑥；⑥；③④ （3）换用大光圈和凹面镜。 2、放大了4倍，则 甲：低倍镜细胞数÷放大倍数=16÷4＝4个 乙：低倍镜细胞数÷放大倍数2=64÷42＝4个 3、 （1）目镜；物镜 （2）小；大；近 （3）②③ 随堂检测 1.如图中甲、乙为两个视野，由甲视野到乙视野必要的操作是（A） ①调节亮度 ②转动物镜转换器 ③转动目镜 ④调节粗准焦螺旋 A.①② B.②④ C.①③ D.③④ 【详解】由图观察可知，图甲转换为图乙，视野中细胞变大，这说明图甲转换为图乙是低倍镜切换为高倍镜的操作，其操作步骤是：移动玻片标本使要观察的某一物像到达视野中央→转动转换器选择高倍镜对准通光孔→调节光圈，换用较大光圈使视野较为明亮→转动细准焦螺旋使物像更加清晰；故由甲视野到乙视野必要的操作是①调节亮度和②转动物镜转换器，低倍镜切换为高倍镜时转动的是物镜，且调节的是细准焦螺旋。BCD错误，A正确。 2.下列有关普通光学显微镜的叙述，错误的是（B） A.视野中的草履虫向右游动，可向右移动装片进行追踪 B.用10倍物镜观察时玻片与物镜的距离小于用40倍物镜观察时玻片与物镜的距离 C.当用低倍镜看清物象后，转换成高倍镜后却看不到物象，原可能是被观察的物体未处于视野中央 D.若视野中有一异物，移动装片和转动物镜后异物不动，则异物应位于目镜上 【详解】A、物像与物体是上下左右均颠倒的，视野中一草履虫向右游动，可向右移动装片进行追踪，故A正确； B、如果用10倍物镜观察水绵玻片时，玻片与物镜的距离为0.5cm，若改用40倍物镜观察时，则玻片与物镜的距离应小于0.5cm，因为物镜放大倍数越大，镜筒越长，故B错误； C、当用低倍镜看清楚物像后，转换成高倍镜后却看不到物像，其原因可能是被观察的物体未处于视野中央，故C正确； D、若视野中有一异物，移动装片和转动物镜后异物不动，则异物应位于目镜上，故D正确。 3.光学显微镜下观察到的细胞结构被称为“显微结构”，电子显微镜下观察到的细胞结构被称为“亚显微结构”。下图比较了肉眼、光学显微镜、电子显微镜的分辨率。 下列结构中属于显微结构的是①②③④，属于亚显微结构的是⑤⑥⑦⑧⑨。 ①大液泡 ②细胞核 ③叶绿体形态 ④染色后的线粒体 ⑤核孔　 ⑥中心体　⑦内质网　 ⑧核糖体 ⑨细胞膜的“三层结构” 【详解】细胞中相对结构较大的可以用光学显微镜观察；利用光学显微镜观察到的结构是显微结构：①大液泡、②细胞核、③叶绿体、④染色后的线粒体。 细胞中相对结构较小的可以用电子显微镜观察；利用电子显微镜观察到的结构是亚显微结构：⑤核孔、⑥中心体、⑦内质网、⑧核糖体、⑨细胞膜。 课堂小结 板书设计 1.2 细胞的多样性和统一性 一、观察细胞 1.显微镜的成像：结构、原理 2.显微镜的操作 （1）低倍镜的使用：取镜→安放→对光→压片→调焦→观察 （2）高倍镜的使用：找→移→转→调 第2课时 教学过程 教学内容 教师活动 学生活动 新知探究 二、原核细胞和真核细胞 【思考讨论】 展示显微镜下观察到的多种多样的细胞。 讨论： 1.使用高倍镜观察的步骤和要点是什么？ 提示： (1)首先用低倍镜观察，找到要观察的物像,移到视野的中央； (2)转动转换器,用高倍镜观察，并轻轻转动细准焦螺旋，直到看清楚物像为止。 2.归纳观察到的细胞在结构上的共同点，并描述他们之间的差异，分析产生差异的可能原因。 提示：这些细胞在结构上的共同点是：有细胞膜细胞质和细胞核，植物细胞还有细胞壁。 各种细胞之间的差异和产生差异的可能原因是：这些细胞的位置和功能不同，其结构与功能相适应，这是个体发育过程中细胞分化产生的差异。 3.大肠杆菌是人和许多动物肠道中最主要且数量最多的一种细菌，周身鞭毛，能运动，主要生活在大肠内。下图是大肠杆菌的电镜照片，在本实验中观察到的细胞与大肠杆菌有什么主要区别？ 提示：大肠杆菌没有明显的细胞核、没有核膜、细胞外有鞭毛等等。 【活动1】认识原核生物和真核生物 实例：传统发酵食品的制作离不开各种各样的微生物。乳酸菌是厌氧细菌，在无氧的情况下能将葡萄糖分解成乳酸，可用于乳制品的发酵、泡菜腌制等。酵母菌是一类兼性厌氧型微生物，在无氧条件下能进行酒精发酵，可用于酿酒、制作馒头和面包等。 问题1：乳酸杆菌和酵母菌的名称中都带有“菌”，它们是否是一类生物？ 问题2：乳酸杆菌和酵母菌在结构上主要的区别是什么？ 1.细胞的分类 阅读教材P10，认识原核细胞和真核细胞。 思考问题： 1.原核细胞和真核细胞的划分依据是什么？ 2.什么是原核生物、真核生物？分别包括哪些类型？ 通过由浅入深的对原核细胞和真核细胞的讲解，逐步过渡到原核生物和真核生物的差异性和统一性。 播放视频素材：认识蓝藻，保护洱海 通过洱海蓝藻防控科普短片介绍常见的原核生物——蓝细菌。 2.常见的原核生物——蓝细菌 引导学生阅读教材，结合PPT展示，认识蓝细菌。 结 构： 生活方式：细胞内含有藻蓝素和叶绿素，能进行光合作用，为自养生物。 补充介绍——自养生物：利用环境中的二氧化碳、水、无机盐等无机物，通过光合作用等生物过程制造自身有机物的生物。 种类：色球蓝细菌、念珠蓝细菌、颤蓝细菌、发菜等。 特点：比其他细菌大，用肉眼分辩不清蓝细菌细胞。淡水水域污染后富营养化，细胞群体会形成水华。 介绍“水华”和“赤潮”，让学生认识到水体富营养化导致的环境问题。 3.常见的原核生物——细菌（以大肠杆菌为例） 引导学生阅读教材，结合PPT展示，认识细菌。 生活方式：绝大多数种类是营腐生或寄生生活，一般为异养生物，少数为自养生物。 补充介绍——异养生物：将外界环境中现成的有机物，转变成自身的组成物质，并且储存能量的生物。 种类： ①自养型细菌：硝化细菌、硫细菌、铁细菌、光合细菌； ②名称中带形状的菌：杆菌、球菌、弧菌、螺旋菌等； ③根瘤菌、固氮菌、乳酸菌、醋酸菌等。 一般情况下，名称“××菌”前面为“杆”“球”“弧”“螺旋”等表示形态的词，都属于细菌。 思考：乳酸菌属于原核生物吗？ 展示各种各样的原核生物图片，总结归纳细菌的细胞结构有什么特点？主要有哪些类群？ 【归纳拓展01】常见的原核生物类群——“三菌三体” 原核生物主要类群： 三菌：蓝细菌（蓝藻）、细菌、放线菌 三体：衣原体、立克次氏体、支原体（最小、无细胞壁） 4.真核生物 概念：由真核细胞构成的生物叫真核生物。 主要类型：包括动植物（界）、真菌（界）和原生生物（界）。动植物为多细胞生物；真菌有单细胞的（如酵母菌），也有多细胞的（如蘑菇）；原生生物为单细胞真核生物，包括藻类、原生菌类、原生动物类。 注：带“菌”字的可能是细菌，也可能是真菌，如“链霉菌”属于放线菌、“青霉菌”属于真菌。 【归纳拓展02】比较原核生物和真核生物 【活动2】讨论细胞的统一性和多样性 展示多种多样的细胞，讨论问题： 1.什么是细胞的多样性？细胞的多样性体现在哪里？ 2.什么是细胞的统一性？细胞的统一性体现在哪里？ 3.细胞的统一性还可以体现在哪些方面？ 提示： ①在化学组成上：组成不同细胞的元素和化合物种类基本一致。 ②在细胞结构上：都有细胞膜、细胞质与核糖体。 ③在遗传物质方面：都以DNA为遗传物质，且共用一套遗传密码子。 ④在能源物质方面：都以ATP为直接能源物质。 ⑤在细胞增殖方面：都是通过细胞分裂的方式增殖。 4.细胞的统一性能说明什么问题？ 5.细胞的多样性的根本原因是什么？ 提示：遗传物质表达的情况不同。 【归纳拓展03】细胞的统一性和多样性补充 1. 硝化细菌（通过化能合成作用制造有机物）、蓝细菌（无叶绿体，但含有与光合作用有关的色素和酶）都属于自养生物。 2. 需氧细菌、蓝细菌都能进行有氧呼吸（无线粒体，但细胞含有与有氧呼吸有关的酶）。 3. 原核生物没有细胞核，故拟核是原核生物储存遗传信息的主要场所（细胞质中还有质粒）。 4. 核糖体之所以是真核细胞和原核细胞共有的细胞器，是因它是合成蛋白质的场所，任何生物都离不开蛋白质。 【归纳拓展04】有关生物认识的几个“不一定” 1. 不属于真核生物的不一定就是原核生物，病毒没有细胞结构，既非原核生物也非真核生物。 2. 原核细胞不一定都有细胞壁，如支原体无细胞壁。 3. 能进行光合作用的细胞不一定都有叶绿体，如蓝细菌细胞。 4. 没有细胞核的细胞不一定都是原核细胞，如哺乳动物的红细胞和高等植物的筛管细胞无细胞核。 观察细胞图像，讨论问题。 大肠杆菌没有明显的细胞核、没有核膜、细胞外有鞭毛等等。 问题1：提示：乳酸杆菌为细菌，是原核生物；酵母菌为真菌，是真核生物。 问题2：提示：乳酸杆菌无细胞核，酵母菌有细胞核。 通过阅读教材，初步认识原核生物和真核生物。 讨论问题： 1.根据细胞内有无以核膜为界限的细胞核，划分为真核细胞和原核细胞。 2.真核细胞构成的生物叫作真核生物：植物、动物、真菌等。 原核细胞构成的生物叫作原核生物：主要是各种细菌。 观看视频，认识蓝细菌。 提示：乳酸菌只是一个统称，主要包括乳酸链球菌、乳酸杆菌。 结合教材及PPT，总结归纳细菌的结构特点。 观察图片，总结归纳真核细胞的结构特点。 1.自然界中细胞形态结构多种多样，体现了细胞的多样性。 2.这些细胞都具有细胞膜，细胞质，细胞核，这反映这些真核细胞间具有统一性。真核细胞与原核细胞的统一性主要体现在二者均有细胞膜、细胞质、核糖体、DNA、RNA。 4.地球上所有的生物来自于共同的祖先。 随堂检测 1.将以下常见的原核生物和真核生物分类填写在相应框中（填序号）。 ①蓝细菌 ②绿藻 ③发菜 ④紫菜 ⑤硝化细菌 ⑥酵母菌 ⑦大熊猫 ⑧大肠杆菌 ⑨链球菌 ⑩颤蓝细菌 ⑪念珠蓝细菌 ⑫色球蓝细菌 ⑬根霉菌 ⑭玉米 真核生物：②④⑥⑦⑬⑭ 原核生物：①③⑤⑧⑨⑩⑪⑫ 2.关于下列微生物的叙述，正确的是（C） A.蓝细菌细胞内含有叶绿体，能进行光合作用 B.酵母菌有细胞壁和核糖体，属于单细胞原核生物 C.破伤风杆菌细胞内不含线粒体，但具有成形的细胞核 D.支原体属于原核生物，细胞内仅含核糖体这一种细胞器 【详解】A、蓝细菌是原核生物，没有叶绿体，但含有叶绿素和藻蓝素，能进行光合作用，A错误； B、酵母菌有以核膜为界限的细胞核，属于真核生物，B错误； C、破伤风杆菌细胞是原核细胞，只有核糖体一种细胞器，不含线粒体等复杂的细胞器，其生存和繁殖依赖无氧环境，C正确； D、支原体属于原核生物，细胞内不含有染色质，D错误。 3.鱼腥蓝细菌分布广泛，它不仅可以进行光合作用，还具有固氮能力。下列关于该蓝细菌的叙述，不正确的是（C） A.属于自养生物 B.可以进行细胞呼吸 C.DNA位于细胞核中 D.大量增殖可引起水华 【详解】鱼腥蓝细菌为原核生物，细胞中无细胞核，故C错误。 4.下列关于生物共同特征的叙述，正确的是（A） A.发菜、色球蓝细菌都含有核糖体 B.酵母菌属于细菌，无成形的细胞核 C.草履虫、乳酸杆菌和霉菌都含有细胞核 D.烟草花叶病毒、衣藻和蓝细菌都含有细胞壁 【详解】A、发菜、色球蓝细菌都是原核生物，只有核糖体一种细胞器，A正确； B、酵母菌是真核生物，属于真菌，有成形的细胞核，B错误； C、乳酸杆菌是原核生物，没有成形的细胞核，C错误； D、烟草花叶病毒不是细胞类生物，没有细胞结构，因此也没有细胞壁，D错误。 5.关于a、b、c三类生物及其共同特征的叙述，正确的是（D） A．a中生物的遗传物质都是DNA B．b中只有蓝细菌是自养生物，是因为有能进行光合作用的叶绿体 C．c中生物都有细胞壁，都没有以核膜为界限的细胞核 D．新型冠状病毒只能寄生于活细胞中，体现了细胞是最基本的生命系统 【详解】A、新型冠状病毒、流感病毒等的遗传物质是RNA，A错误； B、蓝细菌属于原核生物，没有叶绿体，B错误； C、衣藻和金鱼藻属于真核生物，含有核膜为界的细胞核，C错误； D、病毒只能寄生于活细胞中，这说明生物的生命活动离不开细胞，体现了细胞是最基本的生命系统，D正确。 课堂小结 板书设计 1.2 细胞的多样性和统一性 二、原核细胞和真核细胞 1.真原核细胞的本质区别：有无以核膜为界限的细胞核 2.原核细胞结构特点 3.真核细胞结构特点 4.比较原核细胞和真核细胞的异同点（列表） 教学反思 部分学生对原核细胞和真和细胞的辨析易出错。后续教学可更多结合实例，加强对学生薄弱点的指导。此外，对于抽象概念，可引入更多生活实例辅助理解，提升教学效果。 / 学科网（北京）股份有限公司 $$