1、叶绿体、线粒体及细胞骨架的显微结构教学设计曹 刚（吉林大学附属中学 长春 130021）课题来源课题源于人教版生物必修1分子与细胞第3章第2节细胞器-系统内的分工合作中的用高倍显微镜观察叶绿体和线粒体。实验设计理念伽利略曾说过“科学的真理不应该在古代圣人的蒙着灰尘的书上去找，而应该在实验中和以实验为基础的理论中去找。” 生物教学也同样离不开实验，实验教学是生物学教学的基本形式之一，高中生物教材中收录了大量的实验，在这些实验中有部分实验还可以进一步改进和创新，并且创新可以从多方面得以实现。另外在实验教学中应注重有效落实新课程所倡导的提高生物科学素养、探究性学习及面向全体学生等理念。教材和学情分析
2、教材分析：教材本节实验包括三方面内容：（1）显微观察叶绿体；（2）显微观察线粒体；（3）细胞骨架的成分和功能。学情分析：学生通过前面的学习已有了一定的生物学理论基础，并且通过前面的实验训练学生已经可以熟练的使用显微镜了。因此，学生完全可以完成本实验。教学目标知识目标：1.举例说出几种细胞器的结构和功能2.描绘细胞质基质的流动性 情感目标：1.体验实验中的愉悦情感2.形成探究与合作意识 能力目标：1.巩固高倍镜的使用方法和临时装片的制作方法 2.进行观察及捕获、分析并处理有效信息 教学重点和难点重点：使用高倍显微镜观察叶绿体和线粒体难点：制作临时装片，使用高倍显微镜观察叶绿体和线粒体实验改进与创
3、新对于实验的改进应该集中在实验条件、实验材料、实验教学形式以及实验的拓展延伸等三各方面。改进不但有利于实验本身，而且在改进过程中也会让学生体验到创新的好处，且在获得生物知识与技能的同时，受到科学方法的训练，形成相关的情感、态度和价值观。本节实验课的改进主要集中在实验材料、实验教学形式和实验拓展延伸上。（1）材料的改进：教材中观察线粒体实验所用实验材料为人的口腔上皮细胞，该材料不但取材较难，而且成功率低，观察效果也不理想（图1）。因此我将其改成了洋葱内表皮（图2），不但易于取材，而且效果也显而易见（图3）。 图1 图2 图3（2）实验教学形式的改进：新课程所倡导的探究式教学其实也可以用于实验教学
4、中，教材中原实验为验证性实验，学生虽然可以得到实验结果，但不利于学生理解和记忆。我在本节实验教学中引入探究元素。在观察叶绿体的实验中通过学生自带不同的实验材料，观察和介绍不同实验材料得到的不同结果，探究产生不同实验结果可能的原因，最后得到结论，让学生可以更好的理解实验材料的重要性，为以后的实验教学做好铺垫。同时学生通过探讨如何让叶绿体流动，再付诸于行动，可以提高学生对问题的研究能力和培养学生的探究欲望。学生通过加热和机械损伤等处理方法叶绿体真的动了。如此生动的实验结果必然激发学生更强的探究欲望。 图4 图5（3）实验的拓展延伸：细胞骨架对于学生是一个比较陌生的微观结构，仅凭教材的图片和文字说明
5、（图6）学生很难理解掌握，我在本节实验的基础上拓展了细胞骨架的观察，在实验中我依然选择洋葱内表皮作为材料，通过脱蛋白和考马斯亮蓝染色，就可以看到清晰的细胞骨架。教学流程图导 入从颜色反应实验引入总结归纳观察叶绿体无需染色显微观察叶绿体操作、观察原理讲解，多种材料目的交流讨论原理讲解，改进原则 操作、观察显微观察线粒体表述观点、交流讨论实验延伸实验原理讲解观察细胞骨架目的实验过程实验结果分析与讲解系统归纳，主题深化课题延伸问题拓展，课后延伸环 节教师活动学生活动师生活动图示说明：教学过程一、观察叶绿体和细胞质流动1.阐明实验原理、讲解实验过程教师活动：实验原理：植物绿色部位的细胞中含有叶绿体。如
6、果将叶片的横切片制成临时装片，就可以在显微镜下观察到叶绿体。某些植物幼嫩的叶也可直接用于观察叶绿体。实验过程：实验材料：自带材料（藻类和各种绿叶） 实验步骤：(1)载玻片滴一滴清水 (2)镊子取一小片叶（注意：如菠菜叶等要稍带叶肉的下表皮） (3) 放入水滴 (4) 盖上盖玻片，观察注意事项：在观察黑藻前10 min，用40的水浸泡黑藻的叶。这样的叶用于制作临时装片，便于观察到黑藻的叶绿体随细胞质而流动。2.进行实验得出结果并讨论学生活动：进行实验操作，交流实验结果解决探究问题。及时利用数码互动显微镜交流各小组所观察的实验现象根据实验结果，引导学生通过思考与讨论，解决探究问题“选择观察叶绿体的
7、实验材料时，应注意什么问题？”。教师活动：教师总结，得出材料的选择原则及重要性。二、观察线粒体 1.阐明实验原理、讲解实验过程 教师活动：实验原理：线粒体是细胞进行有氧呼吸的主要场所，内含细胞色素氧化酶系。健那绿是一种碱性染料，可以专一性地对线粒体进行染色。与线粒体内的细胞色素氧化酶系发生作用时，染料始终保持氧化状态，呈蓝绿色;而线粒体周围的细胞质中的染料被还原为无色的状态。通过染色可以在高倍显微镜下观察到呈现蓝绿色的线粒体。实验过程：实验材料：洋葱内表皮细胞，人的口腔上皮细胞实验步骤：(1)载玻片滴一滴健那绿 (2)取洋葱内表皮，放入健那绿内染色1015分钟 (3)吸去染色液，加蒸馏水 (4
8、) 盖上盖玻片，观察注意事项：(1)在适宜的温度下制作人的口腔上皮细胞临时装片。可以将健那绿染液保持在37，尽可能使人的口腔上皮细胞在染色期间保持在生活状态。(2)用健那绿染液染色时，要染色1015 min。在此期间要适当添加染液，以保证细胞不干燥。2.进行实验得出结果并讨论学生活动：进行实验操作，交流实验结果解决探究问题。及时利用数码互动显微镜交流各小组所观察的实验现象根据实验结果，引导学生通过思考与讨论，解决探究问题“1.具有较多线粒体的细胞在功能上有什么特点？2为什么用健那绿染液作为观察线粒体的染色剂？”。教师活动：教师总结实验结论。三、观察细胞骨架1.生物兴趣小组汇报（1）实验原理：1
9、考马斯亮蓝R250是一种普通的蛋白质燃料，它可以使各种细胞骨架蛋白质着色，并非特异地显示微丝，但是由于有些细胞骨架纤维在该实验条件下不够稳定，例如微管；还有些类型的纤维太细，在光学显微镜下无法分辨，因此我们看到的主要是微丝组成的张力纤维，直径约40nm左右。2M-缓冲液有稳定细胞骨架的作用。其中的咪唑是缓冲剂，EGTA（乙二醇双醚四乙酸）和EDTA（乙二胺四乙酸）螯合Ca2+离子，溶液中并提供Mg2+离子，在此低钙条件下，骨架纤维保持聚合状态并且较为舒张。3Triton X-100是非离子型表面活性剂（去污剂）。适当浓度的Triton X-100处理细胞时，可将细胞质膜中和细胞质中的蛋白质和全
10、部脂质被溶解抽提，但细胞骨架系统的蛋白质不受破坏而被保存。这样，使细胞骨架图像更清晰。（2）实验过程：1取材2抽提3冲洗4固定5冲洗6染色7制片注意事项：1各步洗细胞要轻，勿使细胞脱落。2由微丝组成的应力纤维（张力纤维）是一种动态结构，细胞充分贴壁铺展时纤维挺直、丰富；反之，细胞收缩变圆，应力纤维弯曲，甚至部分解聚消失而显稀少。（3）实验结果分析、阐述细胞骨架本质和作用2.教师总结补充四、总结实验过程及结构，思维深度探究教师活动：总结四个问题1选择观察叶绿体的实验材料时，应注意什么问题？2具有较多线粒体的细胞在功能上有什么特点？3为什么用健那绿染液作为观察线粒体的染色剂？4细胞中的叶绿体和线粒
11、体的共同特点是什么？引发学生思考、讨论学生活动：积极讨论、踊跃发言。设计意图：让学生对于实验的伦理基础进一步加深。 叶绿体、线粒体及细胞骨架的显微观察一、显微观察叶绿体 二、显微观察线粒体 三、显微观察细胞骨架1.实验材料： 1.实验材料： 1.实验材料：2.实验原理： 2.实验原理： 2.实验原理：3.实验过程： 3.实验过程： 3.实验过程：板书设计 教学体会与反思（1）实验一定不要离开创新，实验只有在不断的创新和改进中才能越来越易于操作和便于得到理想的实验结果。这样才能让学生真正体会到实验的乐趣和益处。（2）在新课程中，教师要创造性地使用教材。教师应依据课程标准，加强实验模式的研究，将实
12、验内容适当拓展，并尽可能多的让学生参与实验，创设条件使学生身临其境，使学生在做中学，探究中领悟。（3）探究实验的目的并不在于得到全班学生统一的结果，重在使学生真正参与探究过程，在实践中获得具体的经验体会，比如本课中设置问题，学生探究实验去鉴别蔗糖溶液浓度的高低，主要是为了让学生懂得科学的探究方法，培养严谨的科学态度，使他们的创新意识得到发挥。(4)高考命题常以实验形式出题，特别是实验原理、实验现象、实验过程及探究，学生只有通过做实验才能真正知道如何完成这部分题。如在前面我让学生思考的那四个问题，其实高考也无外乎于此。总之，这种亲身探究、生生互动的实验场景和开放式的实验探讨模式、学习方式正是新一轮课程改革所倡导的。新课程为置身于其中的每一位教师和学生都提供了更加广阔的舞台。只有不断思考，勇于创新，才能分享成功的喜悦。