“动物细胞有丝分裂”实验教学设计与实施

赵守环 （北京市第一六一中学 北京 100031）

1 学习内容及学情分析

“动物细胞有丝分裂过程”是浙科版必修1《分子与细胞》第4 章“细胞的增殖与分化”第1节“细胞的增殖”第2 课时教学内容。染色体行为和数量变化是有丝分裂过程的关键特征，在一个细胞周期中，染色体复制一次，并均分到2 个细胞中，保证了遗传的连续性和稳定性。本节课探究动物细胞有丝分裂的过程，并比较动、植物细胞有丝分裂的异同。学生已掌握了与动、植物细胞有丝分裂过程有关的细胞结构，对本章节的学习将起到一定的铺垫作用。在第1 课时的教学中，将植物细胞的微观分裂过程抽象为理想化的宏观模式图，引导学生明确植物细胞有丝分裂各个时期细胞图的特点。同时，学生已熟练掌握了显微观察技术，并对显微观察微观现象有着强烈的好奇和热情。因此，学生已有的知识、相关能力和相应的情感都为本节课的实施打造了基石。

2 教学目标

1）知识目标：①能识别动、植物细胞有丝分裂各个时期的显微细胞图像；②能说明动、植物细胞有丝分裂过程的异同点。

2）能力目标：①2 人一组，利用显微镜分别观察植物根尖和马蛔虫受精卵的永久装片，并讨论、辨析各个时期的细胞，提高显微镜操作能力和合作、观察、探索能力；②通过观察和讨论，辨别动、植物细胞有丝分裂过程的异同，提高分析、总结能力和解决问题的能力；③以橡皮泥为染色体材料，模拟有丝分裂过程中染色体行为和数量的变化，提高动手实践能力。

3）情感态度与价值观目标：①通过合作的方式进行显微观察并分析异同，养成合作的意识和探索的科学精神；②分析动、植物细胞有丝分裂的不同点，认同结构与功能相适应的生物学观点。

3 教学过程设计与实施

3.1 温顾旧知，通过质疑引入新课 教师出示植物细胞有丝分裂各时期的模式图，学生观图、思考，并回答各时期的特点，既复习了上节课内容，又为本节课打下了基础。教师提问：分裂间期染色体进行了复制，导致每一条染色体上DNA 数量发生了怎样的变化？2 条姊妹染色单体上的DNA 是否相同？为什么？分裂后形成的2 个子细胞的染色体是否相同？与亲代细胞是否相同？学生在回答中体会并认同了植物细胞有丝分裂的意义。师生共同总结：通过有丝分裂，形成的2 个子细胞的染色体完全相同，并与亲代细胞完全相同，保证了遗传性状的稳定性。教师再以问题串的形式提出质疑：模式图是清晰的理想化状态，植物细胞有丝分裂过程的真实状态是怎样的？动物细胞又是怎样的？二者会有相同之处吗？高等植物细胞和动物细胞彼此都具有特有结构，这对有丝分裂会产生影响吗？教师提示显微镜观察能揭晓这些问题的答案，导入新课并激发学生探究的热情和求知的欲望。

3.2 小组合作活动1 利用显微镜先后观察植物和动物细胞的有丝分裂。

3.2.1 教师指导观察，避免出现误区 以洋葱根尖细胞和马蛔虫受精卵永久装片为植物和动物细胞有丝分裂的材料，教师先出示洋葱根尖结构显微图像并提问：根尖共分为几个区，分别是什么？应选择哪一区进行观察，为什么？该区细胞在形态上有什么特点？教师可适当引导，学生回答：植物根尖共有4 个区，分别是成熟区、伸长区、分生区和根冠，其中分生区细胞能进行有丝分裂，该区细胞呈正方形，排列紧密。教师出示马蛔虫受精卵永久装片显微图像，指导学生辨别受精膜与细胞膜的区别。这样能提高观察的有效性和针对性。

3.2.2 学生活动：显微观察并辨析各个时期的细胞 教师引导：首先观察、辨析植物细胞有丝分裂各个时期（分裂间期及分裂期的前、中、后、末期）的细胞。其次观察、辨析动物细胞有丝分裂各个时期的细胞，并思考依据是什么？（提示：相对于洋葱根尖细胞的永久装片，马蛔虫受精卵永久装片的分裂图像没有那么清晰，所以不同状态的动物细胞图像之间的比较很重要。）最后寻找动、植物细胞有丝分裂过程有何异同点？

学生2 人一组，以植物细胞有丝分裂模式图中各时期的特点为依据，依次观察洋葱根尖细胞和马蛔虫受精卵永久装片，一边观察、辨析各个时期的图像，一边讨论。目的是养成合作意识、提高观察能力和探索热情。

3.3 分享观察成果、总结植物和动物细胞有丝分裂过程的异同点

3.3.1 植物细胞有丝分裂图像的分析 教师用幻灯片展示洋葱根尖分生区细胞有丝分裂各个时期的显微细胞图像（图1）并提出问题：你们小组刚才观察到了哪些图像？处于哪一时期？依据是什么？如果你观察到了这些图像以外的有一定特点的细胞，请进行描述。

图1 洋葱根尖分生区细胞有丝分裂图像

学生辨析图像： 每个学生都认真观察幻灯片图像，并回忆刚才的显微观察结果，小组学生代表从图像中找出本小组观察到的细胞，并说明所处时期及其依据，经过辨析讨论，最后统一答案：A.分裂间期，没有观察到染色体；B.分裂前期，染色质已高度螺旋成染色体，且散乱排列；C.分裂后期，姊妹染色单体分离，移向两极；D.分裂末期，可见的染色体已经解螺旋，成为不可见的染色质，细胞即将一分为二；E 分裂后期，姊妹染色单体分离，移向两极；F.分裂末期，可见的染色体已解螺旋，成为不可见的染色质，细胞即将一分为二；G.分裂中期，染色体排列在赤道板上；H.分裂前期，染色质已高度螺旋成染色体，且散乱排列；I.分裂中期，染色体排列在赤道板上。这一过程不仅能检测学生刚才的观察效果，且加深学生对各时期染色体行为变化的印象，为总结2 种细胞有丝分裂的异同点做进一步铺垫。学生亲自操作观察到真实现象，感受到了知识的科学性，并获得成就感。

教师提出问题：哪个时期是观察和计数的最佳时期？学生根据分裂中期是染色体螺旋度最高、排列最整齐的时期而得出答案。教师继续提出问题：G 和I 都是分裂中期，但染色体的排列为何有区别？并在学生思考后进行引导：纺锤丝相当于地球的经线，故发出纺锤丝之处定义为细胞的两极，它与地球一样，是有立体结构的。学生能分析得出G和I 分别是俯视图像和平视图像。教师引导学生按照有丝分裂的时间顺序，将以上图像进行排序。最后教师利用动画将各时期的细胞图按序（A、B 和H、G 和I、C、E、D 和F）进行展示，学生在观察的过程中进一步体会有丝分裂的动态过程。

3.3.2 动物细胞有丝分裂图像的分析 教师用幻灯片展示马蛔虫受精卵有丝分裂各个时期的显微细胞图像（图2），并提出问题：你们小组刚才观察到了哪些图像?它们分别处于哪一时期？依据是什么？

图2 马蛔虫受精卵有丝分裂图像

有了辨析植物细胞分裂图像的基础，学生通过讨论，相对容易统一了答案：A.分裂中期，染色体整齐排列在赤道板上；B.分裂末期，染色体已解螺旋，成为不可见的染色质，细胞一分为二；C.分裂后期，姊妹染色单体分离，移向两极；D.分裂中期，染色体排列在赤道板上；E.分裂后期，姊妹染色单体分离，移向两极；F.分裂间期，没有观察到染色体；G.分裂前期，染色质已高度螺旋成染色体，且散乱排列；H.分裂后期，姊妹染色单体分离，移向两极。

教师提出问题：C 与H 都处于分裂后期，在相同条件下，哪个细胞距离末期更近？学生能回答出是H，并体会细胞分裂的动态过程。教师利用动画将各时期的细胞图按顺序（F、G、A 和D、C、E、H、B）进行展示，并说明有丝分裂是一个连续的过程，并没有明显的界限，各个时期的染色体行为是该时期最明显的特征。

3.3.3 动、植物细胞有丝分裂的比较 教师出示动、植物细胞有丝分裂各个时期显微图像（图3），并提出问题：讨论动、植物细胞有丝分裂过程中相同和不同之处分别是什么？

图3 动、植物细胞有丝分裂图像的比较

对2 种细胞图像进行一一对照，又具有前面辨析的基础，学生很容易讨论分析得出相同点和其中的一个不同点。相同点：染色体行为和数量变化相同，即：染色体复制1 次，并均分到2 个子细胞中。其中的一个不同点：在分裂末期，细胞一分为二的方式不同，植物细胞在中央出现细胞板，而动物细胞的细胞膜向内凹陷即缢裂。教师继续提问：植物细胞为什么不能像动物细胞那样缢裂？学生回答植物细胞具有一定坚韧度的细胞壁，而动物细胞没有。此时，教师出示中心体发出星射线的亚显微图像，学生马上能意识到另一个不同点：分列前期形成纺锤体的方式不同，动物细胞的纺锤体是由中心体发出的星射线形成的，而高等植物细胞没有中心体。在教师的引导下，学生明确植物细胞的纺锤体是由细胞两极的细胞质基质发出的纺锤丝形成的。以上过程提高了学生对比、判断、分析和总结的能力，认同结构与功能相适应这一观点。最后，教师出示动、植物细胞有丝分裂模式图。此图中异同点比较明显和形象化，可加深学生的视觉印象，从而进一步明确动、植物细胞有丝分裂过程的异同点。

3.4 小组活动2：模拟有丝分裂的过程 教师准备了橡皮泥和半张A4 纸，指导学生制作复制前、后的染色体，并提出活动要求：半张A4 纸为细胞的轮廓，体细胞内染色体数为4，模拟一个细胞周期内染色体行为和数量的变化。学生边讨论、边思考、边模拟。最后由一组学生通过投影仪进行展示及说明： 先用橡皮泥捏成未复制的2 条长染色体和2 条短染色体各2 份。分裂间期：细胞最初有1份，即2 条长染色体和2 条短染色体；复制时将另一份染色体分别和细胞内的染色体的着丝点粘在一起； 分裂前期： 将4 条染色体散乱地放在细胞中；分裂中期：将4 条染色体的着丝点排列在赤道板上； 分裂后期： 在着丝点处将姊妹染色单体分开，并移向两极；分裂末期：两极的染色体所在的位置分别为一个细胞。这一过程提高了学生用已有理论知识指导实践的能力，提高思维、探索和动手能力，同时进一步理解和把握有丝分裂过程中染色体的行为和数量变化。

3.5 设疑 教师引导思考：动、植物细胞经过一次有丝分裂，由1 个细胞形成2 个相同的细胞，随着细胞分裂次数的增多，细胞数量也越来越多。例如，人的受精卵发育成婴儿的过程是否只是细胞分裂的结果？此问题将在下节课进行探讨。这样的设疑有助于激发学生的求知兴趣，并培养质疑精神。