《分子与细胞》教材具体问题答疑(一)

1、分子与细胞教材具体问题答疑（一）人民教育出版社 课程教材研究所李红1关于吡罗红和甲基绿的配制，教科书介绍的是吡罗红和甲基绿混装粉的配制方法。如果买不到混装粉，分装粉该如何配制呢？如果化学试剂商店没有吡罗红甲基绿混装粉，可以分别购买甲基绿和吡罗红G（注意：用于核酸染色的是吡罗红G，请不要错买吡罗红B），然后按以下方法配制。染色剂A液的配制方法 取甲基绿2 g溶于98 mL蒸馏水中，取吡罗红G 5 g溶于95 mL蒸馏水中。取6 mL甲基绿溶液和2 mL吡罗红溶液加入到16 mL蒸馏水中，即为A液，放入棕色瓶中备用。染色剂B液的配制方法 B液是一种缓冲液，由乙酸钠和乙酸混合而成。先取乙酸钠16.4

2、 g，用蒸馏水溶解至1 000 mL备用；再取乙酸12 mL，用蒸馏水稀释至1 000 mL备用。取配好的乙酸钠溶液30 mL和稀释的乙酸20 mL，加蒸馏水50 mL，配成pH为4.8的B液。染色剂的配制 染色剂是由A液、B液混合配制而成的。取A液20 mL和B液80 mL混合，就是实验中所用的吡罗红甲基绿染色剂。应该注意的是该试剂应现用现配。2细胞核是细胞器吗?许多高校教材、细胞学专著、从事细胞学研究的科研人员，都把细胞核作为细胞器，这是没有问题的。为此我们专门请教了细胞学专家。但是多年来，咱们国家的中学生物教学一直把细胞核排除在细胞器之外单讲。这些都是人为定义的，是不是把细胞核作为细胞器

3、，并不影响对细胞核、细胞器以及细胞结构与功能的理解。为了遵循教师们多年的教学习惯，目前教科书中没有明确指出细胞核是细胞器。3“生物膜流动镶嵌模型”图片下部的紫色条带是什么结构？该图片源自国外教材，原书对此结构没有做说明。经专家推测，紫色条带结构是细胞膜下与膜蛋白相连的由纤维蛋白组成的网架结构，属于膜骨架系统，它参与维持细胞膜的形状并协助细胞膜完成多种生理功能。4“高温对酶促反应速率的影响”与“高温对酶活性的影响”是一回事吗？温度对酶促反应速率的影响表现在两个方面。一方面当温度升高时，与一般化学反应一样，反应速率加快。另一方面由于酶是蛋白质，随着温度的升高，酶蛋白逐渐变性而失活，引起酶反应速率下

4、降。如果用酶促反应速率对温度作图，曲线为钟罩形，不与温度横轴相交，因为酶失活不等于反应停止。绝大多数酶是蛋白质。几乎所有的蛋白质都因加热变性而凝固。即高温使酶失活。如果用酶活性对温度作图，钟罩形曲线在高温处与横轴相交，表示高温时酶失活。需要注意的是：酶活力的大小一般用一定条件下催化的某一化学反应的发应速率来表示。5“水分子通过人工脂双层”与“水分子通过细胞膜”有什么区别？人工脂双层不含蛋白质，水分子可以自由扩散的方式通过人工脂双层；而在细胞膜中，除了脂双层外，还镶嵌有各种蛋白等，水分子在通过细胞膜时，一部分水通过脂双层出入细胞，另一部分水通过水通道蛋白进行扩散，也就是说，水分子通过细胞膜的方式

5、并不单一，其中，水通道的方式速度更快，例如，在哺乳动物红细胞中，细胞膜上存在水通道蛋白，将红细胞移入低渗溶液中，红细胞很快就会吸水膨胀而溶血。值得注意的是，并不是所有的细胞膜上都存在水通道蛋白，如水生动物卵母细胞膜上水通道蛋白就比较少。6物质通过细胞膜进行被动运输有几种方式？物质通过细胞膜进行被动运输，有以下几种可能方式。1 能通过人工脂双层的物质，自然能通过细胞膜。2. 借助于运输蛋白（1）通道蛋白。横跨细胞膜形成的水的通道，能使适宜大小的分子及带电荷的溶质通过简单的自由扩散从膜的一侧到另一侧。通道蛋白不直接与水分子或溶质分子相互作用，这些小的分子可以自由地扩散。（2）门通道。“门”瞬时地开

6、放。仅在对特定的刺激（细胞外的特定物质或细胞内外特异离子浓度发生变化时）发生反应短暂地打开。在短暂的瞬时开放的时间里，一些离子、代谢物或其他溶质自由扩散通过细胞膜。绝大多数门通道运输离子，对其转运的离子具有高度选择性。（3）载体蛋白。是跨膜蛋白分子，能与特定的分子，如葡萄糖、氨基酸或金属离子等结合通过膜。具有高度特异性，与物质进行暂时性的、可逆的结合和分离。（注：主动运输也需要载体蛋白）（4）离子载体。是小的疏水分子，溶于膜的脂双层中，大部分是微生物合成的。可动离子载体在膜的一侧结合离子，在另一侧释放离子。通道离子载体形成跨膜的通道，运输离子，具有瞬时开放的特点。有的专著把（1）通道蛋白和（2

7、）门通道两种情况合并为通道蛋白一种类型，由于绝大多数通道蛋白运输离子，有的专著将其称为离子通道，实际上，除离子通道外，应该至少还有水通道。一般书上不提（4）离子载体这种情况。由此可见，离子的运输情况是比较复杂的。人教版教科书考虑到高中学生的认知水平和接受能力，在参考了大量的国外最新版教科书及请教了细胞学专家之后，确定了目前“物质跨膜运输方式”的学习内容。当然，随着生物科学的发展，对物质跨膜运输机制更深入透彻的研究，教科书也将不断改进。必修1分子与细胞常见问题析疑人民教育出版社课程教材研究所李红高中生物学课程改革已经进入第三个年头。在过去两年的课改实践中，实验区的教师们积极探索，积累了许多鲜活生

8、动的经验，使生物学的课堂教学呈现出学生参与程度高，乐于探究，师生互动，教学相长的喜人气象。但是教师们也从教材与教学关系的角度，提出了不少问题。这些问题的解决，有赖于教师课程观念的转变，也有赖于教材编者与教师们的进一步沟通。这篇“析疑”的目的，就是期望把教材编写的意图更好地传达给老师们，让课程改革的理念和教材编写的指导思想，通过老师们的创造性劳动，在课堂教学中开花结果。以下撷取一些有代表性的问题，与教师们探讨。1绪论课怎么上？新教材以“科学家访谈”代序，是对传统教科书绪论的突破。以分子与细胞为例，访谈的是我国著名生物学家，中科院院士邹承鲁教授。邹承鲁院士的研究领域是生物大分子，其研究工作与本模块

9、的学习内容密切相关。教材通过介绍邹院士的工作，阐述学习、研究生物大分子的意义，解决“学什么”和“为什么学”的问题。“访谈”重点围绕人工合成结晶牛胰岛素展开，既谈到科学研究的过程和方法，也谈到科学家的勇气和创新，团队合作和锲而不舍的精神，以及为祖国为人类做贡献的志向，给学生多方面的启迪，让学生在具体的事例中，领悟应该“怎样学”科学。教师可以让学生先阅读“科学家访谈”，然后分小组讨论感想。为保证“讨论”不跑题，教师最好事先拟定讨论提纲，供学生讨论。为了更好地激发学生学习生物学的兴趣，教师还可以事先收集生命科学最新进展，以及需要依靠生命科学解决的重大问题的资料，组织学生讨论。这些资料最好与本模块的学

10、习内容“分子”和“细胞”相关。2从生物圈到细胞一节内容多，1课时上不完，怎么办？第1章第1节从生物圈到细胞，包括两个内容“生命活动离不开细胞”和“生命系统的结构层次”，目的是为了帮助学生建构一个概念，即“细胞是最基本的生命系统，细胞是生命活动的基本单位”。概念的建构，不是靠教师告诉学生，而应该由学生通过自主学习获得。通过学生主动参与的，认真思考的探究性学习过程而建构的概念，才会比较容易整合进学生的知识网络，印象才深刻，记忆才长久；也才能在需要运用时，比较容易地提取，用于分析、解决实际问题。本节教材以及其他章节的教材中，提供了供学生分析、讨论用的大量图文资料，这些资料是重要的课程资源，是帮助学生

11、建构概念的，不需要学生记忆。教学时，教师可安排不同的小组分别讨论不同的资料，然后小组代表汇报讨论结果，再由教师对讨论结果进行点评、修正和概括总结。如果在教学中明确教学目标，抓住核心概念的学习，就不会出现课时不够的情况了。3本模块的实验、探究很多，如何处理？在分子与细胞这册书中，一共安排了14个实验、探究。为什么教材要安排这么多的实验、探究呢？因为课程标准要求学生在本模块的学习中，重点掌握“观察和实验”的科学方法。课程标准在 “内容标准”中，明确列出了学生需要完成的多项实验和探究活动。鉴于我国高中生物教学的实际情况，我们的建议是：首先保证完成课程标准的“内容标准”中规定的实验和探究，如“使用高倍

12、显微镜观察几种细胞”；其次，尽可能地开设课程标准的“活动建议”中列出的实验和探究，如“检测生物组织中的还原糖、脂肪和蛋白质”；有条件的学校，再安排教科书增加的实验，如“体验制备细胞膜的方法”（见下表）。此外，建议教师在课堂教学中采取精讲多做的策略，给实验和探究活动留出时间。配套的教师用书中所附“实验和探究”的光盘，也会对实验和探究活动的教学起到一定帮助。在课本中的编号实验/探究/模型建构的名称课标的要求对是否开设的建议实验1使用高倍显微镜观察几种细胞“内容标准”要求必做实验2检测生物组织中的还原糖、脂肪和蛋白质“活动建议”要求有条件的学校尽量开设实验3观察DNA和RNA在细胞中的分布“活动建议

13、”要求有条件的学校尽量开设实验4体验制备细胞膜的方法课标未作要求根据需要选择开设实验5用高倍显微镜观察叶绿体和线粒体“活动建议”要求有条件的学校尽量开设模型建构尝试制作真核细胞的三维结构模型“内容标准”要求必做探究1植物细胞的吸水和失水“活动建议”要求有条件的学校尽量开设实验6比较过氧化氢在不同条件下的分解课标未作要求根据需要选择开设探究2影响酶活性的条件“活动建议”要求有条件的学校尽量开设探究3探究酵母菌细胞呼吸的方式“活动建议”要求有条件的学校尽量开设实验7绿叶中色素的提取和分离“活动建议”要求有条件的学校尽量开设探究4环境因素对光合作用强度的影响“内容标准”要求必做实验8细胞大小与物质运

14、输的关系“活动建议”要求有条件的学校尽量开设实验9观察根尖分生组织细胞的有丝分裂“内容标准”要求必做4第2章组成细胞的分子应该先学水和无机盐，还是蛋白质和核酸?原教材学生先学“水和无机盐”，后学“蛋白质和核酸”。这是由易到难的认知顺序。新教材学生先学“蛋白质和核酸”，后学“水和无机盐”。这是先抓主要矛盾的认知顺序。当人们在研究未知事物时，首先感兴趣的是其中最重要的东西，即先抓主要矛盾。在进行新教材的教学时，如果有的老师觉得先易后难的顺序比较好，让学生先学“水和无机盐”的内容也未尝不可。5“染色体”“性状”等概念的出现没有铺垫，缺乏循序渐进教科书中新概念的出现是有铺垫的。“染色体”“性状”等概念

15、，学生应该在初中生物课中学过。高中课程标准的制订和教材的编写，是建立在初中的基础上的。学生觉得陌生，可能是由于初中的基础没打好。建议高中教师查阅初中生物课程标准和教材，了解学生应该具备的知识基础。如果学生的基础不太好，教师可以适当补补课。6对于概念的讲解是否都要一步到位？有些概念的学习是有一定难度的，学生的认知需要有一个螺旋式上升、循序渐进的过程。一套教科书的编写是一个整体工程，对于同一个概念，编者可能会安排在不同的章节让学生学习。但并不是简单重复，而是结合具体内容不断加深认识。例如，“核酸”的概念，在第2章第3节出现了，学生只是大致了解，将来在遗传与进化模块，学生还会详细地学习。又如“线粒体

16、”“叶绿体”，第3章第2节只是简单提及，在第5章结合有氧呼吸和光合作用，再展开详细介绍它们的结构和功能。再如“细胞”“组织”“器官”“系统”的概念，学生在初中学过，本书第1章第1节提到，第6章学生在学习细胞增殖、分化、衰老和癌变时，对于这些概念及其相互关系还会有进一步的了解。建议老师们在备课时，应首先对三个必修模块学习内容的安排有一个通盘了解，以便在制订教学计划时，能够统筹考虑。7可否将细胞膜系统的边界和生物膜的流动镶嵌模型合并？在实际教学中，我们可以看到，不少老师都是这么处理的，将第3章第1节细胞膜系统的边界和第4章第2节生物膜的流动镶嵌模型合并，作为一节课让学生学习。老师们觉得细胞膜系统的

17、边界这一节内容比较简单，希望在讲解细胞膜的内容时，一次性地把细胞膜的组成、结构和功能以及这些知识的来龙去脉讲透。从讲解知识的角度来看，这样处理似乎挺有道理。但是这两节的学习内容，其教育价值仅仅是让学生了解相关的知识及其来源吗？首先看一下第3章第1节在全书中的位置。人教版分子与细胞一书的主线是“细胞是基本的生命系统”，各章节围绕这条主线展开（见下图）。这本书的编排体系渗透了系统论的思想。虽然书中没有谈系统论，但是学生沿着这本书的编写思路学完之后，会在不知不觉之中体验了系统论的研究方法，为在第3个必修模块稳态与环境中学习系统分析的方法打下基础。通过具体事例细胞的学习，领悟系统论的思想，对于提高学生

18、的科学素养无疑是很有价值的。第3章的三节内容，完成的是对细胞这一基本的生命系统的结构的了解。第1节对细胞膜的学习，重点放在细胞膜作为系统的边界，具有哪些功能。其中细胞膜实现细胞间信息交流的功能是难点，需要教师安排一定的时间给学生讲解，让学生理解、掌握。此外，实验“体验制备细胞膜的方法”虽然是课标中没有要求的，但是其中涉及的对实验材料的选择，以及细胞膜制备的具体操作，都包含了重要的科学方法。应当充分利用教科书提供的这一素材，对学生进行科学方法的训练。这也需要一定的时间。再来看一下第4章第2节的教育价值。本节让学生通过分析科学家对生物膜结构的探索历程，来认识生物膜的结构，同时在科学方法、科学与技术

19、的互动关系、科学的开放性等方面受到启示。可见，其中蕴涵了知识、方法、科学价值观等多维度的目标，其教育价值是很丰富的。但是在教学中，要想真正落实这三维目标并不容易，特别是科学方法和科学价值观的目标，需要给学生提供足够的时间，让学生自己看、思考、讨论、领悟，不提倡教师从头讲到尾。因此，本节的教学，如果没有1课时的时间，很难完成教学目标。而本节在第4章中又起承上启下的作用。第1节物质跨膜运输的实例，让学生通过对大量实例的分析，总结出物质跨膜运输的特点是选择透过性。为什么生物膜具备这样的特点，这是由膜的结构决定的，进入第2节生物膜的流动镶嵌模型。在了解了生物膜的结构之后，学生再来学习第3节物质跨膜运输

20、的方式。第4章的三节内容之间递进关系清楚，逻辑严密，学生学习起来一气呵成，系统地完成对细胞这一基本的生命系统有关物质运输功能的了解。通过以上分析可以看出，把两节内容合并为1课时完成，并非明智之举。部分老师尝试之后，发现普遍存在的问题是：时间紧，学生没有足够的时间思考和讨论，科学方法和科学价值观目标没有得到很好的落实，有的难点知识，如细胞膜实现细胞间信息交流的功能等内容，教师匆匆带过，学生难以理解、掌握。所以我们建议老师们在充分领会教材编写意图的基础上，再对教材做创造性处理。8对细胞器的讲解把握到什么程度？关于细胞器和生物膜系统的内容，新教材比原教材做了较大幅度的删减。原因在于课程标准的要求是：

21、举例说出几种细胞器的结构和功能；简述细胞膜系统的结构和功能。线粒体和叶绿体是最重要的两种细胞器，教材在第5章讲述细胞呼吸和光合作用的内容时，结合线粒体和叶绿体在其中所发挥的重要功能，详细讲述它们的结构。因此，教师在进行第3章第2节细胞器系统内的分工合作的教学时，不必补充太多的内容，否则可能会导致课时紧张。9关于对照实验和对比实验关于对照实验，科学方法论的书上一般是这么论述的：如果两组实验中，除了一个因素不同以外，其余因素都相同，那么这两组实验称为对照实验。对照实验一般要设置对照组和实验组。对照组和实验组要依据研究的问题和作出的假设来确定，有时候研究的问题和作出的假设改变了，对照组和实验组有可能

22、会发生对换。一般来说，保持原有状态的组作为对照组，人为改变条件的组作为实验组；或者是，已知实验结果的组作为对照组，未知实验结果的组作为实验组。对比实验是指设置两个或两个以上的实验组，通过对比结果的比较分析，来探究某种因素与实验对象的关系，这样的实验称为对比实验。对照实验的范畴比对比实验广，因而又有人将对比实验称为相互对照实验。例如，在实验“比较过氧化氢在不同条件下的分解”中，1号试管是在常温下只加入过氧化氢溶液，2号试管是加入了过氧化氢溶液并在90 水浴中加热，3号试管是在过氧化氢溶液中加入FeCl3溶液，4号试管是在过氧化氢溶液中加入肝脏研磨液。那么，1号与2号、1号与3号、1号与4号是三组

23、对照实验，其中1号是对照组，2号、3号、4号是实验组（更严谨一些，1号与3号、1号与4号作为对照实验时，1号中应加入与FeCl3溶液或肝脏研磨液等量的蒸馏水）；3号与4号是对比实验。在具体教学中，不提倡学生死记硬背科学方法名词，应注意避免把科学方法的教学知识化，值得提倡的做法是在具体的探究问题情境中指导学生理解并灵活运用科学方法。10如何落实课程标准对学生的科学探究能力的要求？普通高中生物课程标准（实验）在课程的具体目标中，对学生发展科学探究能力提出了11条“初步学会”的要求（课标第8页）：（1）客观地观察和描述生物现象；（2）通过观察或从现实生活中提出与生物学相关的、可以探究的问题；（3）分

24、析问题，阐明与研究该问题相关的知识；（4）确认变量；（5）作出假设和预期；（6）设计可行的实验方案；（7）实施实验方案，收集证据；（8）利用数学方法处理、解释数据；（9）根据证据作出合理判断；（10）用准确的术语、图表介绍研究方法和结果，阐明观点；（11）听取他人的意见，利用证据和逻辑对自己的结论进行辩护，以及作必要的反思和修改。这11条要求都明确、具体，是可操作，可检测的。分子与细胞中的4个探究活动指导，都是依据课程标准的要求，在具体的问题情境中，通过一系列的讨论题，引导学生在提出问题、作出假设、设计实验、记录数据、处理和分析数据、得出结果和结论、表达和交流等环节循序渐进地训练。希望教师重视

25、教材中设计的探究活动，体会教材的编写意图，将课程标准的要求真正落到实处。对教材“黑藻的细胞质流动”图示的解释与质疑在指导学生做完人教版必修教材实验二“用高倍显微镜观察叶绿体和细胞质流动”后，几位同学均对教材P31“黑藻的细胞质流动”图示提出质疑为何细胞核位于液泡中？因为缺乏对此问题的思考，笔者未能给出合理的答案，从图示来看，细胞核所在位置确实在液泡中，而细胞核不会存在液泡中这是不争的事实，如何解释这一现象呢？我当即与学生一道通过网站查阅了人教网和教参等相关资料，未能得到合理解释。是教材图示出现的常识性错误，还是图示形成另有原因，我没有断然肯定图示的错误，而是启发同学们从显微镜的透光成像原理方面

26、进行思考。基于这种思路，我与同学们进行探讨并作出了下图所示的解释，即细胞核所处位置在液泡与光源发出光线之间或在液泡与物镜之间，从而形成了图示中“细胞核在液泡之中的现象”。上述解释得到了学生的理解与接受。但事后笔者进行了多次实验，试图验证我们的解释，然而，结果均未能如愿。笔者思考，由于使用显微镜观察时，受到性能、放大倍数、光圈大小、光线透过物体的多少、反射和折射等因素的影响，导致观察不到教材图示的现象。因此，笔者不敢贸然教材图示错误的结论，但仍觉得教材图示最后稍作改动，避免误导。回答：细胞质流动图示中的细胞核并不在液泡中，而是在液泡膜外的细胞质中。之所以看似在液泡中，是因为液泡是透明的。如果我们

27、考虑到细胞是立体的，即有一定厚度的，液泡又是透明的，就不难理解这一问题。我这里有一张黑藻的照片，可以很清楚地看到这一现象。由于当初考虑到此照片的质量不太好，所以没放入课本中，而只采用了一张手绘图片。您可以参看普高教科书第一册（2005年版）P60“植物细胞的质壁分离”图片，上下两张图片中都可以看到这一现象。 王真真分子与细胞有关概念辨析1.原核细胞都有细胞壁吗？原核细胞中支原体是最小最简单的细胞，无细胞壁。2.真核生物一定有细胞核、染色体吗？哺乳动物成熟的红细胞、高等植物成熟筛管细胞等没有细胞核，也无染色体。3.“霉菌”一定是真核生物吗？链霉菌是一种放线菌，属于原核生物。4.糖类的元素组成主要

28、是C、H、O吗？糖类元素组成只有C、H、O。5.真核生物都有线粒体吗？蛔虫没有线粒体，只进行无氧呼吸。6.只有有线粒体才能进行有氧呼吸吗？需氧型的细菌等也能进行有氧呼吸，发生在细胞膜内表面上。7.只有有叶绿体才可以进行光合作用吗？蓝藻等含有光合色素的植物也能进行光合作用。8.绿色植物细胞都有叶绿体吗？ 植物的根尖细胞等就没有叶绿体。9.细胞液是细胞内液吗？细胞液是指液泡内的液体，细胞内液是细胞内的液体，包括细胞质基质、细胞器及细胞核中的液体。10.原生质层和原生质一样吗？原生质层是指具有大液泡的植物细胞的细胞膜、液泡膜以及这两层膜之间的细胞质，不包括细胞核与细胞液。原生质是指细胞内的全部生命物

29、质，包括膜、质、核。11.生物膜是指生物体内所有膜结构吗？生物膜是指细胞内的所有膜结构，巩膜、虹膜等生物体内的膜就不是生物膜。12.主动运输一定是逆浓度梯度吗？逆浓度梯度的运输方式一定是主动运输，但有时候也表现为顺浓度梯度，比如刚吃完饭后肠道内葡萄糖的吸收。13.ATP是生物体所有生命活动的直接能量来源吗？细胞中绝大多数需要能量的生命活动都是由ATP直接提供的，体内有些合成反应，不一定都直接利用ATP功能，还可以利用其他三磷酸核苷。14.呼吸作用是呼吸吗？呼吸作用是指细胞内的的有机物经一系列氧化分解，最终生成水和二氧化碳等其他产物，并释放出能量合成ATP的过程。呼吸是指生物与外界进行气体交换的

30、过程，包括肺的通气、肺泡内的气体交换、气体在血液中的运输、组织里的气体交换。15.丙酮酸和丙酮是一回事吗?丙酮酸（C3H4O3）是细胞呼吸第一阶段的产物，丙酮（C3H6O）常作为一种有机溶剂用于有机物的提取。16.高等植物无氧呼吸产物一定是酒精和CO2吗？马铃薯块茎、甜菜块根、玉米的胚等无氧呼吸产物是乳酸。17.酵母菌只进行出芽生殖吗？酵母菌在营养充足时进行出芽生殖，营养贫乏时进行有性生殖。18.细胞呼吸释放的能量都生成了ATP了吗？细胞呼吸释放的能量大部分以热能形式散失了，只有一少部分转移到ATP中去了。19.光合作用过程只消耗水吗？事实上光合作用的暗反应过程中也有水生成，从净反应来看应该是

31、消耗水。20.光能利用率和光合作用效率一样吗？光能利用率一般是指单位土地面积上，农作物通过光合作用所产生的有机物中所含有的能量，与这块土地所接受的太阳能的比。光合作用效率指叶片光合作用制造的有机物与植物吸收光能之比。21.植物细胞有丝分裂中期出现赤道板了吗？有丝后期出现细胞板了吗？赤道板这个结构根本不存在，是因为类似于地球上赤道的位置才这样说的。细胞板真实存在的在后期出现的。22.姐妹染色单体分开，还是姐妹染色单体吗？姐妹染色单体一旦分开，就成为两条染色体，只有连在同一着丝点上才说姐妹染色单体，且为一条染色体。23.细胞内的水分减少，细胞萎缩，体积变小一定是细胞衰老吗？细胞在也可能失水造成水分

32、减少，萎缩。从系统的视角认识细胞 人教版分子与细胞模块教材的知识体系解读人民教育出版社 课程教材研究所 李 红摘要 人教版高中生物课程标准教材分子与细胞，引导学生从系统的视角认识细胞，将细胞看做基本的生命系统，按照系统的组成、结构、功能和系统的发展变化规律的顺序来建构整个模块的知识体系。本文对建构这一体系的科学思想方法基础，各章节内容的组织和呈现如何体现生命系统的特征进行解读，并提出教学中应当注意的问题。关键词 分子与细胞 生命系统 知识体系 解读人教版高中生物课程标准教材分子与细胞1，引导学生从系统的视角认识细胞，将细胞看做基本的生命系统，按照系统的组成、结构、功能和系统的发展变化规律的顺序

33、来建构整个模块的知识体系。这一体系的建构不仅突破了传统教学分别研究细胞各部分的结构和功能的局限，而且落实了普通高中生物课程标准（实验）关于必修模块“所选内容能够帮助学生从微观和宏观两个方面认识生命系统的物质和结构基础、发展和变化规律以及生命系统中各组分间的相互作用”2的要求，有助于学生建立生命系统的概念，从系统的视角认识生命及生命活动，了解生命系统的特征和发展变化规律，为后续必修模块和选修模块的学习打下了必要的基础。1 系统论的思想方法是分子与细胞模块教材知识体系建构的重要理论基础传统的大纲教材在讲述细胞时，是以细胞作为生物体结构和功能的基本单位来展开的。一般是将细胞分解成细胞膜、细胞质、细胞

34、器、细胞核等各个组成部分，然后对每个组成部分进行具体地分析，以了解其结构特点和功能特点。这种方法的着眼点在于局部或要素，是人们熟悉的思维方法和研究方法。它的优点十分明显，对于局部或要素的研究很到位。但是它不利于反映事物内部各组分之间的联系和相互作用，不利于说明事物的整体性特征。在现代科学的整体化和高度综合化发展的趋势下，更需要人们在开展微观研究的同时，注重对事物整体运行规律的研究。细胞是一个精密的典型的生命系统，具备系统的基本特征，这就使得教材编者将系统论的思想方法引入对细胞的学习和研究成为可能。系统的思想源远流长，但作为一门科学的系统论，人们公认是美籍奥地利人、理论生物学家贝塔朗菲（L. v

35、on Bertalanffy）创立的。现代系统观念与系统论的创立，是从生物学争论如何解释生命现象开始的。在生物学史上，存在着机械论和活力论之间的争论。机械论者认为“动物是机器”“人是机器”，用机械运动解释复杂的生命现象；活力论者提出生命来自“活力”和上帝的观点。他们都没能科学地解释生命现象。贝塔朗菲在20世纪30年代开始研究生物学领域的系统问题，“把生命看成是一个既具有高度的自主性，又与外界交换物质和能量的开放系统，强调生命的整体性、动态过程性、能动性和组织等级性”3。1948年，贝塔朗菲出版了生命问题现代生物学思想评价一书，阐述了机体系统论的思想。1968年，贝塔朗菲发表了一般系统论基础、发

36、展、应用，把机体系统论的原则推广到其他科学领域，将所研究的对象作为一个系统来看待，同时确立了系统所具有的基本特征，以及研究系统的基本方法，即系统论的基本思想和方法。系统论的创立，使人类的思维方式发生了深刻的变化。系统论反映了现代科学发展的趋势，反映了现代社会化大生产的特点，反映了现代社会生活的复杂性，所以它的理论和方法得到了广泛地应用，系统论的思想观念已渗透到科学研究和社会生活的各个领域。把细胞作为一个基本的生命系统来学习和研究，并以此为主线建构分子与细胞模块教材的知识体系（图1），符合课程标准关于建立生命系统概念的要求，其中一以贯之的系统论思想方法，对于学生树立辨证唯物主义自然观，提升科学素

37、养大有裨益。同时，该主线有序地把本模块的具体内容标准“细胞的分子组成，细胞的结构，细胞的代谢，细胞的增殖，细胞的分化、衰老和凋亡”组织起来，使本模块的知识结构化、条理化，逻辑清晰，层次分明。图1 分子与细胞模块教材的知识体系2分子与细胞模块章节内容的安排体现了生命系统的特征细胞作为基本的生命系统，具有生命系统的层次性、整体性、开放性、动态性的特征。这些特征在教材的各章节中得到了一定程度的体现（图1）。2.1生命系统的层次性 人教版分子与细胞模块的第1章“走进细胞”，首先解决的问题，是帮助学生认识什么是系统，什么是生命系统，生命系统有哪些结构层次，在这些结构层次中，本模块将研究哪一个系统。使学生

38、初步学会从系统的视角看问题。在帮助学生初步建立细胞是最基本的生命系统这一观念之后，按照课程标准的要求，还应该让学生认识细胞的多样性和统一性，并通过分析细胞学说建立的过程，进一步了解细胞学说的内容及其重要性，使学生充分认识学习和研究细胞对于研究其他生命系统的重要意义。因此，这一章的重要地位和作用在于不仅为本模块后续各章的学习打基础，而且为后续两个必修模块的学习打基础。2.2生命系统的整体性 任何系统都是一个有机的整体，它不是各个部分的机械组合或简单相加，系统的整体功能是各要素在孤立状态下所没有的新质，即“整体大于部分之和”4。生命系统也不例外。因此，第2章“组成细胞的分子”，研究细胞这个基本生命

39、系统的组成成分及其功能；第3章“细胞的基本结构”，剖析细胞的结构及其功能，揭示系统的整体性以及结构的有序性。从系统的视角出发，第2章首先研究最重要的组成物质：生命活动的主要承担者蛋白质，遗传信息的携带者核酸。然后是糖类、脂质、水和无机盐。实际上也就是研究细胞这个生命系统的物质基础。学生将通过第2章的学习，树立生命的物质性和生命物质的特殊性的辩证唯物主义观点。“系统不是其组分的简单堆砌，而是通过组分间结构和功能的密切联系，形成的统一整体” 1。为体现这一观点，在第3章中，学生将进一步学习细胞膜、细胞质和细胞器、细胞核等基本结构，了解这些结构如何密切配合，共同完成生命活动。通过学习，学生将理解“细

40、胞作为基本的生命系统，其结构复杂而精巧；各组分之间分工合作成为一个整体，使生命活动能够在变化的环境中自我调控、高度有序地进行”12.3生命系统具有能动性和开放性，不断地与外界环境进行物质、能量和信息的交流 贝塔朗菲谈到，活机体相对于周围环境而言，是一个开放系统，这个开放系统不停地将物质排出到外界，又从外界吸收物质，它在这种连续的交换中以稳态方式维持自身4。第4章“细胞的物质输入和输出”，让学生了解细胞对于物质的吸收和排出是有选择性的，这是生命活动的体现。选择性一旦消失，细胞的生命活动就停止了，系统也将解体。运输什么物质，以何种形式运输，是由细胞生命活动的需要所决定的，即生命系统是能动的。细胞要

41、维持系统的运转，需要不断地从周围环境中获取能量。能量供应是维持生命活动有序性的必要条件。第5章“细胞的能量供应和利用”的学习，将涉及生命系统如何通过获取能量实现功能上的有序性。信息交流对于生命系统的维持，与物质流、能量流同样重要。第3章“细胞的基本结构”关于细胞膜进行细胞间信息交流的功能，使学生可以从中窥见一斑。学生将通过遗传与进化模块的学习，加深对这一观点的理解。细胞的物质交换、能量供应、信息交流，体现了生命系统的开放性特征。2.4生命系统是演变的和动态的 任何一个系统，都有其发生、发展、衰退、消亡的过程，细胞也不例外。第6章“细胞的生命历程”通过细胞的增殖、分化、衰老和凋亡，展示了细胞这一

42、系统的演变，体现了生命系统的动态性。生命系统在其发展变化的过程中，具有自创生、自生长、自校正、自适应、自维持、自更新等特点。细胞的增殖，在精密的调控机制下有序地进行。细胞的生长，具有特定的规律。细胞的分化，是基因“遵照”遗传信息提供的生命“蓝图”，在不同的细胞中，按照一定的时间顺序选择性表达。细胞的衰老和凋亡，是自然的生理过程，受到严格的由遗传机制决定的程序调控。而癌变，是由于细胞自我调控失常导致。从增殖、生长、分化到衰老、凋亡，细胞所经历的生命历程，正是系统演变的普遍规律，这是运动的观点，也是辩证的观点。3 用系统论的思想方法统领分子与细胞模块教学时应注意的问题由于本模块教材引导学生从系统的

43、视角认识细胞，以系统论的思想方法为指导建构教材的知识体系，比传统大纲教材的思想新，立意高，教师在进行本模块教学时，需要注意以下两个方面的问题。3.1 注意处理好章节内容与全书主线的关系 无论系统论的思想方法，还是生命系统的基本特征，在教材中都是隐性的，渗透在教材内容的组织和呈现当中。教师宜细细体会，融会贯通，做到心中有数。备课时应通观全局，处理好章节内容与全书主线的关系。例如，有的教师将第3章第1节“细胞膜系统的边界”和第4章第2节“生物膜的流动镶嵌模型”合并为一节课。如果认真考察这两节在全书中的位置及其教育价值，就会发现把这两节合并是不合适的。其原因可能是教师没有完全领会教材的编写意图。第3

44、章第1节是把细胞膜作为系统的边界，让学生了解边界的功能。本节与后两节系统内的分工合作、系统的控制中心，共同构成完整的一章，旨在让学生了解细胞这个基本的生命系统的结构，树立生命系统的整体性观点，而不仅仅是把细胞膜作为知识来学习。第4章第2节在本章中起承上启下的作用，与第1节“物质跨膜运输的实例”和第3节“物质跨膜运输的方式”共同完成了对细胞这个开放的系统，如何完成与外界环境物质交换的介绍。同时本节在科学方法和科学价值观方面有较高要求，这一目标的达成，需要给学生提供足够的学习时间。如果把上述两节合并，学生将难以通过清晰的教材主线体会生命系统的特征，领悟系统论的思想方法，而且在教学时间的安排上会很仓

45、促，三维目标难以得到有效落实。3.2 系统论的思想方法重在领悟 分子与细胞虽然以系统论的思想方法统帅全书，但是系统论的思想对于高中学生是抽象、难理解的。高中生物课程不要求学生全面掌握系统论，而是希望学生通过对生命系统的特征及运行规律的学习，在潜移默化中逐步培养以系统的观点看待世界、分析事物的思想方法。美国著名的认知派教育心理学家奥苏伯尔在其著作教育心理学认知观点中提出，教学内容的顺次展开不能只考虑学术逻辑，也要考虑学生的学习心理特点和认知发展规律5。在开展分子与细胞的教学时，应注意避免把渗透在学习内容之中的思想、观点、方法过于显性化，避免把思想方法当做知识来教学。人教版分子与细胞模块教材引导学

46、生从系统的视角认识细胞，有助于建构“活”细胞的概念，避免支离破碎地认识细胞，“只见树木，不见森林”；有助于在微观层面深入地理解生命系统的特征，建立细胞结构和功能统一的观点，细胞生活中物质、能量、信息变化统一的观点，生物体部分和整体统一的观点，促进辩证唯物主义自然观的形成，落实课程标准的要求；有助于形成以系统论的思想方法来观察和分析世间万物的意识，使高中阶段的生物课程学习，起点更高，视野更广。主要参考文献1 人民教育出版社课程教材研究所生物课程教材研究开发中心.2004.普通高中课程标准实验教科书 生物1 分子与细胞（必修）. 北京：人民教育出版社2中华人民共和国教育部. 2003. 普通高中生

47、物课程标准（实验）. 北京：人民教育出版社3 吴国盛. 2002. 科学的历程. 北京：北京大学出版社4 路德维希冯贝塔朗菲著，吴晓江译. 1999. 生命问题现代生物学思想评价. 北京：商务印书馆5 奥苏伯尔等著，佘星南等译. 1994. 教育心理学认知观点. 北京：人民教育出版社 本文发表于生物学教学2007年第9期分子与细胞有关概念辨析1.原核细胞都有细胞壁吗？原核细胞中支原体是最小最简单的细胞，无细胞壁。2.真核生物一定有细胞核、染色体吗？哺乳动物成熟的红细胞、高等植物成熟筛管细胞等没有细胞核，也无染色体。3.“霉菌”一定是真核生物吗？链霉菌是一种放线菌，属于原核生物。4.糖类的元素组

48、成主要是C、H、O吗？糖类元素组成只有C、H、O。5.真核生物都有线粒体吗？蛔虫没有线粒体，只进行无氧呼吸。6.只有有线粒体才能进行有氧呼吸吗？需氧型的细菌等也能进行有氧呼吸，发生在细胞膜内表面上。7.只有有叶绿体才可以进行光合作用吗？蓝藻等含有光合色素的植物也能进行光合作用。8.绿色植物细胞都有叶绿体吗？ 植物的根尖细胞等就没有叶绿体 。9.细胞液是细胞内液吗？细胞液是指液泡内的液体，细胞内液是细胞内的液体，包括细胞质基质、细胞器及细胞核中的液体。10.原生质层和原生质一样吗？原生质层是指具有大液泡的植物细胞的细胞膜、液泡膜以及这两层膜之间的细胞质，不包括细胞核与细胞液。原生质是指细胞内的全

49、部生命物质，包括膜、质、核。11.生物膜是指生物体内所有膜结构吗？生物膜是指细胞内的所有膜结构，巩膜、虹膜等生物体内的膜就不是生物膜。12.主动运输一定是逆浓度梯度吗？逆浓度梯度的运输方式一定是主动运输，但有时候也表现为顺浓度梯度，比如刚吃完饭后肠道内葡萄糖的吸收。13.ATP是生物体所有生命活动的直接能量来源吗？细胞中绝大多数需要能量的生命活动都是由ATP直接提供的，体内有些合成反应，不一定都直接利用ATP功能，还可以利用其他三磷酸核苷。14.呼吸作用是呼吸吗？呼吸作用是指细胞内的的有机物经一系列氧化分解，最终生成水和二氧化碳等其他产物，并释放出能量合成ATP的过程。呼吸是指生物与外界进行气

50、体交换的过程，包括肺的通气、肺泡内的气体交换、气体在血液中的运输、组织里的气体交换。15.丙酮酸和丙酮是一回事吗? 丙酮酸（C3H4O3）是细胞呼吸第一阶段的产物，丙酮（C3H6O）常作为一种有机溶剂用于有机物的提取。16.高等植物无氧呼吸产物一定是酒精和CO2吗？马铃薯块茎、甜菜块根、玉米的胚等无氧呼吸产物是乳酸。17.酵母菌只进行出芽生殖吗？酵母菌在营养充足时进行出芽生殖，营养贫乏时进行有性生殖。18.细胞呼吸释放的能量都生成了ATP了吗？细胞呼吸释放的能量大部分以热能形式散失了，只有一少部分转移到ATP中去了。19.光合作用过程只消耗水吗？事实上光合作用的暗反应过程中也有水生成，从净反应

51、来看应该是消耗水。20.光能利用率和光合作用效率一样吗？光能利用率一般是指单位土地面积上，农作物通过光合作用所产生的有机物中所含有的能量，与这块土地所接受的太阳能的比。光合作用效率指叶片光合作用制造的有机物与植物吸收光能之比。21.植物细胞有丝分裂中期出现赤道板了吗？有丝后期出现细胞板了吗？赤道板这个结构根本不存在，是因为类似于地球上赤道的位置才这样说的。细胞板真实存在的在后期出现的。22.姐妹染色单体分开，还是姐妹染色单体吗？姐妹染色单体一旦分开，就成为两条染色体，只有连在同一着丝点上才说姐妹染色单体，且为一条染色体。23.细胞内的水分减少，细胞萎缩，体积变小一定是细胞衰老吗？细胞在也可能失

52、水造成水分减少，萎缩。“温度对酶活性的影响”实验中几个疑问学习“温度对酶活性的影响”实验过程中，以下几问值得思考：1同为探究淀粉酶的作用效果，指示剂选择为何有区别？在“探索淀粉酶对淀粉和蔗糖的作用”和“温度对酶活性的影响”实验中，选择指示剂时却截然不同，前者选择斐林试剂，后者选用碘液。原因在于：“探索淀粉酶对淀粉和蔗糖的作用”是为了确定被检物质中是否有还原糖的存在，进而确定反应是否进行，从而说明淀粉酶只对淀粉起催化作用，对蔗糖不起作用。如果选用碘液，只能说明淀粉酶对淀粉起催化作用，不能说明淀粉酶对蔗糖不起作用。故只能选择斐林试剂。“温度对酶活性的影响”是要观察不同温度对酶活性的影响，不是要证明

53、有没有反应产物还原糖出现，选用碘液作为指示剂，可通过淀粉溶液褪色过程，直观地显示出不同温度条件下，反应的动态变化过程。当然，在教材所选温度0 （冰水中）、60 和100 （沸水中）的条件下，选择斐林试剂时可得出只有60 的温度条件下处理的淀粉溶液才有砖红色沉淀生成，即反应在60 时能够进行，其它两温度条件下无砖红色沉淀生成，反应不能进行。因此也可以选用斐林试剂作为指示剂，但却不能观察反应的动态变化过程。两相比较，选择碘液更好。试想，如果将温度这一条件设置得更密集点儿，如0 、10 、20 、60 、100 ，此时就只能选择碘液，而不可选择斐林试剂了，因为，其它温度条件下也会有砖红色沉淀生成的，

54、而选用碘液却可以看到随淀粉分解反应的进行，蓝色逐渐消失的过程。2在淀粉酶溶液与淀粉溶液混合前将需要混合的酶溶液与淀粉溶液在相同温度的条件下处理5分钟，即做同温处理，原因何在？原因在于，酶的催化效率具有高效性，如不先做同温处理，而是先混合后处理（调温），可能出现因调温过程中反应的进行影响实验结果。同理，如要“探索PH值对酶活性的影响”，也应“先调整底物溶液至某些设定的PH值，后加入酶溶液”，避免“加入之后调”可能带来的误差。3探究实验，为何实验结论单一？这不是与平常的要求相矛盾吗？教学中，我们经常要求学生在设计探究实验时，对实验现象和结果的预期至少应包括三种，如“温度对酶活性的影响”实验按一般探

55、究实验的预期应该是：“某一温度（冰水中、60 或100 ）增强酶活性、抑制酶活性和不影响酶活性”，但本实验的实验结论却是酶促反应需要适宜的温度，低温会使酶活性受到抑制，高温使酶活性减弱，过高温度会导致酶变性失活。这似乎与实验预测不符，但实际并不矛盾。关键在于：应该把实验结论和实验预期区分开来，前者是实验所得、实验证实的结论，后者是实验假设、可能存在的现象，显然，实验得出的结论一般在预期的情况之内，而预期的现象或结果在真实的实验中却不一定全部出现。遗传与进化教材具体问题答疑（一）人民教育出版社课程教材研究所李红1核酸是唯一的遗传物质吗？导致疯牛病、羊瘙痒病以及人的Kuru病的朊病毒（prion）

56、，是一种能够迅速繁殖、传染的蛋白质病原体。迄今为止，发现它只含蛋白质，不含核酸。随着对朊病毒的分子结构、复制机制研究的逐步深入，科学家正在揭开蛋白质遗传的神秘面纱，并使“核酸是唯一遗传物质”的传统概念开始动摇。有科学家认为，这将影响到分子生物学的DNA遗传理论和基因概念，提出了“蛋白质基因”的观点。目前，生物学家正对这一问题进行深入的研究，不同的观点也在争论之中。有的老师对于教科书上关于基因的定义“基因是有遗传效应的DNA片段”存有疑义，提出“这句话能体现基因丰富的内涵吗？能作为现代基因的概念吗？”要弄清楚这一问题，需要了解现代遗传学和分子生物学与基因有关的一些概念及观点。断裂基因：一个基因，往往由几个互不相邻的段落（外显子）组成，它们被长达数百个甚至数千个碱基对的插入序列（内含子）所间隔，这样的基因称为断裂基因（splicing gene）。在真核细胞中断裂基因具有普遍性，断裂基因在原核细胞中也有发现。断裂基因在进化中可能有以下意义。（1）有利于贮存较多的信息，增加信息量。一般地说，一个基因只转录出一种mRNA，但是一些断裂基因以不同的剪接方式可以产生两种以至多种mRNA，编码不同功能的多肽。（2）有利于变异和进化。虽然单个碱基的改变有时可以引起氨基酸的变更而造成蛋白