分析細(xì)胞中的元素和化合物的教學(xué)思路

1、分析細(xì)胞中的元素和化合物”的教學(xué)思路一、教材分析本節(jié)內(nèi)容主要包括組成細(xì)胞的元素，組成細(xì)胞的化合物才僉測生物組織中的糖類、脂肪和蛋白質(zhì)。其教學(xué)目標(biāo)為：簡述組成細(xì)胞的主要元素，說由構(gòu)成細(xì)胞的最基本元素是碳；認(rèn)同生命的物質(zhì)性；嘗試檢測生物組織中的糖類、脂肪和蛋白質(zhì)，探討細(xì)胞中主要化合物的種類。其中教學(xué)重點(diǎn)是組成細(xì)胞的主要元素和化合物，檢測生物組織中的糖類、脂肪和蛋白質(zhì)；教學(xué)難點(diǎn)為構(gòu)成細(xì)胞的最基本元素是碳，檢測生物組織中的糖類、脂肪和蛋白質(zhì)。與原來教材相比，新教材中細(xì)胞中的元素和化合物”一節(jié)的內(nèi)容存在一些重要變化：一是研究對象的范圍發(fā)生了變化，原來研究的是組成生物體的化學(xué)元素和化合物，現(xiàn)在改為細(xì)胞中的

2、元素和化合物；二是檢測生物組織中的糖類、脂肪和蛋白質(zhì)”的實(shí)驗(yàn)有所改進(jìn)，不再是單純的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，而是在實(shí)驗(yàn)材料和方法上為學(xué)生提供了探究空間；三是教材編寫有利于引導(dǎo)學(xué)生積極思考，通過問題探討”思考與討論”和實(shí)驗(yàn)”等欄目，讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)與觀察、討論與分析中獲取新知識，而不是直接提供結(jié)論性的知識信息。教材首先通過問題探討”，讓學(xué)生通過比較組成地殼和組成細(xì)胞的部分元素的含量，讓學(xué)生自主發(fā)現(xiàn)問題、提由問題，并與學(xué)生交流和討論。問題探討”欄目意在激發(fā)學(xué)生從元素水平探究細(xì)胞奧秘的好奇心，第1頁/共9頁并且培養(yǎng)學(xué)生提生問題的能力。為了幫助學(xué)生比較分析，教材正文起始部分交代了組成細(xì)胞的化學(xué)元素，在無機(jī)自然界中都能找

3、到，同時(shí)，細(xì)胞與非生物相比，各種元素的相對含量卻大不相同，進(jìn)而引導(dǎo)學(xué)生了解組成細(xì)胞的元素和化合物的種類。不同生物體內(nèi)細(xì)胞形態(tài)、結(jié)構(gòu)和功能不同，就是同一個(gè)多細(xì)胞生物體內(nèi)，其細(xì)胞種類也是多種多樣，其化學(xué)成分也不盡相同。教科書以人體細(xì)胞為例，以餅形圖的形式，介紹了組成人體細(xì)胞的主要元素占細(xì)胞干重和鮮重的百分比，并提由問題引導(dǎo)學(xué)生思考：在細(xì)胞干重中，碳元素的含量達(dá)到55.99%,表明碳元素是構(gòu)成細(xì)胞的基本元素，這對生命有什么意義呢？為本章后續(xù)3節(jié)內(nèi)容的學(xué)習(xí)提供一個(gè)引子，為最后得由生物大分子以碳鏈為骨架”打下一個(gè)伏筆。檢測生物組織中的糖類、脂肪、蛋白質(zhì)”的實(shí)驗(yàn)則是在原教材實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)之上加以改進(jìn)讓學(xué)生在實(shí)

4、驗(yàn)探究中體悟同種生物組織中有機(jī)物的種類，以及不同種生物組織中所含有機(jī)物種類和含量的差異，為認(rèn)識生命的物質(zhì)性和差異性提供感性認(rèn)識。世界是由運(yùn)動(dòng)的物質(zhì)組成的，作為最基本的生命系統(tǒng)一一細(xì)胞也不例外。但組成細(xì)胞的元素和化合物具有兩重性，既與非生命世界具有統(tǒng)一性，又與之存在著重大差異，尤其是生物大分子，如生命活動(dòng)的主要承擔(dān)者一一蛋白質(zhì)，遺傳信息的攜帶者一一核酸等。學(xué)習(xí)本節(jié)內(nèi)容將有助于學(xué)生從元素、分子水平較深入地認(rèn)識生命的物質(zhì)基礎(chǔ)和結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。理解分子結(jié)構(gòu)第2頁/共9頁和功能的統(tǒng)一，領(lǐng)悟觀察、實(shí)驗(yàn)、比較、分析和綜合等科學(xué)方法及其在科學(xué)研究過程中的應(yīng)用，了解生命的物質(zhì)性和生命物質(zhì)的特殊性，科學(xué)地理解生命的本質(zhì)

5、，形成辯證唯物主義自然觀。同時(shí)，從分子結(jié)構(gòu)和功能角度闡釋細(xì)胞生命活動(dòng)的規(guī)律對于學(xué)生學(xué)習(xí)后續(xù)內(nèi)容具有重要的奠基作用。毋庸諱言，學(xué)習(xí)本節(jié)內(nèi)容存在著諸多困難，一方面由于學(xué)習(xí)本章內(nèi)容的時(shí)期是在高中階段的起始年級，學(xué)生從初中升入高中后，學(xué)習(xí)習(xí)慣和認(rèn)知方法需要一個(gè)培養(yǎng)期和過渡期；另一方面由于本節(jié)內(nèi)容與化學(xué)尤其是有機(jī)化學(xué)知識聯(lián)系非常緊密。而高一年級沒有開設(shè)有機(jī)化學(xué)課程，因此學(xué)生在學(xué)習(xí)時(shí)頗感吃力。二、教學(xué)建議1 .利用問題探討”讓學(xué)生提由問題由于學(xué)生在初三階段已經(jīng)學(xué)習(xí)了元素等化學(xué)基礎(chǔ)知識，因此可以引導(dǎo)學(xué)生分析比較下列資料：組成地殼和組成細(xì)胞的部分元素含量表（見人教版必修1教材第16頁），植物體和土壤的部分元素

6、含量的比較表（見表1）,人體和玉米細(xì)胞中部分元素含量表（見表2）,組成人體細(xì)胞的主要元素占細(xì)胞鮮重、干重的百分比圖（見人教版教材第17頁）。為了培養(yǎng)學(xué)生提由問題、解決問題的能力，建議教師組織學(xué)生自己提由問題交流與討論，最終解決問題。本節(jié)的主要教學(xué)目標(biāo)是簡述組成細(xì)胞的主要元素，說由構(gòu)成細(xì)胞的最基本元素是碳，認(rèn)同生命的物質(zhì)性。故通過組成地殼和組成細(xì)胞的部分第3頁/共9頁元素含量、植物體和土壤部分元素含量的比較分析，讓學(xué)生認(rèn)識到組成生物體與組成地殼、組成植物體與組成土壤的元素種類的相似性，組成細(xì)胞的化學(xué)元素在無機(jī)自然界中都可以找到，為認(rèn)同生命的物質(zhì)性奠定科學(xué)基礎(chǔ)；同時(shí)，通過分析比較讓學(xué)生明確細(xì)胞與非

7、生物元素含量的差異性，細(xì)胞與非生物各種元素相對含量大不相同是生命現(xiàn)象的物質(zhì)基礎(chǔ)。利用表2中玉米與人體中部分化學(xué)元素及其含量（占細(xì)胞干重的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，可以引導(dǎo)學(xué)生圍繞下列問題進(jìn)行思考：不同生物細(xì)胞中各種元素含量相同嗎？組成細(xì)胞的元素中哪4種化學(xué)元素的含量最多？什么元素是構(gòu)成細(xì)胞的最基本元素？在問題探討中，還可以結(jié)合組成人體細(xì)胞的主要元素占細(xì)胞鮮重、干重的百分比的餅形圖，啟發(fā)學(xué)生深入思考上述問題，最后得由如下結(jié)論:不同生物細(xì)胞中同種元素含量不同是生物多樣性和差異性的物質(zhì)基礎(chǔ)；組成細(xì)胞的元素中C、H、O、N這4種元素含量最多；組成細(xì)胞中的化學(xué)元素有大量元素和微量元素之分;碳元素是構(gòu)成細(xì)胞最基本的化學(xué)元

8、素；生命的物質(zhì)性和特殊性與組成細(xì)胞的元素種類和含量有關(guān)。為了幫助學(xué)生進(jìn)一步認(rèn)識生命的物質(zhì)性，化學(xué)元素尤其是微量元素對于生命活動(dòng)的重要性，建議教師從學(xué)生的生活經(jīng)驗(yàn)入手，圍繞人體、植物體中元素的生理作用以及常見的元素缺乏癥，組織學(xué)生進(jìn)行交流討論。例如，缺鈣時(shí)兒童會(huì)由現(xiàn)發(fā)育遲緩，牙齒不齊,骨骼畸形，中老年則會(huì)由現(xiàn)骨質(zhì)疏松，易骨折；缺鐵會(huì)引起貧血第4頁/共9頁缺鋅則會(huì)由現(xiàn)食欲不振、厭食、偏食和免疫力下降等癥狀嬰兒缺碘會(huì)患呆小癥等。對于植物體，油菜缺硼會(huì)花而不實(shí)”缺鋅會(huì)患小葉病，缺鐵則會(huì)由現(xiàn)黃化現(xiàn)象等。2 .利用化學(xué)知識，認(rèn)同碳是構(gòu)成細(xì)胞的最基本元素首先通過上述資料分析比較，讓學(xué)生認(rèn)識到在細(xì)胞干重中碳元

9、素含量最多，高達(dá)55.99%,初步得由碳是構(gòu)成細(xì)胞最基本元素的結(jié)論。接著，建議教師引導(dǎo)學(xué)生以初三所學(xué)習(xí)的元素周期表為基礎(chǔ)，回顧、分析碳原子核外電子分布特點(diǎn)和碳的化學(xué)性質(zhì),讓學(xué)生理解碳鏈?zhǔn)菢?gòu)成生物大分子的結(jié)構(gòu)骨架。學(xué)生通過元素周期表，得知碳位于第2周期、IVA族,其原子序數(shù)是6。教師由示碳原子結(jié)構(gòu)示意圖，說明碳原子核中含有6個(gè)質(zhì)子，核外有6個(gè)電子，最外層有4個(gè)電子，這樣碳原子就具有了4個(gè)能夠成鍵的價(jià)電子。這4個(gè)價(jià)電子，能夠使碳原子之間、碳原子與其他元素的原子之間結(jié)合形成更多的化學(xué)鍵。由于每個(gè)碳原子可以形成4個(gè)化學(xué)鍵，所以就有可能形成含有成千上萬個(gè)甚至更多個(gè)碳原子的物質(zhì)。正因?yàn)樘荚泳哂刑厥獾碾娮?/p>

10、結(jié)構(gòu)和豐富的成鍵能力，以它為主形成的有機(jī)化合物構(gòu)成了已知化合物的絕大部分，碳鏈真正成為生物大分子的基本骨架。據(jù)此，學(xué)生理解碳元素對于生命的重要意義也就水到渠成。但是，考慮到學(xué)生還沒有學(xué)習(xí)蛋白質(zhì)、核酸等生物大分子，因此對于這部分內(nèi)容的教學(xué)目標(biāo)可以分階段螺旋式提升,尤其關(guān)于碳鏈?zhǔn)巧锎蠓肿拥牡?頁/共9頁基本骨架，可以在學(xué)習(xí)了組成細(xì)胞的有機(jī)化合物之后，通過大量豐富的實(shí)例，理解碳元素對于生命的重要意義就可以了，而不要急于求成、一步到位。另外，對于學(xué)有余力的學(xué)生，教師還可以組織學(xué)生將人體中必需元素在元素周期表中勾畫由來，找由這些生命必需元素在元素周期表中的分布規(guī)律。3 .利用生活經(jīng)驗(yàn)，推測細(xì)胞中所含化

11、合物的種類及其含量由于組成細(xì)胞的元素大多以化合物的形式存在，因此在學(xué)習(xí)了組成細(xì)胞的元素內(nèi)容后，需要引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步了解組成細(xì)胞的主要化合物及其相對含量。建議教師從學(xué)生的生活經(jīng)驗(yàn)和認(rèn)知基礎(chǔ)由發(fā)，定性判斷細(xì)胞中化合物的種類及其含量的高低。教師可以設(shè)問：人類從其他生物體內(nèi)獲得了大量而豐盛的食物，根據(jù)你的生活經(jīng)驗(yàn)，請你說說各種動(dòng)植物食品中含量較多的化合物有哪些？怎樣提取這些化合物？學(xué)生可以從自己日常生活經(jīng)驗(yàn)中提供信息和結(jié)論：西瓜中水分充足、糖分含量高;果汁中含水量高，還含有維生素、有機(jī)酸和糖類，因?yàn)槌栽谧炖镉悬c(diǎn)酸、有點(diǎn)甜；米飯中主要成分是淀粉，淀粉屬于糖類；動(dòng)物精肉中含有豐富的蛋白質(zhì)，青少年要保證蛋白質(zhì)

12、足夠的攝入量；豆腐中含有較多的植物蛋白，是從大豆種子里提取由來的；動(dòng)物的肥肉中含有較多的脂肪，因?yàn)槌云饋碛幸环N油膩的感覺，在鍋里熬炸后可以提取動(dòng)物脂肪（葷油，如此等等。最后，教師組織學(xué)生進(jìn)行總結(jié)：組成細(xì)胞的化合物有無機(jī)化合物、有機(jī)化合物兩大類，無機(jī)化合物包括水和無機(jī)鹽，有機(jī)化第6頁/共9頁合物包括糖類、脂質(zhì)、蛋白質(zhì)和核酸。4 .利用學(xué)生實(shí)驗(yàn)，探究生物組織中有機(jī)物的種類和含量檢測生物組織中的還原糖、脂肪和蛋白質(zhì)是高中生物學(xué)第1個(gè)重要實(shí)驗(yàn)，該實(shí)驗(yàn)可以幫助學(xué)生進(jìn)一步理解元素和化合物是細(xì)胞結(jié)構(gòu)和功能的物質(zhì)基礎(chǔ)，深入理解還原糖、脂肪和蛋白質(zhì)的重要化學(xué)性質(zhì)，系統(tǒng)嘗試實(shí)驗(yàn)材料的選取、染色、臨時(shí)裝片的制作、顯

13、微鏡的使用、常見試劑的配制等基本實(shí)驗(yàn)方法。關(guān)于該實(shí)驗(yàn)的教學(xué)建議如下：增設(shè)教師演示實(shí)驗(yàn)。由于該實(shí)驗(yàn)內(nèi)容較多、時(shí)間較長，可以通過教師演示實(shí)驗(yàn)，幫助學(xué)生梳理實(shí)驗(yàn)原理、方法與步驟，并將這3個(gè)實(shí)驗(yàn)的正確結(jié)果分別展示在講臺上，以便學(xué)生將自己的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與教師的演示實(shí)驗(yàn)作比較。合理分工、緊密合作。在實(shí)驗(yàn)前實(shí)驗(yàn)小組要集體研讀實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，由于該實(shí)驗(yàn)耗時(shí)較長，為了提高實(shí)驗(yàn)效率、縮短實(shí)驗(yàn)時(shí)間，根據(jù)實(shí)驗(yàn)任務(wù)，各實(shí)驗(yàn)小組在實(shí)驗(yàn)前要明確分工。例如，一位學(xué)生制備組織樣液，另一位學(xué)生同時(shí)可以準(zhǔn)備后續(xù)步驟的實(shí)驗(yàn)儀器、水浴加熱所用的溫水；一位學(xué)生制作臨時(shí)裝片，另一位學(xué)生就可以同時(shí)調(diào)試顯微鏡了。適當(dāng)調(diào)整實(shí)驗(yàn)的順序。教材是按照糖類-脂肪

14、-蛋白質(zhì)的序列編寫的，不少教師在長期的教學(xué)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，檢測生物組織中的脂肪由于需要制作臨時(shí)裝片，使用高倍顯微鏡觀察，實(shí)驗(yàn)操作較為繁瑣,相當(dāng)一部分學(xué)生使用高倍顯微鏡不夠熟練，因此影響實(shí)驗(yàn)進(jìn)程，故建議將實(shí)驗(yàn)順序調(diào)整為蛋白質(zhì)-糖類-脂肪，先易第7頁/共9頁后難，順序漸進(jìn)。增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)的探究性。教材中安排的實(shí)驗(yàn)具有一定的探究性，建議有條件的學(xué)校還可以重新設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮蛯?shí)驗(yàn)方法，進(jìn)一步增加檢測材料和方法的選擇性，以及對檢測結(jié)果的預(yù)期，以提高實(shí)驗(yàn)的探究性。例如，增加實(shí)驗(yàn)材料的種類，在蘋果、梨勻漿，馬鈴薯勻漿，花生種子及其勻漿，豆?jié){,鮮肝提取液的基礎(chǔ)之上，增加白蘿卜塊根勻漿、甘薯塊根、洋蔥鱗片葉、核桃仁、小麥種

15、子、鮮奶和酸奶等當(dāng)?shù)卮蠹沂熘牟牧?；?shí)驗(yàn)?zāi)康目梢愿臑楸容^不同材料中還原糖、脂肪和蛋白質(zhì)含量大小；檢測還原糖的實(shí)驗(yàn)中，可以針對溫度對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響展開探究；教材關(guān)于斐林試劑、雙縮月尿試劑的使用規(guī)定了嚴(yán)格的順序：使用斐林試劑時(shí)甲液和乙液必須等量混勻后一起加入，使用雙縮月尿試劑時(shí)必須先加入A液后加入B液,如果不按照這樣的規(guī)定順序操作，其結(jié)果到底怎樣？不妨讓有興趣的學(xué)生去嘗試探究一下。適度拓展檢測的化合物種類。除了檢測生物組織中還原糖、脂肪和蛋白質(zhì)外，還可以檢測淀粉、無機(jī)鹽等，將實(shí)驗(yàn)課題確定為比較當(dāng)?shù)馗适韷K根和馬鈴薯塊莖中淀粉含量大小”、探究甘薯塊根和馬鈴薯塊莖中是否含有還原糖”、探究洋蔥鱗片葉、大蒜鱗莖中是否含有淀粉、還原糖”等。初步培養(yǎng)對照實(shí)驗(yàn)思想。做鑒定還原糖和蛋白質(zhì)的實(shí)驗(yàn)時(shí)，建議學(xué)生在鑒定實(shí)驗(yàn)之前，留取部分組織樣液，以便與鑒定實(shí)驗(yàn)后的組織樣液的顏色進(jìn)行對比分析，增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)的說服力和嚴(yán)密性。也可以對蘋果、梨、白蘿卜塊第8頁/共9頁根、甘薯塊根和馬鈴薯塊莖進(jìn)行還原糖的檢測，通過顯色反應(yīng)的有無以及顯色的深淺進(jìn)行對比，從而判定上述生物材料中是否含有還