人教版 (2019)必修1《分子与细胞》细胞中的元素和化合物教案设计

这是一份人教版 (2019)必修1《分子与细胞》细胞中的元素和化合物教案设计，共10页。
教材分析
本章介绍了组成细胞的化学元素,蛋白质、核酸、糖类、脂质等有机物的结构和功能,以及水和无机盐的含量、存在形式和作用;设置了“检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质”实验,以及一部分“问题探讨”“思考·讨论”等活动,可为学生学习后续内容,即细胞的结构、物质的输入和输出、能量供应和利用等打下基础。
本章阐述了组成细胞的化学元素和化合物,本部分内容与生产、生活联系密切。例如,食物中蛋白质与人体必需氨基酸、吃熟鸡蛋容易消化、患急性肠炎的病人要输入葡萄糖或盐水、脂肪类食物的摄入与肥胖问题等,这些内容都与人们的生活及健康息息相关,能够引发学生的学习兴趣和探知欲望。同时,该内容涉及大量的化学知识,如肽键(化学键)、脱水缩合(反应方式)以及物质的理化性质等,由于学科间教学内容与进度的错位,学生对本章内容的学习和理解会有一定的难度。
学情分析
高一的学生刚从初中跨入高中,对生物这门学科的认识还停留在感性认识的层面,所以在教学过程中要抓住这个特点:从感性的生活现象中提炼出生命现象的本质。学生对于水的认识比较丰富,许多概念来自生活中的经验,但是站在活细胞的角度去看,学生的认识还有需要补充、纠正和完善的地方。通过对前面一个章节以及本章学习,学生对构成细胞的物质有了一定的了解,在教学中应该注意把本节内容与前面的知识点联系在一起,形成一个有机的知识网络,方便学生学习。
重点难点
教学重点
(1)组成细胞的主要元素和化合物。
(2)检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质。
(3)水和无机盐在细胞中的作用。
(4)糖类的种类和作用。
(5)脂质的种类和作用。
(6)蛋白质的结构和功能。
(7)氨基酸的结构特点及形成蛋白质的过程。
(8)核酸是细胞内携带遗传信息的物质。
(9)生物大分子以碳链为骨架。
教学难点
(1)检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质。
(2)结合水的概念。
(3)无机盐的作用。
(4)多糖的分子结构及作用。
(5)脂肪的分子结构及作用。
(6)糖类与脂质的相互转化。
(7)氨基酸形成蛋白质的过程。
(8)蛋白质的结构和功能多样性的原因。
(9)核酸的种类及结构。
(10)生物大分子以碳链为骨架。
课时安排
第2章 组成细胞的分子
第1节 细胞中的元素和化合物
教学分析
教学目标
1.生命观念:知道组成细胞的主要元素,知道为什么碳元素是构成细胞的基本元素。
2.科学探究:学会检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质的方法。
3.科学思维:通过对碳元素的分析,说明有机化合物形成的可能性及必然性,初步培养学生跨学科综合分析问题的能力。
评价目标
1.认同生命的物质性。
2.认同生物界在物质组成上的统一性。
3.提高学生的实验能力,初步掌握糖类、脂肪和蛋白质的检测方法。
教学重难点
重点:1.组成细胞的主要元素和化合物。
2.检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质。
难点:检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质。
教学方法
通过对比分析,培养学生通过阅读获取信息的能力。对比细胞与无机自然界元素种类与含量的差异,理解各种元素及化合物对生物体的作用。物质鉴定实验让学生自己动手,并通过为实验选择最理想的材料,培养学生的观察能力与解决问题的能力。
课时安排
1课时
教学准备
多媒体,白板,学案,PPT等。
教学设计
导入新课
【师】在《红楼梦》第二回“贾夫人仙逝扬州城,冷子兴演说荣国府”中,贾宝玉说:“女儿是水作的骨肉,男儿是泥作的骨肉。”
同学们对这一说法有什么看法?
【生】学生讨论,发表开放性的见解。
【师】从生物学角度上考虑,这一说法可以说对,也可以说不对。为什么这么说呢?学习了这一章的内容,这个疑问自然就迎刃而解了。
(设计意图:通过引导学生分析上述问题,归纳总结,形成结论。)
探究一、组成细胞的元素与无机自然界的元素相比较
【师】要认识细胞这个基本的生命系统,首先要分析这个系统的物质组成——组成细胞的分子。同自然界的许多物体一样,细胞也是由分子组成的,而分子又是由元素构成的。那么组成细胞的元素与组成无机自然界的元素有什么关系呢?
组成地壳和组成细胞的部分元素含量(%)表
【师】此表中组成地壳和组成细胞的什么元素最多?
【生】此表中组成地壳和细胞的元素中,均是O元素含量最多。
【师】从表中可以看出组成地壳和组成细胞的元素有什么关系?
【生】从表中可以看出细胞中含有的元素都是地壳中具有的元素。
【师】从表中可以看出组成地壳和组成细胞的元素有什么不同点?
【生】从表中可以看出细胞中的元素含量和地壳中的元素含量是不同的。
【师】试解释为什么组成细胞的元素会与组成地壳的元素具有这样的相同点和不同点。学生讨论回答。
生物体通过和外界环境进行物质交换,获取外界环境中的物质转化为自身的物质,所以组成细胞的化学元素,在无机自然界中都能找到,没有一种化学元素是细胞特有的。另外,细胞是有选择地从无机自然界获得物质来组成自身的,而不是把环境中的所有物质无选择地吸收,所以构成细胞的元素与构成地壳的元素相比,各种元素的相对含量大不相同。
探究二、组成细胞的重要元素
【师】对组成细胞的化学元素进行分析是件复杂的事情,要应用化学、物理学、生物学的多种方法。而且,不同生物的细胞不同,同一生物的细胞又有很多类型,所以它们的成分是不尽相同的。细胞中常见的化学元素有20多种,其中有些含量多,有些含量很少。
玉米细胞和人体细胞的部分元素及含量(干重,质量分数)
【师】构成细胞的最基本元素是什么?
【生】构成细胞的最基本元素是C。
【师】基本元素是哪些?
【生】基本元素是C、H、O、N。
【师】大量元素和微量元素分别有哪些?
【生】大量元素是C、H、O、N、P、S、K、Ca、Mg等元素;微量元素是Fe、Mn、B、Zn、Cu、M等。
【师】细胞中常见的化学元素有20多种。细胞的干重中C的含量最多,它是构成细胞的基本元素。C、H、O、N、P、S、K、Ca、Mg等含量较多,被称为大量元素;Fe、Mn、B、Zn、Cu、M等含量较少,被称为微量元素。值得指出的是,微量元素的含量虽然非常少,却是细胞进行正常生命活动必不可少的。
(设计意图:通过分析比较,使学生明确大量元素和微量元素的概念,并正确理解碳是组成细胞的最基本的元素。)
探究三、组成细胞的化合物
【师】既然细胞中的元素都能在无机环境中找到,为什么细胞能表现出独特的生命特征呢?我们考虑元素要构成单质或化合物才能具有独特的理化性质,那么细胞中的元素构成的化合物有什么特殊之处呢?
(展示组成细胞的化合物图片)
组成细胞的化合物无机化合物水无机盐有机化合物糖类脂质蛋白质核酸
【师】细胞中含量最多的有机化合物和无机化合物分别是哪一种?你能推测它们对生命的意义吗?
【生】细胞中含量最多的有机化合物是蛋白质,含量最多的无机化合物是水。蛋白质是组成生物体的重要物质,在生命活动中起重要作用,水是生命之源,离开水,生命活动就无法进行。
【师】并不是所有细胞中化合物的含量都一样。根据你的生活经验,说说哪些植物器官的细胞中富含糖类、脂质或蛋白质?怎样从植物器官中提取这些化合物?
【生】植物的果实中通常含有较多的糖类、脂质和蛋白质。如禾谷类的果实中含淀粉(多糖)较多;甘蔗的茎和甜菜的根含蔗糖较多;花生、芝麻种子中含脂质较多;大豆种子中含蛋白质较多,等等。要想从植物的果实中获得糖类、脂质和蛋白质,就要设法使细胞破碎,再将这些物质提取出来。
(设计意图:通过教师的引导,学生自主学习本部分内容,锻炼学生的自学能力。)
探究四、检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质
1.实验原理
某些化学试剂能够使生物组织中的相关化合物产生特定的颜色反应,我们根据这一原理就能检测生物组织中一些化合物的存在。
学生自学教材中“检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质”。
思考:(1)检测糖类、脂肪和蛋白质的原理分别是什么?
(2)所有的糖类都能通过教材中的方法鉴定吗?
(3)实验材料的选取有什么需要注意的问题?
(4)实验过程中三种物质的鉴定有什么特殊要求?
学生讨论回答。
(1)糖类中的还原糖与斐林试剂发生作用,生成砖红色沉淀;
脂肪可以被苏丹Ⅲ染液染成橘黄色;
蛋白质与双缩脲试剂发生作用,产生紫色反应。
(2)并不是所有的糖类都能使用斐林试剂鉴定,只有葡萄糖、果糖、麦芽糖等具有还原性的糖类才能和斐林试剂反应。
(3)一是要注意选取的生物材料要富含待检测的化合物;二是要注意选择自身无色或者颜色比较浅的生物材料,以便清楚地观察到颜色变化;三是选取的生物材料要方便实验操作。
(4)糖类的鉴定需要水浴加热,脂肪的鉴定需要在显微镜下观察。
2.实验过程
【师】糖类中的还原糖,如葡萄糖,与斐林试剂发生作用,生成砖红色沉淀;脂肪可以被苏丹Ⅲ染液染成橘黄色;蛋白质与双缩脲试剂发生作用,产生紫色反应。因此,可以根据有机物与某些化学试剂所产生的颜色反应,检测生物组织中糖类、脂肪或蛋白质的存在。
注意:(1)试管不要碰到烧杯底部,试管口不要对着人,以免试管内液体沸腾冲出试管,造成烫伤;
(2)斐林试剂的甲液和乙液需等量混合均匀后方可使用,而双缩脲试剂要先加A液,再加B液;
(3)制作花生子叶临时切片要尽量切薄,操作过程务必注意安全。
学生以小组为单位相互配合进行实验,教师进行指导,及时发现问题并加以纠正。
3.实验结果与结论
实验操作结束,教师对实验过程和结果进行评价,举例分析实验过程中出现的问题并引导学生进行原因分析。
思考:1.实验的生物材料中有机化合物的种类、含量一样吗?
2.怎么证明生物材料中有机化合物的种类是否相同,又怎么证明含量的差异呢?
3.生物材料中有机化合物的种类、含量的特点对我们选择食物有什么启发?
学生讨论回答。
点拨:1.生物材料中有机化合物的种类、含量不同。
2.要证明生物材料中有机化合物的种类不同可以对几种不同的生物材料分别用不同的试剂进行鉴定。要证明含量的差异可以在浓度相同的条件下观察反应后颜色的深浅,一般来说颜色越深含量越高。
3.我们应做到不同食物的合理搭配,保证获得全面的营养。
细胞中都含有糖类、脂肪和蛋白质,一般来说蛋白质含量最多,但是有些细胞中会储藏有较多的糖类和脂肪。这三大类有机物对于维持细胞正常的生命活动和提供新陈代谢所需的能量具有非常重要的意义。
(设计意图:通过小组合作进行实验,锻炼学生的动手能力和合作意识。)
评价反馈
让学生动手实验,完成糖类、脂肪、蛋白质的检测。
课堂小结
布置作业
完成学案后的核心素养专练。
教学反思
1.以“自主性、探究性、合作性、完整性”为课堂教学的四个基本维度,以培养学生的学科素养为指导,侧重科学方法的教育。
2.注重培养学生质疑辨析的素养,实现“教是为了不教”。
3.发挥小组长的协助作用,提高小组内合作学习的积极性和实效性。
4.实验过程中,试剂用量的差异会影响实验结果。
5.实验与探究能力的培养过程与方法尚需做进一步的探讨,要注意突出重点,不能平均用力。
板书设计
第2章 组成细胞的分子
第1节 细胞中的元素和化合物
一、组成细胞的元素
二、组成细胞的化合物
三、实验
还原糖+斐林试剂砖红色沉淀
脂肪+苏丹Ⅲ染液→橘黄色颗粒
蛋白质+双缩脲试剂→紫色
备课资源
1.检测生物组织中糖类、脂肪、蛋白质的其他简易方法
(1)检测生物组织中糖类的其他简易方法
Mlisch反应(α-萘酚反应) 此方法是鉴定糖类最常用的颜色反应。它的原理是糖类在浓硫酸作用下所形成的糠醛及其衍生物可以与α-萘酚作用,形成紫红色复合物。由于在糖溶液与浓硫酸两液面间出现紫红色的环,因此又称紫环反应。α-萘酚也可用麝香草酚或其他的苯酚化合物代替,麝香草酚溶液比较稳定,其灵敏度与α-萘酚一样。除了糖类之外,各种糠醛衍生物、葡萄糖醛酸、丙酮、甲酸、乳酸等都可以呈现近似的阳性反应。因此,阴性反应证明没有糖类物质的存在;而阳性反应只能说明有糖类存在的可能。
蒽酮反应 糖类经浓酸水解,脱水生成的糠醛及其衍生物与蒽酮(10-酮-9,10-二氢蒽)反应生成蓝绿色复合物。
Benedict反应 班氏试剂是斐林试剂的改良(也是含有Cu2+的碱性溶液),能使具有自由醛基或酮基的糖类氧化,其本身则变成砖红色的Cu2O,可用来测定还原糖的存在。它利用柠檬酸作为Cu2+的络合剂,其碱性比斐林试剂弱,灵敏度高,干扰因素少,因而在实际应用中有更多的优点。
Bial反应(甲基间苯二酚反应) 戊糖与浓盐酸加热形成糠醛,在有Fe3+存在的条件下,它与甲基间苯二酚(地衣酚)缩合,形成深蓝色的沉淀物(此沉淀物溶于正丁醇)。己糖也能发生反应,产生灰绿色甚至棕色的沉淀物。
(2)检测生物组织中脂肪的其他简易方法
油点实验(spt test) 将含有脂肪的混合物磨碎后擦在一片滤纸(或牛皮纸)上,然后朝向光源观看,应该有半透明的油点出现。此油点不能挥发掉。当滤纸浸过苯(或醚、异丙醇等)后,油点消失。或将混合物磨碎后溶于苯液中,然后过滤。取一滤纸放入滤液中,取出后让苯挥发,朝向光源观看,如有半透明油点存在,则证明混合物中含有脂肪。
乳液形成实验(emulsin test) 将含有脂肪的混合物溶液稍微加热,加入少量乙醇,摇匀后静置。脂肪可分散成许多微粒,形成白色乳状液。
(3)检测生物组织中蛋白质的其他简易方法
对各种氨基酸特异的某些颜色反应(见2),可用来检测含有这些氨基酸的蛋白质。这些颜色反应包括Milln反应、茚三酮反应、黄蛋白反应以及Hpkins-Cle(水合乙醛酸)反应等。
Milln反应 米伦试剂为硝酸、亚硝酸、硝酸汞、亚硝酸汞的混合物,能与单酚、双酚和吲哚衍生物产生颜色反应,但不能检验尿蛋白。
茚三酮反应 蛋白质、多肽和各种氨基酸具有茚三酮反应。除无α-氨基的脯氨酸和羟脯氨酸呈黄色外,其他氨基酸生成紫红色,最终为蓝色化合物。
黄蛋白反应 它是含有芳香族氨基酸,特别是酪氨酸和色氨酸的蛋白质所特有的颜色反应。
2.部分氨基酸的颜色反应
第1节 细胞中的元素和化合物
1课时
第2节 细胞中的无机物
1课时
第3节 细胞中的糖类和脂质
1课时
第4节 蛋白质是生命活动的主要承担者
1课时
第5节 核酸是遗传信息的携带者
1课时
元素
地壳
细胞
O
48.60
65.0
Si
26.30
极少
C
0.087
18.0
N
0.03
3.0
H
0.76
10.0
元素
玉米细胞
人体细胞
C
43.57
55.99
H
6.24
7.46
O
44.43
14.62
N
1.46
9.33
K
0.92
1.09
Ca
0.23
4.67
P
0.20
3.11
Mg
0.18
0.16
S
0.17
0.78
化合物
所占比例/%
水
70~90
无机盐
1~1.5
蛋白质
7~10
脂质
1~2
糖类和核酸
1~1.5
所测定的氨基酸
名称
试剂
颜色
精氨酸
Sakaguchi(坂口)反应
α-萘酚和次氯酸钠溶于碱性溶液
红
半胱氨酸
硝普盐反应
硝普钠(亚硝基铁氰化钠)溶于稀氨溶液中
红
半胱氨酸
Sullivan反应
1,2-萘醌-4-磺酸钠和亚硫酸钠
红
组氨酸、
酪氨酸
Pauly反 应
重氮化的对氨基苯磺酸溶于碱性溶液
红
色氨酸
乙醛酸反应(Hpkins-Cle反应)
乙醛酸溶于浓硫酸中
紫
色氨酸
Ehrlich反应
对二甲氨基苯甲醛溶于浓盐酸中
蓝
酪氨酸
Milln反应
硝酸汞溶于亚硝酸,加热
红
酪氨酸
Flin-Cicalteau反应
磷钼钨酸
蓝
酪氨酸、
色氨酸、
苯丙氨酸
黄蛋白反应
煮沸的浓硝酸
黄