人教版 (2019)必修1《分子与细胞》细胞中的无机物教案

这是一份人教版 (2019)必修1《分子与细胞》细胞中的无机物教案，共11页。教案主要包含了细胞中的水，细胞中的无机盐等内容，欢迎下载使用。
课题
2.2 细胞中的无机物
单元
必修1
学科
生物
年级
高一
教材分析
在第二章第一节中，习得细胞是由多种元素和化合物组成的，并用实验证明了有机物存在于细胞中，在此章节中则需要说明无机物在细胞中的存在方式和作用，此为承前作用。讲解好此节内容对于往后学习理解细胞膜的物质运输过程、呼吸作用与光合作用的原理、神经冲动的传递等内容都有很大帮助，此为启后作用。
教学目标及核心素养目标
1.生命观念：通过对组成细胞的水和无机盐的学习，认同无机盐对生物体的重要性，建立生命物质性的观点。
2.科学思维：构建水分子的结构模型，利用模型描述水的结构特点，能从结构与功能相适应的视角说明水在细胞中的存在形式和作用；认同水在生命活动中具有重要作用。运用归纳与概括的思维方式，能举例说出无机盐在细胞中的存在形式与功能。
3.科学探究：通过探究无机盐功能的技能培训培养科学探究的能力。
4.社会责任：从生物学角度解释日常生活中常见的生命现象，渗透节水环保理念和健康生活意识，形成珍爱生命、人与自然和谐共处的观念。
重点
水和无机盐在细胞中的作用。
难点
结合水的概念和无机盐的作用。
教学过程
教学环节
教师活动
学生活动
设计意图
导入新课
教师引导学生想象在长时间剧烈运动后身体会有什么感觉？并展示某运动品牌饮料的化学成分表，提问学生“问题探讨”中的问题。
问题探讨：
右侧是某种运动员饮料的化学成分表。请回忆初中所学知识，结合此表讨论以下问题。
1.喝饮料主要是给身体补充水。水在细胞中起什么作用？
2.表中哪些成分属于无机盐？为什么要在运动员喝的饮料中添加无机盐？无机盐在细胞的生活中起什么作用？
水是生命活动的第一要素，正常情况下，一个人一天需要2千克水。当人体失去6%的水分时，就会出现口渴、尿少和发烧等症状；当人体失水10%～20%时，就会出现幻觉，甚至死亡。水是生命的源泉，任何生物体都离不开水。水和无机盐与细胞生命活动之间关系密切。
进而引出本节课的主题——细胞中的无机物。
结合自身生活经验和知识基础，讨论并回答问题。
答案提示：
1.①水是细胞结构的重要组成成分；②水是细胞内的良好溶剂；③细胞内的许多化学反应需要有水参与；④作为大多数细胞生活的环境；
⑤细胞代谢中起运输作用。
2.氯化钠、氯化钾、磷酸二氢钠、磷酸二氢钾、碳酸氢钠等都属于无机盐，它们在饮料中以离子的形式存在。运动员在运动中会大量出汗，出汗时人体会排出大量无机盐，所以要给他们补充无机盐。
无机盐可以调节细胞的生命活动，也是许多有机物的重要组成成分。
借助资料，感悟水和无机盐与细胞生命活动之间的密切关系，明确本节课的学习主题。
讲授新课
一、细胞中的水
1.水的含量
我们在初中时学习过：生命起源于水环境中，那么水对生命有多重要呢？从以下生物的含水量中可窥探一二。
教师引导学生分析图表中数据，并回答问题。
展示不同生物含水量表格
提出问题：不同生物体含水量是否相同?水生和陆生生物相比，哪种生物体的含水量高?不同生物体水的含量由多到少依次是什么？同一生物不同器官的含水量是否相同？并能得出什么结论？
教师总结：
（1）水是活细胞含量最多的化合物。
（2）不同生物含水量不同（水生＞两栖类＞陆生）。
（3）结论：同种生物在不同发育时期，含水量不同。
（4）结论：同一生物不同器官的含水量不同。
2.水在细胞中的存在形式
教师组织学生阅读教材P21页正文部分，提出问题，并引导学生进行回答。
展示心脏和血液的图片：
思考：心脏和血液的含水量很接近，为何心脏呈固态而血液却呈流动的液态？这是什么原因呢？
教师：在人体中某些器官组织的含水量相似，但形态却不相同，说明生物体内水的存在形式不同。请同学们阅读课本第三段了解水在细胞中的存在形式及作用。
师生共同总结水的存在形式及其特点，学生初步理解自由水和结合水。
（1）自由水：以游离的形式存在，可以自由流动。（约95.5%）
（2）结合水：与细胞内其他物质相结合的水。（约4.5%）
3.水的生理功能
提问：从同学们的回答和所举的例子可知，同学们对于自由水的概念和作用已有很深的认识，那么结合水的作用是否等同于自由水呢？
总结水的生理功能。
自由水：
（1）是细胞内的良好溶剂，许多物质溶解在水中（如葡萄糖）；
（2）运输营养物质或代谢废物（如血液）
（3）参与细胞内的许多生化反应（如光合作用、呼吸作用）；
（4）为细胞提供液体环境，维持细胞的膨胀形态。
结合水：组成细胞结构的重要组成成分。
4.水的结构特点
水为什么能成为细胞内良好的溶剂呢?它又为什么具有支持生命的独特性质呢?这是由它的分子结构所决定的。
展示水分子之间靠氢键结合示意图，带领学生阅读教材P21页，自主学习课本内容，思考并回答以下问题。
教师请学生利用工具自行组装水分子的结构模型，并利用构建的模型对上述问题进行阐述。
（1）水分子中的H、O原子的结合方式和带电情况如何？为什么说水是一种良好的溶剂？
提示：水分子由2个氢原子和1个氧原子构成，氢原子以共用电子对与氧原子结合。由于氧具有比更的吸引共用电子的能力，使氧的一端带负电荷，氢的一端带正电荷。水分子的空间结构及电子的不对称分布，使得水分子成为一个极性分子。带有正电荷或负电荷的分子(或离子)都容易与水结合，因此，水是良好的溶剂。
（2）水分子的氢键是怎样形成的？为什么在常温下水是液体状态，具有流动性？
提示：由于水分子的极性，它们之间就形成氢键。氢键不断地断裂，又不断地形成，使水在常温下能够维特液体状态，具有流动性。
（3）为什么说水对于维持生命系统的稳定性十分重要？
提示：由于氢键的存在，水具有较高的比热容，水的这种特性，对于维持生命系统的稳定性十分重要。
自由水和结合水的概念：由于氢键的不稳定性，绝大部分的水呈游离状态，可以自由流动，叫作自由水，如血液中的水；一部分水与细胞中的其他物质如蛋白质、多糖相结合，失去流动性和溶解性，叫作结合水。结合水是细胞结构的重要组成成分，赋予各种组织、器官一定形状、硬度和弹性，如心脏中的水。
5.自由水和结合水的关系
提问：自由水具有多种多样的功能，它与结合水存在什么样的关系呢？
（1）血液凝固时，血液中的（ ）转变成（ ）。
（2）鸡蛋变臭时，蛋清中的（ ）转变成（ ）。
说明自由水和结合水可以自由转换。
请同学回想一下在家里打鸡蛋的情形新鲜的鸡蛋清呈液态胶状，臭鸡蛋清相对更“稀”的液体，水状。为什么会这样呢？那是因为在新鲜的鸡蛋清中的水与蛋白质结合在一起，形成液态胶体，这时的水为结合水，只是细胞和生物体的组成成分；而臭鸡蛋中的蛋白质被微生物分解成小分子物质，使这部分结合水释放出来，转变为自由水。
由水的作用，可知与生物体的新陈代谢有密切的关系的主要是自由水。因此，生物体内水的含量及水的存在形式的改变都影响着新陈代谢。
探究：自由水与结合水比值对生物的影响
提出问题：
①通过你的生活经验，结合初中种子实验，想想新鲜种子和干燥种子相比哪个新陈代谢更旺盛？（生活经验可知：新鲜种子比干燥种子更易发芽，发芽需要经过新陈代谢，说明新鲜种子新陈代谢更旺盛。）
提示：新鲜种子的自由水与结合水的比例比干燥种子大，请结合自由水与结合水的生理功能思考。
②干燥种子和新鲜种子置放在寒冷环境中哪个抗逆性更强？（新鲜种子比干燥种子在相同环境中更易腐烂，自由水含量较多，细胞新陈代谢更旺盛，有机物消耗更多，导致新鲜种子抗逆性较弱。）
提示：抗逆性指植物具有抵抗不利环境的某些性状。
归纳总结：
思考水对生物体的重要性。
分析表格数据，得出结论。
回答问题。
答案提示：不同生物体含水量不同；水母的含水量最高；几种不同生物体水的含量由多到少依次是：水母＞藻类＞鱼类＞蛙＞哺乳动物＞高等植物。
学生阅读教材并回答问题。
学生合理假设并通过数据验证假设同时思考水的结构和形态间的关系。
思考、比较、分析后回答血液和心肌的含水量相似，但形态却不相同，说明生物体内水的存在形式不同。
思考并回答问题。
学生阅读课本，提炼相关概念，请同学们举例说明，并归纳水的作用。
学生自主学习，思考并讨论问题。
描述水分子的结构，思考讨论，并回答问题。
思考并回答问题。
完成填空。
（1）自由水 结合水
（2）结合水 自由水
学生以小组讨论形式合作探究，归纳总结。
联系生活经验，回忆初中知识，积极回答问题。
通过分析和整理数据，培养学生的逻辑思维能力，同时合理设疑，激发学生进一步探究的欲望。
激发学生学习兴趣，列举不同时期的生物含水量能更好理解水在生物体内是可转换的。
巩固应用比较法，进一步加深学生对该解题方法的灵活应用。
锻炼学生的语言表达能力。总结水的存在形式及其生理功能。
模型建构和展示环节，初步建立物质的结构和功能相适应的观念，同时训练学生的团队合作能力和语言表达能力。
通过生活经验中的感性认识进一步加强对抽象概念（结合水）的理解。
加深对结合水的认识，更易理解结合水和自由水占细胞比例不同对生物的影响
讲授新课
二、细胞中的无机盐
提出疑问：将烘干的骨、小麦种子和植物秸秆等点燃烧尽，最终都会得到一些灰白色的灰烬，请问这些灰烬是什么呢？
教师：是，所有生物体都由无机物和有机物构成，有机物通过充分燃烧成为水和二氧化碳，水成为水蒸气散发于空气中。
引出下部分学习内容——细胞中的无机盐。
无机盐是很常见的一种无机物，而初中所学的一些微量元素如钾、钙、铁等就以无机盐的形式存在于生物体中。
带领学生阅读课本P21-22页，利用PPT展示让学生了解无机盐的含量和存在形式，并请学生回答无机盐的含量和存在形式。
教师总结无机盐的含量和存在形式。
1.含量：1%～1.5%
2.存在形式：
细胞中大多数无机盐以离子的形式存在。
含量较多的阳离子： Na+、K+、 Ca2+、Mg2+、Fe2+、Fe3+等。
含量较多的阴离子： Cl-、SO42-、PO43-、HCO3-等。
3.无机盐的作用
教师：展示无机盐功能相关的资料及问题，利用“思考・讨论”引导学生观察叶绿素分子与血红蛋白分子局部结构简图，进而分析细胞中无机盐的功能，以及从无机盐与人体健康关系的角度，列举各种事例，由此再引伸到人体发生的一些与无机盐异常有关的疾病。通过对疾病的介绍与讨论，引导学生认识无机盐在细胞和生物体调节渗透压和酸碱平衡等方面的功能。
思考讨论 无机盐的作用
资料1 下图是一种叶绿素分子和血红素分子局部结构简图。
资料2 植物在缺乏N、P、K等营养物质时会出现各种症状，因此生产过程中常要给植物施肥。玉米在生长过程中缺乏P，植株就会特别矮小，根系发育差，叶片小且呈暗绿偏紫色。
讨论：
（1）植物体缺Mg会影响光合作用，为什么？
（2）有一种贫血症叫缺铁性贫血症，为什么缺Fe会导致贫血？
（3）植物体缺p常表现为生长发育不正常，这说明什么？分析为什么植物体缺p会影响其生长发育。
教师：学生以抢答的形式回答上述问题，并对回答正确的小组给以一定奖励。结合该例子和课本22页内容与学生共同总结归纳出无机盐的作用。
归纳总结无机盐的作用。
（1）参与组成细胞中某些复杂的化合物
①叶绿素的分子结构中不能缺少的元素之一就是Mg，缺Mg时叶绿素的形成受阻，从而影响光合作用。
②P是组成植物细胞的重要元素，细胞膜、细胞核中都含有P元素，P也是很多酶的组成部分，也参与了植物体内很多重要的代谢过程，如光合作用、糖类的合成等。
③血红素是血红蛋白的重要组成部分，而血红素的结构中不能缺少的一种元素就是Fe。
（2）维持生物体正常的生命活动
①人体内Na+缺乏会引起神经、肌肉细胞的兴奋性降低，最终引发肌肉酸痛、无力等
②血液中Ca2+含量太低，动物会出现抽搐等症状
（3）维持细胞的渗透压
①质量分数为0.9%的氯化钠溶液
（4）维持细胞的酸碱平衡
剧烈运动后会感到腰酸、膝盖酸，原因是运动时产生了乳酸，但血液的pH没有太大变化，还是维持在7.35~7.45之间。什么原因呢？
（5）部分离子的作用
Mg2＋━━叶绿素成分
Ca2＋━━维持生命活动，牙齿和骨骼的重要成分
Fe2＋━━血红蛋白的成分
I-━━甲状腺激素成分
N-━━蛋白质、核酸等的成分
P-━━核酸、磷脂等的成分
Na＋K＋━━维持细胞外液的渗透压，缺乏Na+会引起神经、肌肉细胞的兴奋性降低，最终引发肌肉酸痛、无力等
B-━━促进花粉萌发和花粉管伸长
回答问题。
答案提示：无机物。
回答问题，指出无机盐的含量很少，主要以离子的形式存在。
根据资料思考并讨论教师提出的问题，进行交流。总结归纳出无机盐的作用。
观察课本22页叶绿素分子和血红素分子的局部结构示意图，思考和讨论。
答案提示：
（1）光合作用的正常进行不能缺少叶绿素，而叶绿素的分子结构中不能缺少的元素之就是Mg。Mg是叶绿素的组成元素之一，因此，它对于光合作用具有重要意义。缺Mg使叶绿素的形成受到阻碍，进而影响光合作用。
（2）人体内血红蛋白和红细胞的减少都可以导致贫血。血红蛋白的分子结构不能缺少的—种元素就是Fe。缺Fe会导致血红蛋白的合成障碍，从而引起贫血。缺铁性贫血是一种常见的贫血症。
（3）这说明了P对于植物正常的生长发育是必不可少的。P作为植物生长发育所必需的大量元素之一，是许多重要化合物（如核酸、ATP等）和生物膜等的重要组成成分，也在光合作用和呼吸作用等与能量代谢有关的反应中扮演重要角色。当P供应不足时，核酸的合成会受到影响，并会波及蛋白质的合成，还会影响体内糖类的代谢。因此，缺乏P的植株会由于糖类代谢障碍而出现叶片颜色异常，并且长得矮小、结实率低。
勾起学生回忆初中学过的有关动植物缺少某种微量元素会如何的知识。
锻炼学生自主学习自我检验的能力。
小组合作探究，熟悉资料分析的基本思路和方法，探讨、阐释生命现象及规律。在探究中，乐于并善于团队合作，在此基础上归纳形成概念。
关于无机盐的作用较难理解，通过列举人体生活与健康中的各种实例来加深感性认识，加强对理论知识的理解。
课堂总结
生物体中的无机物相对稳定保证了机体的正常运作，但如果人类恣意破坏环境，打破环境中的无机物平衡（图片加以解释），最终受惩罚的是人类自己。
震撼，对环境保护的意识增强。
对学生进行关爱水环境的社会教育。
板书设计
2.2细胞中的无机物
一、细胞中的水二、细胞中的无机盐
1.水的含量1.存在形式：离子（绝大多数）
不同生物化合物（极少）
一般不同 同一生物不同时期2.含量少
同一个体不同结构3.作用
2.水在细胞中的存在形式及作用构成化合物组分
3.自由水与结合水的相互转化 维持细胞生命活动
代谢旺盛
抗逆性弱
维持细胞酸碱平衡
维持细胞形态
代谢缓慢
抗逆性强
自由水 结合水