“生命的物質基礎”單元教學設計滬新中學 葛曉蕾一、單元教材內容分析生命科學是研究自然界生物體的生命活動的，而生命活動的產生有它的基礎。本單元從“生物體中的無機化合物”和“生物體中的有機化合物”著手，介紹組成生物體的基本物質形式和功能。并引導學生通過比較分析，認識到組成生物體的元素來自無機自然界，生命是物質的一種特殊表現(xiàn)形式。本單元是高中生命科學中最基礎部分，通過本單元的學習，將使學生認識生物體與無機世界在元素組成上的統(tǒng)一性，認識不同生物體在分子水平上的統(tǒng)一性，認識生命活動共同的物質基礎，從而為學習細胞結構與功能的統(tǒng)一，生活細胞中物質、能量和信息的傳遞和交流，探索生命活動規(guī)律和生命本質等奠定必要的知識基礎。本單元分兩節(jié)，按先易后難的順序，先講無機物中的水和無機鹽，有機物中的糖類和脂類，再重點講述蛋白質和核酸。各種成分都講了它們的含量，元素組成，結構和功能。本單元設兩個實驗，“實驗一”是鑒定生物組織中的有機物成分，一方面可以驗證所學知識的真實性，并一方面也強調生化實驗中一些基本的實驗技能以及初步的分析問題能力，讓學生初步學會一些實驗探究的方法。二、學情分析經過初中階段的學習，學生具有了一定的生物學基礎。但是學習這一單元內容，必將涉及許多無機和有機化學的知識，而有機化學此時學生還沒有學過，所以學習起來會有一定困難，需要教師講一點化學知識。另外，這一單元的學習，有助于在初中階段生物教學的基礎上，提升學生的實驗探究，深入分析以及知識遷移等能力。三、單元教學目標分析1、課程標準對本單元的教學要求組成生物體的化學元素和化合物大體相同，即生命活動都具有共同的物質基礎。本章強調生化實驗中一些基本的實驗技能，以及初步分析問題的能力，使學生初步學會一些探究方法。學習內容學習水平活動建議及說明生命的物質基礎生物體中的無機化合物水A1.概述糖類、脂質、蛋白質、核酸和維生素的種類和作用，蛋白質的結構和功能。2.檢測食物樣品中還原性糖、脂肪和蛋白質。無機鹽A生物體中的有機化合物實驗2.1食物中主要營養(yǎng)成分的鑒定A糖類A脂質A蛋白質A實驗2.2 溶液中蛋白質含量的測定（選做）B核酸A維生素A2、本單元教學目標：1知識與技能（1）能說出生命活動的元素和物質有哪些。（2）能舉例說明各種化合物的組成及其重要作用。2過程與方法（1）通過對各種化合物成分、功能的學習，特別是對蛋白質的分子組成、結構的復雜性和功能多樣性的學習，實例分析，了解生物體內化合物的種類和作用。（2）學生經歷物質鑒定的過程，學習物質鑒定的基本方法及其在鑒定食物營養(yǎng)成分中的用途，初步具備解釋實驗現(xiàn)象的能力。（3）通過分析生物大分子的共同特性，體會大分子的結構層次性。3情感態(tài)度與價值觀通過學習各種化合物，使學生理解生命的物質性，生命物質變化發(fā)展的特殊性。3、各專題教學目標第一節(jié) 生物體中的無機化合物1.知識與技能（1）能描述水在生物體中的作用，生物體需要足夠的水。（2）能說出生物體中無機鹽及其維持正常生命活動的重要作用。（3）能知道生物體需要適量無機鹽的科學原理。2.過程與方法比較人體組織器官中水的含量，以及不同生物體的含水量，分析水在生命活動中的作用。3.情感態(tài)度與價值觀（1）感悟生命的物質性，初步形成正確的生命觀。（2）感悟生命活動中物質的“需要”和“適量”的辯證關系。學習重點：水和無機鹽在生命活動中的作用。第二節(jié) 生物體中的有機化合物1.知識與技能（1）知道糖類、脂質、蛋白質、核酸和微生素等有機物的種類和作用。說出蛋白質的結構及功能。（2）初步學會鑒定糖類、脂肪和蛋白質的生化檢測方法。2.過程與方法（1）分析實例，了解生物體內有機化合物的種類和作用。（2）描述物質鑒定的基本方法及其在鑒定食物營養(yǎng)成分中的用途。3.情感態(tài)度與價值觀（1）從生物大分子水平上感受生物體結構和功能的統(tǒng)一性。（2）體驗合理營養(yǎng)的必要性。學習重點：蛋白質的結構和功能學習難點：蛋白質的結構四、單元教學知識樹【各章節(jié)教學內容框架】思維導圖五、單元教學建議1、教學可以從實例出發(fā)，引導學生在分析實例的基礎上學習主要知識點。2、可以運用直觀教學手段，如模型、圖片、動畫、視頻等，化簡為繁。3、教學應體現(xiàn)結構層次性，突出蛋白質從小分子到大分子的結構，為后續(xù)中心法則的教學做鋪墊。4、物質鑒定的實驗為探究性教學，非驗證性，如探究哪些食物含有哪些營養(yǎng)成分。5、相關資源六、單元課時數建議：4節(jié)理論課，2節(jié)實驗課七、教學實施1、各專題教學設計第一課時：水和無機鹽教學內容教師的教學指導活動學生的學習活動教學說明情景引入多媒體情景設置：運用動畫填圖的方式突出某陸生生物中各種化合物占的比例。根據圖片資料認識到生物體中化學元素通常以化合物的形式存在的，并找出含量最多和最少的化合物（水和無機鹽）。把教材中的圖經過處理后用多媒體的形式展示。化合物的分類要求學生根據教材對生物體內的化合物進行分類。用恰當的方式表述化合物的分類：無機物和有機物，無機物又可分為水和無機鹽，有機物分為糖類、脂質、蛋白質、核酸、維生素?？梢砸髮W生用有利于自己記憶的方式進行分類。水的功能出示一些植物（缺水狀態(tài)和正常狀態(tài)），多媒體顯示有關的圖片，引導學生仔細看圖和實物（結合教材），總結水的重要功能。仔細看實物和教材，總結出水的重要功能。1構成了細胞生存的液體環(huán)境。2細胞內各種化學反應理想介質。3有助于養(yǎng)料和廢物的運輸。4有助于保持身體正常的體溫。圖片主要是一些細胞的結構圖、血液的成分等人每天的飲水量設問：水對于人的重要性已經顯而易見了，那么人體每天至少補充多少水呢？出示閱讀材料。閱讀材料指出飲水量(每天2升)。材料可由教師提供，也可要求學生自己課前收集，讓學生真切體會保護水資源的緊迫性。水的含量提問：由此可見，水對于各種生物的生命活動都是極為重要的，那么不同種類的生物的含水量是否相同呢？有何規(guī)律？出示表（或直接參照教材）。同種生物不同器官的含水量是否相同？代謝旺盛的器官與含水量的關系如何？出示表（或直接參照教材）。分析數據，得出結論：1構成大多數生物體的成分中水的含量最多，一般為60-95%左右。2水生生物體內含水量比陸生的多。學生分析數據，得出結論：代謝旺盛的組織器官含水量較多。這兩張圖表的分析是較簡單的，對于較好的學校，可以深入，比如：為什么人體中含水量最高處不是血液而是胎兒的腦？休眠種子的含水量為什么低？（可以和學生日常生活中結合）無機鹽的引入出示運動會照片，問：軍訓時服裝上會留下白色斑跡，這是什么？足球運動員在場上使用什么樣的飲料？為什么？學生回答：礦泉水、鹽汽水等，因為失水時會損失無機鹽。和學生的校園生活密切結合，引發(fā)了學生極大的興趣。無機鹽的含量、存在的形式提問：無機鹽在生物體中含量如何？以什么狀態(tài)存在？學生回答：少, 1%。離子狀態(tài)。無機鹽的生理作用提問：無機鹽對生物體有什么作用？出示有關的一些圖片，結合生活實例，組織討論。討論，交流仔細看圖，總結出無機鹽的主要功能。1組成復雜化合物； 2參與酶的調節(jié)和活化；3維持細胞滲透壓和調節(jié)pH值。圖片內容主要是：部分有機物的化學結構式，紅細胞在三種不同鹽溶液中的細胞形態(tài)圖，還有生活小資料（抗胃酸可選哪些藥？）小結要求學生對今天所學內容進行總結。學生對所學內容進行總結，相互之間可以補充。第二課時：糖類和脂質1糖類是細胞中很重要的一大類有機化合物，廣泛地分布于動植物體中。只由 C 、 H 、 O 三種元素組成，三者的比例一般為 1 2 1 。 糖類的教學，可用講授法結合談話法進行。運用復合投影片或列表等多種直觀手段。 糖類包括小分子的單糖、雙糖和大分子的多糖。了解其種類和對生命活動的作用。最后概括糖類主要功能。 糖類是生物體進行生命活動的主要能源物質。 單糖、二糖和多糖三者的關系、可舉下例說明，從而進一步理解糖類是生命活動提供能量的主要來源。 糖類是細胞結構的重要組成成分。 多糖如淀粉、糖原是動植物細胞中貯存能量的物質。 2脂質是生物體中另一類重要的有機化合物，主要組成元素也是 C 、 H 、 O( 有的脂類還含 P 和 N 等 ) ，脂質在細胞中具有獨特的生物學功能。脂質教學主要突出脂肪、磷脂的生理作用。 （1）脂肪：是生物體內主要儲能物質。 1 克脂肪在體內氧化分解釋放能量是 38.91 千焦。 1 克糖類或蛋白質在體內氧化分解釋放能量是 17.15 千焦。 可以看出，脂肪每克所含能量多、比重小所占體積小，對于貯存能量有利。 此外，動物和人體內脂肪還有維持體溫、保護內臟等作用。 (2) 磷脂：如磷脂是構成細胞膜等膜結構的重要成分，出示磷脂組成示意圖。為后面學習細胞膜的知識奠定基礎。 （3）固醇：如植物體內的豆固醇，動物和人體內的膽固醇、性激素、維生素 D 、腎上腺皮質激素等，固醇類物質對生物體維持正常代謝和生殖等起重要作用。 糖類和脂類對生命活動有不同作用，再讓學生比較糖類和脂肪在生理作用上有無相同之處：兩者都是能源物質。生命系統(tǒng)的一切生命現(xiàn)象和代謝活動都需要不斷地輸入能量才能運轉，因此它們對細胞和生物體進行能量代謝是極為重要的。第三課時：蛋白質學生掌握蛋白質知識需要一定的有機化學的知識基礎。教師主要采用講授法授課，但要密切注視學生學習情況，及時收集反饋信息，以便變更教學方法、調整教學進度和授課節(jié)奏。 講授蛋白質知識，從一開始就要強化學生對蛋白質在生命中重要性的認識，喚起學生努力學好蛋白質的欲望。 (1) 蛋白質是細胞和生物體中最重要的物質，它對生命的重要性體現(xiàn)在兩個字上：質與量上。 恩格斯說過這樣的話：“生命是蛋白質的存在方式，這種存在方式本質上就在于這些蛋白質化學組成部分不斷地自我更新?！边@句話的意思是：沒有蛋白質存在，也就沒有生命。蛋白質是一切生命活動的體現(xiàn)者，有什么樣的蛋白質就能表達出什么樣的生物性狀。由此可見，蛋白質對于生命的重要性。 蛋白質對于生命的重要性，不僅反映在質的方面、而且也表現(xiàn)在量上。如蛋白質在細胞中含量僅次于水，在有機物中含量最多、占細胞干重的 50 以上。 蛋白質是生物大分子、高分子有機物，它有四大特點： 相對分子質量大； 分子結構復雜； 種類極其多樣； 功能極為重要。 在上述四點中，應抓住蛋白質結構復雜這條主線，把蛋白質的結構層次、組成情況一一講清楚，以幫助學生理解蛋白質結構的多樣性和功能的重要性。 (2) 蛋白質的特點： 相對分子質量很大 ( 從幾千到幾百萬 ) ，舉例如下： 不管蛋白質的相對分子質量如何懸殊，每種蛋白質都由 C 、 H 、 O 、 N 四種元素組成 ( 含 C ： 50 55 ， O ： 19 24 ， N ： 15 24 ， H ： 6.5 7.3 ) 。蛋白質的平均含 N 量約為 16 ，是一種含 N 的有機物，這是蛋白質化學元素組成的一個特點。 盡管蛋白質相對分子質量很大，分子結構復雜，但都由基本組成單位氨基酸組成。組成蛋白質的氨基酸約有 20 種。 A 用板書或投影片表示氨基酸的形成： 接著用投影舉幾種氨基酸的結構式 ( 略 ) ，讓學生找出這些氨基酸在結構上的共同點，得出 20 種氨基酸的通式： B 啟發(fā)學生說出氨基酸通式在結構上的特點： (a)R 基不同、氨基酸不同。 (b) 每個氨基酸分子至少都含有一個氨基 (-NH 2 ) 和一個羧基 (-COOH) ，并且都有一個氨基和一個羧基連在同一個碳原子上。 由于氨基酸分子的化學鍵的立體特點，學生對于氨基酸結構通式的第二點比較費解。教師需通過直觀手段、精選一些例題講解、設法突破。 C 氨基酸是如何構成蛋白質的呢？ 引導學生探求：蛋白質即是高分子有機物、分子相對質量很大，而構成蛋白質的氨基酸僅 20 種?？梢詳喽總€蛋白質分子應是由 20 種成百上千個氨基酸構成的。那么氨基酸是如何構成蛋白質分子的呢？ 用活動投影片先演示兩個氨基酸連接方式： 活動投影片能較為直觀地顯示：脫水縮合，肽鍵的形成以及由 2 個氨基酸分子縮合而成二肽的過程。如此，再結合一個氨基酸則為三肽，三肽以上稱為多肽，多肽呈鏈狀結構，叫做肽鏈。接著指出：蛋白質分子不僅有復雜的化學結構，還有復雜的空間結構，才表現(xiàn)出蛋白質的生物活性。 上述內容可用下式表示： 展示：胰島素分子立體結構圖。由 2 條肽鏈 51 個氨基酸分子構成、 A 鏈含 21 個氨基酸， B 鏈含 30 個氨基酸。胰島素是眾多蛋白質分子中相對分子質量較小的一種蛋白質。 小結：蛋白質分子結構層次表解如下：種類極其多樣。 學習完蛋白質的分子結構層次，應組織學生討論：從結構上看，為什么蛋白質的種類多種多樣？討論中，教師引導學生從下式表示的四個方面來理解： 舉例：假如有一條肽鏈由 100 個氨基酸組成，氨基酸種類是 20 種，問可形成多少不同結構的蛋白質分子？答案是 20 100 ，加上空間結構千差萬別，蛋白質的結構極其多樣。實際上，每個蛋白質分子的氨基酸數目決不止 100 個，而是成百上千個，因此蛋白質的種類是極其多樣的。有人估計，生物界里的蛋白質有 100 億種以上。 蛋白質分子功能極為重要蛋白質是一切生命活動的體現(xiàn)者。 蛋白質分子結構的多樣性決定了蛋白質分子功能多樣性。概括有： 師生共同得出結論： 蛋白質是細胞和生物體中主要的有機化合物，是一切生命活動的體現(xiàn)者。蛋白質的多樣性是形形色色生物和絢麗多彩生命活動的物質基礎。第四課時：核酸和維生素1核酸是什么？有什么作用？ (1) 先交待核酸功能：核酸存在于每一個生物體中，是一切生物的遺傳物質，對于生物體的遺傳性，變異性和蛋白質的生物合成有極其重要的作用。對于這句話學生一定不甚理解。只要求學生知道核酸是一切生物的遺傳物質，后面部分點到即可。究竟什么是遺傳性、變異性、蛋白質的生物合成是怎么回事，遺傳物質的詳細分子結構等知識，留在第五章再講，以分散難點。 (2) 核酸同樣是高分子化合物，相對分子質量在幾十萬至幾百萬。其分子結構層次是： 元素組成：基本元素是 C 、 H 、 O 、 N 、 P 。 基本單位：和蛋白質一樣也有基本組成單位核苷酸。 基本組成物質：一個核苷酸由三部分組成： 基本單位的連接：每個核酸分子是由不同種類的成百上千個核苷酸互相連接而成的長鏈。 (3) 核酸的分類：根據所含五碳糖種類不同，核酸分兩大類： 指出：不同的生物所具有的 DNA 和 RNA 中核苷酸的序列是不同的。世界上找不出兩個完全相同的生物，就因為找不出兩個生物具有完完全全相同的 DNA 和 RNA 。2維生素維生素是生物的生長和代謝所必需的微量有機化合物。學生可閱讀廣角鏡，了解維生素的過去與現(xiàn)在。（1）分類 水溶性 脂溶性（2）生理作用（3）如何避免維生素缺乏癥？學生可通過不同方式，課前收集分析身邊各種與本節(jié)內容有關的主題，用自己的觀點進行評論。3細胞的化學成分小結。 可運用幻燈片，主要由學生回答進行概括小結。順序是： (1) 生物體的生命活動有其共同的物質基礎構成原生質的各種化合物 ( 要求學生說出六類 ) 。 (2) 要求學生說出組成化合物的基本元素。 (3) 要求學生說出每類化合物的種類和最主要的生理功能。例如糖類有單糖、雙糖、多糖。單糖中核糖和脫氧核糖是組成核酸的必要物質，葡萄糖是細胞生命活動的主要能源物質；糖元、淀粉分別是動植物細胞中的儲能物質，概括地說：糖類是生命活動的主要能源物質。其他的化合物按幻燈片顯示的內容進行小結。(4) 最后指出，構成原生質的每一種化合物，都有其重要的生理功能，但是任何一種化合物都不能單獨地完成某一種生命活動。