资源简介

2.1 细胞中的元素和化合物
一、教材分析
本节是新人教版高中生物必修一《分子与细胞》第2章第1节的内容。主要包括组成细胞的元素及化合物、生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质的检测原理及检测过程等内容。本节内容在《组成细胞的分子》一章中的承接作用相当明显，学习好本节内容，有助于帮助学生更好地掌握后面细胞中的有机物、无机物等知识，是学习本书其他章节的基础，也是学习高中生物课程其他模块的基础。
二、教学目标与核心素养目标
教学目标：
1.说出组成细胞的元素和化合物的种类与含量，认同生命的物质性。
2.通过检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质，认同细胞由多种化合物组成
核心素养目标
1.生命观念：通过组成细胞元素和化合物的学习，建立生命的物质观；
2.科学思维：通过比较玉米和人体细胞的元素组成，归纳概括细胞中元素的统一性和差异性；
3.科学探究：通过对检测组织中的糖类、脂肪和蛋白质的探究活动，掌握物质检测的基本原理和方法；
4.社会责任：通过学习不同组织中的物质组成认识到合理膳食的重要性。
三、教学重难点
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。
教学难点
检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质。
四、教学过程
【新课导入】
创设情境，导入新课：
教师活动：PPT展示石头和生石花的图片。提出疑问，尽管自然界的石头形态与生石花相似，却没有生命的各种特征。那么，什么是生命呢
提出问题：细胞和石头都是由分子组成的，为什么细胞能表现出生命的特征呢？是因为细胞里含有特殊的生命元素吗？是组成细胞的分子有什么特殊之处吗？
学生活动：观察图片，积极思考：为什么细胞能够表现出生命的特征？是因为细胞内有什么非物质的“活力”因素吗？是细胞里有特殊的“生命元素”吗？是组成细胞的分子有什么特殊之处吗？
教师活动：研究组成细胞的分子，实际上就是在探寻生命的物质基础，帮助我们建立科学的生命观。提出：阐明生命现象的规律，必须建立在阐明生物大分子结构的基础上。
进而引出本节课的主题——细胞中的元素和化合物。
【新课讲授】
目标1：组成细胞的元素和化合物
（一）组成细胞的元素
活动1：比较组成细胞的元素（地壳与细胞元素含量的差异）
1.比较组成地壳和组成细胞的部分元素的含量，回答问题：
教师活动：多媒体展示组成地壳和组成细胞部分元素含量（%）表，引导学生观察并比较两个表格，你能提出什么问题？就自己提出的问题与小组同学交流。分析表格中的问题，归纳总结，形成结论。
讨论：
讨论1.组成细胞的化学元素，在无机自然界中都能找到，说明什么？
提示：生物界和非生物界具有统一性。
讨论2.细胞中的各元素含量和无机环境中的含量大不相同，这说明什么？
提示：生物界和非生物界还具有差异性。
讨论3.组成细胞的元素追根溯源来自无机自然界，为什么细胞内各种元素的比例与无机自然界的大不相同？
提示：生物体是按照生命活动的需要，有选择地从无机自然界获取元素。
学生活动：观察并比较表格，归纳总结。
师生共同得出结论：
1.组成细胞的化学元素在自然界的无机环境中都能找到，没有一种元素是生命特有的。说明了生命起源于非生命物质，也说明了生物界和非生物界具有统一性。
2.元素在细胞中和无机环境中的含量却有区别，说明生命和非生命的无机环境既有统一性又有差异性。
2.比较玉米细胞与人体细胞的部分元素及含量(干重，质量分数)，回答下列问题：
教师活动：多媒体展示玉米细胞和人体细胞的部分元素及含量（干重，质量分数）表，围绕教材提出的问题组织学生讨论交流，回答问题，并归纳概括组成细胞元素的种类、分类和含量。问题如下所示：
问题1.在玉米细胞核人体细胞中含量较多的四种元素一样吗？怎样解释这种现象？
提示：在玉米细胞和人体细胞中含量较多的四种元素是一样的，都是C、H、O、N。这是因为玉米和人都是生物，组成它们的主要成分都是水、糖类、脂质和蛋白质等物质，这些物质含有C、H、O，蛋白质中还含有大量的N元素。
问题2.细胞中有些元素含量很少，如在玉米细胞中，S只有0.17%，Mg只有0.18%，是否意味着它们不重要？
提示：细胞中有些元素含量虽然很少，但是却有重要作用，如很多蛋白质都含有S，叶绿体中的叶绿素分子含有Mg，如果缺少S或Mg，细胞就不能合成这些蛋白质或叶绿素。
问题3.比较组成玉米细胞和人体细胞中的元素种类和含量，你还能得出哪些结论？
提示：玉米细胞中氧元素的含量明显要高于人体细胞，而氮元素的含量明显低于人体细胞，这说明玉米细胞和人体细胞中的不同有机物的含量有差别，如玉米细胞中的糖类要多一些，而人体细胞中的蛋白质的含量要多一些；钙元素的含量也有区别，这与玉米和人体的物质和结构组成有关。
学生活动：认真倾听并通过阅读教材找出问题答案，小组互相讨论并进行回答。
教师活动：展示组成人体细胞的主要元素（占细胞鲜重的百分比和占细胞干重的百分比）比例图，引导学生交流讨论，并进行回答。
教师带领学生得出结论：
1.在人体细胞中，干重时含量最多的元素是C；最多的四种元素按多到少排列是C>O>N>H；
2.在人体细胞中，鲜重时含量最多的元素是O；最多的四种元素按多到少排列是O>C>H>N。
教师活动：引导学生归纳总结。
1.组成细胞元素的种类：组成生物体的化学元素主要有20多种。
2.分类：
（1）根据含量将组成细胞的元素分成：大量元素（含量占生物体总重量万分之一以上的元素）：C、H、O、N、P、S、K、Ca、Mg 等。微量元素（含量占生物体总重量万分之一 以下的元素）：Fe、Mn、Zn、Cu、B、Mo等。
（2）根据作用将组成细胞的元素分为：组成细胞的基本元素是C；基本元素是C、H、O、N；主要元素是C、H、O、N、P、S；大量元素：C、H、O、N、P、S、K、Ca、Mg；微量元素：Fe、Mn、B、Zn、Cu、Mo。
3.请构建自然界的元素、组成细胞的元素、大量元素、微量元素、基本元素等的关系图。
核心归纳：
1.组成细胞的元素种类
（1）大量元素和微量元素的划分依据是元素的含量，一般以元素含量占生物总重量万分之一的比率为标准，而不是生理作用。
（2）大量元素和微量元素都是生物体所必需的，但生物体内含有的元素不一定都是必需元素，如Pb。
（3）基本元素占人体细胞鲜重比例是O＞C＞H＞N，而占人体细胞干重比例是C＞O＞N＞H。
2.元素的统一性和差异性
3.组成细胞元素的主要作用
（1）维持生命活动：如K＋可保持心肌正常兴奋性，硼（B）可促进花粉的萌发和花粉管的伸长。
（2）组成化合物：如糖类、脂质和蛋白质中都含有C、H、O。
教师活动：作为生命活动基本单位的细胞是由元素组成的，组成生物体的化学元素在生物体内是以什么形式存在的？比如花生和大豆的应用中有很大的不同，花生可用来榨油，大豆常用来做豆腐说明了什么问题？
引出本节课下一部分学习内容——组成细胞的化合物。
（二）组成细胞的化合物
教师活动：展示组成细胞的主要化合物及相对含量图表，引导学生分析组成生物体的化学元素在体内以什么形式存在（单质还是化合态），总结归纳出构成细胞的化合物。
学生活动：学生进行归类概括。
细胞内含量最多的化合物是水，
含量最多的有机化合物是蛋白质。
干重情况下，含量最多的化合物是蛋白质。
活动2：辨析不同生物材料中富含的有机物成分
根据已经掌握的知识分析，不同生物材料中富含有机物的成分不同，下面的生物材料中，富含糖类、脂肪、蛋白质的分别有_______________、_______________、_______________。
（①③⑦ ⑤ ②④⑥）
①玉米种子　②牛奶　③甘蔗的茎　④鸡蛋　⑤花生种子　⑥大豆种子
⑦苹果
师生共同归纳总结：
1.无机化合物：水、无机盐；
2.有机化合物：糖类、脂质、蛋白质、核酸。
目标2：检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质
教师活动：带领学生阅读教材P17-18页，引导学生思考并回答实验原理、实验步骤和现象以及实验结论。
学生活动：认真阅读教材，并回答问题。
教师活动：多媒体呈现还原糖、脂肪和蛋白质的检测原理、方法、具体操作过程和结果图片。
师生共同总结：
（一）实验原理：某些化学试剂能够使生物组织中的有关有机化合物产生特定的颜色反应，如：
1.还原糖(葡萄糖、麦芽糖、果糖等)+斐林试剂―→砖红色沉淀。
2.脂肪+苏丹Ⅲ染液→橘黄色。
3.蛋白质+双缩脲试剂→紫色。
4.淀粉+碘液→蓝色
活动3：
1.实验材料的选择
问题1.鉴定可溶性还原糖的实验材料是否可选择西瓜、番茄、马铃薯、甘蔗组织样液？
提示：不可以。西瓜和番茄组织样液本身的颜色对于鉴定时的颜色反应起着掩盖作用，导致实验现象不明显；马铃薯含淀粉，淀粉为非还原糖；甘蔗主要含蔗糖，为非还原糖。应选颜色为白色或近白色、富含葡萄糖、果糖或麦芽糖等还原糖的植物组织样液，以苹果、梨的匀浆最好。
2.实验试剂的使用
问题2.使用双缩脲试剂时，为什么B液只能加3～4滴而不能过量？
提示：过量的双缩脲试剂B液会与试剂A液反应，使溶液呈蓝色，从而掩盖生成的紫色。
问题3.利用斐林试剂的甲液、乙液和蒸馏水能否检测蛋白质？为什么？
提示：能。斐林试剂的甲液、乙液的成分分别与双缩脲试剂的A液、B液相同，只是斐林试剂的乙液的质量浓度比双缩脲试剂的B液高，只需将斐林试剂的乙液用蒸馏水稀释即可。
3.斐林试剂与双缩脲试剂的比较
（二）实验流程
实验材料：梨匀浆，葡萄匀浆，白萝卜匀浆，花生种子，豆浆，鲜肝提取液，鸡蛋清稀释液。
播放实验视频：还原糖的检测、蛋白质的检测
核心归纳：
1.实验材料的选择
（1）所选材料应富含被检测的有机物，易出现明显的实验现象。
（2）材料本身应为白色或近于白色，不干扰实验结果。
2.三类有机物的检测在操作步骤上的差异
（1）唯一需要加热的——还原糖的检测，若不加热，则无砖红色沉淀出现。
（2）唯一需要显微镜的——花生子叶切片脂肪的检测。
（3）混合后加入的——斐林试剂；分别加入的——双缩脲试剂。
3.易错警示
（1）易忽略斐林试剂本身的颜色
非还原糖（如蔗糖）＋斐林试剂水浴加热后的现象不是无色，而是浅蓝色[Cu(OH)2的颜色]。
（2）误认为脂肪的检测必须使用显微镜
若要观察被染色的脂肪颗粒，则使用显微镜，但若只观察溶液颜色变化，则不必使用显微镜，可以在制备的组织样液中加入苏丹Ⅲ染液，观察溶液的颜色变化。
课堂小结：
五、板书设计
2.1 细胞中的元素和化合物
一、组成细胞中的元素
1.生物界与非生物界的统一性
2.生物界与非生物界的差异性
二、组成细胞的化合物
1.无机化合物：水、无机盐
2.有机化合物：糖类、脂质、蛋白质、核酸
三、检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质
1.还原糖的检测
2.脂肪的检测
3.蛋白质的检测

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