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运用五环导学教学模式进行《细胞中的元素和化合物》教学
时间:2020-11-13 09:24  来源:  点击:

人教版高中课程标准实验教科书生物必修1《分子与细胞》第2章第1节

生物组 葛红

    

高中生物课程改革的深入进行将以促进学生核心素养发展为目标,让学生在较好的理解生物学概念性知识的基础上形成生命观念;崇尚并形成科学的理性思维习惯;能够发现现实世界中的生物学问题,针对特定的生物学现象进行科学探究;具有尝试解决生产生活中的生物学问题的担当和能力的社会责任。

《细胞中的元素和化合物》是人教版高中课程标准实验教科书生物必修1《分子与细胞》第2章第1节的内容。本节学习的内容重点在于检测糖类、脂肪、蛋白质的实验,着重让学生理解实验的原理,并掌握实验的具体方法。在学习本节内容之前,学生已经在初中化学学习中掌握了一些关于元素和化合物的知识,也掌握了一定的实验能力,因此本部分内容对学生来说学习难度不大。在教学过程中教师应注重初高中知识的衔接,巧妙地运用旧知识建构出新知识,从而有助于学生学习细胞中的元素和化合物、理解碳是构成细胞的基本元素。关于如何检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质,这是高中生物的第一个实验,学生对此会很感兴趣,但学习起来可能有一定的困难,教师可以借助演示实验、学生实验等方式从实验探究入手帮助学生理解其原理和过程。高中学生较初中讨论、分析、解决问题的能力有所增强,教师可尝试引导学生进行自主思考,观察图表、提出问题、分析讨论,进行有效指导性教学,同时结合化学中的相关内容,来认识细胞中的元素和化合物。

本节课采用五环导学教学模式,“人文课堂”模式下即尊重学生的个性需要,发展学生的潜能,提升学生的素养的一种高效课堂教学流程,是“人文课堂”得以实施的保证。“五环导学”以学生为主体,以小组管理为依托,以导学案为载体,以培养学生能力为核心,通过情导入——自主学习——合作展示——精讲点拨——反馈拓展的流程,达到教学目的。

 

一、创设情境,导入新课  

细胞是生物体结构和功能的基本单位,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成分——组成细胞的分子,细胞中的元素和化合物。

【简析】

创设问题情境,激发学生的学习兴趣,在已有知识的基础上引起学生进一步探究的欲望。

二、定向自学,回纠学案  

    课前分发学案,全体学生完成学案中的自主学习部分,对本节课的基础知识形成初步建构。由于自学引导内容较为基础,临上课前以多媒体形式展示答案,学科组长组织本小组核对答案,对于出现的问题组内共同探讨,如仍有问题在课堂上组间互助,教师及时点拨及总结。具体内容为:1、分析比较问题探讨部分的“组成地壳和组成细胞的部分元素含量表”,总结出生物界与非生物界的差异性与统一性。2、玉米与人的部分化学元素比较(质量/%),总结出最基本元素、基本元素、主要元素、大量元素、微量元素,然后根据教材图2-1和图2-2 找出细胞中含量最多的四种元素和占细胞鲜重最多的元素。最后对上述细胞中的元素以概念图的形式进行小结。3、阅读课本P17,以概念图的形式对细胞中的化合物分类并指出占细胞鲜重最高的化合物、占细胞干重最高的化合物及占细胞鲜重最高的有机化合物。4、以表格形式对“检测生物组织中淀粉、糖类、脂肪、蛋白质的鉴定”实验中的实验原理、试剂名称及颜色进行比较分析。同时列表从成分、鉴定物质、添加顺序、反应条件、反应顺序分析比较斐林试剂与双缩脲试剂。

【简析】

创设问题情境,让学生在观察、比较的基础上掌握元素和化合物的概念和种类。按照学案要求提前有目的的预习,为更好的接受新课奠定基础,培养学生自主学习和团结合作的能力。

三、合作研学,展示激学  

从人体所需几大类营养物质(糖类、脂肪、蛋白质、水、无机盐和维生素等)入手,提出问题:均衡膳食是我们所期望的,那么哪种食物主要含有哪种有机物一定是大家关心的。下面,我们就通过实验来探究几种食物中所含的主要有机物。

合作探究一

    “生物组织中可溶性还原糖、脂肪、蛋白质的鉴定”实验时,教师准备了苹果、梨、马铃薯、甘蔗、胡萝卜、西瓜、西红柿、鸡蛋清、豆浆、牛奶、花生、核桃、黄豆、小麦种子、花生浆、鲜肝提取液等实验材料供学生选择。

把实验结果分别展示在讲台上,并作扼要的介绍,以便让学生将自己的实验结果与教师的演示结果作比较。实践中发现蛋白质—还原糖—脂肪的顺序检测较好,这样体现了简单到复杂、循序渐进的一个过程,特别是检测花生种子中的脂肪,临时装片还是第一次制作,再者用高倍显微镜的使用还不熟练,因此建议学生留在最后做。

    各小组自主选择教师提供的材料进行探究,首先预测所选材料主要含有何种有机物,再选定所需要的仪器和试剂进行实验操作,观察并及时记录实验步骤和实验结果,将实测结果和预期结果相比较,进行分析,得出实验结论。教师巡视,并指导学生实验,启发引导学生分析实验结果。在学生探究实验活动基本结束时,选择几个小组在全班汇报交流探究报告,包括探究材料方法步骤、实验现象、探究结论及注意事项。其它小组认真听取报告,教师鼓励有不同看法的学生大胆提出质疑,把自己的观点和疑问提出来与大家一起分享和分析。此过程中学生一定会发现自己的设计方案存在不足,比如:对照不充分,斐林试剂、双缩脲试剂使用不规范,滴管混用等。同时教师要重视学生在探究活动中发现的有价值的非预设问题,通过引导学生合作学习,讨论或进一步的探究活动来解决这些问题。

【简析】

通过学生自主开展实验研究,让学生获得收获,感受到成功的喜悦或失败的教训,激发学生学习生物学的兴趣。对于探究性实验,不同的组,所检测的材料不同,可能观察到不太一样的实验现象,况且有的组由于实验技能好操作快,可能做了比较多的探究课题,因此设计表格把实验中的真实情况记录下来。另外选择几个小组在全班汇报交流探究报告,在这样的思想交流和碰撞中,实现了知识和能力的提升。

合作探究二

在用斐林试剂鉴定还原糖的实验中,教材要求必须将斐林试剂甲液和乙液混合均匀后使用,切勿分别使用,但在实验过程中,实验者设想:按照不同的使用顺序先后使用甲液和乙液及混合后使用的结果是否一样?实验猜想:用斐林试剂鉴定还原糖与其甲液、乙液使用顺序及是否混合使用无关。

实验设计:为探究以上猜想,实验按下列表格思路设计。请回答下列问题。

试管

第1次加入物

第2次加入物

第3次加入物

条件

颜色变化

1号

2 mL苹果汁

0.5mL0.05g/mL

CuSO4溶液

0.5 mL0.1g/mL

NaOH溶液

水浴加热

 

2号

2 mL苹果汁

A

B

水浴加热

 

3号

2 mL苹果汁

C

水浴加热

 

(1)2、3号试管中应加入的物质是A、B、C分别是什么物质?(2)1、2、3号试管的设计主要体现了怎样的实验设计思想?(3)1号与2号试管相比,实验变量为什么?(4)理论预测及相关结论:①当出现什么实验现象时,实验猜想是正确的?

②当出现什么实验现象时,实验猜想是错误的?

【简析】

在学生自主探究实验基础上的补充,巩固实验设计思路,遵循科学探究过程引发学生对探究实验的更深层次的思考。

合作探究三

    本实验的原理、方法、步骤在医药和食品加工等方面有广泛用途,试举例说明。学生小组合作联系生活实例如可用于医学上某些疾病的诊断,如糖尿病、肾炎等,也可用于奶粉中蛋白质的鉴定等讨论分析,并设计实验探究。 

【简析】

生物学知识是实践经验的总结,是从实践中来回到生活中去,让学生在课堂学到的东西在生活中应用,或课堂没有解决的问题课外继续研究,使课堂向课外延伸,努力践行生物课程标准中“注重与现实生活的联系”的理念。

四、精讲点拨,能力提升  

通过本节课实验教师进行点评总结:1、科学探究的步骤:①提出问题;②作出假设;③制定计划(包括原理、材料、设备、方案、预测)④实施计划;⑤分析结论;⑥表达交流。2、实验设计的原则:可重复性原则、简便性原则,单一变量原则和设置对照原则,强调单一变量原则、对照原则,并把探究的步骤和原则投影在大屏幕上。

【简析】

引导学生归纳总结本节课的新知并完成知识的迁移,为以后的探究实验提供理论依据。

五、反馈固学,拓展迁移  

此环节不仅是对所学知识的一个巩固,同时也是对学生学习情况的一种了解。只有对学生所学情况有所了解的情况下,才能更好的确定下一步的教学,当堂的固学内容要当堂完成并且要当堂评价,课堂时间不易掌握,因此合理的安排每节课的时间非常重要。

【简析】

及时巩固所学知识,为接受新知做准备。

   

本案例的设计既有授课内容,又要做实验,因此教师要熟悉教学内容要求,善于利用各种课程资源,创新实验设计方案。在课前教师一定要做好充分的准备工作,尽量将可能出现的情况都估计到,并找到相应的对策,学生也应该做好课前准备,预习实验,初步了解实验的原理及实验步骤,保证实验的顺利进行。通过本节课的教学,使学生掌握了细胞中元素和化合物种类方面的基础知识,培养了分析图表、整理知识、实验探究等方面的能力,初步具备了自主学习、合作学习、探究学习的意识,并尝试用课本知识来解决实际问题,使所学知识得到拓展和升华。

 

 

 

 

 

 

 

 


 

 

 

                        毕业于哈尔滨师范大学,硕士研究生学历,中学生物一级教师,国家三级心理

                     咨询师。多次获得大连市金州新区评优课一等奖,多篇文章在辽宁省教育软件大

                  赛、全国中小学论文大赛、全国基础教育系统论文大赛中获奖。

 降低化学反应活化能的酶 

人教版高中生物必修一《分子与细胞》第五章第一节第2课时

生物组  张玮滢

 

    实验是一切自然科学研究的基础和起点。随着课程改革的不断深入,生物教学逐步从传统的讲授知识,转变成为深化培养学生的理性思维和科学探究能力。尤其是近年来对于“学科核心素养”的关注,生物学科“生命观念、理性思维、科学探究、社会责任”这一核心素养,更加要求学生在理解知识内容的同时,重视和理解知识的来源、知识的探究过程,培养学生的观察思维能力,提高科学探究的能力。如何在教学中落实好学生的观察能力、实验探究能力、理性思维能力是现在生物教学探究的方向,也成为评价一节好课的标准之一。

本节主要介绍了酶的特性这一内容,其中包括“酶具有高效性”“酶具有专一性”“酶的作用较温和”这三个模块内容,还包括一个探究实验“影响酶活性的条件”。 对于知识本身的构成,学生可以很简单的对知识进行记忆,但随着高中生物学科素养重视“实验探究、理性思维”这一目标的培养,学生如何将知识进行迁移运用,将成为课堂的重点。所以本节课以“自主探究设计实验”为设计思想,着重提高学生的探究能力和学生学习生命科学的兴趣。

根据本节内容和教学目标,结合我校“一核双五”教学思路,我采用了采用“问题引导、合作探究”教学模式,利用多媒体辅助教学,同时融合讨论法、比较法和归纳法等,引导学生进行科学探究。教学设计的各个环节,以学生学习活动为主线,引导学生体验科学探索过程,领悟科学研究的方法,通过直观形象的呈现实验过程,化解教学难点。教学过程中采用教师引导启发、实验过程分析、小组讨论探究、学生观察探索相结合的教学手段,为学生提供了较大的思维空间,着重培养理性思维能力,加深学生对知识的理解、记忆与应用。

一、 问题情境,导入新课

教师:酶除了具有一般催化剂的共性外,酶还有什么特性吗?加酶的洗衣粉就一定比不加酶的洗衣粉更好用吗?当出现发烧症状时,为什么会出现食欲不振的现象呢?

学生:思考,讨论。

简析

    本节课为《降低化学反应活化能的酶》(第二课时),学生通过上一节课“酶的作用和本质”的学习,对酶有了初步的认识,并掌握了发现问题、提出假设、设计实验以及进行探究活动的一般方法。但学生对“酶的催化功能与无机催化剂有什么不同”这一问题还并不清晰,因此,本课的导入采用“设疑导入”“问题串”的方法,通过联系生活中洗衣粉的效能及发烧影响人体消化系统等实例,引导全体学生主动参与和自主探究,培养学生的创新能力。

二、 探究新知,合作展示

实验探究一:酶的高效性

教师:利用多媒体展示“过氧化氢在不同条件下的分解”实验图片(如图一所示),引出酶的第一个特性——高效性。

学生:观察多媒体实验过程,分析讨论结果,得出酶的第一个特性——高效性。

教师:事实上,酶的催化效率一般是无机催化剂的107 -1013倍,上述实验说明了酶具有高效性。如此高效的催化效率既保证了细胞内化学反应的顺利进行,也保证了细胞内能量供应的稳定。

 

             图一 过氧化氢在不同条件下的分解

简析

    学生上节课学习 “酶的作用和本质”时,已经对书上的 “过氧化氢在不同条件下的分解” 实验有了一定的了解,通过已有实验的背景下建构新知识,减少了学生对新知识的恐惧,也培养了学生总结和归纳能力。

实验探究二:酶的专一性

教师:酶的催化效率如此高效,酶能否催化任意一个化学反应?一种酶能催化多种物质吗?如果将酶比喻成钥匙,酶催化的反应比喻成锁,那么一把钥匙能开很多把锁吗?如果给你一把万能钥匙,会发生什么样的后果呢?

学生:质疑、思考。

教师:利用多媒体课件展示实验《酶是否具有专一性》设计流程及注意事项,让学生讨论下列问题:

(1)实验材料如何确定?选择不同种底物+同一种酶?还是选择同种底物+不同种酶?

如:淀粉溶液、蔗糖溶液、淀粉酶  或  淀粉溶液、淀粉酶、蔗糖酶

(2)用什么实验试剂?实验原理又是什么?

(3)具体的实验流程是什么?

(4)在整个实验中遵循什么原则?

学生:开始分组讨论,教师深入小组中参与讨论。讨论结束后小组汇报交流实验方案,小组互评。

某小组:实验目的:探究淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解作用。

实验材料:淀粉溶液、蔗糖溶液、淀粉酶和斐林试剂

实验步骤:①1号试管加入2ml淀粉溶液,2号试管中加入2ml蔗糖溶液。

        ②分别在两只试管中加入淀粉酶2滴,振荡。

③加入斐林试剂,振荡,约60℃左右水浴2分钟。

        实验现象:1号试管由蓝色变为砖红色沉淀,2号试管无变化。

        实验结论:淀粉酶只能催化淀粉水解,不能催化蔗糖水解。

教师:对这一小组的实验过程进行点评,提出问题:能否将这一小组实验中的斐林试剂改为碘液,利用碘液来得出实验结论?

学生:思考,得出否定的答案。

教师:是的,因为我们想验证淀粉酶的专一性,不仅要确定淀粉酶能够水解淀粉,而且需确定淀粉酶不能水解蔗糖。如果将实验材料改为碘液,那么淀粉酶是否催化了蔗糖溶液是无法被验证的。所以在实验设计中应多加考虑无关因素或实验误差的影响。

教师:总结酶具有专一性,即每一种酶只能催化一种或一类化学反应。细胞代谢能够有条不紊、互不干扰地进行,与酶的专一性是分不开的。

简析

在引入新知识时,通过形象的比喻,启发学生想象,引导学生思考新问题,为接下来的实验探究:酶是否具有专一性打下伏笔。

传统的教学模式一般以教师讲授为主,学生的任务主要是听,这样的课堂气氛沉闷,课堂效率低,无法完成教学目标。通过小组讨论、汇报展示及小组互评的过程,学生不再被动的知识,而是主动探索知识的来源,在观察、思考、合作中完成知识学习,培养了学生发现、提出和解决问题的能力。同时,教师是学生的“引导者”,通过更改某一试剂,来引发学生的思考,使学生做到举一反三,培养了学生处理信息和归纳总结的能力。

实验探究三:温度对酶活性的影响

教师:大家有没有注意到在加酶洗衣粉包装袋上,往往注明了这种洗衣粉的使用温度范围;当某个人在发烧时食欲较差。这种现象体现了什么呢?

学生:温度对酶的活性有影响。

教师:同学们能否设计一个实验来证明温度会影响酶的催化效率?

      利用多媒体课件展示实验设计流程及注意事项,让学生讨论下列问题:

(1)实验材料选择淀粉还是H2O2

(2)我要设计几组实验?选择几个温度?

(3)观察指标怎么确定,选择什么样的鉴定试剂?

学生:开始分组讨论,教师深入小组中参与讨论。讨论结束后小组汇报交流实验方案,小组互评。

某小组:实验目的:探究温度对淀粉酶活性的影响。

实验材料:淀粉溶液、不同温度的水(0℃、60℃、100℃)、碘液

实验步骤:①3个试管各加入2ml淀粉溶液。

②1号试管加热至60℃约5分钟,2号试管保持0℃冰水中约5分钟,3号试管加热至100℃约5分钟,

                ③分别在三只试管中加入淀粉酶2滴,振荡。

④各加入2滴碘液,振荡。

        实验现象:1号试管无明显现象,2号试管变蓝、3号试管变蓝。

        实验结论:只有在一定温度下淀粉酶的催化效率最高。

教师:对这一小组的实验过程进行点评,提出问题:能否将这一小组实验中的实验材料改为H2O2 、H2O2酶,利用带火星的卫生香观察复燃现象?

学生:思考,得出否定的答案。

教师:是的,因为H2O2在高温下会分解,误导实验结果。

教师:通过以上实验可以知道,酶在最适条件下,活性最高。

简析

学生通过教师的引导进行分组讨论,设计实验方案并进行汇报交流,培养了学生的观察能力和分析问题的能力。在实验设计中,教师提出合理的质疑,引导学生对实验操作可能发生的问题进行思考,培养了学生思维的严密性。

实验探究四:PH对酶活性的影响?

教师:请同学们根据刚才的两个实验,自己设计一个实验,来探究PH会影响酶的催化效率(活性)?

利用多媒体课件展示实验设计流程及注意事项,让学生讨论下列问题:

(1)实验材料选择淀粉还是H2O2

(2)实验原理的判断?

某小组:实验目的:探究PH对淀粉酶活性的影响。

实验材料:H2O2溶液、NaOH溶液、Hcl溶液、蒸馏水、带火星的卫生香。

实验步骤:①3个试管各加入2ml H2O2溶液。

②1号试管加1mlHcl溶液,2号试管加1ml蒸馏水,3号试管加 1mlNaoH溶液。

                ③分别在三只试管中加入1滴H2O2酶,振荡2-3分钟。

④将带火星的卫生香分别放入试管中。

        实验现象:1号试管无明显变化,2号试管卫生香复燃、3号试管无明显现象。

        实验结论:只有在合适的PH下酶的催化效率最高。

教师:对这一小组的实验过程进行点评,提出问题:能否将这一小组实验中的实验材料改为淀粉、淀粉酶、碘液?

学生:思考,得出否定的答案。

教师:是的,因为淀粉在酸性条件下会分解,误导实验结果。

教师:通过以上实验可以知道,酶在最适的PH条件下,活性最高。综上所述,多媒体展示总结酶的特性之三:作用条件温和,酶促反应一般是在常温、常压和适宜PH等条件下进行的。

简析

    学生在本节课中,已经探究了两组实验,对实验设计的要求和注意事项有了一定的了解。所以第三组实验对于学生来说应该是较为容易了,也对学生的利用已有知识处理新知识的能力进行了提升。同时,通过探究实验、小组讨论等活动,充分调动了学生的积极性,提高了课堂效率。

三、归纳迁移,提炼升华

师:通过上述三个实验,我们系统的梳理了酶的特性:高效性、专一性、作用条件温和,那么影响酶促反应速率的因素都有哪些?你能绘制影响酶促反应速率的曲线图吗?

学生:总结提炼,在黑板上绘制曲线图。

教师:对学生的答案进行点评,多媒体展示影响酶促反应速率的因素及曲线(如图二所示)。

 

图二 影响酶促反应速率的曲线

简析

    培养了学生归纳分析、总结和自主学习的能力。使学生养成养成勇于质疑、自主探究与合作学习的科学探究精神。

四、总结深化,拓展延伸

教师:引导学生通过板书对本节内容进行总结,学生根据已学知识处理学案中的习题(由学生讲解)。

课堂小结:1、酶的特性:高效性、专一性、酶的作用条件较温和。2、影响酶促反应速率的因素。

附:课堂检测习题

1、下列关于酶的叙述中正确的一项是 ( D  )

① 酶是活细胞产生的 ② 酶都有消化功能③ 酶的本质是蛋白质,蛋白质都是酶

④ 酶能够降低化学反应活化能,具有专一性、高效性⑤ 酶促反应与外界条件无关

⑥ 淀粉酶能促进淀粉水解⑦ 酶只有在生物体内才起催化作用 

A. ①②③④       B. ①②④⑤      C. ①②④⑥        D. ①④⑥ 

解析:总结酶的化学本质及酶的特性即可得出答案。

2、β-半乳糖苷酶能催化乳糖生成半乳糖和葡萄糖,但不能催化麦芽糖分解为葡萄糖。这表明,β-半乳糖苷酶的催化作用具有( B  )

A.高效性       B.专一性         C.稳定性           D.多样性

解析:通过实例进行证明酶是具有专一性的。

3、血液凝固是一系列酶促反应的过程。在下列哪种体外温度条件下,采集到的血液凝固最快?( D ) 

A. 0℃     B. 15℃      C. 25℃       D .35℃ 

解析:通过本节课的学习可以得出,温度可以影响酶的催化效率,酶的最适温度为37℃。

4、(A层学生选做)将乳清蛋白、淀粉、胃蛋白酶、唾液淀粉酶和适量水混合装入一个容器内,调整 pH 至 2.0 ,保存于37℃的水浴锅中,过一段时间后,容器内剩余的物质是 ( A )

A. 淀粉、胃蛋白酶、多肽、水       B. 唾液淀粉酶、淀粉、胃蛋白酶、水 

C. 唾液淀粉酶、胃蛋白酶、多肽、水 D. 唾液淀粉酶、麦芽糖、胃蛋白酶、多肽、水 

解析:本题较难,为A层学生选做题。当温度为37℃,PH为2.0时,唾液淀粉酶已经失去活性,不再具有催化作用。而唾液淀粉酶的化学本质为蛋白质,可以被胃蛋白酶催化水解为多肽,同时胃蛋白酶可以将乳清蛋白水解为多肽。在本题中还隐含一个知识点,那就是酶在催化反应前后化学性质不改变,所以胃蛋白酶还剩余在容器中。因此,本题中容器内剩余的物质为多肽、淀粉、胃蛋白酶、水。

简析

    学生结合所学知识进行分析,加深对所学知识的理解和应用,培养学生应用知识解决实际问题的能力。

 

    该案例主要围绕着“酶的特性”这一实验主题开展了丰富的探究性活动。教育家布鲁纳指出,教学不应该“奉送真理”,而应该“教人发现真理”。 本课例摒弃了传统课堂上的“验证性实验”流程,而是有意识的培养学生的逆向思维能力,鼓励他们大胆设想,把注意力从注重实验结果转移到实验方案的设计思路及方案的优缺点及改进方法等方面上来,从而培养学生的观察、思维及创造能力。通过导学案的环环相扣,学生进行了分组设计实验,在教师的引导和帮助下,学生将设计过程中出现的问题进行思考和解决,培养了学生对知识的引用能力和领悟能力,真正将“验证性实验”课程上升为“探究性实验”课程。通过本案例的探究过程,一方面满足了学生的好奇心和求知欲,另一方面也培养了学生的主观意识和科学思维的能力,从而提高学生的科学素养。由于实验条件的限制,本节课的教学内容只能通过教师引导和多媒体辅助来完成,若实验条件允许,在实验室进行本课程的讲授效果会更好。

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