“细胞中的元素和化合物”的教学建议，本文主要内容关键词为：化合物论文,细胞论文,元素论文,建议论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
一、教材分析
本节内容主要包括组成细胞的元素，组成细胞的化合物，检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质。其教学目标为：简述组成细胞的主要元素，说出构成细胞的最基本元素是碳；认同生命的物质性；尝试检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质，探讨细胞中主要化合物的种类。其中教学重点是组成细胞的主要元素和化合物，检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质；教学难点为构成细胞的最基本元素是碳，检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质。
与原来教材相比，新教材中“细胞中的元素和化合物”一节的内容存在一些重要变化：一是研究对象的范围发生了变化，原来研究的是组成生物体的化学元素和化合物，现在改为细胞中的元素和化合物；二是“检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质”的实验有所改进，不再是单纯的验证性实验，而是在实验材料和方法上为学生提供了探究空间；三是教材编写有利于引导学生积极思考，通过“问题探讨”“思考与讨论”和“实验”等栏目，让学生在实验与观察、讨论与分析中获取新知识，而不是直接提供结论性的知识信息。教材首先通过“问题探讨”，让学生通过比较组成地壳和组成细胞的部分元素的含量，让学生自主发现问题、提出问题，并与学生交流和讨论。“问题探讨”栏目意在激发学生从元素水平探究细胞奥秘的好奇心，并且培养学生提出问题的能力。为了帮助学生比较分析，教材正文起始部分交代了组成细胞的化学元素，在无机自然界中都能找到，同时，细胞与非生物相比，各种元素的相对含量却大不相同，进而引导学生了解组成细胞的元素和化合物的种类。不同生物体内细胞形态、结构和功能不同，就是同一个多细胞生物体内，其细胞种类也是多种多样，其化学成分也不尽相同。教科书以人体细胞为例，以饼形图的形式，介绍了组成人体细胞的主要元素占细胞干重和鲜重的百分比，并提出问题引导学生思考：在细胞干重中，碳元素的含量达到55.99%，表明碳元素是构成细胞的基本元素，这对生命有什么意义呢？为本章后续3节内容的学习提供一个引子，为最后得出“生物大分子以碳链为骨架”打下一个伏笔。“检测生物组织中的糖类、脂肪、蛋白质”的实验则是在原教材实验的基础之上加以改进，让学生在实验探究中体悟同种生物组织中有机物的种类，以及不同种生物组织中所含有机物种类和含量的差异，为认识生命的物质性和差异性提供感性认识。
世界是由运动的物质组成的，作为最基本的生命系统——细胞也不例外。但组成细胞的元素和化合物具有两重性，既与非生命世界具有统一性，又与之存在着重大差异，尤其是生物大分子，如生命活动的主要承担者——蛋白质，遗传信息的携带者——核酸等。学习本节内容将有助于学生从元素、分子水平较深入地认识生命的物质基础和结构基础。理解分子结构和功能的统一，领悟观察、实验、比较、分析和综合等科学方法及其在科学研究过程中的应用，了解生命的物质性和生命物质的特殊性，科学地理解生命的本质，形成辩证唯物主义自然观。同时，从分子结构和功能角度阐释细胞生命活动的规律，对于学生学习后续内容具有重要的奠基作用。毋庸讳言，学习本节内容存在着诸多困难，一方面由于学习本章内容的时期是在高中阶段的起始年级，学生从初中升入高中后，学习习惯和认知方法需要一个培养期和过渡期；另一方面由于本节内容与化学尤其是有机化学知识联系非常紧密。而高一年级没有开设有机化学课程，因此学生在学习时颇感吃力。
二、教学建议
1.利用“问题探讨”，让学生提出问题
由于学生在初三阶段已经学习了元素等化学基础知识，因此可以引导学生分析比较下列资料：组成地壳和组成细胞的部分元素含量表（见人教版必修1教材第16页），植物体和土壤的部分元素含量的比较表（见表1），人体和玉米细胞中部分元素含量表（见表2），组成人体细胞的主要元素占细胞鲜重、干重的百分比图（见人教版教材第17页）。
为了培养学生提出问题、解决问题的能力，建议教师组织学生自己提出问题交流与讨论，最终解决问题。本节的主要教学目标是简述组成细胞的主要元素，说出构成细胞的最基本元素是碳，认同生命的物质性。故通过组成地壳和组成细胞的部分元素含量、植物体和土壤部分元素含量的比较分析，让学生认识到组成生物体与组成地壳、组成植物体与组成土壤的元素种类的相似性，组成细胞的化学元素在无机自然界中都可以找到，为认同生命的物质性奠定科学基础；同时，通过分析比较，让学生明确细胞与非生物元素含量的差异性，细胞与非生物各种元素相对含量大不相同是生命现象的物质基础。利用表2中玉米与人体中部分化学元素及其含量（占细胞干重的质量分数），可以引导学生围绕下列问题进行思考：不同生物细胞中各种元素含量相同吗？组成细胞的元素中哪4种化学元素的含量最多？什么元素是构成细胞的最基本元素？在问题探讨中，还可以结合组成人体细胞的主要元素占细胞鲜重、干重的百分比的饼形图，启发学生深入思考上述问题，最后得出如下结论：不同生物细胞中同种元素含量不同是生物多样性和差异性的物质基础；组成细胞的元素中C、H、O、N这4种元素含量最多；组成细胞中的化学元素有大量元素和微量元素之分；碳元素是构成细胞最基本的化学元素；生命的物质性和特殊性与组成细胞的元素种类和含量有关。为了帮助学生进一步认识生命的物质性，化学元素尤其是微量元素对于生命活动的重要性，建议教师从学生的生活经验入手，围绕人体、植物体中元素的生理作用以及常见的元素缺乏症，组织学生进行交流讨论。例如，缺钙时儿童会出现发育迟缓，牙齿不齐，骨骼畸形，中老年则会出现骨质疏松，易骨折；缺铁会引起贫血；缺锌则会出现食欲不振、厌食、偏食和免疫力下降等症状；婴儿缺碘会患呆小症等。对于植物体，油菜缺硼会“花而不实”，缺锌会患小叶病，缺铁则会出现黄化现象等。
2.利用化学知识，认同碳是构成细胞的最基本元素
首先通过上述资料分析比较，让学生认识到在细胞干重中碳元素含量最多，高达55.99%，初步得出碳是构成细胞最基本元素的结论。接着，建议教师引导学生以初三所学习的元素周期表为基础，回顾、分析碳原子核外电子分布特点和碳的化学性质，让学生理解碳链是构成生物大分子的结构骨架。学生通过元素周期表，得知碳位于第2周期、ⅣA族，其原子序数是6。教师出示碳原子结构示意图，说明碳原子核中含有6个质子，核外有6个电子，最外层有4个电子，这样碳原子就具有了4个能够成键的价电子。这4个价电子，能够使碳原子之间、碳原子与其他元素的原子之间结合形成更多的化学键。由于每个碳原子可以形成4个化学键，所以就有可能形成含有成千上万个甚至更多个碳原子的物质。正因为碳原子具有特殊的电子结构和丰富的成键能力，以它为主形成的有机化合物构成了已知化合物的绝大部分，碳链真正成为生物大分子的基本骨架。据此，学生理解碳元素对于生命的重要意义也就水到渠成。但是，考虑到学生还没有学习蛋白质、核酸等生物大分子，因此对于这部分内容的教学目标可以分阶段螺旋式提升，尤其关于碳链是生物大分子的基本骨架，可以在学习了组成细胞的有机化合物之后，通过大量丰富的实例，理解碳元素对于生命的重要意义就可以了，而不要急于求成、一步到位。另外，对于学有余力的学生，教师还可以组织学生将人体中必需元素在元素周期表中勾画出来，找出这些生命必需元素在元素周期表中的分布规律。
3.利用生活经验，推测细胞中所含化合物的种类及其含量
由于组成细胞的元素大多以化合物的形式存在，因此在学习了组成细胞的元素内容后，需要引导学生进一步了解组成细胞的主要化合物及其相对含量。建议教师从学生的生活经验和认知基础出发，定性判断细胞中化合物的种类及其含量的高低。教师可以设问：人类从其他生物体内获得了大量而丰盛的食物，根据你的生活经验，请你说说各种动植物食品中含量较多的化合物有哪些？怎样提取这些化合物？学生可以从自己日常生活经验中提供信息和结论：西瓜中水分充足、糖分含量高；果汁中含水量高，还含有维生素、有机酸和糖类，因为吃在嘴里有点酸、有点甜；米饭中主要成分是淀粉，淀粉属于糖类；动物精肉中含有丰富的蛋白质，青少年要保证蛋白质足够的摄入量；豆腐中含有较多的植物蛋白，是从大豆种子里提取出来的；动物的肥肉中含有较多的脂肪，因为吃起来有一种油腻的感觉，在锅里熬炸后可以提取动物脂肪（荤油），如此等等。最后，教师组织学生进行总结：组成细胞的化合物有无机化合物、有机化合物两大类，无机化合物包括水和无机盐，有机化合物包括糖类、脂质、蛋白质和核酸。
4.利用学生实验，探究生物组织中有机物的种类和含量
检测生物组织中的还原糖、脂肪和蛋白质是高中生物学第1个重要实验，该实验可以帮助学生进一步理解元素和化合物是细胞结构和功能的物质基础，深入理解还原糖、脂肪和蛋白质的重要化学性质，系统尝试实验材料的选取、染色、临时装片的制作、显微镜的使用、常见试剂的配制等基本实验方法。关于该实验的教学建议如下：①增设教师演示实验。由于该实验内容较多、时间较长，可以通过教师演示实验，帮助学生梳理实验原理、方法与步骤，并将这3个实验的正确结果分别展示在讲台上，以便学生将自己的实验结果与教师的演示实验作比较。②合理分工、紧密合作。在实验前实验小组要集体研读实验内容，由于该实验耗时较长，为了提高实验效率、缩短实验时间，根据实验任务，各实验小组在实验前要明确分工。例如，一位学生制备组织样液，另一位学生同时可以准备后续步骤的实验仪器、水浴加热所用的温水；一位学生制作临时装片，另一位学生就可以同时调试显微镜了。③适当调整实验的顺序。教材是按照糖类→脂肪→蛋白质的序列编写的，不少教师在长期的教学实践中发现，检测生物组织中的脂肪由于需要制作临时装片，使用高倍显微镜观察，实验操作较为繁琐，相当一部分学生使用高倍显微镜不够熟练，因此影响实验进程，故建议将实验顺序调整为蛋白质→糖类→脂肪，先易后难，顺序渐进。④增强实验的探究性。教材中安排的实验具有一定的探究性，建议有条件的学校还可以重新设计实验目的和实验方法，进一步增加检测材料和方法的选择性，以及对检测结果的预期，以提高实验的探究性。例如，增加实验材料的种类，在苹果、梨匀浆，马铃薯匀浆，花生种子及其匀浆，豆浆，鲜肝提取液的基础之上，增加白萝卜块根匀浆、甘薯块根、洋葱鳞片叶、核桃仁、小麦种子、鲜奶和酸奶等当地大家熟知的材料；实验目的可以改为比较不同材料中还原糖、脂肪和蛋白质含量大小；检测还原糖的实验中，可以针对温度对实验结果的影响展开探究；教材关于斐林试剂、双缩脲试剂的使用规定了严格的顺序：使用斐林试剂时甲液和乙液必须等量混匀后一起加入，使用双缩脲试剂时必须先加入A液后加入B液，如果不按照这样的规定顺序操作，其结果到底怎样？不妨让有兴趣的学生去尝试探究一下。⑤适度拓展检测的化合物种类。除了检测生物组织中还原糖、脂肪和蛋白质外，还可以检测淀粉、无机盐等，将实验课题确定为“比较当地甘薯块根和马铃薯块茎中淀粉含量大小”、“探究甘薯块根和马铃薯块茎中是否含有还原糖”、“探究洋葱鳞片叶、大蒜鳞茎中是否含有淀粉、还原糖”等。⑥初步培养对照实验思想。做鉴定还原糖和蛋白质的实验时，建议学生在鉴定实验之前，留取部分组织样液，以便与鉴定实验后的组织样液的颜色进行对比分析，增强实验的说服力和严密性。也可以对苹果、梨、白萝卜块根、甘薯块根和马铃薯块茎进行还原糖的检测，通过显色反应的有无以及显色的深浅进行对比，从而判定上述生物材料中是否含有还原糖以及含量的大小。⑦注重科学、技术与社会的联系。在教学中关注社会，注重科学、技术与社会的融合，将理论与实践相结合，落实STS教学理念，既能培养学生服务于社会的责任感，又能领悟生物学的社会价值、提升学生的社会实践技能。本实验在医药、化工和食品加工方面具有广泛的应用，例如，如何科学安排糖尿病患者的日常饮食？能否为糖尿病患者推荐或开发几种饮料？如何检测尿糖、尿蛋白？高血脂是如何检测与诊断的？围绕上述课题，可以组织学生去医院、食品加工厂进行社会活动调查，也可以组织学生开展研究性学习。
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