【教案】细胞中的元素和化合物（教学设计）（人教版2019必修1）

第2章

组成细胞的分子

第1节细胞中的元素和化合物年级高一年级授课时间1课时课题第1节细胞中的元素和化合物教材分析由于生物科学的许多问题都是在细胞层次上寻求解答的，要深入阐明细胞生命活动的规律，必须要了解生物大分子的结构和功能，要从系统的角度来认识细胞，首先要了解细胞这个系统的物质组成，因此本章节内容是学习本模块其它章节的基础。通过本节内容的学习可以让学生从组成细胞的元素和化合物的角度，了解细胞的物质组成，认同生命本质上是物质的，为形成生命的物质观、树立辩证唯物主义的世界观打下基础。同时使学生在微观层面上了解生命的物质性和生物界的物质统一性,为后续学习进一步打下基础。通过开展“检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质”的探究实践活动，有助于发展学生的科学探究能力和实证意识，也促进学生更加认同“糖类、脂质与蛋白质等化合物参与组成了细胞”这一事实，为后续各节学习奠定基础。教学目标1.说出组成细胞的元素都来自自然界但各元素相对含量又与无机环境不同。2.说出组成细胞的大量元素和主要微量元素，说出组成细胞的化合物的主要种类。3.尝试检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质，进行实验操作、观察结果，基于实验简述组成细胞的物质的特殊性。教学重、难点1.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。2.教学难点检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质。、教学内容教师活动学生活动引入新课PPT展示情境《中国居民膳食指南科学研究报告(2021)》中指出：受社会经济发展水平不平衡、人口老龄化和不健康饮食生活方式等因素的影响，我国仍存在一些亟待解决的营养健康问题。展示问题，学生探讨：1.什么是合理膳食？合理膳食是指一日三餐所提供的营养必须满足人体的生长、发育和各种生理、体力活动的需要。合理饮食可以达到显著减肥的目的。2.合理膳食与细胞内的分子组成有什么联系？细胞内的分子来源于食物中的营养物质3.你能否结合自身情况及所处环境，为自己制作一个合理的“周进食计划”并认真执行？食物多样，谷类为主。吃动平衡，健康体重。多吃蔬果、奶类、大豆。适量吃鱼、禽、蛋、瘦肉。少盐少油，控糖限酒。杜绝浪费，兴新食尚。通过学生对问题的探讨，继续提问：我们的食物主要来自植物，植物中的元素主要来自环境，植物中的元素与环境中的元素有哪些异同？探讨我国仍存在一些亟待解决的营养健康问题，并对PPT展示的有关问题作出回答。一、组成细胞的元素和化合物组织学生以小组为单位，进行如下探究活动。活动一:比较组成地壳和组成细胞(鲜重)部分元素的种类和含量，指导学生发现问题，进行交流。1.比较组成地壳和组成细胞的部分元素的含量(%)，回答问题：(1)组成细胞的化学元素，在无机自然界中都能找到，说明了什么？生物界和非生物界具有统一性。(2)细胞中的各种元素的相对含量与无机自然界的大不相同，这说明了什么？生物界和非生物界还具有差异性。(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？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的。活动二:比较组成玉米细胞和人体细胞的部分元素及含量，围绕教材所提出的问题组织学生讨论交流。2.比较组成玉米细胞和人体细胞的部分元素及含量(干重，质量分数)，回答下列问题：(1)在玉米细胞和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?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。(2)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又低于人体细胞，怎样解释这种现象?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。(3)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%，是否意味着这些元素并不重要?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。由上述元素的含量引出大量元素、微量元素。1.组成细胞的元素(1)生物界和非生物界的统一性和差异性①统一性:从化学元素的种类分析，组成细胞的化学元素，在无机自然界中都能够找到。②差异性:从各种元素的相对含量分析，细胞与无机自然界大不相同。(2)种类:组成细胞的化学元素，常见的有20多种。(3)分类①大量元素(含量较多):C、H、O、N、P、S、K、Ca、Mg等。②微量元素(含量很少):Fe、Mn、Zn、Cu、B、Mo等。引导学生构建自然界的组成元素、组成生物细胞的元素、大量元素、微量元素、含量较多元素等元素的关系图。核心归纳在人体细胞中，鲜重时含量最多的元素是O;干重时含量最多的元素是C。拓展元素缺乏与疾病的相关性：2.组成细胞的化合物展示图片，引导学生观察，了解组成细胞的化合物种类。引导学生分析饼图，了解组成细胞的化合物的种类及相对含量。得出共识：细胞中含量最多的化合物是水，含量最多的有机物是蛋白质，干重中含量最多的化合物是蛋白质。根据老师所提问题，分组讨论。在与同学的交流中，认识到组成生物体的元素与组成地壳的元素有相似性又有区别。分组讨论并回答问题。在与同学的交流中，认识到玉米细胞和人体细胞中元素及其功能。尝试构建下列概念的包含关系图。自然界中的元素、组成细胞的元素、大量元素、微量元素、基本元素。对比组成人体细胞鲜重和干重的主要元素。了解缺乏某些元素可能会引起某些疾病。观察了解组成细胞的化合物种类。分析饼图，得出共识。习题巩固1.(2023·吉林长春二中高一期末)如图为元素在生物体内的含量分布情况，下列叙述错误的是A.P、S、K、Ca、Zn属于大量元素B.Ⅰ在非生物界中都能找到，体现了生物界与非生物界的统一性C.Ⅱ和Ⅲ为生物体的必需元素，一旦缺乏就可能会导致相应的病症D.Ⅱ含量虽少，却是生物体正常生命活动不可缺少的【答案】A【解析】Zn属于微量元素,A叙述错误;I是组成生物体的元素,在非生物界中都能找到,体现了生物界与非生物界的统一性，B叙述正确;大量元素和微量元素均为生物体的必需元素,一旦缺乏可能会导致相应的病症,C叙述正确;微量元素在细胞内含量虽少,但却是生物体正常生命活动不可缺少的,D叙述正确。故选A。2.生命的物质基础是组成细胞的元素和化合物，如图中序号代表不同的化合物，面积不同代表含量不同，其中Ⅰ和Ⅱ代表两大类化合物。下列叙述正确的是A.若Ⅴ和Ⅵ分别代表蛋白质和脂质，则Ⅶ代表核酸B.细胞干重和鲜重中含量最多的化合物分别是Ⅴ和ⅢC.医用的生理盐水和糖溶液中的溶质分别属于Ⅳ和ⅤD.上述物质中氧原子含量最高的化合物是Ⅴ【答案】B【解析】根据题图可知，I和II分别代表无机物和有机物,若V代表蛋白质,VI代表脂质,则Ⅶ应代表核酸和糖类,A错误:在细胞干重中含量最多的化合物应为蛋白质(V),鲜重中含量最多的化合物是水(Ⅲ),B正确;医用的生理盐水和糖溶液的溶质分别是NaCl和葡萄糖,它们分别属于IV(无机盐)、VI或Ⅶ(糖类),而V代表蛋白质,C错误;水中的氧原子含量最高,因此,氧原子含量最高的化合物是Ⅲ,D错误。故选B。3.如图1是细胞中化合物含量的扇形图，图2是有活性的细胞中元素含量的柱形图，请分析:(1)若图1表示细胞鲜重，则A、B化合物依次___________。(2)若图1表示细胞完全脱水后的化合物含量，则A化合物一定含的元素是________________。(3)若图2表示组成人体细胞的元素含量(占细胞鲜重的百分比),则a、b、c依次是__________。【答案】(1)水、蛋白质(2)C、H、O、N(3)O、C、H【解析】(1)细胞鲜重中含量最多的是水，其次是蛋白质。根据扇形图的比例可判断正常细胞中A、B分别为水和蛋白质。(2)完全脱水后细胞听A为蛋白质，蛋白质一定含的元素是C、H、O、N。(3)图2柱形图比例代表有活性的细胞中元素含量，含量最多是O,其次是C,再次是H。思考、讨论回答问题，加深对组成细胞的元素和化合物的认识。二、检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质学生思考讨论以下问题：1.所有细胞中各种化合物的种类和含量都一样吗？2.根据你的生活经验，说说哪些植物器官的细胞中富含糖类、脂质或蛋白质？讲述物质鉴定类实验的基本思路：鉴定原理，实验选材(要求:颜色浅或接近于浅色,富含某种有机物的材料),实验流程。指导学生选择适当的材料进行相应的物质鉴定，阅读教材熟悉实验原理及实验操作步骤：(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。播放实验操作视频。列表比较实验结果：总结归纳检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质实验。1.请学生完善表格，总结斐林试剂和双缩脲试剂的异同2.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？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.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？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。相互讨论，各抒己见。在讨论中可能会存在异议，针对这些异议，思考如何来证明自己的预测结果的正确性。熟悉实验原理及实验操作步骤。观看实验视频，了解实验操作步骤。针对刚才讨论中有异议的材料，设计表格，组内分工协作，进行实验。根据实验现象，围绕思考题进行讨论交流。完善总结斐林试剂和双缩脲试剂的异同的表格。进一步分析斐林试剂的使用及可溶性还原糖的实验材料的选择。习题巩固4.(2023·四川宜宾高一期末)某生物兴趣小组对作物种子发育过程中有机物的积累及转化进行动态监测。下列关于检测方法及出现结果的叙述，不正确的是A.小麦种子加水浸泡→用小刀纵切→在切面滴加碘液→依据被染成蓝色检测淀粉B.甜玉米籽加水研磨→离心取上清液→加斐林试剂→观察砖红色沉淀检测还原糖C.花生种子切片→苏丹Ⅲ染液染色→显微镜观察细胞内被染成橘黄色的脂肪颗粒D.鸡蛋清加水搅拌→加NaOH溶液→再加CuSO4溶液→依据紫色反应检测蛋白质【答案】B【解析】甜玉米籽中含有较多的还原糖，加水研磨后离心取上清液→加斐林试剂，通过水浴加热后方可观察砖红色沉淀的有无，进而可检测还原糖的存在，B错误。5.NaOH溶液和CuSO4溶液可作为斐林试剂(甲液和乙液)检测生物组织中的还原糖，也可作为双缩脲试剂(A液和B液)检测生物组织中的蛋白质。下列有关斐林试剂和双缩脲试剂的叙述，错误的是A.斐林试剂和双缩脲试剂的使用方法不同B.甲液和A液的浓度不同，乙液和B液的用量相同C.还原糖的检测需要加热，蛋白质的检测不需要加热D.斐林试剂检测还原糖和双缩脲试剂检测蛋白质时反应呈现的颜色不同【答案】B【解析】A、斐林试剂和双缩脲试剂的使用方法不同，斐林试剂的甲液和乙液需要先混合后加入，双缩脲试剂需要先加A液，后滴加B液，A正确;B、甲液和A液都是浓度为0.1g/mL的NaOH溶液，乙液和B液的用量不同，B液的用量较少(4滴)，B错误;C、还原糖的检测需要水浴加热至50~65℃，蛋白质的检测不需要加热，C正确;D、斐林试剂检测还原糖时颜色呈砖红色，双缩脲试剂检测蛋白质时颜色呈紫色，D正确。故选B。6．油菜种子成熟过程中部分有机物的变化如下图所示。将不同成熟阶段的种子制成匀浆后检测，检测结果正确的是()【答案】C【解析】第10d有可溶性糖，不排除有还原糖的可能，故加入斐林试剂，水浴加热后可能出现砖红色沉淀；种子中一定有蛋白质，加入双缩脲试剂后会呈现紫色；第30d种子中有脂肪，与苏丹Ⅲ染液发生反应，呈现橘黄色；第40d种子中无淀粉，加入碘液后不会呈现蓝色。思考、讨论回答问题，加深对检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质实验的了解。课堂小结板书设计一、组成细胞的元素和化合物1.组成细胞的元素和化合物(1)生物界和非生物界的统一性和差异性(2)种类：常见的有20多种(3)分类①大量元素(含量较多)：C、H、O、N、P、S、K、Ca、Mg等。②微量元素(含量很少)：Fe、Mn、Zn、Cu、B、Mo等。2.组成细胞的化合物(1)元素存在形式:大多以化合物的形式存在(2)种类及相对含量细胞中含量最多的化合物是水细胞内含量最多的有机化合物是蛋白质干重中含量最多的化合物是蛋白质。二、检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质1.实验原理(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。2.实验步骤3.实验结果4.实验注意事项课后练习1.基于对细胞元素组成、元素含量等的认识，判断下列相关表述是否正确。（1）细胞中不存在无机自然界没有的特殊元素。（）（2）细胞中微量元素含量最少，作用也很微小。（）（3）不同种类的细胞其组成元素和化合物种类基本相同，但含量往往有一定的差异，这既体现了细胞的统一性，又反映了细胞的多样性。（）【答案】(1)√(2)×(3)√【解析】（1组成细胞中的元素在无机自然界中都能找到。（2）细胞中微量元素含量虽少，但作用一样重要。（3）不同种类的细胞其组成元素和化合物种类基本相同，这体现了细胞的统一性，但含量往往有一定的差异，这反映了细胞的多样性。2.将下列试剂与相应的待测样品、相应的实验结果用线连接起来。苏丹Ⅲ染液豆