2024-2025学年高中生物 专题4 酶的研究与应用 课题3 酵母细胞的固定化教学实录 新人教版选修1

2024-2025学年高中生物专题4酶的研究与应用课题3酵母细胞的固定化教学实录新人教版选修1主备人备课成员设计思路本节课以“酵母细胞的固定化”为主题，旨在引导学生通过实验操作，探究固定化酶的特性及其应用。课程内容与新人教版选修1《生物技术实践》紧密相连，通过实际操作，让学生掌握固定化酶的基本原理和方法，培养实验操作能力和科学探究精神。核心素养目标1.培养学生科学探究精神，通过实验探究固定化酶的稳定性和效率。

2.提升学生的实验操作技能，包括细胞培养、酶活性检测等。

3.强化学生的生物技术知识，理解固定化酶在工业和医药领域的应用。

4.增强学生的批判性思维，学会对实验结果进行分析和评估。学情分析本节课面对的是高中一年级的学生，他们已经具备一定的生物学基础知识，对细胞结构、酶的概念有所了解。在实验操作方面，学生已掌握基本的显微镜使用和细胞培养技术。然而，对于酶的固定化这一较为高级的生物技术，学生可能存在以下特点：

1.知识基础：学生对酶的催化作用、酶的特性和作用条件有一定了解，但固定化酶的概念和原理较为陌生，需要通过实验和讲解来加深理解。

2.能力水平：学生的实验操作能力参差不齐，部分学生可能在细胞培养、酶活性检测等实验步骤中遇到困难，需要教师耐心指导。

3.素质方面：学生具备一定的团队合作精神，但独立思考和解决问题的能力有待提高。在实验过程中，学生需要学会观察、记录和分析数据，培养科学探究能力。

4.行为习惯：学生在课堂上积极参与，但部分学生可能存在注意力不集中、实验操作不规范等问题，需要教师加强课堂管理和引导。

这些学情特点对课程学习产生以下影响：

1.教师需在讲解过程中注重概念阐述，结合实验操作帮助学生理解固定化酶的原理。

2.教师应针对学生的实验操作能力进行针对性指导，确保实验顺利进行。

3.教师要引导学生学会独立思考和解决问题，培养科学探究能力。

4.教师需加强课堂管理，规范学生行为习惯，提高课堂学习效果。学具准备多媒体课型新授课教法学法讲授法课时第一课时师生互动设计二次备课教学资源1.软硬件资源：显微镜、细胞培养箱、酶活性检测仪、电子天平、移液器、培养皿、试管、酒精灯、烧杯、玻璃棒等。

2.课程平台：学校生物实验室管理系统、多媒体教学平台。

3.信息化资源：酵母细胞固定化实验操作视频、相关实验原理和应用的PPT课件。

4.教学手段：实验演示、小组讨论、课堂提问、学生实验操作指导。教学实施过程1.课前自主探索

教师活动：

发布预习任务：通过在线平台或班级微信群，发布预习资料（如PPT、视频、文档等），明确预习目标和要求，如“请学生预习酵母细胞固定化的基本原理和步骤”。

设计预习问题：围绕“酵母细胞的固定化”课题，设计一系列具有启发性和探究性的问题，引导学生自主思考，如“固定化酶与游离酶相比有哪些优缺点？”。

监控预习进度：利用平台功能或学生反馈，监控学生的预习进度，确保预习效果，如通过学生提交的预习笔记进行抽查。

学生活动：

自主阅读预习资料：按照预习要求，自主阅读预习资料，理解酵母细胞固定化的基本原理和步骤。

思考预习问题：针对预习问题，进行独立思考，记录自己的理解和疑问，如“为什么选择酵母细胞作为固定化酶的载体？”。

提交预习成果：将预习成果（如笔记、思维导图、问题等）提交至平台或老师处。

教学方法/手段/资源：

自主学习法：引导学生自主思考，培养自主学习能力。

信息技术手段：利用在线平台、微信群等，实现预习资源的共享和监控。

作用与目的：

帮助学生提前了解酵母细胞固定化的基本原理，为课堂学习做好准备。

培养学生的自主学习能力和独立思考能力。

2.课中强化技能

教师活动：

导入新课：通过实验视频或实际操作演示，引出“酵母细胞的固定化”课题，激发学生的学习兴趣。

讲解知识点：详细讲解酵母细胞固定化的原理、步骤和注意事项，结合实例帮助学生理解，如“如何选择合适的固定化方法？”。

组织课堂活动：设计小组讨论，让学生探讨固定化酶在实际应用中的优势，如“固定化酶在酿酒工业中的应用”。

学生活动：

听讲并思考：认真听讲，积极思考老师提出的问题。

参与课堂活动：积极参与小组讨论，体验酵母细胞固定化知识的应用。

提问与讨论：针对不懂的问题或新的想法，勇敢提问并参与讨论。

教学方法/手段/资源：

讲授法：通过详细讲解，帮助学生理解酵母细胞固定化的知识点。

实践活动法：设计小组讨论，让学生在实践中掌握固定化酶的应用。

合作学习法：通过小组讨论等活动，培养学生的团队合作意识和沟通能力。

作用与目的：

帮助学生深入理解酵母细胞固定化的原理和步骤，掌握固定化酶的应用。

通过合作学习，培养学生的团队合作意识和沟通能力。

3.课后拓展应用

教师活动：

布置作业：根据“酵母细胞的固定化”课题，布置适量的课后作业，如“设计一个固定化酶的实验方案”。

提供拓展资源：提供与酵母细胞固定化相关的拓展资源（如相关书籍、网站、视频等），供学生进一步学习。

反馈作业情况：及时批改作业，给予学生反馈和指导。

学生活动：

完成作业：认真完成老师布置的课后作业，巩固学习效果。

拓展学习：利用老师提供的拓展资源，进行进一步的学习和思考。

反思总结：对自己的学习过程和成果进行反思和总结，提出改进建议。

教学方法/手段/资源：

自主学习法：引导学生自主完成作业和拓展学习。

反思总结法：引导学生对自己的学习过程和成果进行反思和总结。

作用与目的：

巩固学生在课堂上学到的酵母细胞固定化的知识点和技能。

通过反思总结，帮助学生发现自己的不足并提出改进建议，促进自我提升。知识点梳理1.酶的概念

-酶是一种生物催化剂，主要存在于细胞内。

-酶具有高效性、专一性和可调节性等特点。

2.酶的化学本质

-酶的化学本质是蛋白质或RNA。

-酶的活性中心是酶与底物结合并进行催化反应的部位。

3.影响酶活性的因素

-温度：在最适宜温度下，酶活性最高；温度过高或过低都会降低酶活性。

-pH值：酶活性对pH值非常敏感，不同的酶最适宜的pH值不同。

-有机溶剂：某些有机溶剂会破坏酶的空间结构，从而降低酶活性。

-重金属离子：重金属离子可以与酶中的巯基等活性基团结合，降低酶活性。

4.酶的固定化

-固定化酶是将酶固定在固体载体上，使其既具有酶的特性，又便于与反应物和产物分离。

-固定化酶的优点：提高酶的稳定性、重复使用性、降低生产成本等。

5.酶的固定化方法

-吸附法：利用酶与固体载体之间的吸附力将酶固定在载体上。

-包埋法：将酶包裹在固体载体中，形成固定化酶。

-共价交联法：利用化学反应将酶与载体上的活性基团连接起来，形成固定化酶。

6.酶固定化技术的应用

-酶固定化技术在生物催化、生物分离、生物制药等领域具有广泛的应用。

-在生物催化领域，固定化酶可以催化化学反应，提高反应效率。

-在生物分离领域，固定化酶可以用于分离纯化生物大分子，如蛋白质、核酸等。

-在生物制药领域，固定化酶可以用于生产药物中间体，如抗生素、激素等。

7.酶的复性

-酶在固定化过程中可能会发生构象变化，导致酶活性降低。

-酶的复性是将固定化酶重新恢复到活性状态的过程。

8.酶的稳定性

-酶的稳定性是指酶在固定化过程中保持活性状态的能力。

-影响酶稳定性的因素：温度、pH值、离子强度、有机溶剂等。

9.酶的再生

-酶的再生是将固定化酶从载体上分离出来，使其恢复活性状态的过程。

-酶的再生方法：物理法、化学法、生物法等。

10.酶固定化技术的展望

-随着生物技术的不断发展，酶固定化技术将得到进一步优化和应用。

-未来研究方向：新型固定化载体的开发、酶固定化技术的优化、酶固定化过程的模拟与优化等。教学反思与改进教学反思是教师专业成长的重要环节，通过反思可以更好地了解自己的教学效果，发现不足，从而不断改进教学方法。以下是我对“酵母细胞的固定化”这一节课的教学反思与改进措施。

1.教学效果评估

在本次教学中，我发现学生们对酵母细胞固定化的基本原理和步骤有了较为清晰的认识，实验操作能力也有所提高。然而，在教学过程中，我也发现了一些问题：

（1）部分学生在实验操作过程中存在不规范的现象，如未严格按照操作步骤进行，导致实验结果不准确。

（2）学生在讨论固定化酶的应用时，缺乏创新思维，对固定化酶在实际生产中的应用了解不足。

（3）课堂氛围较为沉闷，部分学生参与度不高，影响了教学效果。

2.教学改进措施

针对以上问题，我计划在未来的教学中采取以下改进措施：

（1）加强实验操作规范培训：在实验课前，对学生进行实验操作规范培训，强调实验过程中的注意事项，确保实验结果的准确性。

（2）引入实际案例，激发学生兴趣：在讲解固定化酶的应用时，引入实际案例，如固定化酶在生物制药、食品加工等领域的应用，激发学生的学习兴趣。

（3）小组合作学习，提高参与度：在课堂上，采用小组合作学习的方式，让学生在小组内讨论、交流，提高课堂参与度。

（4）设计创新性实验，培养学生的创新思维：在实验设计中，加入一些创新性实验，如让学生设计固定化酶的制备方法，培养学生的创新思维。

（5）丰富教学手段，提高课堂氛围：利用多媒体技术，如PPT、视频等，丰富教学内容，提高课堂氛围。

（6）加强师生互动，关注学生个体差异：在课堂上，关注学生的个体差异，针对不同学生的学习情况，给予个性化的指导。

3.总结课后作业为了巩固学生对“酵母细胞的固定化”这一章节的理解，以下是一些课后作业题目，旨在加深对固定化酶原理、方法和应用的理解：

1.设计题目：

假设你是一名生物技术工程师，需要设计一个固定化酶系统用于生产某药物。请描述你选择的固定化方法、载体材料以及固定化过程中的关键步骤。

答案示例：

-固定化方法：包埋法

-载体材料：海藻酸钠

-关键步骤：

1.准备海藻酸钠溶液，并调节至适当浓度。

2.将酵母细胞与海藻酸钠溶液混合。

3.将混合物倒入模具中，形成凝胶状。

4.固定化后的酶凝胶在4°C下冷藏过夜。

5.次日，将酶凝胶从模具中取出，并进行活化处理。

2.应用分析题目：

固定化酶在工业生产中具有哪些优势？请举例说明固定化酶在某个具体工业过程中的应用。

答案示例：

固定化酶在工业生产中的优势包括：

-提高反应效率，降低生产成本。

-方便分离和回收，减少环境污染。

-提高酶的稳定性，延长使用寿命。

举例应用：

在酿酒工业中，固定化酶可以用于将葡萄糖转化为酒精。通过固定化葡萄糖氧化酶，可以提高酒精生产效率，同时减少对环境的污染。

3.实验设计题目：

设计一个实验方案，用于比较不同固定化方法对酶活性的影响。

答案示例：

实验方案：

-选择两种不同的固定化方法：吸附法和包埋法。

-准备相同的酵母细胞和载体材料。

-分别使用吸附法和包埋法固定酵母细胞。

-检测固定化酶的活性，并比较两种方法的固定化效果。

4.优化方案题目：

在固定化酶的过程中，如何优化固定化条件以提高酶的稳定性？

答案示例：

优化方案：

-选择合适的载体材料，确保酶与载体之间的相互作用。

-调整固定化过程中的温度和pH值，以适应酶的最适条件。

-优化固定化方法，如通过改变酶与载体的比例、固定化时间等。

-对固定化后的酶进行活化处理，以提高其活性。

5.案例分析题目：

分析固定化酶在生物制药领域的应用案例，并讨论其优势和挑战。

答案示例：

案例：利用固定化酶生产胰岛素。

优势：

-提高生产效率，降低生产成本。

-避免酶的失活和污染，提高产品质量。

-方便酶的分离和回收，减少对环境的污染。

挑战：

-固定化酶的制备和优化需要较高的技术要求。

-固定化酶的稳定性可能受到温度、pH值等因素的影响。

-固定化酶的生产成本较高，需要进一步降低。教学评价与反馈1.课堂表现：

学生在课堂上积极参与，对于酵母细胞固定化的概念和原理表现出浓厚的兴趣。大部分学生能够认真听讲，并在实验操作过程中遵守操作规范。然而，部分学生在实验过程中显得有些紧张，需要进一步培养他们的实验操作能力和自信心。

2.小组讨论成果展示：

小组讨论环节中，学生们能够围绕固定化酶的优点、应用和挑战等方面进行深入的讨论。每个小组都展示了他们对于固定化酶的理解和创意性的解决方案。例如，一些小组提出了使用生物可降解材料作为载体的想法，以减少环境污染。

3.随堂测试：

4.学生自评与互评：

课后，学生进行了自我评价和互评。学生们普遍认为本次实验课程增加了他们对生物技术的兴趣，并且通过实验操作加深了对固定化酶的理解。在互评中，学生们能够指出同伴在实验操作中的优点和需要改进的地方，如操作规范、实验数据的准确性等。

5.教师评价与反馈：

针对课堂表现，教师对学生的实验操作技能进行了个别指导，并对学生在实验中的错误操作进行了纠正。在实验报告的撰写方面，教师鼓励学生注重细节，确保实验记录的完整性和准确性。以下是对学生的具体评价与反馈：

-对实验操作