人教版（2019）必修1 第二章第二节 细胞中的无机物 教案

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第二节 细胞中的无机物
教学目标
1．科学探究
结合生活体验，探究水的功能。
2．生命观念
阐述“水的分子结构决定其性质”；认同水在生命活动中的重要作用。
3．科学思维
比较和分析自由水和结合水；概括归纳无机盐在生命活动中的作用。
4．社会责任
认识无机盐与人体健康的关系，提升社会责任感；养成节水环保意识的宣传，鉴别并自觉抵制不良生活习惯。
教学重点和难点
1．教学重点
水和无机盐在细胞中的作用。
2．教学难点
（1）结合水的概念． （2）无机盐的作用。
教学内容
引入：大量出汗后需要补充哪些营养物质？说说你所了解的生命活动和水的关系
一、细胞中的水
1.生物体内含水量
分析表1不同种生物的相对含水量，思考：通过数据你能找到什么规律？
1. 几种不同生物体水的含量
生物 水母 鱼类 蛙 哺乳动物 藻类 高等植物
相对含水量 97% 80-85% 78% 65% 90% 60-80%
分析表2人体中几种不同器官或组织中水的含量
2. 人体中几种不同器官或组织中水的含量
组织器官 牙齿 骨骼 骨骼肌 心肌 血液
所占比例% 10 22 76 79 83
水在构成生物体的化合物中含量第一；不同种生物含水量不同；水生生物含水量比陆生生物高。
2.阅读教材20-21页相关内容，理解水分子结构决定其特性
思考1： 为什么水具有支持生命的独特性质？尝试总结水分子结构与特性的关系。
（1）水是极性分子，水分子之间形成氢键
思考2：每个水分子最多同时可以和4个水分子形成氢键。大家想一想这种由静电作用形成的弱的引力稳定吗？常温下水是呈液态的，这又是为什么呢？
思考3： 为什么水是细胞内良好的溶剂？
大家一定见过这样的现象：把冰糖放入清水中，一段时间后冰糖会溶解在水中。日常生活中我们经常用水溶解各种各样的溶质分子。为什么水是良好的溶剂呢？正是因为水是极性分子很容易与其他极性分子间形成氢键。比如蔗糖分子中的羟基也是由氢原子和氧原子以共用电子对相结合构成的。氢端稍带正电荷。可以和水分子稍带负电荷的氧端形成氢键。溶质分子不断地与周围的水分子之间通过氢键相互作用，于是在水中逐渐扩散均匀，成溶解状态。细胞中的大多数无机盐、以及带有氨基、羧基、羟基的有机化合物中的这些极性基团均可与水结合，所以水也是细胞内的良好溶剂。细胞内的许多生化反应也都需要水的参与，一方面水是反应物或生成物，更多情况下水是反应的介质，反应物溶解在水中呈离子状态，反应得以顺利进行。
思考4：为什么水能起到物质运输的作用？
首先水是良好的溶剂，加之水在常温下的流动性，使水成为生物体内物质运输的介质。水在植物体内能够克服重力势能自下向上运输，是因为植物的导管相当于毛细管，水分子通过氢键相互拖引，加之水分子在叶片大量蒸发产生了巨大的蒸腾拉力，在运输的过程中，水分子还能通过氢键与管壁中纤维素的极性基团相互吸引，从而上升相当的高度。
思考5：为什么水能维持生命系统的稳态？
我们来看这张图，在水域生态系统十米深的静水层，冬夏季节的水温变化很小。为什么水温能维持相对稳定，不随气温大幅度变化呢？这还得从氢键说起，环境温度升高，氢键断裂吸收大量的能量；环境温度降低时，氢键形成，释放大量的热，具有较多的氢键是水的比热容和蒸发热较大的原因之一。水的高比热容使水的温度相对不容易发生变化，以水为介质的生命系统就可以维持在相对稳定的状态。从而使细胞内的生物化学反应可以正常进行。 而高蒸发热则可以使生物体借助水分蒸发散热，达到调节体温的目的。
3.水在细胞中的存在形式
自由水：游离状态，自由流动
结合水：与蛋白质、多糖等结合，失去流动性、溶解性
在我们刚才分析的糖溶液中水就有两种存在形式：游离状态的，可以自由流动的水分子；另外一些水分子则与蔗糖分子的极性基团通过氢键相联，失去了流动性和溶解性。细胞内也有一部分水分子被蛋白质、多糖、磷脂等亲水性物质通过氢键吸附。这种静电引力比水分子间的要更稳定一些。这部分水就是细胞内的结合水。结合水对于保持生物大分子的空间结构有着重要的作用，是细胞的重要组成成分。在干旱情况下植物会通过代谢增加可溶性糖的含量吸附更多的自由水成为结合水，增强植物的保水能力。结合水在不同生物的细胞中广泛存在，如人体的心肌细胞、软骨细胞含水量都接近血液，但结合水的占比高使前两者具有坚韧的形态。结合水因为失去了流动性和溶解性不参与代谢。结合水占比升高的时候植物抗逆性增强，但细胞代谢强度下降。待度过不良环境条件后，植物的含水量又会有怎样的变化呢？
思考6：1.为什么种子入库之前要经过晾晒？ 种子萌发需要吸水？2.小麦越冬前自由水和结合水的比例会如何变化 ？
细胞内的水与细胞代谢密切相关。现在你能理解种子入库之前需要晾晒；而休眠的种子萌发需要吸水了吗？小麦越冬前自由水和结合水的比例会如何变化呢？另外，据对人和动物的研究发现，人和动物的年龄愈大，细胞中的结合水愈少，生病时，结合水也有变化。自由水和结合水的区分不是绝对的，两者在一定条件下可以相互转化。如血液凝固时，自由水就变成了结合水。烘烤干种子会在试管壁上凝结成水滴就是干种子中的结合水受热形成的自由水在蒸发。
4.细胞中的水
1. 含量
（1）细胞含量最多的化合物
（2）不同生物体水的含量不同
（3）同一生物同一时期不同组织、器官含量不同；同一生物不同生理时期含量也不同
2.水的存在形式和功能
结合水：细胞的重要组成成分
自由水：（1）是细胞内良好的溶剂；(2)运送养料和代谢废物；（3）参与细胞内的生化反应， 大多数生化反应需要水的参与；（4）调节体温
3.自由水越多新陈代谢的速度越快，结合水越多植物的抗性超强。
二、细胞中的无机盐
1.比较运动员饮料与普通饮料成分的主要差异，思考下列问题：
（1）找出运动员饮料与普通饮料成分的主要差异，想一想这些成分属于人体所需的哪类营养物质？（2）为什么要补充这些营养物质呢？
2.举例说明无机盐的存在形式和主要作用，完成活动单上的表格。
无机盐 含量 存在形式 功能
仅占细胞鲜重的 少数为化合物 骨骼中骨盐的主要成分是Ca3(PO4)2 组成细胞中某些 是细胞膜、细胞核的重要成分 是血红素的成分 是叶绿素的成分 维持细胞和生物体的 缺乏导致植物生长不良 维持人体吸收水的能力 维持神经、肌肉兴奋性 某些无机盐离子维持 平衡
多数为 形式 含量较多的阳离子 等，含量较多的阴离子 等
3.无机盐在生物体内的存在形式
化合态和离子态（大多数）
4.分析离子态无机盐在生物体的作用
问题1：如何维持内环境水分平衡？
问题2：运动场上抽筋与无机盐有关吗？
形成肌细胞动作电位的主要离子流
问题3：细胞代谢产物会改变内环境pH吗（上右图）？
各种蛋白质对于pH的改变异常敏感，人体血浆pH降低0.5个单位，立即发生酸中毒。
5.无机盐的作用
（1） 组成细胞中某些复杂的化合物（2） 维持细胞和生物体的生命活动
（3）维持细胞的酸碱平衡 （4） 维持细胞的渗透压平衡