2.1 细胞中的元素和化合物 教学设计 高中生物学人教版（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（教学设计）
人教版2019必修1
一、教材分析
生物体的生命活动以细胞为基本单位，理解细胞的物质组成是学习后续章节（如蛋白质、核酸等）的基础。本节通过分析细胞中的元素和化合物，引导学生从微观层面认识生命的物质性，理解生物界与非生物界的统一性和差异性，并通过实验探究活动，培养科学探究能力，形成“生命本质是物质”的辩证唯物主义观念，为构建生命观念、科学思维和社会责任等核心素养奠定基础。
二、教学重点与难点
1. 教学重点
组成细胞的主要元素和化合物：包括大量元素、微量元素的分类及其作用。
检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质：掌握实验原理、操作步骤及结果分析。
2. 教学难点
元素含量差异的生物学意义：理解细胞元素比例与无机环境的差异及其与生命活动的关系。
实验设计与现象分析：通过实验探究，理解不同化合物的检测方法及注意事项。
三、核心素养渗透
1. 生命观念：理解生命的物质性，认同生物界的统一性与多样性。
2. 科学思维：通过数据分析、比较归纳，培养逻辑推理能力。
3. 科学探究：设计并实施实验，提升观察、操作及问题解决能力。
4. 社会责任：联系健康饮食，关注营养与细胞组成的关系，倡导科学生活方式。
四、教学流程
【环节一】创新导入——从“舌尖上的科学”出发
活动设计：
1. 情境创设（5分钟）
PPT展示：播放《中国居民膳食指南》中的关键数据，呈现“我国居民营养健康问题”。
问题链引导：
问题1：为什么不同食物对健康的影响不同？（如谷物提供能量，蔬菜补充维生素）
问题2：食物中的营养物质如何转化为细胞内的分子？
问题3：若长期缺乏某种元素（如钙、铁），人体可能出现哪些问题？
2. 学生讨论（5分钟）
分组列举日常饮食中的营养成分，并推测其与细胞组成的关系。
案例支撑：
缺铁性贫血：血红蛋白需要Fe元素，缺铁导致氧气运输障碍。
骨质疏松：骨骼中的Ca元素不足，影响骨密度。
设计意图：通过真实生活问题激发兴趣，引导学生思考“食物→元素→细胞功能”的逻辑链，为新课内容铺垫。
【环节二】探究细胞中的元素——统一性与差异性
活动设计：
1. 数据分析（10分钟）
任务1：对比地壳与细胞（鲜重）的元素组成（表1）。
元素 地壳含量（%） 细胞含量（%）
O 48.6 65
C 0.087 18
H 0.14 10
N 0.03 3
问题引导：
为何细胞中C、H、O含量远高于地壳？
生物体如何选择性地吸收元素？
2. 核心概念构建（10分钟）
统一性：组成细胞的元素均能在自然界中找到。
差异性：元素比例不同，体现生命活动的选择性。
分类归纳：
大量元素：C、H、O、N、P、S、K、Ca、Mg。
微量元素：Fe、Mn、Zn、Cu、B、Mo。
案例解析：
Mg与光合作用：叶绿素含Mg，缺Mg导致叶片发黄。
Zn与酶活性：多种酶依赖Zn，缺Zn影响代谢。
3. 思维拓展（5分钟）
小组任务：绘制“元素层级关系图”（图1），区分自然元素、细胞元素、大量元素与微量元素。
设计意图：通过数据对比和案例分析，理解元素分类及其生物学意义，渗透科学思维与生命观念。
【环节三】揭秘细胞中的化合物——含量与功能
活动设计：
1. 化合物含量分析（10分钟）
饼图展示：细胞鲜重与干重的化合物比例（图2）。
鲜重：水（85%）、蛋白质（10%）、其他（5%）。
干重：蛋白质（50%）、脂质（40%）、其他（10%）。
问题探究：
水在细胞中的存在形式及作用？
为何干重中蛋白质含量最高？
2. 化合物功能探究（10分钟）
分组讨论：列举化合物实例及其功能。
案例1：水——溶剂、参与化学反应（如水解）。
案例2：蛋白质——结构蛋白（胶原蛋白）、功能蛋白（酶、抗体）。
实验链接：后续将检测蛋白质，验证其存在形式。
设计意图：结合图表分析与实例讨论，理解化合物的分布与功能，强化生命观念。
【环节四】实验探究——检测生物组织中的有机物
活动设计：
1. 实验原理与设计（15分钟）
任务1：阅读教材，归纳三种物质的检测方法（表2）。
检测物质 试剂 条件 现象
还原糖 斐林试剂 水浴加热 砖红色沉淀
脂肪 苏丹Ⅲ染液 显微镜观察 橘红色颗粒
蛋白质 双缩脲试剂 常温 紫色反应
问题讨论：
斐林试剂为何需沸水浴？双缩脲试剂为何分步添加？
2. 实验操作与观察（20分钟）
分组实验：
材料选择：苹果匀浆（还原糖）、花生切片（脂肪）、豆浆（蛋白质）。
操作要点：
脂肪检测：苏丹Ⅲ染色→酒精洗浮色→显微镜观察。
蛋白质检测：双缩脲试剂A液（NaOH）→B液（CuSO ）→摇匀观察。
现象记录：
苹果匀浆加热后呈现砖红色，花生细胞中橘红色颗粒明显，豆浆遇双缩脲试剂变紫色。
3. 实验总结与反思（10分钟）
关键问题：
若用西瓜汁检测还原糖，结果是否可靠？为什么？
斐林试剂与双缩脲试剂的成分有何异同？
设计意图：通过动手实验，掌握科学探究方法，培养实证意识与严谨态度。
【环节五】知识整合与迁移应用
活动设计：
1. 习题巩固（10分钟）
例题1：分析元素含量柱形图，判断大量元素与微量元素。
例题2：设计实验检测小麦种子中的淀粉和蛋白质。
2. 生活应用（5分钟）
案例讨论：
运动员食谱为何需高蛋白、适量碳水？
植物缺B会导致“花而不实”，解释原因。
设计意图：通过习题与案例，促进知识迁移，强化社会责任意识。
五、板书设计
一、组成细胞的元素
1. 统一性与差异性
统一性：元素种类相同。
差异性：元素比例不同。
2. 分类
大量元素：C、H、O、N、P、S…
微量元素：Fe、Mn、Zn…
二、组成细胞的化合物
1. 含量
鲜重：水＞蛋白质＞其他
干重：蛋白质＞脂质＞其他
2. 功能
水：溶剂、反应介质
蛋白质：结构支撑、催化、运输
三、有机物检测实验
物质 试剂 现象
还原糖 斐林试剂 砖红色沉淀
脂肪 苏丹Ⅲ染液 橘红色颗粒
蛋白质 双缩脲试剂 紫色反应
六、课后拓展
1. 实践任务：调查家庭成员的饮食习惯，分析其营养结构是否合理。
2. 文献阅读：查阅“微量元素与人体健康”，撰写200字小论文。
教学反思：
本节课通过生活化导入、数据分析和实验探究，引导学生从宏观现象深入微观本质，有效落实核心素养。实验环节需注意试剂使用的规范性，避免操作误差；习题设计可进一步增加开放性，鼓励创新思维。