第二章第1節(jié)《細(xì)胞中的元素和化合物》教學(xué)設(shè)計課程：高中生物學(xué)教材：高中生物學(xué)人教版必修1分子與細(xì)胞章節(jié)：第1節(jié)細(xì)胞中的元素和化合物教材分析本節(jié)課主要圍繞組成細(xì)胞的元素和化合物展開，重點落實組成細(xì)胞的主要元素及其存在形式，以及細(xì)胞中各類化合物的相對含量。教材通過比較生物界與非生物界元素組成的異同，滲透生物與自然界統(tǒng)一性的生命觀念，幫助學(xué)生理解生命的物質(zhì)基礎(chǔ)。通過對大量元素和微量元素的分類介紹，引導(dǎo)學(xué)生運用歸納與概括的科學(xué)思維方法，理解元素分類的標(biāo)準(zhǔn)及其生物學(xué)意義。結(jié)合圖21中細(xì)胞主要化合物的含量數(shù)據(jù)，培養(yǎng)學(xué)生分析圖表信息的能力，為后續(xù)學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。同時，教材聯(lián)系生活實際，強(qiáng)調(diào)不同食物中營養(yǎng)物質(zhì)含量的差異，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注合理膳食與健康生活，體現(xiàn)生物學(xué)知識在現(xiàn)實生活中的應(yīng)用價值，增強(qiáng)社會責(zé)任意識。學(xué)情分析學(xué)生在初中階段已經(jīng)學(xué)習(xí)過細(xì)胞的基本結(jié)構(gòu)和常見化學(xué)元素，對C、H、O、N等元素有初步認(rèn)識，但對元素在細(xì)胞中的存在形式和相對含量缺乏系統(tǒng)了解。高中生的抽象思維能力有所提升，能夠理解元素與化合物之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系，但對微量元素的作用和化合物含量的實際意義可能存在理解困難。本節(jié)重點在于理解細(xì)胞元素組成的特點及其與無機(jī)自然界的區(qū)別，難點是掌握大量元素和微量元素的分類標(biāo)準(zhǔn)及其生物學(xué)意義。要求學(xué)生能夠分析圖表數(shù)據(jù)，理解不同化合物在細(xì)胞中的功能差異，并能將所學(xué)知識應(yīng)用于解釋日常膳食營養(yǎng)搭配的原理。教學(xué)目標(biāo)生命觀念：通過分析元素在細(xì)胞與無機(jī)自然界的分布差異，理解生物體與環(huán)境的物質(zhì)交換關(guān)系；結(jié)合化合物含量數(shù)據(jù)，說明水與蛋白質(zhì)在生命活動中的核心作用。科學(xué)思維：對比大量元素與微量元素的含量差異，歸納C、H、O、N在化合物中的主導(dǎo)地位；利用圖表信息，分析不同細(xì)胞化合物含量差異的原因。科學(xué)探究：根據(jù)食物營養(yǎng)差異的實例，設(shè)計合理膳食方案并論證其科學(xué)性；通過案例討論，總結(jié)檢測生物組織營養(yǎng)物質(zhì)的基本思路。社會責(zé)任：結(jié)合膳食搭配原則，倡導(dǎo)均衡飲食對健康的重要性；聯(lián)系生活實際，舉例說明不同生物組織營養(yǎng)價值的應(yīng)用意義。重點難點教學(xué)重點組成細(xì)胞的主要化學(xué)元素及其分類。組成細(xì)胞的化合物及其相對含量。細(xì)胞中元素與自然界元素的關(guān)系。教學(xué)難點大量元素與微量元素的區(qū)分及作用。細(xì)胞內(nèi)水和蛋白質(zhì)含量高的原因分析。不同細(xì)胞中化合物含量差異的理解。課堂導(dǎo)入同學(xué)們，我們都知道人體由細(xì)胞構(gòu)成，細(xì)胞又由化學(xué)元素組成。你們有沒有想過，為什么地球上有這么多元素，細(xì)胞卻只選擇了特定的一些呢？在古代，煉丹術(shù)士們試圖用各種元素?zé)捴崎L生不老藥，雖未成功，卻反映了人類對元素奧秘的探索。其實，組成細(xì)胞的化學(xué)元素，在無機(jī)自然界都能找到，但含量又與自然界大不相同。細(xì)胞中有大量元素和微量元素，這些元素大多以化合物形式存在，像水、蛋白質(zhì)等。那不同生物組織中化合物含量有何差異呢？接下來，就讓我們一起深入探究組成細(xì)胞的元素和化合物。探究新知組成細(xì)胞的元素情境展示情境資料在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，施肥是提高作物產(chǎn)量的重要手段。不同作物對營養(yǎng)元素的需求不同，例如水稻對硅元素的需求較高，而豆科植物則對鉬元素較為敏感。在實際操作中，農(nóng)民需要根據(jù)作物種類和土壤成分，科學(xué)配比大量元素和微量元素的施用量，以保證作物健康生長。任務(wù)探究為什么在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中需要區(qū)分大量元素和微量元素？如果土壤中某種微量元素缺失，會對作物產(chǎn)生什么影響？為什么C、H、O、N在細(xì)胞中含量最高？任務(wù)分析大量元素和微量元素在細(xì)胞中的功能不同，且需求量差異顯著。大量元素參與構(gòu)成細(xì)胞結(jié)構(gòu)和主要化合物，如蛋白質(zhì)、核酸、糖類等，因此需要量大；而微量元素雖然含量少，但對酶活性、激素合成等生理過程至關(guān)重要。微量元素雖然含量少，但缺乏時會導(dǎo)致特定生理功能障礙，例如缺硼會影響花粉管的伸長，導(dǎo)致植物不能正常授粉結(jié)實。C、H、O、N是構(gòu)成細(xì)胞中主要有機(jī)物的基本元素，如蛋白質(zhì)、核酸、脂類和糖類，這些物質(zhì)在細(xì)胞中占比高，因此這四種元素的含量也最高。知識講解（一）組成細(xì)胞的元素種類大量元素：如C、H、O、N、P、S、K、Ca、Mg等，是細(xì)胞中含量較多的元素，參與構(gòu)成細(xì)胞結(jié)構(gòu)和主要化合物。微量元素：如Fe、Mn、Zn、Cu、B、Mo等，雖然含量少，但對細(xì)胞的正常功能具有重要作用，如參與酶的催化活性。（二）細(xì)胞元素與自然界的關(guān)系來源一致：組成細(xì)胞的化學(xué)元素在無機(jī)自然界中都能找到，說明生命起源于自然界。含量差異：細(xì)胞中各種元素的相對含量與自然界不同，體現(xiàn)了細(xì)胞對特定元素的選擇性吸收和利用。（三）細(xì)胞中主要元素的分布原因C、H、O、N含量高：這四種元素是構(gòu)成細(xì)胞中主要有機(jī)物（如蛋白質(zhì)、核酸、糖類、脂類）的基本組成元素，因此在細(xì)胞中含量最高。前沿?zé)狳c植物對微量元素吸收機(jī)制的最新研究進(jìn)展研究背景與發(fā)現(xiàn)：2023年，中國科學(xué)院植物研究所團(tuán)隊在《NaturePlants》上發(fā)表研究，揭示了植物根系吸收鐵元素的新機(jī)制。他們發(fā)現(xiàn)了一種新型轉(zhuǎn)運蛋白，能夠顯著提高植物在缺鐵環(huán)境下的鐵吸收效率。這一發(fā)現(xiàn)為改良作物在貧瘠土壤中的生長提供了新思路。與高中生物知識的聯(lián)系：該研究涉及植物對微量元素的吸收機(jī)制，與高中生物中“細(xì)胞膜的選擇透過性”、“物質(zhì)跨膜運輸方式”等內(nèi)容密切相關(guān)，有助于學(xué)生理解細(xì)胞如何通過特定結(jié)構(gòu)和機(jī)制獲取所需元素。組成細(xì)胞的常見化學(xué)元素表該表展示了細(xì)胞中常見化學(xué)元素的種類及其相對含量，有助于理解大量元素與微量元素的劃分依據(jù)及其在細(xì)胞中的作用。組成細(xì)胞的化合物情境展示情境資料在日常飲食中，我們攝入的食物種類繁多，不同食物所含的營養(yǎng)成分差異顯著。例如，米飯富含糖類，肉類富含蛋白質(zhì)，堅果富含脂肪，而蔬菜則含有較多水分和無機(jī)鹽。這些營養(yǎng)物質(zhì)最終被人體細(xì)胞吸收利用，參與細(xì)胞結(jié)構(gòu)的構(gòu)建和生命活動的維持。然而，不同細(xì)胞中這些化合物的含量并不相同。例如，肌肉細(xì)胞中蛋白質(zhì)含量較高，而脂肪細(xì)胞中脂質(zhì)含量較多。任務(wù)探究為什么不同細(xì)胞中化合物的含量存在差異？為什么水是細(xì)胞中含量最多的化合物？為什么蛋白質(zhì)是細(xì)胞中含量最多的有機(jī)物？任務(wù)分析不同細(xì)胞執(zhí)行的功能不同，因此所需的化合物種類和數(shù)量也不同。例如，肌肉細(xì)胞需要大量蛋白質(zhì)來實現(xiàn)收縮功能，而脂肪細(xì)胞則儲存大量脂質(zhì)。水是細(xì)胞內(nèi)良好的溶劑，參與細(xì)胞內(nèi)的各種化學(xué)反應(yīng)，同時也是物質(zhì)運輸?shù)慕橘|(zhì)，因此在細(xì)胞中占比最大。蛋白質(zhì)具有多種功能，如催化反應(yīng)（酶）、運輸物質(zhì)（血紅蛋白）、免疫防御（抗體）等，是細(xì)胞結(jié)構(gòu)和功能的重要基礎(chǔ)，因此在有機(jī)物中含量最高。知識講解（一）細(xì)胞中化合物的種類與含量化合物的存在形式：細(xì)胞中的元素大多以化合物的形式存在，主要包括水、蛋白質(zhì)、糖類、脂質(zhì)、核酸和無機(jī)鹽等。主要化合物的相對含量：水：70%～90%蛋白質(zhì)：7%～10%糖類和核酸：1%～1.5%脂質(zhì)：1%～2%無機(jī)鹽：1%～1.5%圖21組成細(xì)胞的主要化合物及相對含量（二）水在細(xì)胞中的作用溶劑作用：水是極性分子，能夠溶解許多極性物質(zhì)，是細(xì)胞內(nèi)化學(xué)反應(yīng)的良好介質(zhì)。運輸作用：水作為運輸介質(zhì)，幫助細(xì)胞內(nèi)外的物質(zhì)交換。維持溫度穩(wěn)定：水的比熱容大，有助于維持細(xì)胞溫度的穩(wěn)定。（三）蛋白質(zhì)的功能與重要性結(jié)構(gòu)功能：如膠原蛋白構(gòu)成結(jié)締組織，角蛋白構(gòu)成毛發(fā)和指甲。催化功能：酶是蛋白質(zhì)，能高效催化細(xì)胞內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)。運輸功能：如血紅蛋白負(fù)責(zé)運輸氧氣。免疫功能：如抗體是蛋白質(zhì)，能識別并中和外來病原體。前沿?zé)狳c細(xì)胞內(nèi)水分子動態(tài)調(diào)控研究水分子在細(xì)胞中的動態(tài)調(diào)控機(jī)制：2023年，美國斯坦福大學(xué)研究團(tuán)隊在《Nature》雜志發(fā)表研究成果，揭示了水分子在細(xì)胞膜通道蛋白（如水通道蛋白）調(diào)控下的動態(tài)分布機(jī)制。研究發(fā)現(xiàn)，水分子不僅作為溶劑存在，還通過特定通道蛋白的調(diào)控參與細(xì)胞信號傳導(dǎo)和代謝調(diào)節(jié)。這一發(fā)現(xiàn)深化了我們對細(xì)胞內(nèi)水分子功能的理解，也為治療與水通道異常相關(guān)的疾?。ㄈ缒I病、腦水腫）提供了新思路。對高中生物教學(xué)的啟示：該研究與高中生物中“細(xì)胞膜的選擇透過性”“水分子的跨膜運輸”等內(nèi)容密切相關(guān)，說明基礎(chǔ)知識點在現(xiàn)代科研中的實際應(yīng)用價值，有助于激發(fā)學(xué)生對生物學(xué)的興趣和探索欲望。課堂練習(xí)第1題【題文】下列關(guān)于細(xì)胞中元素和化合物的敘述，正確的是（）A．蛋白質(zhì)和磷脂分子中均含大量元素C、H、O、NB．纖維素能與重金屬離子有效結(jié)合，用于廢水處理等C．氫鍵對于維持水、核酸等的結(jié)構(gòu)和功能有重要意義D．鐮狀細(xì)胞貧血等遺傳病都與蛋白質(zhì)的錯誤折疊有關(guān)【答案】C第2題【題文】某研究小組將水稻種子分別置于20℃和30℃的恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)5天（30℃時代謝旺盛），依次取等量的萌發(fā)種子制成提取液Ⅰ和提取液Ⅱ，然后按照下表實驗步驟進(jìn)行試驗。下列對實驗的分析錯誤的是（

）實驗步驟試管甲試管乙試管丙1加入2mL淀粉溶液21mL提取液Ⅰ1mL提取液Ⅱ1mL蒸餾水345℃水浴保溫5min4等量斐林試劑，65℃水浴加熱2min5觀察試管中液體顏色A．甲是淺磚紅色，乙是磚紅色，丙是無色B．在適宜溫度下，萌發(fā)的種子中合成的淀粉酶較多C．提取液中含有淀粉酶，將淀粉分解為還原糖D．實驗中淀粉溶液的濃度、溫度和用量均屬于無關(guān)變量【答案】A第3題【題文】農(nóng)諺有云：“雨生百谷”“雨”有利于種子的萌發(fā)，是“百谷”豐收的基礎(chǔ)。下列說法錯誤的是（）A．種子萌發(fā)過程中重量增加的主要原因是水分增加B．發(fā)芽水稻種子中的淀粉經(jīng)水解產(chǎn)生的單糖只有葡萄糖C．萌發(fā)的種子中，大多數(shù)的無機(jī)鹽以離子形式存在D．若萌發(fā)的種子中含有蛋白質(zhì)，則組織樣液加入雙縮脲試劑水浴加熱后會出現(xiàn)紫色【答案】D板書設(shè)計組成細(xì)胞的元素與化合物一、組成細(xì)胞的元素元素來源大量元素與微量元素C、H、O、N含量高原因二、組成細(xì)胞的化合物主要化合物種類不同細(xì)胞化合物含量差異教學(xué)反思在本節(jié)課的教學(xué)設(shè)計中，通過引導(dǎo)學(xué)生分析組成細(xì)胞的元素和化合物的來源及含量差異，結(jié)合圖表數(shù)據(jù)理解細(xì)胞中主要化合物的