第二章第2節(jié)《細胞中的無機物》教學設計課程：高中生物學教材：高中生物學人教版必修1分子與細胞章節(jié)：第2節(jié)細胞中的無機物教材分析本節(jié)課主要圍繞細胞中水和無機鹽的作用展開，重點落實水和無機鹽在細胞中的存在形式與生物學功能。水作為極性分子，能形成氫鍵，使其具有良好的溶劑性、穩(wěn)定性和流動性，支撐生命活動；自由水與結合水的比例影響細胞代謝和抗逆性。無機鹽大多以離子形式存在，參與構成細胞結構并維持正常生理功能，如維持酸堿平衡、神經傳導和肌肉收縮等。這些內容體現了生物結構與功能相適應的生命觀念，引導學生從分子層面理解生命系統(tǒng)的物質基礎。通過分析水和無機鹽的性質與功能的關系，有助于發(fā)展學生的科學思維和推理能力。同時，結合種子儲藏、冬小麥抗寒等生活實例，增強學生運用知識解釋現象、解決實際問題的意識和社會責任感。學情分析學生在初中階段已學習過水是生命之源的基礎知識，對水的溶解性和運輸功能有初步了解，但對水分子極性、氫鍵等微觀結構特征尚不熟悉。高中生的抽象思維能力有所提升，能夠理解分子層面的相互作用，但將微觀結構與宏觀現象聯系的能力仍需培養(yǎng)。本節(jié)重點在于理解水的極性特性及其生物學意義，難點是氫鍵的形成原理及其對水特性的影響。要求學生能夠分析自由水與結合水的功能差異，并能用無機鹽的實例說明其對生命活動的重要調節(jié)作用。教學中需通過水分子模型等直觀手段，幫助學生建立微觀結構與宏觀功能之間的聯系。教學目標生命觀念：通過分析水在細胞中的存在形式和作用，理解水對生命活動的重要性；結合實例說明無機鹽在維持細胞功能中的作用?？茖W思維：運用極性分子的概念解釋水作為良好溶劑的原因；通過比較自由水和結合水的特點，分析它們與細胞代謝和環(huán)境適應性的關系?？茖W探究：通過討論水分子的氫鍵形成機制，歸納水的物理特性與生命活動的關系；結合實例分析無機鹽離子對細胞功能的影響。社會責任：聯系生活實際，探討合理補水和補充無機鹽對健康的意義；關注環(huán)境保護，理解水資源對生態(tài)系統(tǒng)的重要性。重點難點教學重點水在細胞中的存在形式及生理作用。水分子的極性與氫鍵的形成及其生物學意義。無機鹽在細胞中的存在形式及主要功能。教學難點水的物理特性（如高比熱容）與生命活動的關系。自由水與結合水比例變化對細胞代謝的影響。無機鹽離子在維持細胞酸堿平衡和生理功能中的作用。課堂導入在非洲的熱帶草原上，旱季來臨時，河流干涸，許多動植物因缺水而面臨生存危機。長頸鹿為了尋找水源，不得不長途跋涉，一些無法找到水源的動物甚至會因脫水而死亡。而旱生植物梭梭樹，其根系極為發(fā)達，能深入地下十幾米汲取水分，在干旱環(huán)境中頑強生存。這都充分體現了水對生物生存的重要性。那水在細胞內究竟扮演著怎樣的角色？細胞中的無機鹽又有什么作用呢？接下來，就讓我們一起深入學習細胞中的水和無機鹽。探究新知細胞中的水情境展示情境資料在農業(yè)生產中，種子的儲存是一個關鍵環(huán)節(jié)。農民通常會將收獲的種子曬干后再進行儲存，以延長其保存時間。而在北方地區(qū)，冬小麥在進入冬季前會經歷一系列生理變化，以增強其抗寒能力。這些現象背后都與細胞中水的存在形式密切相關。任務探究為什么種子在儲存前需要曬干？這與細胞中水的存在形式有何關系？冬小麥在冬季來臨前，細胞中水的存在形式會發(fā)生怎樣的變化？這種變化對植物有何意義？為什么自由水比例高的細胞代謝更旺盛，而結合水比例高的細胞抗逆性更強？任務分析種子曬干是為了減少自由水的含量，從而降低細胞代謝速率，延長種子的保存時間。自由水是細胞代謝反應的介質，減少自由水可以抑制代謝活動。冬小麥在冬季來臨前，自由水的比例會下降，結合水的比例會上升。結合水不易結冰，有助于細胞在低溫下維持結構穩(wěn)定，防止凍傷。自由水參與細胞內的各種生化反應，因此其比例越高，代謝越活躍；而結合水與蛋白質、多糖等大分子結合，失去流動性，有助于細胞在干旱、低溫等逆境中維持結構完整性，提高抗逆性。知識講解（一）水在細胞中的存在形式自由水：絕大多數水呈游離狀態(tài)，可以自由流動，是細胞內良好的溶劑，參與多種生化反應。結合水：一部分水與細胞內的蛋白質、多糖等物質結合，失去流動性和溶解性，成為細胞結構的重要組成部分。（二）水的物理特性與生命活動的關系極性結構：水分子由兩個氫原子和一個氧原子構成，氧端帶負電，氫端帶正電，使水分子具有極性，能夠與帶電分子結合，成為良好的溶劑。氫鍵作用：水分子之間通過氫鍵相互吸引，氫鍵易斷裂也易形成，使水在常溫下保持液態(tài)，具有流動性；同時，氫鍵的存在使水具有較高的比熱容，有助于維持生命系統(tǒng)的溫度穩(wěn)定。（三）水的功能與細胞代謝的關系自由水的功能：作為溶劑，參與細胞內的物質運輸和化學反應；是細胞代謝活躍程度的重要指標。結合水的功能：構成細胞結構的一部分；增強細胞在干旱、寒冷等不良環(huán)境下的抗逆能力。水分子之間靠氫鍵結合示意圖前沿熱點植物抗旱機制中結合水的作用研究近年來，科學家在研究植物抗旱機制時發(fā)現，某些耐旱植物在干旱條件下，細胞內結合水的比例顯著上升，從而維持細胞結構的完整性并減少代謝損傷。例如，2023年《NaturePlants》發(fā)表的一項研究指出，一種名為“復活草”的植物在極度干旱時，其細胞內特定蛋白質會與水分子結合，形成穩(wěn)定的結合水結構，從而防止細胞脫水死亡。這一發(fā)現為農業(yè)抗旱育種提供了新的分子機制參考，也為開發(fā)耐旱作物提供了理論依據。細胞中的無機鹽情境展示情境資料在高溫環(huán)境下長時間運動后，人體大量出汗，導致體內無機鹽流失。此時如果不及時補充鹽分，可能會出現肌肉酸痛、乏力甚至抽搐等現象。此外，植物在生長過程中如果缺乏某些無機鹽，也會表現出葉片發(fā)黃、生長緩慢等癥狀。這些現象都與細胞中無機鹽的含量和作用密切相關。任務探究為什么大量出汗后需要補充淡鹽水？缺乏某些無機鹽會對生物體產生哪些具體影響？為什么無機鹽在細胞中含量較少，卻對生命活動至關重要？任務分析大量出汗會排出體內的鈉離子（Na+）和鉀離子（缺乏某些無機鹽會導致特定生理功能障礙，如缺鐵（Fe2+）會導致貧血，缺鈣（Ca雖然無機鹽在細胞中含量較少，但它們以離子形式存在，參與構成重要化合物、維持細胞滲透壓、酸堿平衡以及神經肌肉的正常興奮性等關鍵生理過程，因此作用不可替代。知識講解（一）無機鹽的存在形式與含量細胞中的無機鹽大多以離子形式存在，常見的陽離子有Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Fe2+、Fe3+，陰離子有（二）無機鹽的主要功能構成重要化合物：Mg2+Fe2+P是細胞膜和細胞核的重要組成元素，也是ATP、DNA等分子的組成成分。維持細胞和生物體的正常生理功能：Na+和KCa2+對于肌肉收縮和神經信號傳遞至關重要，哺乳動物血液中C多種無機鹽離子共同維持細胞的酸堿平衡。前沿熱點海水淡化技術中無機鹽調控的研究進展近年來，隨著全球淡水資源日益緊張，海水淡化技術成為研究熱點。2023年，美國麻省理工學院研究團隊開發(fā)出一種新型納米膜材料，能夠高效選擇性地去除海水中的特定無機鹽離子（如Na+和細胞中的無機鹽無機鹽在細胞中以離子形式存在，參與多種生命活動。圖中展示了不同無機鹽離子在細胞中的分布及其功能，有助于理解無機鹽在維持細胞結構與功能中的重要作用。課堂練習第1題【題文】下列關于細胞中元素和化合物的敘述，正確的是（）A．蛋白質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合，用于廢水處理等C．氫鍵對于維持水、核酸等的結構和功能有重要意義D．鐮狀細胞貧血等遺傳病都與蛋白質的錯誤折疊有關【答案】C第2題【題文】農諺有云：“雨生百谷”“雨”有利于種子的萌發(fā)，是“百谷”豐收的基礎。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水解產生的單糖只有葡萄糖C．萌發(fā)的種子中，大多數的無機鹽以離子形式存在D．若萌發(fā)的種子中含有蛋白質，則組織樣液加入雙縮脲試劑水浴加熱后會出現紫色【答案】D第3題【題文】榴梿的果肉柔軟細膩，口感濃郁，香味獨特，讓人難以忘懷。下列敘述正確的是（

）A．榴梿中的自由水/結合水的值升高有利于其耐受干旱B．榴梿中的蔗糖是一種生物大分子，它以碳鏈為基本骨架C．榴梿中的蔗糖一般需要被水解為單糖才能被人體吸收、利用D．榴梿細胞中含量最多的有機物是水【答案】C板書設計細胞中的水一、水的含量與存在形式含量：60%95%存在形式：自由水、結合水二、水的作用溶劑、參與反應等影響細胞代謝與抗逆性細胞中的無機鹽一、存在形式離子形式二、作用維持生命活動、酸堿平衡等教學反思本節(jié)課通過結合生命起源背景和日常體驗（如口渴）引入水的生物學意義，引導學生分析水的特性（極性、氫鍵）與生命活動的關聯，并對比自由水與結合水的功能差異；隨后以燃燒實驗為切入點，通過實例（Mg/Fe的作用、Ca2?缺乏癥