第五章 細(xì)胞的能量供應(yīng)與利用

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1、 《降低化學(xué)反應(yīng)活化能的酶》教學(xué)設(shè)計 薛永峰 2011.11.30 【教學(xué)目標(biāo)分析】 1、知識目標(biāo) （1）說明酶在細(xì)胞代謝中的作用。 （2）闡述細(xì)胞代謝的概念。 2、能力目標(biāo) （1）培養(yǎng)學(xué)生推理、比較、分析、歸納總結(jié)的能力。 （2）通過有關(guān)的實(shí)驗(yàn)和探究，學(xué)會控制自變量，觀察 和檢測因變量的變化，以及設(shè)置對照組和重復(fù)實(shí)驗(yàn)。 3、情感態(tài)度與價值觀目標(biāo) (1)通過圖片、動畫等讓學(xué)生感嘆，激發(fā)學(xué)生對生命的珍惜和愛護(hù)，對生命的尊重和欣賞。 【教材內(nèi)容分析】 新陳代謝是生物體內(nèi)全部化學(xué)反應(yīng)的總稱，是生物體進(jìn)行一切生命活動的基礎(chǔ)。這些生物化學(xué)反應(yīng)之所以能在常溫常壓下進(jìn)行，就

2、是因?yàn)橛辛嗣高@種生物催化劑的作用。因此，了解酶的作用，為理解細(xì)胞中復(fù)雜的生命活動的順利進(jìn)行奠定了基礎(chǔ)。本節(jié)課主要是讓學(xué)生認(rèn)識酶，通過實(shí)驗(yàn)的探究得出酶在新陳代謝中的作用；通過對實(shí)驗(yàn)的分析，幫助學(xué)生建立“唯一變量原則”的思想；通過對酶的學(xué)習(xí)引起學(xué)生對細(xì)胞內(nèi)化學(xué)反應(yīng)的興趣，為呼吸作用和光合作用的學(xué)習(xí)奠定了基礎(chǔ)。故本節(jié)內(nèi)容在《分子與細(xì)胞》模塊的知識體系中占有較重要的地位。 【教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)分析】 1、教學(xué)重點(diǎn)：酶在細(xì)胞代謝中的作用 酶在細(xì)胞代謝中的作用是本節(jié)課的教學(xué)重點(diǎn)。學(xué)生通過初三、高一階段化學(xué)的學(xué)習(xí)，對于純化學(xué)反應(yīng)和無機(jī)催化劑的作用已比較熟悉，但是對于細(xì)胞內(nèi)部的化學(xué)反應(yīng)及生物催化劑──酶的認(rèn)

3、識有限。利用學(xué)生對無機(jī)催化劑的知識基礎(chǔ)切入，引入酶的學(xué)習(xí)。在教學(xué)時主要采用分析、歸納為主線的教學(xué)方法。并在教師的啟發(fā)下，閱讀教材中的有關(guān)內(nèi)容，討論分析并回答相關(guān)問題，歸納酶的作用，理解并掌握相關(guān)內(nèi)容。 2. 教學(xué)難點(diǎn)：（1）酶降低化學(xué)反應(yīng)活化能的原理。 （2）控制變量的科學(xué)方法。 酶降低化學(xué)反應(yīng)活化能的原理和控制變量的科學(xué)方法是本節(jié)的教學(xué)難點(diǎn)。由于學(xué)生對細(xì)胞內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)和酶的知識了解很少，酶的作用——酶降低化學(xué)反應(yīng)活化能的原理比較抽象，學(xué)生對其理解也有一定的困難。為此，在教學(xué)時教師充分利用教材上形象、直觀的圖解和文學(xué)說明，幫助學(xué)生明確催化劑可降低化學(xué)反應(yīng)的活化能，并通過打比方和多媒體動畫

4、強(qiáng)化對該知識點(diǎn)的理解。 學(xué)生首次接觸設(shè)計實(shí)驗(yàn)的原則之一 ——控制變量的科學(xué)方法，且自變量、因變量和對照實(shí)驗(yàn)也比較抽象，學(xué)生理解起來有一定的困難，教師在教學(xué)時引領(lǐng)學(xué)生分析教材中“比較過氧化氫在不同條件下的分解”實(shí)驗(yàn)，學(xué)生通過閱讀、討論可以明確自變量、因變量和對照實(shí)驗(yàn)的含義，并通過觀看視頻學(xué)會控制自變量和設(shè)置對照實(shí)驗(yàn)的方法，領(lǐng)悟彼此間的對應(yīng)關(guān)系。 【學(xué)生學(xué)情分析】 學(xué)生通過初三、高一階段化學(xué)的學(xué)習(xí)，對于純化學(xué)反應(yīng)已比較熟悉，但是對于細(xì)胞內(nèi)部的化學(xué)反應(yīng)及生物催化劑──酶的認(rèn)識有限。學(xué)生理解起來有一定的困難，需要教師借助于多媒體課件等手段把酶的作用直觀形象地表示出來，幫助學(xué)生理解 【設(shè)計理念】

5、 新課程倡導(dǎo)探究性學(xué)習(xí)，強(qiáng)調(diào)學(xué)生探索新知識的經(jīng)歷和獲得新知識的體驗(yàn)，不能再讓教學(xué)脫離學(xué)生的內(nèi)心感受，必須讓學(xué)生追求過程的體驗(yàn)?；谝陨险J(rèn)識，在設(shè)計本節(jié)課時，教師所考慮的不是簡單告訴學(xué)生酶在細(xì)胞代謝中的作用，而是創(chuàng)造一些生物氛圍，讓學(xué)生自己去發(fā)現(xiàn)、探索酶的作用。在這個過程中，學(xué)生在課堂上的主體地位得到充分發(fā)揮，極大的激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，也提高了他們分析、問題解決問題的能力，培養(yǎng)了他們的創(chuàng)造力。這正是新課程所倡導(dǎo)的數(shù)學(xué)理念。 【教學(xué)策略的設(shè)計】 根據(jù)主體性教學(xué)目標(biāo)，以“自主性、探究性、合作性”為學(xué)生學(xué)習(xí)的三個基本特征，以培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素質(zhì)為指導(dǎo)，以側(cè)重科學(xué)方法教育為歸宿，本節(jié)課采用：設(shè)疑導(dǎo)

6、入→引導(dǎo)探索→歸納總結(jié)→拓展升華的教學(xué)模式 1、教學(xué)方法 （1）啟發(fā)式教學(xué)：以設(shè)問和疑問層層引入，激發(fā)學(xué)生，啟發(fā)學(xué)生積極思考，逐步從常識走向科學(xué)，將感性認(rèn)識提升到理性認(rèn)識，培養(yǎng)和發(fā)展學(xué)生的抽象思維能力。 （2）實(shí)驗(yàn)探究教學(xué)法：從反應(yīng)物、反應(yīng)條件、實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)步驟、現(xiàn)象記錄和分析、歸納得出結(jié)論等方面，引導(dǎo)學(xué)生理解實(shí)驗(yàn)設(shè)計，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，從具體到抽象，從實(shí)踐到理論來深化科學(xué)探究。 （3）直觀教學(xué)法：利用FLASH動畫，化抽象為具體，突破難點(diǎn)。 2、學(xué)法指導(dǎo) （1）指導(dǎo)學(xué)生實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)觀察能力、探究能力。 （2）指導(dǎo)學(xué)生閱讀，引導(dǎo)學(xué)生概括知識要點(diǎn)，通過圖片、多媒體課件，引導(dǎo)學(xué)生從中獲得

7、信息和處理信息的能力。 教學(xué)目標(biāo) 1.說明酶在細(xì)胞代謝中的作用、本質(zhì)。 2.通過閱讀分析“關(guān)于酶本質(zhì)的探索”的資料，認(rèn)同科學(xué)是在不斷的探索和爭論中前進(jìn)的。 3.進(jìn)行有關(guān)的實(shí)驗(yàn)和探究，學(xué)會控制自變量，觀察和檢測因變量的變化，以及設(shè)置對照組和重復(fù)實(shí)驗(yàn)。 教學(xué)重點(diǎn) 酶的作用、本質(zhì)。 教學(xué)難點(diǎn) （1）酶降低化學(xué)反應(yīng)活化能的原理。 （2） 控制變量的科學(xué)方法。 課時安排 1課時。 教學(xué)用具：多媒體課件。 教學(xué)方法：講授法、探究法、問題導(dǎo)學(xué)法等。 教學(xué)過程： Ⅰ、導(dǎo)入新課： 1783年意大利科學(xué)家斯帕蘭札尼對鷹的胃是否能進(jìn)行化學(xué)性消化進(jìn)行了研究，他將肉塊放在小巧的

8、金屬籠中，然后讓鷹吞下，過了一段時間，將籠子取出，肉塊不見了。 問：（1）為何要將肉塊放在籠子中？ 答：排除了胃對肉塊的物理性消化。 問：（2）對肉起消化作用的是什么物質(zhì)？ 答：一定是某些物質(zhì)進(jìn)入到金屬籠中，使肉分解。現(xiàn)在已經(jīng)知道這個能讓肉分解的物質(zhì)就是——酶。 問：（3）鷹的胃中肉塊消化過程的條件是怎樣的？ 答：是在一種極溫和的條件下進(jìn)行的。 問：（4）在實(shí)驗(yàn)室中能否也能讓肉分解？能的話需要怎樣的條件？ 答：實(shí)驗(yàn)室也能進(jìn)行肉的分解，但是比起在生物體中來說，需要高溫、高壓、強(qiáng)酸、強(qiáng)堿等劇烈的條件才能進(jìn)行。 由以上事實(shí)可以看出，一些在實(shí)驗(yàn)里需要高溫、高壓、強(qiáng)酸、強(qiáng)堿等劇烈的條件

9、才能進(jìn)行。在酶的作用下可以在一種極溫和的條件下進(jìn)行的 從本節(jié)課開始我們就來學(xué)習(xí)有關(guān)酶的知識。 Ⅱ、講授新課： 一、 細(xì)胞代謝為什么離不開酶（板書） 1、細(xì)胞代謝的概念及條件（板書） 【教師精講】 對于一個生物體來說要進(jìn)行的生理活動非常之多，構(gòu)成生物體的每一個細(xì)胞內(nèi)的物質(zhì)需要不斷地合成與分解，細(xì)胞處于不斷地自我更新的狀態(tài)，而這種自我更新的過程完全依賴于細(xì)胞內(nèi)發(fā)生的生物化學(xué)反應(yīng)，每一個化學(xué)反應(yīng)都伴隨著能量的變化。細(xì)胞中全部有序的化學(xué)變化的總稱就叫細(xì)胞代謝。（板書） 細(xì)胞生存的條件是很溫和的，那么細(xì)胞內(nèi)數(shù)量如此巨大的生物化學(xué)反應(yīng)如何在常溫、常壓、水溶液環(huán)境、pH接近中性的

10、條件下，迅速高效地進(jìn)行呢？在化學(xué)反應(yīng)中有沒有提高化學(xué)反應(yīng)的方法呢？ 現(xiàn)在已經(jīng)知道是由于催化酶的作用，細(xì)胞代謝才能在溫和條件下迅速進(jìn)行。（板書） 2、酶在細(xì)胞代謝中的作用（板書） 【播放視頻】過氧化氫在不同條件下的分解，了解過氧化氫酶的作用和意義 播放前介紹：動植物細(xì)胞在代謝中會產(chǎn)生的過氧化氫，過氧化氫對機(jī)體是有毒的。機(jī)體通過過氧化氫酶，催化過氧化氫迅速分解成水和氧氣而解毒。過氧化氫在高溫或Fe3＋作用下也可分解成水和氧氣。 2H2O2H2O＋O2 問：如何獲得過氧化氫酶？ 答：新鮮肝臟中含有較多的過氧化氫酶，所以新鮮肝臟研磨液含有較多的過氧化氫酶。 【對上述實(shí)驗(yàn)進(jìn)行

11、分析】 問：上述實(shí)驗(yàn)分成了1、2、3、4號四支試管，哪些是四支試管共同的條件？兩兩比較不同的條件有幾個？ 答：共同點(diǎn)：都在試管中加入2 mL H2O2溶液，都在相同的壓力下進(jìn)行。 不同點(diǎn)：1和2：只有溫度不同；1和3：3多了2滴FeCl3溶液；1和4：4多了2滴肝臟研磨液；3和4：加入的催化劑不同。 問：1號試管沒有加任何試劑，它起的作用是什么？ 答：它起的是對照的作用。 結(jié)論：進(jìn)行該實(shí)驗(yàn)的其他因素相同，而只有其中某一因素不同，觀察其對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響。如果結(jié)果不同，那么影響該結(jié)果的就是這一不同的因素。在上述實(shí)驗(yàn)3試管和4試管只有加入的催化劑不同，那么該實(shí)驗(yàn)的結(jié)果3放的氧氣少，4放出

12、氧氣多就是因?yàn)榧尤氲?號催化劑的催化效率比加入到3號的高。即酶具有高效性。 問：2和4試管現(xiàn)象基本相同，能否在生物體中也利用2的方法來解毒？ 答：不能。加熱到這樣的溫度會造成生物的細(xì)胞死亡。 問：能否用同一滴管給3和4試管加FeCl3溶液和肝臟研磨液？ 答：不能。共用滴管會讓肝臟研磨液（或FeCl3溶液）殘留在滴管內(nèi)，難以判斷出過氧化氫的分解是哪種滴加液的作用，影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確。 問：為何酶的催化效率會比無機(jī)催化劑更高呢？ 答：酶降低了化學(xué)反應(yīng)的活化能?；罨芫褪欠肿訌某B(tài)轉(zhuǎn)化變?yōu)槿菀装l(fā)生化學(xué)反應(yīng)的活躍狀態(tài)所需要的能量?；罨茉酱螅磻?yīng)就越不容易進(jìn)行，反之就容易進(jìn)行。（板書）

13、問：酶降低化學(xué)反應(yīng)活化能的原理 答：與底物結(jié)合形成中間復(fù)合物，使化學(xué)反應(yīng)按一定途徑進(jìn)行。 【教師精講】 在生物體中，生物體內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)每時每刻進(jìn)行著。以人為例：據(jù)估計人體細(xì)胞內(nèi)每分鐘大約要發(fā)生幾百萬次的化學(xué)反應(yīng)，這么多的化學(xué)反應(yīng)能在人體中順利而迅速地完成，完全是靠酶的催化作用。它和無機(jī)催化劑相比，具有更高的催化效率。 酶在細(xì)胞內(nèi)的物質(zhì)變化過程中起著重要作用，這個作用是其他物質(zhì)無法代替的。它降低了化學(xué)反應(yīng)中的活化能，而自身卻沒有發(fā)生變化，所以是一種催化劑。它是細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生的，所以它也是細(xì)胞中具有高效催化效率的生物催化劑。它的作用就是降低活化能。 【與生活的聯(lián)系】在醫(yī)院常用雙氧水（含過

14、氧化氫）作為身體出現(xiàn)小傷口的消毒用藥，能觀察到什么現(xiàn)象嗎？試解釋該現(xiàn)象。答：能看到傷口有氣泡產(chǎn)生。原因是人體細(xì)胞中產(chǎn)生的酶將雙氧水分解成了水和氧氣。 二、 酶的本質(zhì)（板書） 1、 關(guān)于酶本質(zhì)的探索（板書） 現(xiàn)在已經(jīng)知道細(xì)胞內(nèi)的生理活動之所以如此有序地快速進(jìn)行，酶的作用無可替代，但是19世紀(jì)以前，人們對這些所知甚少，人們對酶的認(rèn)識是科學(xué)家不懈努力的結(jié)果。 【資料分析】引導(dǎo)學(xué)生閱讀課文，教師總結(jié)分析。 1.法國微生物學(xué)家巴斯德認(rèn)為發(fā)酵是由于酵母細(xì)胞的存在，沒有活細(xì)胞的參與，糖類是不可能變成酒精的。發(fā)酵是整個細(xì)胞而不是細(xì)胞中的某些物質(zhì)在起作用；德國化學(xué)家李比希認(rèn)為

15、引起發(fā)酵的是細(xì)胞中的某些物質(zhì)，但這些物質(zhì)只有在酵母細(xì)胞死亡并裂解后才能發(fā)揮作用。 2.巴斯德是微生物學(xué)家，特別強(qiáng)調(diào)生物體或細(xì)胞的作用；李比希是化學(xué)家，傾向于從化學(xué)的角度考慮問題。他們的爭論促使后人把對酶的研究的目標(biāo)集中在他們爭論的焦點(diǎn)上，使科學(xué)研究更加有的放矢。 3.他們的爭論被德國化學(xué)家畢希納的研究成果平息了，畢希納的實(shí)驗(yàn)說明，酵母細(xì)胞中的某些物質(zhì)能夠在酵母細(xì)胞破碎后繼續(xù)起催化作用，就像在活酵母細(xì)胞中一樣。 4.薩姆納歷用正確的科學(xué)方法，堅持不懈歷時9年將刀豆種子中的脲酶提純了出來。然后又用多種方法證明脲酶是蛋白質(zhì)。 【教師精講】 酶作為生物催化劑，人們對

16、它的認(rèn)識經(jīng)歷了較長的時間，從酶究竟是在活細(xì)胞中能起作用還是釋放出來起作用一直爭論到到底是什么物質(zhì)，每次爭論的結(jié)果都讓人們對酶的認(rèn)識更深入一步，更加準(zhǔn)確，所以可以說酶的本質(zhì)的發(fā)現(xiàn)過程也正是人們認(rèn)識自然的一個真實(shí)寫照。 2、酶的本質(zhì)：本質(zhì)：絕大多數(shù)為蛋白質(zhì)，少量為RNA（構(gòu)成酶的基本單位是氨基酸和核糖核苷酸）（板書） Ⅲ、課堂練習(xí) Ⅳ、布置作業(yè)：完成課后練習(xí) 一、基礎(chǔ)題 【教學(xué)反思】 1、注重對學(xué)生能力的培養(yǎng) 本節(jié)課最好是通過學(xué)生親手實(shí)驗(yàn)來探究酶在細(xì)胞代謝中的作用，來培養(yǎng)了學(xué)生收集和處理信息的能力、獲取新知識的能力、分析和解決問題的能力及交流和合作的能力。觀看視頻雖然節(jié)省了時間，但效

17、果不佳。 2、重視利用多媒體進(jìn)行輔助教學(xué) 酶降低化學(xué)反應(yīng)活化能的原理是一個抽象的過程，學(xué)生理解起來有一定的困難，為了幫助學(xué)生理解，我利用了多媒體進(jìn)行輔助教學(xué)：先用課件中直觀的圖解和文字說明闡明酶降低化學(xué)反應(yīng)活化能的原理，然后用多媒體動畫直觀播放酶降低活化能的過程。從課堂的反饋練習(xí)來看，多媒體很好地幫助學(xué)生突破了這一難點(diǎn)。 3、本教學(xué)設(shè)計是以新課程理念來指導(dǎo)教學(xué)，著眼于從知識、能力以及情感態(tài)度價值觀等方面提高學(xué)生的生物學(xué)素養(yǎng);從學(xué)生己有的社會生活實(shí)際以及經(jīng)驗(yàn)出發(fā)，使學(xué)生認(rèn)識生物學(xué)和人類生活的密切關(guān)系，關(guān)注學(xué)生個性的發(fā)展，促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)方式的轉(zhuǎn)變，采用小組合作探究性學(xué)習(xí)，將生物學(xué)史實(shí)融入到生物學(xué)知識的學(xué)習(xí)當(dāng)中，大大激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)生物學(xué)的興趣，同時體驗(yàn)了科學(xué)家進(jìn)行科學(xué)探究的過程。由于本節(jié)內(nèi)容采用探究式教學(xué)法，教師在具體操作過程中，要注意對課堂的把控。