教學(xué)目標(biāo)
知識方面
1、使學(xué)生理解新陳代謝的概念及其本質(zhì)
2、使學(xué)生了解酶的發(fā)現(xiàn)過程;初步理解酶的概念、酶的特性、影響酶活性的因素
3、使學(xué)生理解酶在生物新陳代謝中的作用
能力方面
在引導(dǎo)學(xué)生分析生物新陳代謝概念,探究酶的特性,探究影響酶活性因素的過程中,初步訓(xùn)練學(xué)生的邏輯思維能力,分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象能力及設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的能力,。
情感、態(tài)度、價(jià)值觀方面
通過讓學(xué)生了解酶的發(fā)現(xiàn)過程,使學(xué)生體會實(shí)驗(yàn)在生物學(xué)研究中的作用地位;通過討論酶在生產(chǎn)、生活中的應(yīng)用,使學(xué)生認(rèn)識到生物科學(xué)技術(shù)與社會生產(chǎn)、生活的關(guān)系;體會科學(xué)、技術(shù)、社會之間相互促進(jìn)的關(guān)系,進(jìn)而體會研究生命科學(xué)價(jià)值的教育。
教學(xué)建議
教材分析
1、酶的發(fā)現(xiàn)
教材簡單介紹酶的發(fā)現(xiàn)歷史,從1783年意大利科學(xué)家斯巴蘭讓尼設(shè)計(jì)的巧妙實(shí)驗(yàn)到20世紀(jì)80年代科學(xué)家發(fā)現(xiàn)少數(shù)的酶是RNA,使學(xué)生對酶的研究歷史中的一些重大發(fā)現(xiàn)有了一個大致了解。
2、酶的特性
酶的特性主要是通過安排了有關(guān)的學(xué)生實(shí)驗(yàn),讓學(xué)生通過實(shí)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)酶的三個特性,這樣的編排方式符合學(xué)生由感性到理性的認(rèn)知規(guī)律,有利于引導(dǎo)學(xué)生主動參與教學(xué)過程,并且有利于培養(yǎng)學(xué)生的多種能力。酶的高效性特點(diǎn),是通過比較《實(shí)驗(yàn)五、肝臟內(nèi)的過氧化氫酶比無機(jī)催化劑的催化效率》切入;酶的專一性的特點(diǎn),是通過比較《實(shí)驗(yàn)六、探索淀粉酶對淀粉和蔗糖水解的作用》切入;
3、影響酶活性的因素
本節(jié)教材主要講述酶的催化作用需要適宜的條件,通過《實(shí)驗(yàn)七、探索影響淀粉酶活性的條件(選做)》切入。
本節(jié)內(nèi)容的最后,安排了課外讀“造福人類的酶工程”,以開闊學(xué)生的視野,同時又有助于加強(qiáng)學(xué)生對本節(jié)基礎(chǔ)知識的理解,使學(xué)生體會科學(xué)、技術(shù)在改變?nèi)祟惿钯|(zhì)量中的作用。
教法建議
1、使學(xué)生在理解細(xì)胞水平上的新陳代謝概念及其本質(zhì)是本節(jié)的重點(diǎn)與難點(diǎn)
新陳代謝是活細(xì)胞中全部有序的化學(xué)變化的總稱,這是在細(xì)胞水平上對新陳代謝的描述。其實(shí)學(xué)生已不是第一次接觸新陳代謝的概念,在初中生物課和高中生物課緒論中,學(xué)習(xí)已接觸到諸如同化作用、異化作用及其關(guān)系等與新陳代謝有關(guān)的知識,但那是在生物個體水平對新陳代謝下的定義。本章的新陳代謝內(nèi)容是對以往知識的深化和展開,教學(xué)教師要有意識地從細(xì)胞和分子水平引導(dǎo)學(xué)生分析出生物體是如何自我更新的,合成與分解是如何進(jìn)行的,及其二者的關(guān)系,從而使學(xué)生更深刻地理解什么是生命。
例如,為使學(xué)生理解"新陳代謝是活細(xì)胞中全部化學(xué)反應(yīng)的總稱"這句話,教師可結(jié)合前一章細(xì)胞的物質(zhì)基礎(chǔ)與結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的相關(guān)知識,引導(dǎo)學(xué)生分析活細(xì)胞中發(fā)生的各種化學(xué)反應(yīng),如發(fā)生在線粒體內(nèi)的糖的氧化放能的化學(xué)過程;發(fā)生在葉綠體中的水和二氧化碳合成為有機(jī)物的化學(xué)過程;發(fā)生在核糖體上的氨基酸縮合成多肽鏈的化學(xué)過程等,使學(xué)生對"新陳代謝是活細(xì)胞中全部化學(xué)反應(yīng)的總稱"這句話有一個感性認(rèn)識。
2、使學(xué)生理解酶的概念是本節(jié)的重點(diǎn)。在本節(jié)教學(xué)中如何組織學(xué)生完成酶具有專一性的實(shí)驗(yàn)并實(shí)施有效的討論是本節(jié)的難點(diǎn)。
生命體隨時隨刻發(fā)生著數(shù)量巨大的生物化學(xué)反應(yīng),同時又是一個穩(wěn)定的,開放的系統(tǒng)。細(xì)胞中發(fā)生的各種化學(xué)反應(yīng)不可能在高溫、高壓、強(qiáng)酸、強(qiáng)堿等條件下進(jìn)行,而必須在常溫、常壓、水溶液環(huán)境下能快速、有序地進(jìn)行的,這就要盡可能地降低化學(xué)反應(yīng)能閾,這是新陳代謝為什么離不開生物催化劑,即酶的原因。
酶的概念和酶的發(fā)現(xiàn)可結(jié)合一起在讓學(xué)生討論,這樣可讓學(xué)生充分體會生產(chǎn)實(shí)踐和科學(xué)實(shí)驗(yàn)對科學(xué)發(fā)展的促進(jìn)作用。酶的特性這部分內(nèi)容,可先組織學(xué)生依次完成實(shí)驗(yàn),然后再由學(xué)生來討論和總結(jié)。
在引導(dǎo)學(xué)生分析酶的特性時,引導(dǎo)學(xué)生與蛋白質(zhì)的多樣性聯(lián)系起來,可使學(xué)生易于理解酶的催化作用的專一注必定意味著酶的多樣性,而且蛋白質(zhì)分子空間結(jié)構(gòu)的多樣性和酶的專一性催化關(guān)系密切。
3、使學(xué)生理解酶具有高效性、專一性和需要適宜條件是本節(jié)的重點(diǎn),如何組織學(xué)生完成影響酶活性因素的選做實(shí)驗(yàn)并分析、討論實(shí)驗(yàn)是本節(jié)教學(xué)的難點(diǎn)。
在組織學(xué)生操作、分析、討論《實(shí)驗(yàn)七、探索影響淀粉酶活性的條件(選做)》基礎(chǔ)上,引導(dǎo)學(xué)生分析兩個坐標(biāo)曲線圖,讓學(xué)生概括酶的催化作用需要適宜的溫度和pH。
教學(xué)設(shè)計(jì)示例
【課題】 第一節(jié) 新陳代謝與酶
【教學(xué)重點(diǎn)】新陳代謝的概念及其本質(zhì)的概念、酶的特性、影響酶活性的因素、酶在生物新陳代謝中的作用
【教學(xué)難點(diǎn)】新陳代謝的概念及其本質(zhì)的概念、酶在生物新陳代謝中的作用
【課時安排】1課時
【教學(xué)手段】板圖、多媒體課件、實(shí)驗(yàn)
【教學(xué)過程】
1、引入新陳代謝的概念及本質(zhì)
。1)學(xué)生在初中生物學(xué)課本、高中緒論課的學(xué)習(xí)或通過各種媒體的介紹,對新陳代謝已經(jīng)有了一定的認(rèn)識,首先,教師應(yīng)了解學(xué)生對新陳代謝是如何理解的。為此教師可設(shè)計(jì)一些問題,引導(dǎo)學(xué)生以自身為例,剖析生命是如何維持的,以此引入本節(jié)的學(xué)習(xí),如:
、偃梭w的腦細(xì)胞是通過什么途徑獲得營養(yǎng)?腦細(xì)胞中產(chǎn)生的代謝廢物又是通過什么途徑排出體外的?
、谶M(jìn)入腦細(xì)胞的營養(yǎng)物質(zhì)是如何被利用的?
、蹖W(xué)生如何理解同化作用、異化作用,物質(zhì)代謝、能量代謝,它們之間有何關(guān)系?
④想一想,人體的身體有哪些系統(tǒng)參與了新陳代謝過程,各是如何參與的等等?
。2)學(xué)生一般只能從生物個體、器官或系統(tǒng)水平上,說明生物體與外界環(huán)境之間進(jìn)行物質(zhì)和能量的交換,在此基礎(chǔ)上,教師應(yīng)把討論引向微觀水平,即細(xì)胞和分子水平的代謝過程。如可以設(shè)問:
、倌愠韵碌娜忸惖鞍踪|(zhì),通過什么途徑轉(zhuǎn)化成為你自身的蛋白質(zhì)?
②你吃下的淀粉類食物,通過什么途徑為你提供能量?等等
通過分析、討論,使學(xué)生理解:細(xì)胞的結(jié)構(gòu)和生命活動的維持,需要不斷地合成與分解,不斷地處于自我更新的狀態(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),從而在細(xì)胞水平理解新陳代謝的本質(zhì),即“新陳代謝是活細(xì)胞中全部有序的化學(xué)變化的總稱”。
2、酶的概念、特性及其生理功能
在學(xué)生理解新陳代謝的本質(zhì)后,可以利用學(xué)生已有的化學(xué)知識,分析出無機(jī)化學(xué)反應(yīng)過程中所需的條件一般是很激烈的,再讓學(xué)生分析出生物體細(xì)胞生存的條件是很溫和的,可以提問,如:
(1)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接近中性的條件下,迅速高效的進(jìn)行呢?
。2)在化學(xué)反應(yīng)中有沒有提高化學(xué)反應(yīng)的方法呢?
這樣可順利地引出活細(xì)胞產(chǎn)生的生物催化劑,即酶。
3、酶的發(fā)現(xiàn)史
這部分的教學(xué),教師可讓學(xué)生自己閱讀,也可發(fā)給學(xué)生相應(yīng)的補(bǔ)充資料,尤其是某種酶的研究過程方面的資料,目的是讓學(xué)生對酶的研究過程、方法有一個較為全面的了解,讓學(xué)生切身體會到生物學(xué)的實(shí)驗(yàn)研究對生物學(xué)發(fā)現(xiàn)的重要作用。
學(xué)生閱讀后,可提問:酶都是蛋白質(zhì)嗎?并做一定的說明。
酶是活細(xì)胞所產(chǎn)生的具有催化能力的一類特殊的蛋白質(zhì)。酶是細(xì)胞中促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)速度的催化劑,F(xiàn)已發(fā)現(xiàn)的酶約有3000種以上。它們分別存在于各種細(xì)胞中,催化細(xì)胞生長代謝過程中各種不同的化學(xué)反應(yīng),使生物化學(xué)反應(yīng)在常溫、常壓、水溶液等溫和的條件下就可順利進(jìn)行。
很多年來,人們一直認(rèn)為所有的酶都是蛋白質(zhì)。然而生物學(xué)家的實(shí)驗(yàn)證明:RNA也可以是高活性的酶。早在1982年,T.Ceeh發(fā)現(xiàn)原生動物四膜蟲的26S rRNA前體在沒有蛋白質(zhì)的情況下進(jìn)行內(nèi)含子的自我拼接,最終形成L19RNA。當(dāng)時因?yàn)橹皇橇私馑羞@種自我催化的活性,沒有把它與酶等同看待。
1983年Atman和Pace分別報(bào)導(dǎo)了在RNA前體加工過程起催化作用的酶是由20%蛋白質(zhì)和80%RNA組成的。如果除去蛋白質(zhì)部分,并提高鎂離子的濃度,則留下的RNA具有與全酶相同的催化活性,這是說明RNA具有酶活性的第一例證。
“酶不都是蛋白質(zhì)”,這一科學(xué)事實(shí)再一次有力地證明了實(shí)驗(yàn)在科學(xué)發(fā)展中所起到的舉足輕重的作用,同時也讓我們看到,科學(xué)是發(fā)展的,探索是無止境的,而真理是相對的,現(xiàn)在的科學(xué)事實(shí)可能在今后會被修正,甚至推翻。
另外,酶、激素、維生素之間的區(qū)別值得一提,學(xué)生在以后的學(xué)習(xí)中容易把這些物質(zhì)和它們的作用搞混。可就高中生物學(xué)水平做一簡單比較:
酶 |
激素 |
維生素 | |
從化學(xué)本質(zhì)上看 |
蛋白質(zhì) |
蛋白質(zhì)(如生長素、胰島素等)、固醇類脂類物質(zhì)(如性激素) |
多種多樣,一般為小分子有機(jī)物。 如維生素D是固醇類物質(zhì);維生素A是脂類物質(zhì)(萜類);維生素C是抗壞血酸(葡萄糖的衍生物)等等。 |
從生理功能看 |
可提高生物體生物化學(xué)反應(yīng)的速度,是一種生物催化劑。 |
激素又稱“化學(xué)信使”,是特定細(xì)胞合成的,能使生物體發(fā)生一定反應(yīng)的有機(jī)分子。它的作用力很強(qiáng),很低的濃度就能引起很強(qiáng)的反應(yīng),但在細(xì)胞中不能積累,很快就會被破壞。 |
維生素常常與酶結(jié)合,是較復(fù)雜酶的組成成分之一。天然食物中含量極少,但這些極微小的量對人體的生長和健康是必需的,人體一般不能合成它們或合成量不足,必須從食物中攝取。 |
可把酶的發(fā)現(xiàn)史與酶的特性這兩部分教學(xué)內(nèi)容結(jié)合起來,這樣可使學(xué)生用實(shí)驗(yàn)方法探索酶的特性順理成章。