第1节细胞中的元素和化合物教学设计思路

第1节　细胞中的元素和化… 高中生物       人教2003课标版

三维目标

1.知识与技能

（1）知道组成细胞的主要元素；知道为什么碳元素是构成细胞的基本元素。

（2）学会检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质的方法。

2.过程与方法

（1）通过对C元素的分析，说明有机化合物形成的可能性及必然性，初步培养学生跨学科综合分析问题的能力。

（2）通过对组成细胞中的元素的百分比的分析，通过对不同化合物的质量分数的学习，培养学生理解、思考和分析问题的能力。

3.情感态度与价值观

（1）认同生命的物质性。

（2）认同生物界在物质组成上的统一性。

《细胞中的元素和化合物》这一节，首先在节的引言中，明确指出自然界的生物体中的元素是生物有选择地从无机自然界中获得的，没有一种元素是细胞特有的。但细胞与非生物相比，各元素的含量又大不相同。说明生物界与非生物界的统一性和差异性内容。这部分内容较为浅显，但是结论非常重要，对于学生了解生物的物质性具有重要意义。

关于组成生物体的化学元素的内容，一开始就指出组成生物体的化学元素主要有20多种，紧接着以人体细胞为例，将含量较多的化学元素以及各种元素的含量制成图形。通过对图形内容的分析，概括出两点：一是组成人体的基本元素是C、O、H、N；二是组成生物体的各种化学元素，在不同的生物体内，含量相差很大，由此进一步说明了大量元素和微量元素的概念和种类。并且强调指出在大量元素中，C是最基本的元素。

关于组成细胞的化合物，首先说明组成生物体的化学元素进一步组成多种多样的化合物，接着指出组成细胞化合物的种类及各种化合物的质量分数，从而说明它是生物体结构和生命活动的物质基础。

对于构成细胞的有机化合物的种类的认识，从日常生活中都已有这方面的知识，比如知道瘦肉含有蛋白质较多，水果含有较多的糖类等。如何定性地区分这些常见的有机物，可通过实验教学来进行。该实验最主要是要规范实验过程，可通过分组分别来完成一个实验，然后每一组选出一人来介绍该实验的过程以及要注意的事项，学会展示成果及共享成果。

教学重点

1.组成细胞的主要元素和化合物。

2.检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质。

教学难点

1.构成细胞的基本元素是碳。

2.检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质。

教师收集关于地球及生物体细胞中各元素组成的资料，玉米和人体的化学元素组成的材料并制成课件；准备实验材料。学生预习实验，初步了解实验的原理以及实验步骤。

地球上的环境千变万化，但都是有一定的物质组成，比如地壳表面的水、岩石以及空气，那么这些物质由哪些元素组成呢？生物是生活在一定的环境中，这些生物从环境中获取物质，那么这些生物又由哪些元素组成？

（一）组成细胞的元素（屏幕展示以下资料）

组成地壳和组成细胞的部分元素含量

玉米与人体的化学元素组成（质量分数/%）

元  素

玉米

人

O

44.43

14.62

C

43.57

55.99

H

6.24

7.46

N

1.46

9.33

Si

1.17

0.005

问：组成生命的细胞和组成地壳的元素有没有什么不同？

答：组成细胞的化学元素在自然界的无机环境中都能找到，没有一种元素是生命特有的。但是元素在细胞中和无机环境中的含量却有区别，说明生命和非生命的无机环境既有统一性又有差异性。

作为生命的基本组成单位——细胞，它可以构成不同的生物体。那么元素在各种细胞中的含量是怎样的？引导学生分析图2－1－1和图2－1－2。

问：组成生物体的化学元素种类有许多，它们的含量是否相同？

答：不相同。

问：人体细胞在干重状态下和鲜重状态下哪种元素含量最大？

答：干重状态下和鲜重状态元素下元素含量最大的分别是C元素和O元素。

图2－1－1  组成人体细胞的主要元素（占细胞鲜重的百分比）

图2－1－2  组成人体细胞的主要元素（占细胞干重的百分比）

下面我们以玉米和人体为例，来说明组成生物体的化学元素的种类和含量。（出示玉米和人体化学元素对比表投影片）   

玉米与人体的化学元素组成（质量分数/%）

元  素

玉米

人

O

44.43

14.62

C

43.57

55.99

H

6.24

7.46

N

1.46

9.33

Si

1.17

0.005

K

0.92

1.09

Ca

0.23

4.67

P

0.20

3.11

Mg

0.18

0.16

S

0.17

0.78

Cl

0.14

0.47

Zn

—

0.01

Fe

0.08

0.012

问：从表中看，哪一种化学元素是玉米和人体中含量最多的？

答：是C。

问：除此之外，还有哪几种元素含量较多？

答：O、H、N。从表中可以看出C、O、N、H这4种元素在组成生物体的元素中含量最多，所以，C、O、N、H是组成生物体的基本元素。

问：表中只列举了13种元素，那么是不是说玉米和人体内只含有这13种元素呢？

答：不是。

实际上除了表中的13种元素之外，还有Mn等。据统计，在生物体的细胞内至少可以找到62种元素，其中常见的约有29种，重要的有24种。所以，一般情况下可以说组成生物体的化学元素主要有20多种。

问：构成生物体的这些元素的含量有什么特点呢？同学们可以相互讨论一下。

答：有的含量非常多，有的较多，有的很少，差别较大。

正是因为生物体内各种元素含量差别较大，所以可以按照含量的多少把它们分为两大类：一类是大量元素，一类是微量元素。

问：什么是大量元素？

答：含量占生物体总重量万分之一以上的元素。

问：哪些元素属于大量元素？

答：C、H、O、N、P、S、K、Ca、Mg。

问：什么是微量元素？

答：生物体内含量很少的一些元素。

问：哪些元素属于微量元素？

答：Fe、Mn、Zn、Cu、B、Mo等。

问：请同学们讨论一下，既然微量元素在生物体内含量很少，那么，是不是说它们在生物体内可有可无呢？

答：不是。微量元素对于维持生物体的生命活动起着非常重要的作用。如碘是甲状腺激素的成分，铁是血红蛋白的成分，锌、硒、钼、铁等是很多酶的成分。

在组成生物体的大量元素中，C是最基本的元素，从初中所学元素周期表中，知道C位于第14族位置，它的原子序数是6，说明一个碳原子核中含有6个质子，核外有6个电子，由于电子排布的不同，在最外层有4个电子，这样，碳原子就具有了4个能够成键的价电子。正是这4个价电子，能够使碳原子之间、碳原子与其他元素的原子之间结合形成更多的化学键。由于每个碳原子可以形成4个化学键，所以就有可能形成含有成千上万个甚至更多个碳原子的物质。C是构成生命有机物中最重要的元素。

（二）组成细胞的化合物

讨论：作为生命的细胞是由元素组成的，组成生物体的化学元素在生物体内是以什么形式存在的？比如花生和大豆的应用中有很大的不同，花生可用来榨油，大豆常用来做豆腐说明了什么问题？

说明：教师引导学生分析组成生物体的化学元素在体内以什么形式存在（单质还是化合态），参考课本P17提供的表来分析，总结归纳出构成细胞的化合物。

无机化合物

                       水：85%～90%

无机盐：1%～1.5%

蛋白质：

有机化合物

7%～10%

核酸和糖类：1%～1.5%

脂类：1%～2%

（三）实验：检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质

教材中本实验安排为验证性实验,可与讲课同步进行。

本实验难度并不大,但由于内容较多,实验时间较长,因此,必须作周密安排,才能按时完成。实验中应注意以下几点。

1.增设教师演示实验。上课之前,教师应该准备好做演示实验所需的实验材料、用具、仪器和试剂等。同时,逐项完成可溶性糖、脂肪、蛋白质三类有机物的鉴定实验。在实验课上,将三个实验的正确结果分别展示在讲台上,并作扼要的介绍,以便使学生将自己的实验结果与教师的演示实验作比较。

2.实验中学生应分工合作。在“还原糖的鉴定”实验中,当每组2个学生中的1个制备生物组织样液时,另一个学生可以用酒精灯将水煮开,以便缩短实验的等待时间。在“脂肪的鉴定”实验中,1个学生制作临时装片时,另一个学生则可以调试显微镜。另外,在完成前2个实验时,1个学生洗刷试管、清洗玻片和整理显微镜,另一个学生则可以进行后1个实验的操作。

3.鉴定可溶性还原糖的实验,在加热试管中的溶液时,应该用试管夹夹住试管上部,放入盛开水的大烧杯中加热,注意试管底部不要接触烧杯底部,同时试管口不要朝向实验者,以免试管内溶液沸腾时冲出试管,造成烫伤。如果试管内溶液过于沸腾,可以用手上提夹住试管的试管夹。

4.做鉴定糖和蛋白质的实验时,在鉴定之前,可以留出一部分样液,以便与鉴定后的样液的颜色变化作对比,这样可以增强说服力。

5.斐林试剂的甲液和乙液混合均匀后方可使用,切勿将甲液和乙液分别加入组织样液中。

探究生物组织中的主要化合物

可溶性还原糖、脂肪、蛋白质的鉴定的实验原理、方法、步骤和现象：

知识点

可溶性还原糖

脂  肪

蛋白质

实验原理

与斐林试剂反应生成砖红色沉淀

被苏丹Ⅲ染液染成橘黄色（或被苏丹Ⅳ染成红色）

与双缩脲试剂反应产生紫色物质

实

验

步

骤

样液

制备

选材

含糖较高、颜色为白色或近于白色的植物组织，苹果、梨最好

富含脂肪的种子，以花生最好

浸泡1～2 d的黄豆种子（或用豆浆）或用鸡蛋

蛋白

方法

苹果切块→研磨→过滤→滤液

制作花生种子的切片

黄豆浸泡切片→研磨→过滤→ 滤液

鉴定步骤

样液→加斐林试剂→振荡→水浴加热煮沸

切片→染色→漂洗→镜检

组织样液→加双缩脲试剂A→再加双缩脲试剂B→观察颜色变化

实验现象

蓝色→棕色→砖红色沉淀

脂肪被苏丹Ⅲ染液染成橘黄色（或被苏丹Ⅳ染成红色）

加双缩脲试剂A无明显变化，加双缩脲试剂B后溶液变成紫色

注意事项

1.选材要用含糖较高、颜色为白色或近于白色的植物组织

2.斐林试剂不稳定，一般配成甲液（NaOH：0.1 g/mL）乙液（CuSO4：0.05 g /mL）来保存，用时必须将甲、乙两液混合均匀后使用，切勿分别加入组织样液中进行检测

1.切片要尽可能的薄

2.染色后一定要用50%的酒精溶液洗去浮色

3.观察时找最薄处，最好只有1～2层细胞

1.用鸡蛋蛋白时，一定要加以稀释，如果稀释不够，与双缩脲试剂发生反应后会粘固在试管内壁上，使反应不彻底，且试管不易洗干净

2.双缩脲使用时，应先加A造成碱环境，再加B

每组学生从教师提供的材料中选取两种进行鉴定，并记录（如下表）：

还原糖

脂肪

蛋白质

预测

实测

原因

预测

实测

原因

预测

实测

原因

苹果汁

梨汁

马铃薯匀浆

花生

种子

花生种子匀浆

豆浆

鲜肝提取液

交流实验结果：每一组实验选取一个人介绍实验情况，然后分析实验成败的得失。

组成生物体的元素和非生命的元素种类没有区别，没有一种化学元素是生物界特有的，从这方面来看生物界和非生物界具有统一性。虽然从元素种类上看具有统一性，但从组成生命的元素的含量上来看是有区别的，组成生命的化学元素在生物体内和在无机环境中的含量相差很大，从这方面看生物界和非生物界具有差异性。

在细胞中，元素主要以化合物的形式存在。组成细胞的基本元素是C元素，它是构成有机物的标志性元素，有机物是生命中最重要的物质。

不同的生物组织中，有机物的含量是不同的，要学会用恰当的方法来检测和区分不同的有机物。    

1.在植物体内，最基本的化学元素和含量最多的元素分别是

A.C、O                       B.O、H                       C.C、H                        D.H、O

2.做蛋白质鉴定实验时,事先留出一些大豆组织液的目的是

A.与反应物混合的颜色作对比                         B.失败后重做

C.鉴定还原糖用                                              D.为了节约

3.做还原糖的鉴定实验所需的材料最好选用的颜色是

A.白色                         B.红色                         C.紫色                         D.蓝色

4.活细胞中含量最多的化合物是

A.蛋白质                            B.糖类                         C.脂质                         D.水

5.活细胞中含量最多的有机化合物是

A.蛋白质                            B.糖类                         C.脂质                         D.核酸

参考答案：

1.A  2.A  3.A  4.D  5.A

课后练习题

第1节　细胞中的元素和化合物　

第1节　细胞中的元素和化合物　

教师收集关于地球及生物体细胞中各元素组成的资料，玉米和人体的化学元素组成的材料并制成课件；准备实验材料。学生预习实验，初步了解实验的原理以及实验步骤。

地球上的环境千变万化，但都是有一定的物质组成，比如地壳表面的水、岩石以及空气，那么这些物质由哪些元素组成呢？生物是生活在一定的环境中，这些生物从环境中获取物质，那么这些生物又由哪些元素组成？

（一）组成细胞的元素（屏幕展示以下资料）

组成地壳和组成细胞的部分元素含量

玉米与人体的化学元素组成（质量分数/%）

元  素

玉米

人

O

44.43

14.62

C

43.57

55.99

H

6.24

7.46

N

1.46

9.33

Si

1.17

0.005

问：组成生命的细胞和组成地壳的元素有没有什么不同？

答：组成细胞的化学元素在自然界的无机环境中都能找到，没有一种元素是生命特有的。但是元素在细胞中和无机环境中的含量却有区别，说明生命和非生命的无机环境既有统一性又有差异性。

作为生命的基本组成单位——细胞，它可以构成不同的生物体。那么元素在各种细胞中的含量是怎样的？引导学生分析图2－1－1和图2－1－2。

问：组成生物体的化学元素种类有许多，它们的含量是否相同？

答：不相同。

问：人体细胞在干重状态下和鲜重状态下哪种元素含量最大？

答：干重状态下和鲜重状态元素下元素含量最大的分别是C元素和O元素。

图2－1－1  组成人体细胞的主要元素（占细胞鲜重的百分比）

图2－1－2  组成人体细胞的主要元素（占细胞干重的百分比）

下面我们以玉米和人体为例，来说明组成生物体的化学元素的种类和含量。（出示玉米和人体化学元素对比表投影片）   

玉米与人体的化学元素组成（质量分数/%）

元  素

玉米

人

O

44.43

14.62

C

43.57

55.99

H

6.24

7.46

N

1.46

9.33

Si

1.17

0.005

K

0.92

1.09

Ca

0.23

4.67

P

0.20

3.11

Mg

0.18

0.16

S

0.17

0.78

Cl

0.14

0.47

Zn

—

0.01

Fe

0.08

0.012

问：从表中看，哪一种化学元素是玉米和人体中含量最多的？

答：是C。

问：除此之外，还有哪几种元素含量较多？

答：O、H、N。从表中可以看出C、O、N、H这4种元素在组成生物体的元素中含量最多，所以，C、O、N、H是组成生物体的基本元素。

问：表中只列举了13种元素，那么是不是说玉米和人体内只含有这13种元素呢？

答：不是。

实际上除了表中的13种元素之外，还有Mn等。据统计，在生物体的细胞内至少可以找到62种元素，其中常见的约有29种，重要的有24种。所以，一般情况下可以说组成生物体的化学元素主要有20多种。

问：构成生物体的这些元素的含量有什么特点呢？同学们可以相互讨论一下。

答：有的含量非常多，有的较多，有的很少，差别较大。

正是因为生物体内各种元素含量差别较大，所以可以按照含量的多少把它们分为两大类：一类是大量元素，一类是微量元素。

问：什么是大量元素？

答：含量占生物体总重量万分之一以上的元素。

问：哪些元素属于大量元素？

答：C、H、O、N、P、S、K、Ca、Mg。

问：什么是微量元素？

答：生物体内含量很少的一些元素。

问：哪些元素属于微量元素？

答：Fe、Mn、Zn、Cu、B、Mo等。

问：请同学们讨论一下，既然微量元素在生物体内含量很少，那么，是不是说它们在生物体内可有可无呢？

答：不是。微量元素对于维持生物体的生命活动起着非常重要的作用。如碘是甲状腺激素的成分，铁是血红蛋白的成分，锌、硒、钼、铁等是很多酶的成分。

在组成生物体的大量元素中，C是最基本的元素，从初中所学元素周期表中，知道C位于第14族位置，它的原子序数是6，说明一个碳原子核中含有6个质子，核外有6个电子，由于电子排布的不同，在最外层有4个电子，这样，碳原子就具有了4个能够成键的价电子。正是这4个价电子，能够使碳原子之间、碳原子与其他元素的原子之间结合形成更多的化学键。由于每个碳原子可以形成4个化学键，所以就有可能形成含有成千上万个甚至更多个碳原子的物质。C是构成生命有机物中最重要的元素。

（二）组成细胞的化合物

讨论：作为生命的细胞是由元素组成的，组成生物体的化学元素在生物体内是以什么形式存在的？比如花生和大豆的应用中有很大的不同，花生可用来榨油，大豆常用来做豆腐说明了什么问题？

说明：教师引导学生分析组成生物体的化学元素在体内以什么形式存在（单质还是化合态），参考课本P17提供的表来分析，总结归纳出构成细胞的化合物。

无机化合物

                       水：85%～90%

无机盐：1%～1.5%

蛋白质：

有机化合物

7%～10%

核酸和糖类：1%～1.5%

脂类：1%～2%

（三）实验：检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质

教材中本实验安排为验证性实验,可与讲课同步进行。

本实验难度并不大,但由于内容较多,实验时间较长,因此,必须作周密安排,才能按时完成。实验中应注意以下几点。

1.增设教师演示实验。上课之前,教师应该准备好做演示实验所需的实验材料、用具、仪器和试剂等。同时,逐项完成可溶性糖、脂肪、蛋白质三类有机物的鉴定实验。在实验课上,将三个实验的正确结果分别展示在讲台上,并作扼要的介绍,以便使学生将自己的实验结果与教师的演示实验作比较。

2.实验中学生应分工合作。在“还原糖的鉴定”实验中,当每组2个学生中的1个制备生物组织样液时,另一个学生可以用酒精灯将水煮开,以便缩短实验的等待时间。在“脂肪的鉴定”实验中,1个学生制作临时装片时,另一个学生则可以调试显微镜。另外,在完成前2个实验时,1个学生洗刷试管、清洗玻片和整理显微镜,另一个学生则可以进行后1个实验的操作。

3.鉴定可溶性还原糖的实验,在加热试管中的溶液时,应该用试管夹夹住试管上部,放入盛开水的大烧杯中加热,注意试管底部不要接触烧杯底部,同时试管口不要朝向实验者,以免试管内溶液沸腾时冲出试管,造成烫伤。如果试管内溶液过于沸腾,可以用手上提夹住试管的试管夹。

4.做鉴定糖和蛋白质的实验时,在鉴定之前,可以留出一部分样液,以便与鉴定后的样液的颜色变化作对比,这样可以增强说服力。

5.斐林试剂的甲液和乙液混合均匀后方可使用,切勿将甲液和乙液分别加入组织样液中。

探究生物组织中的主要化合物

可溶性还原糖、脂肪、蛋白质的鉴定的实验原理、方法、步骤和现象：

知识点

可溶性还原糖

脂  肪

蛋白质

实验原理

与斐林试剂反应生成砖红色沉淀

被苏丹Ⅲ染液染成橘黄色（或被苏丹Ⅳ染成红色）

与双缩脲试剂反应产生紫色物质

实

验

步

骤

样液

制备

选材

含糖较高、颜色为白色或近于白色的植物组织，苹果、梨最好

富含脂肪的种子，以花生最好

浸泡1～2 d的黄豆种子（或用豆浆）或用鸡蛋

蛋白

方法

苹果切块→研磨→过滤→滤液

制作花生种子的切片

黄豆浸泡切片→研磨→过滤→ 滤液

鉴定步骤

样液→加斐林试剂→振荡→水浴加热煮沸

切片→染色→漂洗→镜检

组织样液→加双缩脲试剂A→再加双缩脲试剂B→观察颜色变化

实验现象

蓝色→棕色→砖红色沉淀

脂肪被苏丹Ⅲ染液染成橘黄色（或被苏丹Ⅳ染成红色）

加双缩脲试剂A无明显变化，加双缩脲试剂B后溶液变成紫色

注意事项

1.选材要用含糖较高、颜色为白色或近于白色的植物组织

2.斐林试剂不稳定，一般配成甲液（NaOH：0.1 g/mL）乙液（CuSO4：0.05 g /mL）来保存，用时必须将甲、乙两液混合均匀后使用，切勿分别加入组织样液中进行检测

1.切片要尽可能的薄

2.染色后一定要用50%的酒精溶液洗去浮色

3.观察时找最薄处，最好只有1～2层细胞

1.用鸡蛋蛋白时，一定要加以稀释，如果稀释不够，与双缩脲试剂发生反应后会粘固在试管内壁上，使反应不彻底，且试管不易洗干净

2.双缩脲使用时，应先加A造成碱环境，再加B

每组学生从教师提供的材料中选取两种进行鉴定，并记录（如下表）：

还原糖

脂肪

蛋白质

预测

实测

原因

预测

实测

原因

预测

实测

原因

苹果汁

梨汁

马铃薯匀浆

花生

种子

花生种子匀浆

豆浆

鲜肝提取液

交流实验结果：每一组实验选取一个人介绍实验情况，然后分析实验成败的得失。

组成生物体的元素和非生命的元素种类没有区别，没有一种化学元素是生物界特有的，从这方面来看生物界和非生物界具有统一性。虽然从元素种类上看具有统一性，但从组成生命的元素的含量上来看是有区别的，组成生命的化学元素在生物体内和在无机环境中的含量相差很大，从这方面看生物界和非生物界具有差异性。

在细胞中，元素主要以化合物的形式存在。组成细胞的基本元素是C元素，它是构成有机物的标志性元素，有机物是生命中最重要的物质。

不同的生物组织中，有机物的含量是不同的，要学会用恰当的方法来检测和区分不同的有机物。    

1.在植物体内，最基本的化学元素和含量最多的元素分别是

A.C、O                       B.O、H                       C.C、H                        D.H、O

2.做蛋白质鉴定实验时,事先留出一些大豆组织液的目的是

A.与反应物混合的颜色作对比                         B.失败后重做

C.鉴定还原糖用                                              D.为了节约

3.做还原糖的鉴定实验所需的材料最好选用的颜色是

A.白色                         B.红色                         C.紫色                         D.蓝色

4.活细胞中含量最多的化合物是

A.蛋白质                            B.糖类                         C.脂质                         D.水

5.活细胞中含量最多的有机化合物是

A.蛋白质                            B.糖类                         C.脂质                         D.核酸

参考答案：

1.A  2.A  3.A  4.D  5.A

课后练习题