初中生物学中物质和能量的变化

初中生物学中物质和能量变化(人民教育出版社初中生物学教材),襄阳市直生物中心教研组陈晟,20140815,解读内容,一、设计“物质和能量变化”专题背景二、生物圈中的物质和能量变化三、我市中考对物质和能量的基本要求,一、设计“物质和能量变化”专题的背景1、首次提出：A.周重旭老师在制定“襄阳市2012年生物中考说明”时提出的。2、原因:A.生命活动就是物质和能量在遗传信息指导下，在生物体内的变化。因此,它是生物科学本质特征；也是自然科学本质特征之一。B.我市生物中考，历经12年发展，简单基础知识和技能考查已显落后，逐步发展到专题应是必然。3、意义:A.使我市的初中生物基础教学上升到一个新的高度。B.是学习和探究生物学的重要途径之一；也是理解生物科学本质的一个切入点。C.真正为我市高考奠定良好的生物学基础。D.提高我市初中生理科综合素养；培养理科思维方式。E.提高我市初中生物教师专业专职化水平。F.有助于理解生物学基本概念(概念处于一个学科的中心地位)。G.利于抛弃死记硬背的学习方法；促进对知识进行逻辑性归纳和推理、理解和运用。,3、实施的过程：第一步：在2012年襄阳市中考说明的“生物考试要点”里，第8条中列出“光合作用手呼吸作用过程中物质和能量的变化”；第9条中列出“人体生理活动中的物质变化”。第二步：本人在2013年3月完成了初中生物学物质、能量和信息的变化文章。具体论述包括以下内容:1.教材中关于物质和能量变化的具体知识点；见附1。2.自然界中的物质如何构成生物体。3.生物体内主要的物质和能量变化规律。4.生物体内能量和变化受遗传信息的控制。5.生物与生物圈中物质和能量变化的统一性。6.生物体内的物质和能量变化,与物理、化学的关系。7.生物中考中关于物质和能量变化的要求。8.如何进行“物质和能量变化”的复习备考。,第三步：在襄阳市、各县、市、区的初中生物教研会上宣传、动员、讲解。第四步：2012年5月，本人在市直东风中学展示了一节“生物学物质和能量变化”复习备考课；见附2。市直、高新、樊城等初中生物学教师进行了专题复习研讨。第五步：张文华老师在2012年的中考命题中，有2分是有关“物质和能量变化”的试题；2013年的试题中有5分；2014年试题有6分。第六步：在2014年生物中考说明的考试要点中,上升为“关注生物圈内的物质变化和能量流动”,原来只是侧重植物和人体内的物质和能量变化；在2014年生物中考复习指南中,专门设立了“专题十生物圈中的物质变化和能量流动”,见附3。今后,应该会在中考试题中增加有关权重,提高难度.,二、生物圈中的物质和能量变化1、生物圈中的物质变化A.生物从环境中吸收物质,并利用环境中物质制造有机物。构成了生物体。因此。生物与环境具有统一性。构成生物体的物质,具体到化学元素,都是来自自然界中。生物通过物理、化学变化，吸收外界物质,运输到一定部位,再经过生物化学反应,成为自身的物质细胞或生物的生长无机物:如氧、水分、二氧化碳、各种无机自然界和生物体物质都分为盐、碳酸根离子、胃酸等有机物:如淀粉、蛋白质、脂肪、核糖核酸、维生素、激素等结构性物质:如多数蛋白质、部分水、无机盐、纤维生物体物质又分为素、脂类等功能性物质:如血红蛋白、免疫蛋白(抗体)、激素、ATP、维生素、脱氧核糖核酸(DNA)、生长素等注:许多物质既是结构性,也是功能性,如生物体内水分为结合水和游离水。水分是生物体内最多的物质,生物体内环境就是以水为主的液体环境。蛋白质分子的四级结构,能够体现其生理功能。,B.生物圈和生物体的结构水平(由简单到复杂的顺序)：基本粒子(元素)无机物和有机物(包括生物大分子)多种物质聚合体（基质、基粒、片层、功能膜、泡体等）细胞器细胞:最为重要的结构层次组织:器官（系统）生物个体生物种群生物群落无机环境注:正是各种物质构成了生物体各级类复生态系统杂的结构,完成许多复杂的生理活动。生物圈生物的结构特征适应其生理功能。,C.生物圈中的物质传递：环境中的物质进入生物体内,是通过生物的吸收作用完成的。主动吸收:通过特定的蛋白载体,需要消耗能量生物的吸收作用被动扩散作用：分子从浓度高区域到浓度区域移动的过程吸收渗透吸收:水分子通过具有选择性膜的扩散运动动物还需要进行物理性和化学性的消化后吸收.生物体内物质的运输:植物体内:主要通过导管和筛管,也有渗透与扩散,还有其他需要消耗能量的方式。动物体内:主要通过血液循环,也有渗透,还有其他消耗能量的方式。生物体内物质的物理变化具有进入、排出、物理性消化（胃肠蠕动等）、循环、运输、交换、贮藏、生物电流动、肌肉收缩和舒张、DNA分子和染色体螺旋（解螺旋）和缠绕、过滤、肺内气压、蒸腾作用等形式。生物体内的化学变化多种多样,相当复杂。主要形式如下:.合成:如:绿色植物通过光合作用,把二氧化碳和水合成以淀粉为主的有机物;化能合成细菌也能合成有机物。基因控制下,在细胞,把氨基酸合成生物自身的蛋白质。.分解:如:呼吸作用把有杨物分解成二氧化碳和水；发酵是不完全呼吸作用,有机物分解产生中间代谢产物,如乳酸、酒精等。.氧化:有机物的通过呼吸作用分解，都可以理解为氧化作用。,.转化:体内多余的糖类和蛋白质,转化为脂肪贮藏在脂肪细胞中。.聚合:如:葡萄糖合成为淀粉或糖元;氨基酸合成为蛋白质等。.结合分离:血红蛋白与氧结合、分离等。g.复制:细胞在分裂前期,病毒增殖前,都会进行DNA复制。h.催化:生物体内的绝大部分化学反应,都需要蛋白酶作为催化剂。注:光合作用、呼吸作用、遗传、变异、生长、繁殖、反射、运动、细胞分裂和分化、实际上是许多物理、化学反应、以及生物特有的生命活动的综合。生物圈中的物质传递注:A.光合作用;B呼吸作用;C蒸腾作用;D.吸收作用;E.捕食作用;F.排泄作用。B.“绿色植物草食动物肉食动物”可以表示食物链或食物网,其物质传递过程中,有机物是逐级递减的。,2、生物圈中的能量变化A.生物学(或生物体)中的能量变化形式能量作用:为各种生命活动提供动力。存在形式:主要形式:化学能、热能、机械能。次要形式:光能、电能、动能、势能、声能等。转化方式:环境中光能有机物中化学能ATP中化学能细胞生命活动的各种能量利用方式:来自光能转化、储存在有机物中的化学能,且只能利用此能量。也有一类化能合成细菌,利用自然界中的其他能量。如:硝化细菌利用硝酸盐中的化学能,合成有机物生活;硫化细菌利用硫化氢中的化学能,合成有机物生活。B.生物体内的能量转换器:叶绿体:吸收光能,转化成化学能,贮藏在它所制造的有机物中。线粒体:氧化分解有机物,释放出有机物中的化学能,储存在ATP(三磷酸腺苷)中,ATP为细胞的各种生命活动提供直接的能量。C.生物圈中的能量变化传递过程注:图中A.化学能B.热能C.机械能D.电能E.声能。在生物之间,能量的传递过程同有机物一样,是逐步递减的，不可重复利用。,3、生物体内物质和能量变化,受遗传信息的控制A.生物体内贮藏遗传信息的物质,主要是DNA,还有RNADNA的分子结构图示如下:DNA分子如何贮藏遗传信息:遗传物质(结构)从大到小概念:细胞核染色体DNA基因密码子碱基对(储存信息)基因控制蛋白质合成:基因中一个密码子决定蛋白质的一个氨基酸的种类和序列。例:胰岛素蛋白质由51个氨基酸组成。胰岛素基因则有51个密码子起始、终止密码子53个密码子,碱基对数53个密码子3159个碱基对注:DNA作为生物的功能性的物质,是通过控制合成另一类重要的,既有功能性物质,又有结构性的物质蛋白质,来储存、传递的表达生命遗传信息的。染色体是遗传物质的载体，DNA是遗传信息的载体。遗传物质的基本单位是基因;遗传信息的最小单位则是碱基对。4、总结:A.综合来看,生物体是进行物质、能量和信息变化的有机结构和功能统一体。B.生物体构造、生理功能、生活习性，能量转化和利用、信息储存和传递，主要是生物体内物质、能量和信息的物理、化学变化，遵循着物理和化学的原理。同样遵守着物质和能量守恒的原理。C.许多生物学原理应该上升到理科层次中的知识和能力，因此，生物学是建立在物理、化学基础上的自然学科，属于理科。,三、我市中考中有关物质和能量的基本要求1、理解生物都需要营养物质和能量。A.这些物质包括无机物和有机物，在生物体内的都有其基本作用或缺乏症。B.有机物构建生物体和提供能量。而有机物中的能量主要来自绿色植物光合作用时转化、储存的太阳能。2、理解生态系统中各类生物的物质和能量变化的特点A.生产者和分解者在生态系统中的作用。B.物质和能量在生物圈与生物之间流动，在各类生物之间，也通过食物链和食物网流动着，但最终还原到自然界中。一般只是定性分析，没有定量分析。3、细胞中物质和能量的主要变化A.掌握细胞膜、液泡的功能，两种细胞器中物质、能量变化的特点。B.细胞核与遗传信息变化的基本原理；细胞是物质、能量和信息的统一体。4、掌握植物三大作用中物质和能量的变化规律A.光合作用、呼吸作用和蒸腾作用中物质和能量的物理和化学变化。B.了解植物的结构适应这些物质变化的结构特点。5、把握人体内的新陈代谢特点A.消化、吸收、呼吸、循环、泌尿系统中与物质和能量的化学变化。B.了解人体对外界信息的感知和传递。主要激素的调节作用。,7、,6、说出部分物质对生命的调控作用生物体的统一性A.如水分、维生素、激素、某些蛋白质等对生命现象的调节控制作用；B.部分物质与人体健康的关系。7、理解遗传物质、信息的基本概念A.知道生物体内储存信息的遗传物质主要是DNA，遗传物质的基本单位是基因，基因控制生物的各种性状，一对基因的遗传学分析。B.染色体的组成、数量、化学特性、复制和传递的基本规律。C.生物的种群内通过生殖过程传递着遗传信息。8、了解生物学中物质和能量的基本应用A.了解部分生物技术与生物体的物质、能量和信息变化的关系。B.用生物学物质、能量和信息变化的关系，理解生产和生活中的部分实际问题。9、掌握有关物质和能量的基本概念(学科的中心)A.物质和能量本身,就是自然学科(物理、化学和生物学)中的重要概念。B.新陈代谢:在生物学中,新陈代谢就是讲生物体内,以及生物与外界之间的物质和能量变化和物质能量交换。C.物质和能量在生物体内变化的重要概念:光合作用、呼吸作用、蒸腾作用等。D.物质和能量在生物体内变化的重要结构:叶绿体、线粒体、细胞膜、细胞核、小肠、肺、心脏、血液、肾脏、导管、筛管、叶片等等，最重要的是