高中生物“三维六元”教学案例

第5章细胞的能量供应和利用第1节降低化学反应活化能的酶第1课时酶的作用和本质一、教学目标的确定【教材与学情分析】“降低化学反应活化能的酶”一节是在前面学习了有关细胞结构和功能的基础上进行学习的。细胞代谢之所以在温和条件下高效进行，酶是不可缺少的条件。酶的相关知识，又为后面学习ATP、细胞呼吸与光合作用等知识作了铺垫。本节第1课时涉及有关科学实验过程和方法的知识，对整个生物学实验教学有着非常重要的作用，是进行探究式教学的极好素材。因此，要在教学实施过程中，充分运用探究实验，把知识的传授过程优化成科学的探究过程，让学生在探究过程中学习知识的同时，学习科学研究的基本方法。学生通过前面章节的学习，已初步认识到生物学的物质观和结构功能观，对于物质能量观还比较陌生。在初中阶段学习了“消化酶对食物的消化”相关内容，做了“探究馒头在口腔中的变化”实验，知道“酶在温和的条件下促进化学反应的进行”。本节授课对象为高一的学生，他们对细胞内的化学反应了解很少，但对无机化学反应却接触较多，对加快化学反应的速率的方法有一定的了解。他们思维活跃、求知欲强，具有一定的分析问题的能力，但缺乏探究经验，习惯讲授式教学模式。【教学目标及重难点】1.通过对酶催化作用具体实例的讨论，说明酶在细胞代谢中的作用。（重点、难点）2.通过实验探究，尝试控制变量和设计对照实验。（难点）3.通过对资料的分析归纳，认识酶的本质，认同科学在不断地探索和争论中前进。（重点）【学科素养】1.生命观念通过对酶催化作用具体实例的讨论，说明酶在细胞代谢中的作用及酶的本质。阐明生命活动不仅具有物质基础，还需要能量驱动，初步形成生物学的物质和能量观，并尝试运用这一观念解释细胞的生命活动。2.科学探究通过相关的实验和探究，尝试控制自变量、观察和检测因变量，设置对照实验，并能运用所掌握的科学方法和探究技能。3.科学思维通过阅读分析“关于酶本质的探索”的资料，学会运用证据和逻辑来评价论点、建构概念，认同科学是在不断地探索争论中前进的，伟大的科学家也会有认识上的局限性，并在概念学习过程中，训练、提升科学思维品质。4.社会责任关注酶在生产、生活中的应用，尝试应用所学生物学知识解决生产、生活中的实际问题，关注生物科学技术与社会的关系。二、教学设计思路【设计理念】本节课采用构建“三维六元”学本课堂的基本教学模式，以新课标为基本依据，教材为基本素材，优化课堂“问题导学”，让学生自学、议学；推进课堂“思维建构”，让学生探学、展学；实现学生“个性发展”，让学生评学、练学。通过启发式教学，激发学生主动参与学习，知能并重，培养学生生物科学素养，达成本节课学习目标。【教学流程】三、教学策略1.教法①启发式教学法通过问题导学和知识建构，以设问和疑问层层引导，激发学生动机，启发学生积极思考，逐步从常识走向科学，将感性认识提升到理性认识，培养和发展学生的抽象思维能力。②合作探究教学法让学生小组合作完成实验操作及问题探究。从反应物、反应条件、实验原理、实验步骤、现象记录和分析、归纳得出结论等方面，引导学生理解实验设计，进行实验操作并尝试改良实验设计，从具体到抽象、从实践到理论来深化科学探究思想，培养学生的小组协作能力和科学探究能力。③直观教学法教材中活化能概念的文字叙述很抽象，虽然加入了卡通式插图和图解，但仍然是平面的、静止的，很难实现知识迁移。而视频动画是立体的、直观的、动静结合的，并且能够展示不同条件下的反应情况，重点突出，难点易化。④角色扮演教学法让学生通过角色扮演，经历与科学家研究相似的再发现过程，充分感知知识的形成过程，内化知识形成能力。2.学法引导学生“自主合作探究”，通过自主学习、阅读资料、小组讨论、实验操作、观察分析、模型建构、角色扮演、归纳总结、联系实际等方法来学习本课时的内容。四、教学准备多媒体课件、实验材料用具、教学工具单五、教学实施过程学习任务教师活动学生活动设计意图【创设情景，引入新课】【小视频】“斯帕兰札尼研究鹰的消化作用”实验讨论题：1.为什么要将肉块放在金属笼内？2.是什么物质使肉块消失了？3.怎样才能证明你的推测？观看视频，思考问题，与同伴讨论，解答问题。激发学生的好奇心和学习兴趣，激励学生通过思考探索生物界的奥秘，提高学生学习的主动性，训练学科思维，提升学生学科素养。【总结】引导学生尝试总结实验结论。学生认识到食物在胃中的消化，靠的是胃液中的某种物质。【展示资料】引导学生思考本实验及德国科学家施旺对动物消化研究的意义。学生认识到食物在胃中的消化，离不开消化酶的作用。【学习目标】呈现本节课学习目标学生齐读学习目标明确本节课的学习目标，增强学习的有效性。【小组实验，类比分析】【小视频】了解细胞中的过氧化氢酶和SOD（超氧化物歧化酶）与细胞衰老的关系。学生观看视频，并参考教材76页及124页内容，直观认识到酶在细胞代谢中具有重要作用。引发学生对酶的作用的学习兴趣，了解到酶与自身健康的关系，开阔学生视野。【实验探究】安排小组实验，介绍实验原理、及实验材料用具学生明确实验步骤，完成小组实验，观察实验现象，填写实验结果。巩固学生基本实验操作技能，增强好奇心和求知欲，提高实验探究能力。【合作探究，问题解决】【布置任务】小组讨论三个探究问题，安排各小组展写及展讲任务。学生起立聚首，在规定时间内完成教师布置的讨论及展写任务，组内安排展讲人。问题1.基于实验事实，经过分析，归纳出酶在细胞中的重要作用。理解自变量，因变量，无关变量的概念，体会设置对照实验的意义。问题2.通过类比推理及构建数学模型，让学生理解“活化能”的概念，以及“酶降低化学反应活化能”的机理那你出去进一步认识酶在细胞代谢中的作用。训练学生的科学思维。问题3.通过了解“关于酶本质的探索历程”科学史，激发学生学习科学史的兴趣，认同科学在争论中前进，在不断探索中发展，同时激励学生学习科学家的科学精神，自觉培养优良品格。【小组展讲】安排各小组展讲任务问题，教师做评价和补充。【角色扮演】安排学生通过角色扮演，再现“关于酶本质的探索历程”科学史。1.小组派出展讲人，结合展写内容，展讲任务问题。2.其他同学认真听讲，及时整理笔记，并适当提出补充和质疑。【当堂检测】安排学生定时完成课堂检测题后，公布答案。学生自主思考，在规定时间内完成课堂检测题。之后抢答，明确答案。活跃课堂，及时复习，巩固，适度拓展延伸。【归纳提升、反思总结】引导学生对本节课所学知识进行总结归纳。由学生思考自己在本节课的收获，自主完成课堂小结，并进行展示。训练学生的归纳总结能力及语言表达能力。从整体上达成对“酶的作用和本质”的认知与理解。【课后实践】提出问题：你知道什么是酵素口服液吗？酵素对人体健康有什么影响？引导学生查阅资料，了解酶在生活中还有哪些的应用。小组合作完成“酶在生活中的应用”相关资料收集，课后进行展示。培养学生用所学知识解决生活中的问题，科学看待商品广告宣传。引导学生关注社会关联性的知识，培养学生的社会责任意识。【布置作业】安排学生《问题拓展评价单》，并搜集学生作业中的问题，及时进行答疑解惑，学生定时独立完成《问题拓展评价单》后，通过小组讨论解决疑难，整理作业中共同的问题，交给教师。训练学生通过独立学习及合作学习，完成知识巩固，实现共同进步。六、板书设计七、教后反思本节课包括课前，课中与课后三个学习阶段，在合作学习和探究的过程中落实教学目标，将“教师为主导”和“学生为主体”进行有效的契合。采用多种教学手段，激发学生学习兴趣，提高学生在课堂中的参与度，在师生互动、生生互动中进行思想的碰撞，帮助学生逐步推演建立有关酶的生物学概念，培养与提高了学生的逻辑思维能力、实践动手能力及科学态度等学科素养。生物科学史展现了科学家曲折而艰辛的探究过程，生物科学史的教学既不能简单带过，又不必让学生将科学史本身作为基础知识来记忆，而应将科学史当作供学生分析和讨论的材料，再结合让学生通过扮演科学家的方式，让学生踏着科学家的足迹感受科学研究的过程，极大调动了学生学习科学史的热情。学生不仅学会了对原理和结论进行归纳，还认识到科学知识的获得需要众多科学家进行大量的工作和长期艰辛的付出，以此培养学生严谨的科学态度、吃苦耐劳的品德及为科学现身的社会责任意识。因此，生物科学史是培养学生科学探究、学科素养及社会责任的生动材料。总体来看，本节课知识容量大，课堂学习环节多，教师要在课前认真收集整合不同班级、不同层次的学生预习中生成的问题，依据学生学情，进行教学资源的筛选和教学引导问题的设置。此外，还需要教师在日常教学中这剧性的培养学生合作学习和交流讨论的习惯，这样才能实现协调合作与顺畅交流，从而达到课堂的高效学习。八、课堂实录小组讨论角色扮演展写展讲附：教学工具单高一生物——问题生成评价单课题：5-1-1酶的作用和本质设计：杨彬彬审核：孙占峰班级：组名：姓名：时间：2021-12-10【学习目标】1.通过对酶催化作用具体实例的讨论，说明酶在细胞代谢中的作用。（重点、难点）2.通过实验探究，尝试控制变量和设计对照实验。（难点）3.通过对资料的分析归纳，认识酶的本质，认同科学在不断地探索和争论中前进。（重点）【预习要求】1.细读教材，划出重点，尝试解答教材问题。2.主动思考，完成《问题生成评价单》中相关内容。【知识回顾】细胞中的主要能源物质是；细胞中的良好储能物质是；生命系统中能量的最终源头是。【问题导学】1.什么是细胞代谢？细胞代谢为什么离不开酶？酶的作用机理是什么？2.填写下列概念变量自变量因变量无关变量对照实验对照组实验组3.写出实验《比较过氧化氢在不同条件下的分解》中的变量及对照组和实验组变量自变量因变量观测指标无关变量设置对照对照组实验组4.酶是什么物质？通过分析“酶本质的探索过程”，你对科学发展的过程有哪些领悟？【问题生成】【四级评价】个人评价小组学科长评价学术助理评价教师评价生物学习小组——问题汇总评价单班级小组日期课题组员签名我们的问题：（温馨提示：问题后需署名）小组学科长评价学术助理评价教师评价高一生物——问题解决评价单课题：5-1-1酶的作用和本质设计：杨彬彬审核：孙占峰班级：组名：姓名：时间：2021-12-10【创设情景，引入新课】——酶的发现1773年，意大利科学家斯帕兰札尼(L.Spallanzani，1729—1799)做了一个巧妙的实验：将肉块放入小巧的金属笼内，然后让鹰把小笼子吞下去。过一段时间后，他把小笼子取出来，发现笼内的肉块消失了。讨论：1.为什么要将肉块放在金属笼内？2.是什么物质使肉块消失了？3.怎样才能证明你的推测？实验结论：研究意义：【小组实验，类比分析】——酶在细胞代谢中的作用1.参考教材76页及124页，了解细胞中的过氧化氢酶和SOD（超氧化物歧化酶）与细胞衰老的关系2.参考下列内容，完成小组实验——《比较过氧化氢在不同条件下的分解》（1）实验原理：注：每滴FeCl3溶液中的Fe3＋数大约是每滴肝脏研磨液过氧化氢酶分子数的25万倍。（2）实验材料、试剂：新鲜的质量分数为20%的肝脏研磨液；3%的H2O2溶液；3.5%的FeCl3溶液。（3）实验过程：试管编号1234H2O2溶液（3%）2

mL2

mL2

mL2

mL实验处理无90℃水浴加热2滴FeCl32滴肝匀浆检测指标观察气泡冒出情况；卫生香复燃情况实验结果【合作探究，问题解决】问题1.酶在细胞代谢中的作用结合小组实验结果，分析回答下列问题：（1）与1号试管相比，2号试管出现什么不同的现象？这一现象说明什么？（2）在细胞内，能通过加热来提高反应速率吗？（3）3号和4号试管未经加热，也有大量气泡产生，这说明什么？（4）3号试管与4号试管相比，哪支试管中的反应速率快？这说明什么？（5）为什么说酶对于细胞内化学反应的顺利进行至关重要？（6）总结本实验的结论并解释其原理。问题2．酶的作用机理分析下面无催化剂和酶的作用机理示意图，回答下列问题：(1)没有催化剂时的活化能是多少？有酶催化时的活化能又是多少？(用图中字母表示)(2)酶能不能为化学反应提供所需要的能量？酶加快反应速率的机理是什么？(3)下表数据是在20℃测得的H2O2分解的活化能，数据说明，酶和无机催化剂相比有什么不同？条件活化能/kJ·mol－1没有催化剂催化75用FeCl3催化54用过氧化氢酶催化29问题3.关于酶本质的探索历程分析教材79页【思考·讨论】关于酶本质的探索，回答下列问题（1）仔细阅读本节的“思考•讨论”，通过完成下面的表格，体会巴斯德、李比希、毕希纳、萨姆纳的观点之间的逻辑关系；19世纪酿酒业发现问题当时已知当时认为1857年·法国微生物学家巴斯德显微镜观察提出德国化学家李比希坚持认为1917-1926年·美国科学家萨姆纳实验发现后来证明20世纪80年代·美国科学家切赫和奥尔特曼发现（2）巴斯德和李比希的观点各有什么积极意义？各有什么局限性？（3）在科学发展过程中出现争论是正常的。巴斯德和李比希之间出现争论的原因是什么？这一争论对后人进一步研究酶的本质起到了什么作用？（4）从毕希纳的实验可以得出什么结论？（5）萨姆纳历时9年才证明脲酶是蛋白质，并因此荣获诺贝尔化学奖。你认为他成功的主要因素是什么？（6）结合以上问题，谈谈对科学发展过程的认识。（7）请给酶下一个比较完整的定义。【当堂检测】1.判断下列有关叙述的正误(1)酶的作用是为化学反应提供能量()(2)同无机催化剂相比，酶催化效率更高的原因是酶降低活化能的作用更显著()(3)酶是活细胞产生的，只能在细胞内起作用()(4)所有的酶都是在核糖体上合成的()(5)酶为化学反应提供了活化能()(6)酶是活细胞产生的具有催化作用的蛋白质()(7)酶起催化作用后立即被降解()(8)无关变量是对实验没有影响的变量()2.下图表示“比较过氧化氢在不同条件下的分解实验”。相关分析合理的是()A．本实验的因变量是不同的催化剂B．本实验的无关变量有温度和酶的用量等C．1号与3号、1号与4号可分别构成对照实验D．分析1号、2号试管的实验结果可知加热能降低反应的活化能3.下列各图中，①表示有酶催化的反应曲线，②表示没有酶催化的反应曲线，E表示酶降低的活化能。其中正确的图解是()4.下列关于酶的叙述，正确的是()A．酶只有在生物体内才能起催化作用，起催化作用的本质是提高反应的活化能B．所有酶都含有C、H、O、N四种化学元素C．人体内的酶进行催化过程中，酶本身不变，所以酶不会发生自我更新D．酶都在核糖体上合成【归纳提升、反思总结】归纳提升：反思总结：【课后实践活动】你知道什么是酵素口服液吗？酵素对人体健康有什么影响？请查阅资料，了解酶在生活中还有哪些的应用。个人评价小组学科长评价学术助理评价教师评价高一生物——问题拓展评价单课题：5-1-1酶的作用和本质设计：杨彬彬审核：孙占峰班级：组名：姓名：时间：2021-12-10【基础训练】1．在“比较过氧化氢在不同条件下的分解”实验中加入肝脏研磨液与加入氯化铁的试管反应程度类似，都不剧烈，可能的原因是()A．过氧化氢溶液配置时间过长B．肝脏不新鲜C．试管不干净D．A、B都有可能2．下列试管中各注入10mL2%的过氧化氢溶液，实验中产生气泡最多的是()3．下图表示“比较过氧化氢在不同条件下的分解”实验。有关分析合理的是()A．1号与2号、1号与4号可分别构成对照实验B．本实验的无关变量有温度和酶的用量等C．本实验的自变量是不同的催化剂D．分析1号、2号试管的实验结果可知加热能降低反应的活化能4．在如图所示的实验中，属于自变量的是()A．催化剂的种类B．过氧化氢分解的速率C．产生气泡量D．试管中的过氧化氢溶液的量5．绝大多数酶在水解过程中，通常能得到多肽，最后能得到氨基酸，这说明()A．酶是由活细胞产生的B．酶是生物催化剂C．绝大多数酶的化学本质是蛋白质D．酶的基本组成单位是多肽6．活化能是指分子从常态转变为容易发生化学反应的活跃状态所需要的能量。如图为酶的作用模型，请据图回答下列问题：(1)从图中可以看出，没有酶催化时，发生化学反应需要的活化能________；有酶催化时，发生化学反应需要的活化能________；a指________________________。因此，酶催化作用的本质是________________。(2)酶的化学本质是________________，酶起作用的部位是________________________。7．美国科学家T.R.Cech和S.Altman发现将大肠杆菌中具有催化作用的物质中的蛋白质除去后，留下的RNA仍有催化作用，故称为核酶，因此而获得了诺贝尔化学奖，某实验小组为验证该酶的化学本质为RNA，设计了如下实验，请完善实验过程。(1)材料用具：核酶、核糖核酸酶、吡罗红染液、小试管、滴管等。(2)实验步骤：①取2支试管编号1、2，分别向其中加入1mL的核酶。②向1号试管加入1mL的________，向________号试管加入1mL的核糖核酸酶。控制在适宜的温度下反应一段时间。③再向2支试管中分别加入1mL的________。④观察实验现象：1号试管出现___________________，2号试管不变色。(3)实验结论：________________________________________________________________________。【能力突破】8.如图为四支装有等量等浓度H2O2溶液的试管在不同条件下，相同时间内释放氧气量的柱状图。下列相关叙述，错误的是()A．①组与②组中H2O2分解反应的活化能相同，③组与④组中该反应的活化能相同B．与①组相比较，②组的水浴加热为H2O2的分