基于生物核心素养的“细胞中的无机物”教学设计

冯芬

进入21世纪以来，学生的成长环境以及社会对人才的要求发生着深刻的变化，为更好地满足社会需求，贯彻教育“立德树人”的根本任务，国家对人才的培养提出了更高的要求——核心素养。《普通高中生物学课程标准（2017年版）》中指出生物学科核心素养包括：生命观念、科学思维、科学探究、社会责任。本课创设多个真实情境，帮助学生达成核心素养。

1 教学背景

1.1 教材分析

“细胞中的无机物”是人教版生物《必修卜分子与细胞》的第二章第五节，包括细胞中的水和无机盐两部分。教材列举诸多实例，引导学生在联系生活实际的基础上，掌握无机物在细胞中的存在形式和功能。这部分内容较简单，属于了解水平，既是对细胞中有机物的补充，也为《必修3-德态与环境》的学习打下基础。

1.2 学情分析

通过前期学习，学生对细胞中的物质己有一定了解，在日常生活中对水和无机盐积累了较丰富的感性认识，但对于水和无机盐在细胞中的存在形式没有明确的概念，对其功能也未形成理性认识。

2 教学目标

①明确水和无机盐在细胞中的存在形式和作用，认同生命的物质观。

②通过分析图表、提取信息、归纳总结，提高科学思维的能力。

③通过设计、进行、分析实验，提高科学探究的能力。

④认同水是生命之源，提高节约与保护水资源的环保意识，养成社会责任。

3 教学重难点

重点：水和无机盐在细胞中的作用。

难点：结合水的概念：无机盐的作用。

4 课前准备

演示实验（干树叶中有水吗？）所需材料：教师准备两片完全干燥的树叶，一片剪碎后分装至两只干燥试管，另一片保持完整供展示用。除此之外，还需准备试管架1个、试管夹1个、酒精灯1个、火柴1盒。

小组实验（蛋清中结合水的转化），每组所需材料：50mL烧杯2个，其中一个烧杯中提前装入少量新鲜蛋清、食盐（约1g）、搅拌棒1个。

5 教学过程

5.1 情境导入，激发兴趣

教师设问：为什么运动饮料“解口渴，更解体渴”？并展示某种运动员饮料中的化学成分表，设置问题串引导学生理解，并引出课题：

①运动饮料中什么成分最多？

②蔗糖与其他糖类的作用是什么？

③柠檬酸与柠檬香精的作用是什么？

④NaCl等其余的成分是什么？

⑤運动饮料中什么成分解口渴，什么成分解体渴？它们在细胞的生活中起什么作用？

5.2 目标导学

教师展示本节课的学习任务，使学生，把握重难点：

①说出水在细胞中的存在形式及作用;

②说出无机盐在细胞中的存在形式和主要作用。

5.3 细胞中水的学习

5.3.1 水的含量特点

教师依次展示表1～表4，引导学生分析图表、提取信息、归纳总结，提高科学思维素养。

学生根据表1、2，可得特点①：水是细胞及生物体中含量最多的化合物。再根据表2，可得特点②：不同生物体含水量不同，且一般水生生物大于陆生生物。根据表3，可得特点③：同一生物不同生长发育时期含水量不同。根据表4，可得特点④：同一生物不同组织器官含水量不同。

教师提示学生关注表4中血液与心脏的含水量，设问：为什么心脏与血液含水量相差不大，形态却相差甚远？从而自然过渡至水的存在形式。

5.3.2 水的存在形式

教师演示实验：干树叶中有水吗？加热装有干树叶的试管，与另一只未加热的试管对比展示，可见试管内壁产生大量水珠。教师引导学生，得出结论：干树叶中仍有水分——结合水。接着，教师从名称、定义、含量三方面对比自由水与结合水。

5.3.3 自由水与结合水的相互转化及意义

学生分小组进行蛋清中结合水转化的实验：

①蛋清含水量高达88%，预测其流动性较强。

②在烧杯中来回倾倒蛋清，发现蛋清易形成团块，与纯水相比流动性较差。教师解释原因：蛋清富含的蛋白质周围束缚有结合水，使流动性下降。

③加入食盐后发现蛋白质析出形成白色絮状沉淀，倾倒时团块消失，蛋清流动性明显加强，接近纯水。教师引导：蛋白质盐析后对水的束缚消失，被释放的结合水转化为自由水，使蛋清流动性增强。

教师展示蛇毒凝血动图，得出结论：自由水在一定条件下可以转化为结合水。教师展示以下问题，要求学生根据生活常识回答：

①干黄豆发芽必须吸足水，主要增加_______的含量，使种子的新陈代谢。

②冬天马路结冰可以撒盐融冰，因此细胞中结合水含量增加，生物抗寒性_______。

教师引导学生得出结论：自由水含量增加，生物的新陈代谢加快，抗逆性减弱;结合水含量增加，生物的新陈代谢减弱，抗逆性增强。

5.3.4 水的生理功能

学生根据概念，总结结合水的功能：细胞结构的重要组成成分。

教师展示表5中左侧现象一栏。学生小组讨论，根据现象，总结自由水的功能。

5.3.5 了解资源现状，强化环保意识

展示地球水资源及淡水资源含量的图片，教师呼吁：水是人类宝贵的资源！请节约用水！生命活动离不开水，没有水，就没有生命！从而提高学生的环保意识，养成社会责任。

5.4 细胞中的无机盐

教师举例介绍无机盐的存在形式，并回顾其含量。

教师结合生活实例，引导学生总结无机盐的生理功能：

①根据植物缺镁与人缺铁时的症状，结合教科书中叶绿素与血红蛋白部分结构示意图，总结功能：参与构成细胞中的某些化合物。

②根据人血钙过高、过低以及植物缺硼时的症状，总结功能：维持细胞和生物体的生命活动。

③正常人血浆pH应稳定在7.35～7.40间，否则会出现酸碱中毒。教师引导：剧烈运动后产生会乳酸或者摄入较多酸性食物后为什么不会出现酸中毒？因为血浆中存在如NaHCO₃/H₂CO₃众多缓冲对，总结功能：维持细胞的酸碱平衡。

④根据动物细胞生活在生理盐水中，总结功能：维持细胞的渗透压平衡。

5.5 构建知识框架（图1），形成知识体系

6 教学反思

本课充分挖掘隐性课程资源，创设多个“以生为本”的教学情境，如“解口渴，更解体渴”的运动饮料、千树叶中的结合水等，激发学生的学习兴趣。课前目标导学，课后概念图总结，学生不仅见树木，更能见树林，有效地促进了生命观念形成。同时，教师利用原创实验—蛋清中结合水的转化，以蛋白质盐析为突破口，引导学生探究加盐前后蛋清流动性的变化，通过旧识点燃新知，引导学生用已有生物知识解决真实问题，将抽象的知识具象化，突破难点。另外，教师创设多个实验情境，学生在动手操作，动脑思考、动口交流的过程中落实科学探究。另外，教师还重视社会责任的养成，展示相关图片与数据，让学生了解水资源现状，养成节约与保护水资源的环保意识。

本节课的设计立足于生物学科核心素养，在真实情境中引导学生解决真实问题，发展学科观念，促进学科理解，达成生物学学科核心素养的培养。