大家好，我是鲁晶晶，来自湖北省龚永铸名师工作室。今天要分享的内容是高中生物人教版必修一细胞的能量供应和利用一节中，如何利用生物浓缩机制提升三类生物二氧化碳的获取效率。这三类其实是生物学中的难点和精华，无论对学生还是老师，都需要充足的时间讲解、讨论和练习。就学生层面来说，一、概念抽象与空间想象困难。比如学生难以在脑海中构建C四植物花环状结构的三维图像。又比如蓝细菌，羧酶体是一个微观的细胞器级别的概念，学生无法直观感受。2、过程复杂与逻辑链条断裂，学生容易记混每个步骤的底物产物、发生地点以及关键酶。3、术语繁多与生化基础薄弱，各种酶它的名称相似且功能也相似，学生容易张冠李戴。还有很多中间产物，学生都感到困惑，难以记清楚谁是谁。就教师层面来说，一将复杂过程可视化与简化的挑战，这对教师的一个绘图和比喻能力要求很高。如何平衡准确性与简易性？讲的太细，学生会被深化细节淹没。讲的太粗，学生无法理解核心逻辑。二构建跨章节知识体系的一个困难，教师需要串联起之前学过的多个知识点，精心的设计教学流程，帮助学生穿针引线，而非学习几个孤立的知识点。三教学时间与课程进度的矛盾，在紧张的课程安排下，教师往往面临赶进度的压力，难以让学生充分的消化吸收。对此我的一些策略支招，比如在活动设计中对于一些概念抽象的这个问题，对一些抽象的概念我觉得可以利用动画3D模型去动态的去展示C四植物或者是景天科植物的它的物质运输以及他的工作过程。另外我们可以用比喻法让学生能够形象的理解，将C4途径比作成收集源和加工厂，将缩媒体比作为高压锅或者是二氧化碳的一个充电宝。对于过程复杂对于复杂的一个过程，我认为可以用思维导图的一个形式分布学习，理清主线。同样还可以去制作表格，从场所关键、没时间优势等维度对比这三类机制。另外我们可以采用问题驱动的一个教学方法，去强调逻辑的终点。对于一些术语繁多的这一个对于繁多的术语问题，我们不要一次性的去抛出所有的术语，随着讲解步骤去逐步的深入，可以设计一些口诀或者是故事，帮助学生去记忆流程。我们教材里面是重点以C三植物为例讲解二氧化碳的浓缩机制。学生对这一块是非常熟悉的。那么对于C四植物和景天科植物，乃至后面我们讲白细菌这种生物，它的二氧化碳的浓缩机制是陌生的。所以我们应该以C3植物为切入点，对于学生的这一个熟悉的领域，以此为切入点，然后去进入他们陌生的这三个领域。下面就我设计的教学活动及教学支架的实施过程进行详细的讲解。我设计的第一个问题是C四植物的一个二氧化碳的浓缩机制。不知道大家有没有发现，夏天玉米地晒得冒烟它还能长，但小麦田不交水就淹了。其实这和他们光合作用的门派有关，C3和C4两大派系。首先来看C三植物，像饭桌上的大米、馒头原料小麦，他们的原料小麦还有炒菜。我们用的这个大豆，它是一个没细，它们为C三植物，它们干活比较传统，光合作用先合成三碳化合物，所以这是它的命名C3的1个原因。它适合在温带或者是水分充足的这个地区，太热太干它是容易中暑，气孔一关闭它就罢工。C四植物就像我们右图所示的江湖，是江湖人却称其为耐旱高手，像玉米、甘蔗、高粱都是狠角色。我们再来看一下C三植物和C4植物的叶片结构。C四植物那些花环状的结构，这些细胞能够把二氧化碳当快递一样的层层转运，效率直接翻倍。而C三植物就像一个小作坊，所有的步骤都在一个车间内完成，环境稍微差一点点，很有可能就不能够把这个过程持续进行。研究发现玉米的叶片结构，我们可以看玉米的叶片结构，它的维管束鞘细胞和叶肉细胞紧密排列，组成花环状结构。植物只能够短时间的开放气孔，二氧化碳的摄入量必然少。植物必须利用这少量的二氧化碳进行光合作用，合成自身生长所必需的物质。叶肉细胞中的叶绿体有内囊体，能够进行光反应。同时二氧化碳我们可以看右上方的这个流程图，二氧化碳能被整合到C四植物中。随后这个C四化合物通过这个四碳化合物通过胞间连丝进入维管束鞘细胞。维管束鞘细胞没有完整的叶绿体，在维管束鞘细胞中，四肽化合物释放出的二氧化碳参与卡尔文循环，进而生成有机物，并且不拘存淀粉。PEP羧化酶可以形象的称为二氧化碳泵。它提高了C四植物固定二氧化碳的能力，是C四植物比C3植物具有较强的光合作用能力，特别是在高温像高温光照强烈干旱条件下，并且它没有光合午休的现象。这是C4植物的它的一个二氧化碳的浓缩机制。从这个图中我们可以详细的去比较C3和C4植物的它的一个区别。我涉及的第二个问题是景天科植物的二氧化碳的浓缩机制。在比较了C3植物和C4植物之后，学生自然会有疑问，那么自然界中其他的植物是否也全都是C3类似这样的途径呢？显然并不是。比如说景天科植物，景天科植物它在夜间可以吸收二氧化碳，淀粉经糖酵解形成磷酸烯醇式丙酮酸，简称PEP，这里的PEP叫做磷酸烯醇式丙酮酸。在PP羧化酶的催化下，二氧化碳与PP结合形成草酰乙酸，进一步还原为苹果酸存储在液泡中，从而表现出夜间淀粉减少，苹果酸增加，细胞液PH下降。而白天气孔关闭，苹果酸会转移到细胞质中，脱羧放出二氧化碳进入C3途径合成淀粉形成的丙酮酸可以形成PEP再还原为三碳糖。最后合成淀粉或者是转移到腺体进一步释放二氧化碳，又可以进入C3途径，从而表现出白天淀粉增加，苹果酸减少，细胞液PH上升。这是景天科植物在白天气孔这一个关闭，而夜晚气孔开放它的一个机制。通过夜晚气孔开放去富集二氧化碳，然后以苹果酸的形式存储在叶片中。即使在白天它的这个气温或者是温度过高，或者是光照作用过强，它的气孔的关闭依然不影响它的苹果酸从液泡进入细胞质机制，从而分解成二氧化碳参与卡尔文循环合成有机物。我涉及的第三个问题是蓝细菌的二氧化碳的浓缩机制。在前面前面我们讲的主要是植物的一个二氧化碳的浓缩机制。我们知道对于生产者来说，除了绿色植物以外，还有一些能够进行光合作用的微生物。比如说蓝细菌。蓝细菌它有一个特殊的一个结构，称为羧化体。羧化体的二氧化碳的机制，我们可以通过右上图详细的来看。细胞吸收碳酸氢根以及二氧化碳进入之后会转化为碳酸氢根，都可以选择新的通过羧化体的蛋白质外壳进入缩化体，然后在缩化体经这一个相应的酶催化转变成二氧化碳。由于羧化体既能够阻止氧气的进入，又能够阻止二氧化碳溢出，所以羧化体体内的二氧化碳浓度很高，且无氧气竞争。在催化体内这一个相应的没这个阿酶阿没的催化作用下，它可以形成三碳酸，完成二氧化碳的固定。羧化体中产生的这个三碳酸最终会排出羧化体外，进入细胞质机制，再进行卡尔文循环。通过以上这一个梳理，我们发现这三类生物的二氧化碳的浓缩机制各有差异。对此我们也会有一些补充。比如说是不是生物界中的生生物界中的所有的生物都只有这三种类型。三种类型除了C三植物以外，C四植物C还有景天科植物的浓缩机制，还有蓝细菌二氧化碳浓缩机制。那么是否还存在着其他的类型呢？我们说有比如说存在一些混合型的，还有一些柔性机制。C3C4中间型存在一些中间类型的植物，它们具有部分C4的1个特征，能够减少光呼吸的效率不如完全的C四植物。还有一些坚信的cnm植物，景天科植物，比如说这个冰叶日中花，它在水分充足时能够进行C3的光合作用，在干旱胁迫下可以转化为景天科途径，展现出了植物对环境适应的一个灵活性。还有诱导CCM型诱导型的CCM，CCM就是二氧化碳浓缩机制，许多藻类的这个二氧化碳浓缩机制，它是可以诱导的。比如当环境中二氧化碳浓度充足时，CCM相关基因的表达会被抑制。当二氧化碳受限制，CCM会被迅速的激活。第二是前沿的研究与技术的应用，主要体现在合成生物学以及作物的改良，这是当前最热门的领域。科学家们正尝试着将高效的二氧化碳浓缩机制去导入相应的植物中，提高农作物的一个产量水分和氮利用的效率，去应对了全球粮食的安全挑战。还比如说藻类，它能够高效的利用藻类高效的二氧化碳的浓缩机制的能力，进行工业的废弃的生物固氮，将其转化为生物燃料或者是高价值的化学品，是实现碳中和的潜在技术途径之一。就其进化的视角来说，我们说三类二氧化碳浓缩机制是生活在不同的进化路径上，面对相似的选择压力而趋同演化出的一个解决方案。他们都独立的发展出了将二氧化碳的预固定和浓缩机制，只是实现了时空逻辑的不同研究他们的进化起源有助于我们理解生命适应环境强大的可塑性。最后我们通过表格去归纳比较C3C4和景天科植物的一个二氧化碳浓缩机制的一个不同。因为这三个是都是讲的植物，当然再额外的再去强调蓝细菌的一个二氧化碳的一个浓缩机制。三类生物它的一个浓缩机制的理解，我想不仅揭示了生命演化的奥秘，更为人类通过生物技术应对未来的一个农业和环境挑战，提供了无限的灵感与工具箱。成功的教学的关键在于教师不仅不能仅仅的作为知识的一个陈述者，更要成为学生思维的引导者和架构师。通过将抽象概念具体化，复杂过程逻辑化，相似策略差异化，才能够帮助学生突破难点，真正理解这些生命演化中的奇妙设计。我今天的分享就到这里，谢谢大家。