2.1 细胞中的元素和化合物（1课时）（教学设计）-2026-2027学年高一上学期生物人教版必修1

该高中生物学教学设计聚焦“细胞中的元素和化合物”核心知识，通过生命起源热泉假说视频导入，以“细胞与非生物界元素异同”为主线，引导学生从元素种类与含量分析入手，逐步过渡到化合物种类及检测实验，构建“元素-化合物-生命特征”的知识支架。 此资料亮点在于融合生命观念、科学思维与探究实践素养，如通过地壳与细胞元素图表分析培养归纳能力，实验环节设计课前预习、小组操作及斐林试剂与双缩脲试剂对比讨论，结合膳食搭配分析强化健康意识，既提升学生科学探究能力，又为教师提供可操作的完整教学流程。

课题名称 2.1 细胞中的元素和化合物（1课时） 课堂类型： R新课 □复习课 □习题课 □实验课 □试卷讲评课 □其他： 学习者 分析 作为高中生，对生命起源等问题具有浓厚的兴趣，具备了一定的生产生活经验，熟悉身边常见的食材特征，对本节知识的学习具有一定的心理与经验基础；学生对生物实验十分感兴趣，喜欢通过直观的生物实验来掌握相应的知识点，在充分发挥学生兴趣特征的基础上，可以通过有效开展实验来深化对相关知识与技能的学习和理解；学生具备了解释处理一定的社会事物的欲望，分析设计中学生膳食搭配方案能够充分调动学生的学习积极性和主动性，在实践中引导学生学以致用。 教学目标 在课程标准中与本节有关的内容要求是：“说出细胞主要由C、H、O、N、P、S等元素构成”。对应的学业要求是：从结构和功能相适应这一视角，解释细胞由元素和化合物组成的，知道组成细胞的元素和化合物是细胞执行各项生命活动的物质基础。教学中，建议从生命的物质性的视角，解释组成细胞的元素和化合物的种类、含量的特点与作用。据此，确定本节的教学目标如下： 1、 说出组成细胞的元素都来自自然界但各元素相对含量又与无机环境不同，说出组成细胞的大量元素和主要微量元素。让学生认同生命的物质性，达到生命认同感，初步形成生命的物质观； 2、 说出组成细胞的化合物的主要种类，掌握组成细胞的化合物的相对含量； 3、 尝试检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质，基于实验简述组成细胞的物质的特殊性，在实验中发展学生的科学探究能力； 4、 在结合化合物知识分析膳食结构的过程中，引导学生建立健康的饮食习惯，关注营养与健康，有意识地将所学知识用于解释日常生活中的有关生命现象。 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 落实教学重点的方法： 1、 通过视频激发学生学习兴趣，结合图表等数据引导学生理解组成细胞的主要元素和化合物； 2、 通过课前预习实验、课上对实验原理和注意事项进行讲解，以小组的形式进行实验，完成实验报告单的填写。 教学难点 1、检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质 突破教学难点的方法： 1、通过课前预习实验、课上对实验原理和注意事项进行讲解，以小组的形式进行实验，完成实验报告单的填写。 教学资源 选择 教师用书、教材、题单、天天练 安排学生课前预习实验并填写相应的实验报告单 技术手段的使用： 电子白板、板书、多媒体 课时： 1课时 核心问题 细胞和石头都是由分子组成的，为什么细胞能表现出生命的特征呢？是因为细胞内有什么非物质的“活力”因素吗？ 教学过程设计 问题情境 教学活动设计 （学习活动设计） 设计意图 生命起源于深海热泉，深海热泉本身是生物吗？为什么？ 教师播放视频片段，展示生命起源的热泉假说与科学实验，提出以下问题： Q1：生物体结构和功能的基本单位是什么？ Q2：深海热泉中有哪些与一般的生物相同的特征？ Q3：生命起源于深海热泉，深海热泉本身是生物吗？为什么？ 学生结合视频，根据教师提示，回顾细胞是生物体结构和功能的基本单位，思考一般的生物与深海热泉的异同，意识到深海热泉不是由细胞构成的，不能独立完成生命活动，所以深海热泉不属于生物。 但即使深海热泉不属于生物，我们可以发现来自深海热泉的细胞和深海热泉拥有共用的物质性，那么为什么一个有生命特征，另一个却没有呢？是细胞中的分子有什么特殊之处吗？在章首页处，我们可以看到研究组成细胞的分子，实际上就是在探寻生命的物质基础，帮我们建立科学的生命观。而中科院院士邹承鲁老师说：阐明生命现象的规律，必须建立在阐明生物大分子结构的基础上。 我们在学习过程中其实已经潜移默化get到了一种方法技能，如果要去研究一个比较复杂的东西，我们把它拆分成简单的小问题。那么把细胞拆分来看，生物学中一般是拆到原子层面，当同种原子聚集在一起的时候我们将其称为元素，所以可以从元素层面来研究细胞和非生物界的关系。 教材16页问题探讨部分的图表，请回答下列问题： Q1：可以从哪些维度来分析地壳和细胞中的元素组成？你又发现了什么规律？ Q2：根据表中数据，如何理解生物起源于深海热泉等无机自然界？ 细胞生命活动所需要的物质，归根结底是从无机自然界中获取的，组成细胞的化学元素都能在无机自然界中找到，没有一种化学元素为细胞所特有。这说明细胞是物质的，生命与非生命在元素组成上具有统一性，在元素含量上具有差异性，由此也体现了生物界和非生物界的统一性和差异性。 通过与本章紧密相关的视频和有效提问激发学生的兴趣，引发学生思考，为章节教学做准备。在引发认知冲突的过程中引入本章学习。 问题情境 教学活动设计 （学习活动设计） 设计意图 经过进化形成的多种多样的生物在元素组成上是否也具有相似的统一性和差异性呢？ 既然生物体细胞中的元素都是来自无机自然界的，那么经过进化形成的多种多样的生物在元素组成上是否也具有相似的统一性和差异性呢？展示教材16页思考讨论部分“玉米和人体细胞中的部分元素含量关系图”。参照地壳与细胞中元素组成的比较思路，分析玉米和人体细胞中元素的组成关系。回答下列问题： Q1：在玉米细胞核人体细胞中含量较多的四种元素一样吗？怎样解释这一现象？——都是C、H、O、N四种，因为玉米和人都是生物，组成他们的主要成分都是水、糖类、蛋白质、脂类等物质，这些物质含有C、H、O，蛋白质中含有大量的N元素。 Q2：细胞中有些元素含量很少，是否意味着它们不重要？——可以结合教材22页进行解释。 Q3：比较组成玉米细胞和人体细胞中的元素种类和含量，你还能得出哪些结论？——种类几乎相同，但是含量不一样，说明玉米细胞和人体细胞中的物质组成大概相同，但是含量不一样，如人体细胞中的蛋白质含量多一些，玉米细胞中的糖类多一些，这与玉米和人体的物质和结构组成有关。 由此我们知道不同生物体中的元素组成、同一生物体内不同细胞中的元素组成在含量上可能都有差异，种类几乎相同，这体现了细胞的统一性和差异性。根据细胞中元素含量的不同我们可以将元素进行分类： 大量元素：C、H、O、N、P、S、K、Ca、Mg等元素；（占生物体总重量万分之一以上的元素） 微量元素：Fe、Mn、B、Zn、MO、Cu等；（含量很少，但生物体生命活动所必需的一些元素） 基本元素：C、H、O、N 结合思考讨论部分的表格我们可以发现细胞中确实有很多元素含量很少，那是不是这些微量元素不重要呢？学生可结合生活经验、教材22页进行说明，教师可以适当拓展如下。 在透过两个表格中的直观数据分析生物界与非生物界的统一性、差异性和物质性，以及组成生物体细胞的元素种类及含量特征的过程中，发展学生的归纳概括的科学思维能力。 通过设计课后作业构建五个元素相关概念的关系图的过程中，思考构建自然界中的元素到细胞中的基本元素的联系。 问题情境 教学活动设计 （学习活动设计） 设计意图 玉米和人体都属于生物，为什么组成二者细胞的相应元素含量存在较大差异呢？ 组成细胞的元素大多以化合物的形式存在。（部分金属元素是以离子形式存在的）。通过刚刚的表格我们已经知道玉米和人，换句话说其实动植物体内的元素种类是大致相同的，但是含量是不一样的，这可能跟两者体内的化合物的含量有关系。比如玉米细胞中的糖类就比人体细胞中多，人体细胞中的蛋白质含量又要多一些。我们一起来看一下细胞中的主要化合物及其相对含量，注意是相对含量。 学生阅读教材图2-1，将其中的化合物进行分类。 通过该饼状图可知，细胞中含量最多的化合物是水，其次是蛋白质；含量最多的有机化合物是蛋白质。 我们平常吃的食物也是如此，正是因为不同食物中营养物质的种类和含量有很大差别，我们才需要在日常膳食中做到不同食物的合理搭配，进而有选择性地获取相应的元素用以自身合成物质。 通关对教材图表分析，学生自主总结出化合物的种类及含量关系，培养学生的图表分析能力。 问题情境 教学活动设计 （学习活动设计） 设计意图 实验探究：检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质 展示常见食物花生、豆浆、苹果等图片，提出问题：我们知道花生中富含脂肪，豆浆中富含蛋白质，苹果中富含糖类，那么花生中是都还有蛋白质和糖类？豆浆中究竟有没有脂肪和糖类？苹果中难道没有蛋白质和脂肪吗？如果要你证明，你该怎么做？——实验证明。 通过大家昨天的预习，你应该已经知道检测糖类、脂肪和蛋白质的方法以及检测步骤。 （1） 还原糖的检测和观察 1、 实验原理：还原糖与斐林试剂在水浴加热的条件下产生砖红色沉淀。 2、 注意斐林试剂的配制方法 （2） 蛋白质的检测和观察 1、 实验原理：蛋白质与双缩脲试剂发生作用，产生紫色反应。 2、 双缩脲试剂与斐林试剂的组成是相同的，但是其含量以及配制方法与其不一样。 （3） 脂肪的检测和观察 1、 实验原理：脂肪可以被苏丹Ⅲ染液染成橘黄色。 2、 需要显微镜观察 3、 注意该实验的流程是：取材—切片—制片（取最薄的子叶切片、滴加染液、染色3min、吸水纸吸去染液、50%酒精洗去浮色、吸水纸吸去酒精、滴一滴蒸馏水、盖盖玻片）—观察（先低倍镜再高倍镜） 实验的具体操作步骤在书本上已经给出，实验原理和注意事项我们也已经知道，你会发现斐林试剂和双缩脲试剂很像，关于两者的比较我们可以在课后完成。 开始实验操作。 比较项目 斐林试剂 双缩脲试剂 作用 检测还原糖 检测蛋白质 成分 甲液：质量浓度为0.1g/mL的NaOH溶液 乙液：质量浓度为0.05g/mL的CuSO4溶液 A液：质量浓度为0.1g/mL的NaOH溶液 B液：质量浓度为0.01g/mL的CuSO4溶液 自身颜色 蓝色 浅蓝色 使用方法 甲液与乙液等体积混合使用，现配现用，水浴加热 先加较多A液，再加少量B液 原理 Cu（OH）2被还原糖还原成Cu2O砖红色沉淀 蛋白质在碱性条件下与Cu2+络合，生成紫色络合物 反应条件 水浴加热（60~65℃） 碱性环境、常温 实验过程中可能会遇到相关问题，如： 1、 甘蔗汁和西瓜汁或者西红柿汁是否适宜作为还原糖检测的实验材料？为什么？——不适合，甘蔗汁中富含的蔗糖属于非还原糖，西瓜汁和西红柿汁中的红色会干扰砖红色沉淀的显色。所以在选择鉴定材料时候应该遵循的原则：富含检测物，白色、浅色或接近无色。 2、 斐林试剂和双缩脲试剂的区别？ 3、 脂肪的检测一定要用显微镜吗？体积分数为50%的酒精是用来干什么的？——脂肪的检测不一定要用显微镜，可以用油印法，但如果是用苏丹Ⅲ染液染子叶是必须要用显微镜的。苏丹Ⅲ染液易溶于酒精，体积分数为50%的酒精用于洗去材料表面的浮色，便于观察。 4、 用鸡蛋清作为鉴定蛋白质的材料时是不是浓度越高越好？——鸡蛋清需要充分稀释，否则不易与双缩脲试剂混匀，且与双缩脲试剂反应后会粘固在试管壁上，不易刷洗。 5、 豆浆适合用来检测蛋白质，那么豆浆中是否含有还原糖呢？为什么？——不同的生物材料中含有多种化合物，但各种化合物的含量有差别。 通过实验我们可以发现，我们平常吃的食物中应该是含有多种化合物的，比如 肉类除了有脂肪，还有蛋白质，也可能含有少量的糖类。教师展示“中国居民平衡膳食宝塔”，提出要求。从不同生物材料中所富含的化合物的差别入手，分析中国居民每日膳食宝塔中每一层次的食物特征，以自己一日三餐的膳食为例，对比中国居民平均膳食宝塔，分析自己每日膳食的优劣，提出优化措施并说明理由。 这是高中生物学习过程中学生接触的第一个实验，通过设置课前预习、课上分析设计、操作探究、反思总结等一系列连续递进的活动，引导学生重视并学会学习实验理论、创新实验设计、反思实验过程、提炼实验结论、应用实验数据......从而发展学生的科学探究能力与素养。 在知识学习的思维训练、动手实践和反思应用的思维训练活动的交替进行过程中，深化学生对相关知识技能的掌握，提升学生的科学思维、科学探究和社会责任素养。 作业布置 1、 尝试构建已学的五个元素概念之间的关系图：自然界中的元素、组成细胞的元素、大量元素、微量元素和基本元素。 2、 完成实验报告单。 板书 内容设计 见附件 教学反思 成功与精彩： 归因分析： 缺憾与不足： 改进计划： 学科网（北京）股份有限公司 $