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2020.09.25
一、教材分析
（一）教学目标
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。
2.说出组成细胞的大量元素和主要微量元素，说出组成细胞的化合物的主要种类。
3.尝试检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质，进行实验操作、观察结果，基于实验简述组成细胞的物质的特殊性。
（二）教学重点和难点
1.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。
2.教学难点
检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质。
（三）编写思路
本节教材内容是本章其他内容的基础。细胞中的元素和化合物对于学生而言既是具体的，又是抽象的。因此教材在“问题探讨”中设置了地壳（宏观）与细胞（微观）的元素组成及含量比较，让学生分析和讨论，从元素种类和含量的角度认识细胞与无机环境的共性和不同点，从而在层次上认识到生命的物质性：组成细胞的元素追根溯源来自无机环境，但构成细胞的元素的种类及其相对含量与无机环境大不相同，具有独特性。
组成细胞的元素具有什么特点呢？教材在编写时特别注意为学生搭建学习平台，思考讨论“比较组成玉米细胞和人体细胞的元素及含量”就是让学生通过分析、比较，归纳出"C、H、O、N"是细胞中含量较多的元素。看似只比较了玉米细胞和人体细胞，推而广之就是比较了植物和动物体内元素含量的差异。这种由学生归纳出的结论，可以很好地激发他们对“组成细胞的化合物种类及含量有什么特点”产生探究的兴趣，同时又进一步丰富生命的物质观的内涵。细胞中含有哪些化合物呢？除了呈现数据总体介绍，教材还设计了一段话："我们平常吃的食物也是如此。正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，以满足机体的营养需要。我们的食物来自各种生物组织。那么，怎样检测不同生物组织中的营养物质呢？通过下面的探究实践，你可以尝试检测不同生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质。”这段话解决了设计“检测生物组织中的精类、脂肪和蛋白质”实验的逻辑性和必要性，也让学生产生亲自检测一些熟知生物组织巾糖类、脂肪或蛋白质的种类和含量的强烈兴趣，而这个兴趣是完成实验的重要保证。
“检测生物组织中的耕类、脂肪和蛋门质”是高中第一个涉及物质检测的探究实践活动，教材在呈现实验内容时有一定开放性，为学生在实验的各环节发挥自主性提供了空间，如材料的选择、对不同组实验设计的分析、对实验结果预测与观察到的实验结果的比较，能够帮助学生掌握相应的实验技能，加深对“细胞由多种多样的分子组成”概念的理解，发展学生的科学思维。
二、教学建议
本节的主要目标是让学生从组成细胞的元素和化合物的角度，了解细胞的物质组成，认同生命本质上是物质的，为形成生命的物质观、树立辩证唯物主义的世界观打下基础。
1.创设情境，导入新课
策略一在教学导入环节，教师可以通过图片对比的方式，创设如下问题情境：“生石花是一种生物，尽管自然界的石头形态与生石花相似，但没有生命的各种特征”“大熊猫是一种珍稀的濒危动物，尽管工厂里生产的熊猫玩偶形态与大熊猫相似，但也不是生命”.阿尔法狗，是第一个战胜围棋世界冠军的人工智能程序机器人，但它也不是生命"。教师随即进行提问："什么是生命呢？"“为什么细胞能表现出生命特征？"“是否细胞内含有非生命的“活力，因素，还是细胞里含有特殊的"生命元素，呢？"，引发学生的思考，从而引人新课。
策略二直接利用教材中的“问题探讨”，让学生比较组成地壳和细胞的5种常见元素的含量，自主提出问题，并与同学就此问题进行交流，让学生在讨论、交流中认识到组成生物体的元素与组成地壳的元素种类基本相同但含量差异很大，从而认识到生物界与非生物界的统一性与差异性。
2.比较玉米细胞与人体细胞中的元素种类及含量，认识组成细胞的元素及其功能
教学中可以先呈现出玉米细胞与人体细胞的部分元素及含量表，也可以借助现代教育技术手段呈现其他多种细胞的元素含量表。学生通过比较分析发现不同细胞的组成元素种类的异同，认同不同细胞元素组成的相似性；再通过分析发现同一细胞中不同元素含量存在差异；在此基础上，进一步比较分析玉米与人体等细胞同种元素的含量差异，理解不同细胞的特异性。在此基础上，引导学生自主学习组成细胞的大量元素与微量元素及其种类，以及C、H、O、N这4种组成细胞的基本元素，并能辩证看待微量元素的作用。
3.引导学生观察分析图解，认识组成细胞的化合物种类与含量
在学习组成细胞的化合物时，教师可以让学生观察并说出教材中的图2-1组成细胞的主要化合物及相对含量；也可以通过现代教育技术手段，以图文并茂的方式创设问题情境，让学生观察比较几种不同生物细胞中化合物的种类与含量，然后归纳组成细胞的主要化合物种类与大致含量。最后，教师通过举例的方式，让学生认识不同生物组织细胞中的同种化合物含量不一定相同，甚至可能有很大差异，进而自然过渡到检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质的探究实践。
4.开展检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质的探究实践，提升科学探究能力
策略一利用教材给出的实验材料并加以适当拓展，组织学生开展分组探究。在教学中，教师可以引导学生基于生活经验与已学知识，预测这些材料可能含有的有机物种类，组织学生分析预测结果与实际实验结果是否一致，并分析产生差异的可能原因。
策略二根据当地的实际情况，引导学生选择几种典型的实验材料，组织学生开展分组实验。在实验课前，教师可以结合学校所在地的实际情况，引导学生自主选择熟悉的实验材料带至学校；在实验开始时，对学生进行分组，将学生所提供的实验材料编入不同小组，让学生亲历探究，观察实验现象，比较得出不同生物组织材料所含化合物的种类与大致含量的差异。
本实验的生物材料、化学试剂、仪器设备及操作步骤较多，因此，课前教师应准备充分，特别是学生自带的材料，要进行预实验，以保证实验顺利进行。涉及一些化学试剂、酒精灯等的使用，在使用前应提醒注意事项，实验中注意安全防护。
通过学生分组实验，自主选择实验材料，观察还原糖、脂肪和蛋白质与相应化学试剂产生的颜色反应，使学生明确生物组织中主要化合物的鉴定方法，进而提高学生运用科学方法，探究生产生活中遇到的关于食品安全、营养保健等方面的社会议题的能力，提高社会责任感。
三、“探究·实践”指导
检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质
北京理工大学附属中学秦伟峰苏明学
本实验在学习蛋白质、糖类和脂质等知识内容之前进行，一方面是由于实验设计带有一定的探究性和开放性，有利于培养学生的实验探究能力，为后续章节开展探究性实验奠定基础；另一方面也为学习生物体中有机物一节内容增加感性认识，有利于学生领悟生命的物质性。学生可通过本实验初步学会糖类、脂肪、蛋白质等物质检测的基本原理和方法，认识理化技术在生物学研究中的应用。
1.材料准备
制备梨匀浆和白萝卜匀浆时，需将梨或萝卜削皮后用刀切成小块，再研磨粉碎，过滤得到匀浆。葡萄中还原糖含量高，而且水分充足，无须研磨和粉碎，只需去皮挤压即可以得到较多的果汁。
花生种子尽量选择颗粒大的，提前浸泡12-24h，以便进行切片操作。
用新鲜的肝脏和浸泡12h的黄豆粉碎过滤后，制备鲜肝提取液和豆浆。鸡蛋清稀释至合适的倍数备用。通常一个鸡蛋的蛋清加500-1000mL蒸馏水，充分搅拌均匀后即可。若稀释加水量少于500mL，对于肉眼可观察的实验现象（紫色深浅）不会有明显提升，而稀释液又会黏附在试管壁难于清洗。
2.实施建议
（1）斐林试剂和双缩脲试剂组成成分相似，但使用方法不同。可将这两个实验放到一起组织教学，教师通过分析实验原理，让学生理解使用方法不同的原因，避免机械记忆。
（3）脂肪鉴定：①徒手切片时，应先准备好一个盛有清水的培养皿。②在切片时，用左手的拇指与食指、中指夹住花生子叶，大拇指应低于食指2-3mm，以免被刀片割破花生子叶要伸出食指外约2-3mm，左手拿材料要松紧适度，石手平稳地拿住刀片并与材料垂直。先将子叶尖端切去，形成一个较大的切面，然后将刀口向内，使刀片与花生子叶切口基本上保持平行，问自身方向拉切。连续地切下数片后，切下的薄片及时放入培养mL的水中，以备观察。③切到相当数量后再选择其中最薄、透明度最大的做成临时装片。
另外，本实验观察子叶细胞的着色情况，不仅是证实花生子叶中含有脂肪，更关键的是要借助显微镜观察到细胞内的脂肪颗粒的着色情况，因此，实验所观察的花生子叶细胞应保持完整，其他制作临时装片的方法（如涂片法）容易导致细胞被破坏，不容易观察到完整细胞。所以建议尽量使用切片观察。
3.注意事项
（2）在梨或白萝卜组织样液中加入斐林试剂，水浴加热后产生的砖红色沉淀会黏在试管壁上；蛋清稀释液若稀释倍数不足也会黏着在试管壁。因此实验结束后试管需迅速清洗。
（4）在做花生子叶切片时要注意两点：一是左手露出来的化生部分要短，尽量只能连续切2刀；二是切口一定要水平，同时右手的刀片也要水平，拉刀的时候保持在一个平面上（迅速拉动刀片容易做到）。保证一次切下，不要中途停顿或来回切割拉锯式，以免损伤材料或切得不平。刀片必须锋利，切片过程中，如发现因用力不均而使材料表面倾斜时，必须立即削平。切片过程
一定要注意安全，避免切伤手指。
四、答案和提示
（一）问题探讨
示例：为什么组成地壳和细胞的各种元素的相对含量差异很大？
（二）思考·讨论
1.在玉米细胞和人体细胞中含量较多的四种元素是一样的，都是C、H、O、N。这是因为玉米和人都是生物，组成它们的主要成分都是水、糖类、脂类和蛋白质等物质，这些物质含有C、H、O，蛋白质中还含有大量的N元素。
2.提示：细胞中有些元素含量很少，但是却有重要作用，如在玉米细胞中，S只有0.17%，Mg只有0.18%，但很多蛋白质都含有S，叶绿体中的叶绿素分子就含有Mg，如果缺少S或Mg，细胞就不能合成这些蛋白质或叶绿素。
3.提示：组成玉米细胞中氧元素的含量明显要高于人体细胞，而氮元素的含量明显又低于人体细胞，这说明玉米细胞和人体细胞中的不同有机物的含量有差别，如玉米细胞中的糖类要多一些，而人体细胞中的蛋白质的含量要多一些；Ca元素的含量也有区别，这与玉米和人体的物质和结构组成有关。
（三）旁栏
提示：梨的果实细胞中糖类和水等物质多，不含叶绿素。
（四）探究.实践
1.略。
2.略。
3.不同生物材料中有机化合物的种类、含量有差异，因此在日常膳食中要遵循“多样、均衡”的原则，满足机体生命活动的需要。
（五）练习与应用
概念检测
1.（1）√；（2）×；（3）√。
2.
3.C。
4.B。
拓展应用
1.细胞是生命活动的基本单位，虽然组成细胞的元素来自无机环境，但是构成细胞的主要元素C、H、O、N含量与无机环境差异很大，这与细胞内的有机化合物如糖类、脂质、蛋白质和核酸有关。
2.不能。因为生命系统内部是一个严谨有序的结构，不是由物质随意堆砌而成的。
五、背景资料
1.活力论与机械论
生命的本质是什么？历史上，存在过两种截然对立的观点，即活力论和机械论。
（1）活力论
活力论源于古希腊的亚里士多德（Aristotle，公元前384-前322）。他认为生物区别于非生物的特点，在于生物是具有灵魂的；不同生物的灵魂的功能不同。植物的灵魂具有营养和繁殖的功能，动物的灵魂多了感觉功能，而人的灵魂更多了一种理性思考的功能。近代活力论则主要认为生物体的一切活动，都是由其内部所具有的非物质因素即“活力”或“生命力”所支配的。活力论否定生物的物质性，它把生命活动看作是由凌驾于物质之上的力量引起的。
（2）机械论
机械论是指用机械力学原理解释世界一切现象的形而上学的观点。在生物学的发展历史上，机械论认为任何生命现象都可以用物理和化学定律解释。法国哲学家笛卡儿（R.Descartes，1596～1650）凭借理性思辨对生命现象进行了探讨，给出了一套完整的机械论的生命观点。笛卡儿描述的宇宙是一个巨大的机械系统，动物和人体也被视为自动机器，不需要借助任何特殊“生命力”，如钟表-样自动转动。例如，他把心脏跳动比作水泵，把肌肉收缩当作机械运动。
（3）发酵研究中的活力论和机械论
对糖发酵成酒精和二氧化碳的过程的论战，是活力论和机械论最典型的交锋。
17世纪，海尔蒙特（J.B.Helmont，1580-1644）提出酵母及其他生物中存在着特殊活性成分——“酵素”（与后来科学界定义的“酵素”不完全一致），这是可以使个体或器官具有不同功能的潜能或活力。这是“活力论”对酵母菌发酵现象的解释。
18世纪下半叶，拉瓦锡（A.L.Lavoisier，1743-1794）对发酵现象进行论证，他通过对糖发酵的定量分析，得到了这样一个结果：100份（重量）的糖会转化为60.17份酒精和36.81份碳酸气。于是他提出，发酵只是一个氧化还原反应，呼吸不过是一种燃烧形式。这是用“机械论”对发酵现象进行的解释。
1835年，施旺（T.Schwann，1810-1882）发现了后来被称为胃蛋白酶的酵素，随后唾液淀粉酶、胰蛋白酶等消化酶相继被发现，揭示了酵素对食物有分解作用，在同一时期，化学上的催化作用也陆续被实验证实。于是，化学权威贝采里乌斯（JJ.Berzelius，1779-1848）提出统一的催化理论，认为所有催化过程中都有某种新的力在起作用，可称为“催化力”；同时他认为酵素也是一种催化剂，并且这种催化剂与化学催化剂本质上是无异的。因此，他采用“机械论”对成醇发酵作出了解释：发酵就是在酵素催化下进行的化学反应。
这之后，盖·吕萨克（J.L.Gay-Lussac，1778-1850）的学生李比希（J.vonLiebig，1803-1873，德国化学权威）继续成醇发酵的研究。他沿用了拉瓦锡的老方法：对反应物和产物中元素进行定量分析，然后臆测了成醇发酵中间的生理过程，于是得到以下氧化还原反应：C6H12O6→2C2H5OH+2CO2。
他猜想酵素粒子有着十分激烈的运动，并且把这种运动传递给糖的粒子，使糖加快酵解。这是一种典型的机械论观点。很显然地，这种观点不会被生物学家接受。19世纪，显微技术得到迅速发展。1837年，施旺发现，正在发酵的葡萄酒里含有许多酵母菌，如果将葡萄汁加温煮沸杀死其中的酵母细胞，这些葡萄汁就不会再发酵成酒。据此，施旺提出，活酵母菌在发酵过程中起着非常关键的作用，酵素必须在细胞活力存在下才能起作用。于是，成醇发酵到底是微生物体的生理作用，还是化学物质的催化作用？这一争论就成了活力论和机械论的正面交锋。19世纪下半叶，微生物学家巴斯德（L.Pasteur，1882-1895）和有机化学家贝特洛（P.E.M.Berthelot，1827-1907），分别领导了这两个方向的研究，继续着这场“战争”。
巴斯德认为，发酵不需要氧气但需要活的酵母菌，发酵过程是一种生物学过程，而不是--种氧化还原的化学过程。1860年，他用--系列实验证实了酵母菌在发酵中的基本作用，并发现酒精的产量与活酵母细胞的繁殖量成正比。同年，贝特洛发现，啤酒酵母的酒精提取液可以迅速将右旋的蔗糖转化为左旋糖。于是，贝特洛指出，这是啤酒酵母中的酵素所起的化学作用，而不是一种生理过程。但巴斯德马上回应说，他所谓的酵素仅仅是指导致发生真正发酵过程的物质，这种物质只能存在于活细胞中。
1897年，毕希纳（E.Buchner，1860-1917）偶然发现了“无细胞的发酵”，他提出，细胞中的每一种化学反应都是由特定的酶催化的，所有的生命过程，都可以解释为酶作用的结果。他不否认细胞结构的重要性，但他认为细胞结构只是使细胞中可以同时发生各种化学反应。这成了新的机械论设想。
但是，后续的研究不断发现，生活状态的细胞所引起的化学反应，在速度、强度等反应参数上，与离体化学反应存在很大的不同。这些事实促使人们认识到，呼吸作用、发酵作用等与细胞的死活密切相连；作用于生命系统的力、规则、过程是非生命系统不具备的，是超出物理和化学定律的范围的。自此，新的活力论又出现了。
（4）活力论和机械论之争的终结
由此可以看出，活力论只强调生物组织的特殊性，没有试图从物理学和化学的角度分析生理现象的本质；而机械论则没有抓住化学反应的生物学意义。活力论和机械论虽然谁也没有战胜谁，但是对生物学的建立和发展，乃至于哲学的发展，都作出了重要的贡献。
2.研究细胞中元素和化合物的基本方法
元素是具有相同核电荷数的同一类原子的总称。对元素进行鉴定的一-类常用方法是光谱分析法，它可以利用电磁辐射与物质的原子或分子之间的相互作用对物质进行定性、定量和结构分析。光谱分析法可以细分为很多方法，其中常用于进行元素鉴定的有原子发射光谱法、原子吸收光谱法、原子荧光光谱法等。下面以原子发射光谱法为例来简要说明原理。通常情况下，原子处于基态，在激发光源的作用下，原子获得足够的能量，外层电子由基态跃迁到较高的能量状态即激发态。处于激发态的原子是不稳定的，外层电子会迅速从高能级向较低能级或基态跃迁。多余的能量以电磁辐射的形式发射出去，就得到了一条光谱线，即是发射光谱。每种元素的原子发射的光谱不同，可以根据某元素特征谱线的存在与否来判断样品中是否存在该元素。
利用质谱法也可以对元素进行鉴定。质谱法是一种在电场和磁场的作用下，对离子（带电荷的原子、分子或分子碎片等）进行分离和分析的方法。即使样品中各组分在离子源中发生电离，生成不同荷质比的带电荷的离子，经加速电场的作用，形成离子束，进入质量分析器。在质量分析器中，利用电场和磁场使之发生相反的速度色散，将它们分别聚焦而得到质谱图，从而确定其质量。
近年来，随着生命科学的不断发展，单细胞中元素含量的分析对于理解生命活动的过程具有重要的意义。为此，科学家建立了高通量、高灵敏度的单细胞分析方法，已经实现了对单细胞内的金属离子浓度进行测定。例如，成功地完成了阿尔茨海默病症小鼠模型d血L红细胞中镁和锌离子的测定。
对化合物的鉴定在原理上与对元素的鉴定有很多相似之处。可以用质谱法、色谱法、核磁共振、x射线衍射等方法来进行分析。对于复杂化合物的鉴定，有时需要把多种方法相结合，如将质谱法与色谱法相结合。有些鉴定方法不仅可以定性、定量，还可以进行结构分析，如X射线衍射以及核磁共振等。
3.植物体和上：壤中部分元索含号的比较
表2-1植物体和土壤中部分元素含量比较
元素
植物的平均组成（新鲜物重量比例）/%
土壤的平均组成/%
O
70
50
C
18
2
H
10.5
-
Ca
0.5
1.4
K
0.3
1.5
N
0.1
Si
0.2
34
Mg
0.04
0.6
P
0.07
S
0.05
Na
0.02
0.7
Cl
0.01
Fe
4
4.检测生物组织中糖类、脂肪、蛋白质的机理和其他简易方法
（1）检测生物组织中糖类的其他简易方法
Molisch反应（α-荼酚反应）此方法是鉴定糖类最常用的颜色反应。它的原理是：糖类在浓硫酸作用下所形成的糠醛及其衍生物可以与α-萘酚作用，形成紫红色复合物。由于在糖溶液与浓硫酸两液面间出现紫红色的环，因此又称紫环反应。α-萘酚也可用麝香草酚或其他的苯酚化合物代替，麝香草酚溶液比较稳定，其灵敏度与α-蔡酚一样。除了糖类之外，各种糠醛衍生物、葡萄糖醛酸、丙酮、甲酸、乳酸等都可以呈现近似的阳性反应。因此，阴性反应证明没有糖类物质的存在；而阳性反应能说明有糖类存在的可能。
蒽酮反应糖类经浓酸水解，脱水生成的糠醛及其衍生物与蒽酮（10-酮-9，10-二氢蔥）反应生成蓝绿色复合物。
Benedict反应班氏试剂是斐林试剂的改良（也是含有Cu2+的碱性溶液），能使具有自由醛基或酮基的糖类氧化，其本身则变成砖红色或黄色的Cu-2O，可用来测定还原糖的存在。它利用柠檬酸作为Cu2+的络合剂，其碱性比斐林试剂弱，灵敏度高，干扰因素少，因而在实际应用中有更多的优点。
Bial反应（甲基间苯二酚反应）戊糖与浓盐酸加热形成糠醛，在有Fe3+存在的条件下，它与甲基间苯二酚（地衣酚）缩合，形成深蓝色的沉淀物（此沉淀物溶于正丁醇）。己糖也能发生反应，产生灰绿色甚至棕色的沉淀物。
（2）检测生物组织中脂肪的其他简易方法
油点试验（spottest）将含有脂肪的混合物磨碎后擦在一片滤纸（或牛皮纸）上，然后朝向光源观看，应该有半透明的油点出现。此油点不能挥发掉。当滤纸浸过苯（或醚、异丙醇等）后，油点消失。或将混合物磨碎后溶于苯液中，然后过滤。取一滤纸放人滤液中，取出后让苯挥发，朝向光源观看，如有半透明油点存在，则证明混合物中含有脂肪。
乳液形成试验（emulsiontest）将含有脂肪的混合物溶液稍微加热，加入少量乙醇，摇匀后；静置。脂肪可分散成许多微粒，形成白色乳状液。
（3）检测生物组织中蛋白质的其他简易方法
对各种氨基酸特异的某些颜色反应（见表2-2），可用来检测含有这些氨基酸的蛋白质。这些颜色反应包括Millon反应、黄蛋白反应、茚三酮反应以及Hopkins-Cole（水合乙醛酸）反应等。
Millon反应米伦试剂为硝酸、亚硝酸、硝酸汞、亚硝酸求的混合物，能与单酚、双酚和吲哚衍生物产生颜色反应，但不能检验尿蛋白。
茚三酮反应蛋白质、多肽和各种氨基酸具有茚三酮反应。除无α-氨基的脯氨酸和羟脯氨酸呈黄色外，其他氨基酸生成紫红色，最终为蓝色化合物。
黄蛋白反应它是含有芳香族氨基酸，特别是酪氨酸和色氨酸的蛋白质所特有的颜色反应。
表2-2部分氨基酸的颜色反应
5.还原糖与非还原糖的区别
还原糖是指能还原斐林（Fehling）试剂、托伦（Tollen）试剂，并能与苯肼反应生成糖脎的糖（图2-1，以D-葡萄糖为例）。还原糖的分子结构中一般有游离的醛基或酮基。醛基容易被各种强或弱的氧化剂氧化成羧基，因此有游离醛基的醛糖，都具有还原性，是还原糖，如葡萄糖、半乳糖等。许多酮糖也是还原糖，因为它在碱性溶液中可以异构化为醛糖。斐林试剂和班氏（Benedict）试剂都是常用的检测还原糖的试剂，它们与还原糖发生反应会产生砖红色的沉淀（图2-2），临床上常用于检测糖尿病患者尿液中的葡萄糖。相应地，不能还原斐林试剂或托伦试剂的糖是非还原糖。二糖中的蔗糖是非还原糖，多糖如淀粉、纤维素等属于非还原糖。多糖通过水解可以生成还原性的单糖。单糖的半缩醛羟基能与另一化合物或基团发生缩合形成糖苷。糖苷是缩醛，一般不显示醛的性质。
六、教学案例与评析
细胞中的元素和化合物
江苏省苏州市常熟市尚湖高级中学杨晓澜
教学目标的确定
在《课程标准》中与本节有关的具体要求是：“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，解释细胞是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.通过比较构成细胞与非生命物质的元素种类与含量，认识到细胞和生物体的各种生命活动都有其物质基础，认同生命的物质性。
2.通过比较组成不同细胞的元素及含量，说出组成细胞的主要元素，认识到生命的物质基础具有统一性和特殊性，进--步认同生命的物质性。
3.能够运用“检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质"的技能来探究不同生物组织中糖类、脂肪和蛋白质含量的差异性，认同细胞由多种化合物组成，这些分子是细胞执行各项生命活动的物质基础。
教学设计思路
本节旨在从生命物质性的视角，让学生认识组成细胞的元素和化合物的种类、含量的特点与作用，理解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，通过对地壳和细胞中的不同细胞的部分元素及含量的比较，不仅有助于学生在元素组成层面理解细胞与无机自然界之间，以及不同细胞间的统--性与差异性，并认识组成细胞的大量元素、微量元素；这项活动还有助于学生归纳与概括、批判性思维等科学思维能力的提升。通过开展“检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质”的探究实践活动，有助于发展学生的科学探究能力和实证意识，也促进学生更加认同“糖类、脂质与蛋白质等化合物参与组成了细胞"这一事实，为后续各节学习奠定基础。
教学实施的程序
学习阶段
教师活动
学生活动
设计意图
引入
[创设情境]PPT展示石头和生石花、熊猫玩偶和熊猫、人工智能和人的一系列图片。提出疑问，尽管自然界的石头形态与生石花相似，却没有生命的各种特征。那么，什么是生命呢？
观察图片，积极思考：为什么细胞能够表现出生命的特征？是因为细胞内有什么非物质的“活力”因素吗？是细胞里有特殊的“生命元素”吗？是组成细胞的分子有什么特殊之处吗？
创设情境形成认知冲突，引发思考，问题驱动学生探究细胞的组成，引人新课。
组成细胞的元素
[组织活动]组织学生以小组为单位，进行如下探究活动。活动一：比较组成地壳和组成细胞（鲜重）部分元素的种类和含量，指导学生发现问题，进行交流。活动二：比较组成玉米细胞和人体细胞的部分元素及含量，围绕教材所提出的问题组织学生讨论交流。（问题2进行知识链接：教材第22页关于Ca、Mg、Fe等元素的作用。补充问题：针对表格下的备注思考，这些元素含量少是否意味着它们不重要呢？借助网络查阅这些元素的作用。）
[布置任务]由上述元素的含量引出大量元素、微量元素。构建自然界的组成元素、组成生物细胞的元素、大量元素、微量元素、含量较多元素等元素的关系图。[提问过渡]结合上述实例，思考元素在细胞中的存在形式。
观察教材中两张表格所呈现的内容，小组成员相互讨论，提出问题。
在相互交流中，认识到组成细胞和地壳的元素种类的相似性，即组成细胞的化学元素在无机自然界中都可以找到，而两者的元素含量却具有差异性。运用类似于活动--的方法讨论分析活动二：（1）组成两种细胞的元素含量较高的是C、H、0和N，说明不同生物细胞在元素组成上具有统-性；
（2）不同生物的细胞中组成元素的含量有--定的差异性。
阅读教材，了解不同元素在生物生命活动中的重要作用；查阅资料列举人与植物缺乏某种元素出现的相应症状。
小组讨论、绘制这5类元素之间的关系图。如图所示
（见附录）。
运用归纳与概括的思维方法，启发学生形成以下观点：
（1）细胞中的元素都来自无机自然界，这说明生物与非生物具有统--性；但是，细胞中各种元素的相对含量与无机自然界的大不相同，说明生物与非生物具有差异性。（2）不同细胞中的元素种类大致相同，说明生物具有共同的物质基础。帮助学生认识化学元素尤其是微量元素对于生命活动的重要性，进一步认同生命的物质性。学生通过尝试建立模型的方法来厘清这5类元素之间的关系。巩固生命的物质观。
组成细胞的化合物
[组织活动]以小组为单位，完成以下活动：（1）分析教材第17页图2-1，了解细胞内的主要化合物的种类及含量；（2）结合教材P17页的旁栏问题进行讨论；
（3）联系日常膳食，预测一些食材可能含有的有机物种类（呈现实物图片，如西瓜、梨、葡萄、甘蔗、白萝卜、花生、肥肉、肝脏、鸡蛋清、大豆和纯牛奶等）。
[自主学习]组织学生自主学习检测生物组织中的糖类、脂肪和蛋白质实验。
[教师示范]用葡萄糖溶液、蛋白粉溶液、花生子叶切片示范还原糖、蛋白质、脂肪的鉴定。
[探究实验]选择有异议的实验材料，设计表格进行实验，并且记录分析检测结果。班级内不同小组之间相互交流如下问题。（1）实验过程中遇到什么困难？如实验结果受到哪些干扰因素，由此分析实验设计需要注意的事项；实验结果与预测是否--致，产生差异的原因是什么？如何比较不同材料中同--种化合物含量的差别。（2）分析实验结果并思考：不同的生物组织细胞所
含有的化合物种类、含量是否相同？同一生物的不同组织细胞所含有的化合物种类、含量是否相同？日常膳食如何合理搭配？
分析饼图，得出共识：细胞中含量最多的化合物是水，含量最多的有机物是蛋白质。
相互讨论，各抒己见。例如，西瓜中富含水、糖类；鸡蛋清中富含蛋白质，等等。在讨论中学生可能会存在异议，针对这些异议，思考如何来证明自己的预测结果的正确性。
自主学习，熟悉实验原理及实验操作步骤。
针对刚才讨论中有异议的材料，设计表格，组内分工协作，进行实验。设计表格如下：
根据实验现象，围绕思考题进行讨论交流。
[总结]（1）每一种生物组织细胞含有的化合物种类是多种多样的；（2）不同生物组织的细胞，各种化合物的含量是有区别的；（3）同一生物的不同组织细胞中的化合物种类和含量是有区别的。
帮助学生理解细胞由多种多样的分子组成，这些分子都是细胞的重要组成成分。
发现问题，引出实验。
增强学生自主学习的能力。
帮助学生熟悉实验现象，与待测组形成对照。提高学生设计实验的能力。
在验证性实验的基础上，为学生提供更为丰富的实验材料，使原本的验证性实验具有了一-定的探索空间。激发学生主动思考和探究的积极性，使其对实验原理、材料选择以及操作要求等有更深刻的理解。
总结提升
[布置任务]以小组为单位，围绕本节课所学知识绘制概念图，并且交流讨论。
绘制概念图（见附录），相互交流不断改进。
逻辑清楚的概念图能帮助学生更好地理解生命的物质性和特殊性，有助于形成生命的物质观。
服务于社会
[社会热点链接]围绕糖尿病患者的日常饮食、各类奶粉的营养价值评价、真假饮料的鉴定，以小组为单位完成拓展实验和资料调查，写成小报告。
查阅资料，确定课题，进行实验。
能通过科学实践，尝试解决现实生活中的生物学问题，培养学生服务于社会的责任意识。
附录
评析
由于组成细胞的元素、化合物的种类与含量通常难以直接观察，想要学生克服认知的困难，需要巧妙地进行教学设计。本案例教学目标设置准确，思维活动的层次性强，具有逻辑关系上的递进性，能激发学生探究学习的兴趣。主要具有以下特点。.
1.巧设各类情境，激发学习动力
本节课用生石花与石头、熊猫玩偶与熊猫、人工智能与人等对比强烈的图片资料，创设问题情境，引发学生思考“组成生命与非生命物质的联系与区别”，进而引发认知冲突，激发学生的求知欲望，从而引人新课。组成细胞的化合物，特别是这些化合物的含量对学生而言是抽象的，
教师通过呈现生活中各种常见食材的图片资料，将化合物的种类及含量具体化，容易引起学生开展.“检测生物组织中的还原糖、脂肪和蛋白质”实验的兴趣。
2.重视图表分析与概念图建构，发展科学思维
各类图表的分析研究活动贯穿了本案例，如对组成地壳和组成细胞的部分元素及含量、组成玉米细胞和人体细胞的元素及含量进行讨论分析，学生运用归纳与概括的科学思维，认识了生命的物质性。
运用归纳与概括的方法对组成自然界的元素、组成细胞的元素、大量元素、微量元素等进行关系图的模型构建。在学习了本节知识后对组成细胞的元素和化合物进行概念图的建构。这样不仅有利于学生对重要概念的理解和掌握，还能发展学生的科学思维能力。
3.依托科学实践，发展科学探究能力
“检测生物组织中糖类、脂肪和蛋白质”实验是本模块第一个涉及物质检测的探究实践活动。虽然可以将之处理为一个验证性实验，但是在本案例教学中，教师在实验材料的选择、对实验结果预测及其与观察到实验现象的比较、实验的延伸探究等方面都留下了一定的探索空间。探究本身比验证更能激发学生的好奇心，更能诱导学生细心地观察和积极地思考，对于开拓学生的视野，养成求同存异的思想方法，提高创新意识和实践能力都是十分有效的。