高中生物《生物群落的演替》的教案(共11篇)
这是岩浆。岩浆所到之处,寸草不生。
好了,这一张就是岩浆冷却之后的情形。在这个位置,大家可以明显地看到,这块黑黑的地方,这就是岩浆留下的痕迹,已经变成了一些光裸的岩地。那么这一地区还有可能恢复到原来群落的结构吗?我们继续看。
1883年火山爆发,可是在几年后,就出现了小草和蜘蛛,而到了1909年,这里就出现了202种动物;到了1919年,出现了621种动物;到了1934年,出现了880种动物,而且还出现了乔木,最后变成了一片小树林。大家可以看到,在这个过程中,随着时间的推移,刚开始的群落都逐渐被另一个群落所取代了,这个过程就叫做群落的演替。
翻到书上第78页,自己勾出演替的概念。这个概念很简单,但是大家要注意一个问题,如果这里我们改一下,改成这里在出现小草以后,我们人为地种植大量的树木,让它变成了树林,那么这里从小草地变成小树林的过程还叫不叫群落的演替?
为什么不叫,对了,所以这里我们要注意,这里强调的是要在自然状态下。回到我们刚刚看到的火山爆发以后的整个过程,最开始的光裸岩地变成了后来的小树林,那么这整个演替过程具体来看,究竟是怎样进行的呢?
下面大家自己看书,结合78页下方的思考与讨论,仔细阅读79页“发生在裸岩上的演替”。
现在不看书,你能自己背出裸岩上演替的几个阶段吗? 看到思考和讨论,第一题(地衣解释一下)······
现在我们来回顾一下这几个阶段,同时思考,植物变化有什么特点? 我们现在回到问题2······问题3······ 现在做一下82页基础题第二题。刚刚我们说到的这一种演替方式,就是我们要学习的第一种演替类型,叫做“初生演替”。书上80页下方,勾出初生演替的概念,一起读一遍,“初生演替是指”起。我们可以看到要能说明一个演替属于初生演替,有哪些条件呢?不论哪一种条件我们可以看到,初生演替的起始地是没有植物存在的,而且没有可供正常植物体生存的土壤条件。比如火山岩、沙丘、冰川泥。这些地方最开始的时候是不存在任何植被的。
那么我问:被火烧得光光的草原上进行的演替是不是初生演替?为什么?第一,它有可供植物生长的土壤条件,第二,虽然表面被烧得光光的,但是在土壤中其实还存在许多植物的根,不是有句诗叫做“野火烧不尽,春风吹又生”,就是讲的这个意思。这种演替我们就把它归为第二种演替类型——次生演替,看书,什么是次生演替?书上列举出了哪些例子?
下面大家自己看书,80页的“弃耕农田上的群落演替”。
(找同学)你概括一下,这个演替过程要经历哪些阶段?所有演替最后都可以形成树林?
这里我们引入一个顶级群落的概念,顶级群落指一个群落演替的最终阶段,是最稳定的群落阶段。比如,在这个弃耕农田上的演替过程中,它的顶级群落是什么?是不是所有群落演替中的顶级群落都是在森林阶段呢?举个例子。内蒙古大草原上,它的顶级群落是在草本植物阶段和灌木阶段。
“丰富度?逆行演替?”
现在我们来比较一下两种演替类型。
在这个漫长的群落演替过程中,影响群落演替的因素有哪些?
精心备课是高效课堂的前提。没有预设的课堂是放任的,也是杂乱无章的,必然也是低效的。要创造高效的课堂,充分用好这四十五分钟,有效的课前准备就显得非常重要。有效的课前准备包括六个环节,下面我结合《群落的演替》的教学谈几点认识。
一、《课标》解读与教材分析
认真钻研教材,结合《课标》及《江苏省高中生物教学要求》,确定一节课的教学内容,确定哪些该教哪些不该教。生物教师在备课时,必须全面浏览教材和相应教辅材料,通过多种途径丰富自己生物知识, 拓展相应的知识。例如我在教授《群落的演替》时,通过研究,确定了群落演替的类型为本节课的重点。根据存在草原的实际情况,引导学生分析是否所有的群落都会演替出森林。学习初生演替与次生演替后,引导学生分析比较两者的异同点,以及群落演替的总趋势,培养了学生分析问题解决问题的能力。
二、学习者学习特征
学习者的学习特征就是要针对学生的理解能力、智力水平等差异来设计不同问题,使不同层次的学生都能有所收获、有所进步,体验到成功的喜悦,从而激发起他们学习的主动性和积极性。尊重学生的个性差异,顾及他们的阅读心理和学习水平,激发他们的学习兴趣来设计适合可行的方案。例如我在教授《群落的演替》时,对初生演替的过程等比较简单的知识,让那些基础差的学生来回答,这些知识书中写得很清楚,不需要花多少脑筋去总结;对问题:“为什么地衣较苔藓、草本植物最先生活在裸岩上?”让理解能力强的学生回答。这些问题在课前就要考虑好相关的回答对象。由于针对性强,效果令人满意。
三、教学目标的叙写
教学目标是教师要求学生达到的学习结果或最终行为的明确的阐述。这就要求每位教师以人的行为来陈述目标,注重目标的精确化、标准化、具体化。教学目标既要比较详细,又要有一定的概括性。教学目标的叙写要清晰而明确地表述课时教学目标,在叙写时至少应包括行为和内容两个方面,既要指出学生养成或形成的行为,又要言明这种行为能在其中运用的领域或者内容,如本节课的教学目标:阐明群落的演替过程;说明人类活动对群落演替的影响;关注我国实行退耕还林、还草、还湖的政策。科学地制订最佳的教学目标,使不同层次的学生都能动起来,实现以最少的教学时间和精力,取得最佳的学习效果。
四、最近发展区分析与教学流程确定
最近发展区理论是由前苏联教育家维果茨基提出来的。维果茨基的研究表明:教育对儿童的发展能起到主导作用和促进作用,但需要确定儿童发展的两种水平:一种是已经达到的发展水平;另一种是儿童可能达到的发展水平,表现为“儿童还不能独立地完成任务,但在成人的帮助下,在集体活动中,通过模仿,却能够完成这些任务”。这两种水平之间的距离,就是“最近发展区”。只有针对最近发展区的教学,才能促进学生的发展,而停留在现在发展区的教学,只能阻碍学生的发展,发展的过程就是不断把最近发展区转化为现有发展区的过程,即把未知转化为已知,把不会转化为会,把不能转化为能的过程。最近发展区的分析就是要了解学生的知识体系,知道学生原有基础,始终从学生实际出发,让他们跳一跳就能摘到桃子。本节内容学习前,学生已有群落的概念、群落的空间结构、生物种间关系等相关知识。在设计问题前我充分考虑到这些因素。本节引入时,我通过阅读火山爆发几年后出现了蜘蛛、小草等,1934年出现了880种动物及多种植物,引导学生回答几年后该地区生物的总和称为什么,1934年该地区生物的总和称为什么,引导学生得出群落演替的概念。
一堂精彩的授课,讲授者不但要富有激情,而且要设计出结构严谨、布局合理,符合学生认知规律和心理活动规律的课堂教学流程。因此,教师要认真分析和研究课堂教学的对象、内容等教学诸要素,精心设计好课堂教学的开头、中间和结尾部分。本节课的教学流程如下:
五、教材处理与策略选择
教材处理与策略的选择既要考虑到课题的重、难点,又要考虑到选修、必修的异同,以及学生个体差异、教学目标的实现、学生的思维特点、认知规律,等等。对于本节教材的处理,根据学生的认知规律,我把“弃耕的农田上的演替”放在初生演替的学习之后来进行;通过对裸岩上的演替、沙丘、冰川泥上发生的演替都属于初生演替的分析,让学生来总结初生演替的概念;同样,通过对弃耕的农田、过量砍伐后的森林、火灾后的草原上的演替的分析来让学生总结次生演替的概念。对于策略问题,在本节课题中,主要围绕群落演替的类型这一重点展开,采用自学、讨论、提问、抢答来解决相关问题和知识,对实例的分析来总结初生演替和次生演替的概念。这些活动提高了课堂内学生的参与性和积极性,激发了学生学习生物的兴趣。在教学过程中鼓励、引导学生相互合作、相互讨论,敢说敢问,多疑多问,诱发创新意识,培养学生敏锐的观察力和丰富的想象力,对于可持续学习和创新能力的培养有着深远的意义。而对人类对群落演替的影响,以及退耕还林、还草、还湖的内容处理,则是让学生阅读,总结人类如何影响群落演替及退耕还林、还草、还湖对生态环境的意义,培养他们分析归纳的能力。
六、设计教学预案
根据前面的思考,我们再着手教学预案的设计。主要包括教学目标、教学重难点、教学过程、板书设计等。
总之,构建高效课堂,功夫在课外。若能在以上六个环节都考虑周全,则是实现课堂高效的有效途径。
参考文献
关键词:南亚热带森林;核心共生种;群落营造;南昆山;生物多样性
中途分类号:S688
文献标识码:A
文章编号:1671-2641(2012)05-0000-00
收稿日期:2008-03-03
修回日期:2012-07-26
随着当前社会、经济的高速发展,生态环境的遭到日益严重的破坏日益严重。人们已普遍开始认识到生物多样性的重要性,并为保护现存现有天然生态系统的保护及对退化生态系统的改造作出各种努力。国际上,自上世纪80年代以来,保护生物的多样性成为国际保护自然保护最令人最关注关心的目标[1];联合国为唤起引起全社会对生物多样性的重视,将2010年定为“国际生物多样性年”[2]。我国在保护生物多样性的保护、改善生态环境的改善方面也作出做出了巨大努力,包括:营造高生物多样性的人工群落、;设计结合自然、模仿自然群落设计营造景观、景观规划基于生物多样性的保护[3]- [~4]等。然而,要
要打造营造生物多样性高、稳定的植物群落,营造稳定的群落景观,既保持保留群落的观赏价值又不丧失群落生态价值的。前提是要熟悉该地域地带性植被特征及当地植物的生态习性,以便筛选挑选出合适的植物材料。
南昆山位于惠州市龙门县境内,与广州交界,是大城市边缘的综合性自然保护区,1993年国家林业部批准成为国家森林公园,2007年经国家旅游局批准成为国家AAAA 级旅游景区,是珠江三角洲大面积保存较好的森林和野生动植物的大面积生态类型自然保护区。南昆山为典型的南亚热带生态系统,其顶级生态系统为季风常绿阔叶林。为进一步提高南昆山的生态环境质量,需在其局部区域进行了人工造林,并建造科学合理的、生物多样性高的人工植物群落。
1优先选用乡土树种中的核心共生种有利于群落生物多样性的提高
乡土树种是指原产当地并经长期的自然选择,经受当地极端气候条件、病虫侵袭等一系列自然灾害考验仍能健壮生长的树种[5]。在现代的生态景观建设中,乡土树种因具有较强的适应性,具有和较大的生态效益而备受亲睐,应用乡土树种是植物多样性就地保护的内容之一[6],对当地生物多样性的保护具有重要意义[7]。但由于乡土树种具有多样性的特点[8],致使设计者在选材过程中常常难以准确筛选出恰当的对象。研究发现,在景观营造过程中核心共生种可作为乡土树种的首选。
1.1可动连锁种与核心共生种的概念
可动连锁种:指能够从群落中某些或某株植物,传播到另外的生境,因而在群落中具有重要的建群作用的物种,也是群落植物生存繁衍的重要因素原因,被称为“可动连锁种”[9]。譬如某些植物为了自身的繁衍和持续生存,不得不依靠蜂类、蝶类、鸟类、兽类等动物来传粉或传播种子,称这些动物为可动连锁种,它们与植物的关系是互利共生的。
核心共生种:,一般指能够维持可动连锁种及多数其他动物存活的关键性植物种[10]。
可以设想我们的在人工群落中,某个植物种群吸引的野生动物越多,而且能为其他种群起到庇护、杀菌、驱虫、固氮、提供养分等良好作用的话,那么它的地位就最为“核心”。在人工群落中应用该物种,可达到丰富群落生物多样性的重要作用。
1.2选用核心共生种的重要意义
1.2.1丰富群落的生物多样性,增强群落系统的稳定性
森林群落演替的过程由简单到复杂,一般具有“侵移-—定居-—竞争-—反应”四个环节,以从而达到形成到达维护区域性稳定与平衡的顶级群落。人造群落应师法自然,遵循森林群落演替的过程规律,循序渐进的地进行。选用某一核心共生种,可吸引鸟类、蜂蝶类等可动连锁种,从而有利其他物种的病虫害防治、开花结果等;而另一核心共生物种虽不能吸引鸟类、哺乳类等,但能吸引昆虫类小动物,形成鸟类、小型哺乳类的食物源,另一方面,由于其他核心共生物种其在植物群落中占据一定的生态位,可制约第一核心种的发展,维持生态平衡。还有一些非核心共生种,虽不是动物的食物源,但能为某些动物疗伤治病,从而招引动物,丰富群落结构。据笔者观察,当犬科动物烦躁不安、肠胃不适时常会取食李氏禾(Leersia hexandra)等植物,以达到恢复健康康复目的;而另一些植物则有具固氮功能作用、可生产肥料促进群落的物质循环及能量交换,起到优化群落的作用。由此可见,在人工群落中对核心共生种进行科学的配置,有利于丰富群落的生物多样性和营造稳定的群落结构。
1.2.2有利形成优美和谐的群落景观,开展实现群落的科学教育工作功能
很多核心共生种枝繁叶茂、花果飘香,不仅能吸引野生动物,还能吸引人们前来观赏、采食、研究,因而极易形成野生动物与人类和谐共处的环境景象。如人工群落里种植的多花山竹子(Garcinia multiflora)、桃金娘(Rhodomyrtus tomentosa)等植物的果实常常吸引众多小型动物,形成丰富的群落结构,从而引起人们观察、研究的兴趣,有利于群落科普功能的实现。
1.3 合理选择南昆山核心共生种构建群落
1.3.1南昆山植物群落核心共生种种类统计
南昆山的核心共生种果实形态一般比较特别,色彩比较艳丽,能引起众多动物的注意,且含有丰富的淀粉、糖份、蛋白质等营养成分。如小乔木香港四照花Dendrobenthamia hongkongensis果实为松鼠、豪猪、白鹇等哺乳类和鸟类所喜爱,植被地稔能成为八哥、白鹇、红嘴蓝雀、喜雀等多种动物的食粮。据调查初步统计,南昆山植物群落中能与哺乳类、鸟类、昆虫类等动物共生的核心共生植物种有39种,隶属于27科、30属(见表1),大多数为南亚热带常绿阔叶林乔灌层的建群种类。
表1.3.2南昆山核心共生种的分布状况
在中国科学院华南植物园、华南濒危动物研究所等多家研究单位对南昆山自然保护区天然林林区野生动植物多年的调查研究的基础上,中南林业科技大学制出《南昆山自然保护区动植物分布图》(图1)。
图1. 南昆山自然保护区野生动植物分布图
注:A赤腹鹰Accipiter soloensis;B黑冠鹃隼Aviceda leuphotes;C黑鸢Milvus migrans;D雀鹰Anisus nisosimilis;E蛇雕Spilornis cheela;F虎纹蛙Hoplobatrachus rugulosus;G鬣羚Capricornis sumatraensis;H猕猴 Macaca mulatta;I林麝Moschus berezovskii;J云豹Neofelis nebulosa;K水獭Autra lutra;L青鼬Martes flavigula;M红隼Falco tinnunculus;N小灵猫Viverricula indica;O金猫Felis temmincki;P大灵猫Viverra zibetha;Q普通鵟Buteo buteo
由图1可知,在核心共生种为优势树种的区域,一般都分布有哺乳纲、猛禽等大型动物的分布。优势树种为核心共生种壳斗科植物的藜蒴(Castanopsis fissa)、米槠、罗浮锥、甜锥(C. eyrei)集中分布的区域,分布有黑冠鹃隼(Aviceda leuphotes)、黑鸢(Milvus migrans)、蛇雕(Spilornis cheela)、虎纹蛙(Hoplobatrachus rugulosus)、鬣羚(Capricornis sumatraensis)、猕猴 (Macaca mulatta)、林麝(Moschus berezovskii)、云豹(Neofelis nebulosa)、水獭(Autra lutra)、红隼(Falco tinnunculus)、小灵猫(Viverricula indica)、金猫(Felis temmincki)、大灵猫(Viverra zibetha)、普通鵟(Buteo buteo)等动物种群,可见核心共生种可以大大丰富群落生物多样性。
2增加生境多样性有利于群落生物多样性的提高
生物多样性是适应环境分异性的结果,生境越多样,能定植和栖息的物种亦越丰富。
2.1 在水域环境增加水生植物
承载水体的湿地具有滞留沉积物、营养物,为两栖类、鱼类、水禽等提供栖息地及繁殖地等功能,生物多样性资源非常丰富。南昆山的湿地为淡水型生境,主要有溪流、河流、水池等几种样式形式,为提高生物多样性,丰富景观层次,可建立生态型驳岸,以种植“沉浮挺”、“乔灌草”野生植物为主,故可发掘耐湿性强的野生物种,如地稔(Melastoma dodecandrum)、石菖蒲(Acorus gramineus)、菖蒲(Acorus calamus)、千屈菜(Lythrum salicaria)、水龙(Jussiaea repens)、泽泻(Alisma orientali)、水鳖(Hydrotrechus remisator)、芡实(Euryaie ferox)、浮叶眼子菜(Potamogeton natans)等。
2.2 适当保留朽木
南昆山因有大面积的森林分布故保存较多朽木。应于人工群落适当的位置,适当保留一些朽木桩。这些朽木桩不仅能点缀环境,同时能长出的各种大型真菌的子实体、附生植物和腐生植物,丰富的物种多样性,同时具有较强的观赏性,同时使景观野趣盎然。形状理想的朽木桩更是个天然的根雕艺术品。
朽木和枯枝落叶在森林生态系统的物质循环中具有重要的作用。森林中的营养循环与能量流动均依赖于朽木与枯枝落叶。倒木通常含有高比例的碳、氮与、磷和如钾、钙、镁与钠的矿质元素,如钾、钙、镁与钠。倒木上的菌类可固氮。树木的种子以及蕨类和苔藓的孢子在腐烂的倒木上得以发芽,倒木也可以为幼苗提供营养和水分,倒木上存在的不利于苗木存活的病原菌要比林地少。许多微生物、无脊椎动物、爬行类、两栖类、鸟类和哺乳类要靠倒木提供隐避处和食物。
3 适当引用“粗生”的色叶植物有利于群落生物多样性的提高
华南地区植物的观赏特性,以观形的种类为主,观花的种类占一定比重,观果及观叶的种类较少,色叶种缺乏[10],为了提高群落景观效益的需要,改变单调呆板的群落景观,可适当引用“粗生”的色叶植物立刻能让景观鲜活起来,改变单调呆板的群落景观,具画龙点睛之功效。所谓的“粗生”即具有较强的抗逆性,如既耐寒又耐旱,不怕风霜水冻等的种类等。这些植物不需过多的人工维护,既能丰富群落景观,又能降低管理成本。但色叶植物不宜过多使用,否则,景观会显得颓丧俗气,缺乏绿意。
南昆山的色叶植物资源丰富,主要有花叶山姜(Alpinia pumila)、鲫鱼胆(Maesa perlarius)、山乌桕(Sapium discolor)、岭南槭(Acer taipuense)、枫香(Liquidambar formosana)、野漆树(Toxicodendron succedaneum)、虎舌红(Ardisis mamillata)、虎耳草(Saxifraga stolonifera)、紫背天葵(Begonia fimbristipula)、小叶红叶藤(Rourea microphylla)、野生紫苏(Perilla frutescens)、疏花马兰(Strobilanthes divaricatus)、广州蛇根草(Ophiorrhiza cantoniensis)等。
地带性植物的开发未得到应有的重视,、缺乏品种意识,、不重视植物品种的筛选和园艺品种的培育[11]是我国园林植物新品种开发中存在的问题。加强加大对乡土树种的引种力度,既可增加群落结构的生物多样性,又可突显凸显当地地带性植被特征,体现当地的群落特色。因此在人工群落的营造过程中,应进一步加大乡土树种的应用比例。
4 结论
生物多样性是人类赖以生存和发展的基础,营造高生物多样性的人工群落是自然生态系统与人工生态系统的有机结合,是人类保护生物多样性的重要方式。在人工群落中引用可动连锁种与核心共生种是丰富群落生物多样性的有效手段;根据华南地区观赏植物的特性适当引进粗生的彩叶植物是增加群落观赏价值和生物多样性的有益方式;而生境多样性则是生物多样性存在的前提。因此,将三者有机结合有利于营建南昆山高生物多样性人工群落的营建。
致谢:该研究由广东省林业厅动植物保护办公室资助。中国科学院华南植物园陈红锋研究员和湛江师范学院成夏岚讲师对论文的撰写提出宝贵意见,特此致谢。
参考文献:
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审稿老师:庄雪影 朱纯
作者简介:
钟文超(1978- ),男,广东惠州人。
毕业于华南农业大学园林专业,现供职于广东龙门南昆山省级自然保区管理处综合科。
工作单位:广东龙门南昆山省级自然保区管理处
通讯地址:广东省惠州市龙门县南昆山生态旅游区上坪村 邮码:516876
联系电话:13829971027,0752-7691695
教学目标 1.知识与能力
(1)阐明群落的演替过程。
(2)说明人类活动对群落演替的影响。
2.方法与过程 通过学习群落的变化,去追踪群落变化的原因,空间、食物以及有无敌害。通过学习使学生了解到我们身边的动物正在减少,增强他们保护大自然的爱心。
3.情感态度与价值观
关注我国实行退耕还林、还草、还湖,退牧的政策。教法导引
本节应紧紧抓住“动态发展观”实施教学。如果说群落的结构可从横向进行剖析,是现时性的,那么在群落的演替中,教学要用历史性的眼光,从纵向进行寻踪。群落是一个动态系统,它时时刻刻都在发生着生物与生物之间、生物与环境之间的相互作用。在正常情况下,大多数群落中物种结构相对稳定。但是,当群落结构受到干扰或破坏,一些种群消失了以后,总会有其他一些种群来占据这个群落的空间,经过一段时间,又会有另一些种群兴起,逐渐取得优势。群落演替是一个长期的过程,总是向着群落恢复相对稳定状态的方向进行。
在进行“问题探讨”内容的教学时,可以让学生观看录像资料片(或类似题材),引发学生思考。事实上,学生对群落演替的现象并不陌生,只是没有建立起概念与现象之间的联系。在教学中教师应尽可能从学生熟悉的事例出发,引导出群落演替的各个阶段。值得注意的是,要始终围绕着生物之间、生物与环境之间的联系与相互作用,以动态发展观引发学生对演替的本质进行思考。
“弃耕农田上的演替”的教学可以让学生与“发生在裸岩上的演替”过程相比较,分析共同点与不同点。提示学生思考:农田是人类对自然群落进行改造的产物,在农田上群落的演替能否恢复为原有的自然群落呢?在学习了这两种演替类型后,教师引出“初生演替”与“次生演替”的概念,学生就比较容易理解。
关于“人类活动对群落演替的影响”的教学,教材中提供了“践踏对草地群落的影响”的素材,意在从贴近学生生活经验的事例展开教学。“走的人多了就成了路”,这是一个在日常生活中极为常见的事例,但人们未必从群落演替的角度思考过。教学要在“熟悉的,未必是知道的”题目上做文章,培养学生观察现象、发现问题的能力。建议有条件的学校,让学生在野外进行实地考察,然后在课堂中组织讨论。
名师课堂
(一)名师说课
本节包括演替的类型和人类活动对群落演替的影响两部分。前者是在群落层次上分析生命系统的发展变化,后者是探讨人类在这方面的作用,体现STS教育思想。关于群落的演替过程,教材通过“思考与讨论”和正文表述,一方面介绍群落演替的类型和演替过程,另一方面(也是更为重要的方面)是让学生分析生物与环境的相互作用。关于人类活动对群落演替的影响,教材列举了许多实例,目的是让学生理解并关注人类活动影响群落演替的速度和方向。本节最后讲述退耕还林、还草、还湖,退牧还草,让学生了解和认同国家的有关政策及其重要意义。
(二)精品教案
导入:以“问题探讨”引入,学生思考回答。老师提示:
火山爆发后环境条件发生了变化。在火山爆发中,有些物种可能会绝灭;在恢复过程中外来新物种可能会进入。群落结构因此而发生了变化,一般不能恢复原来的群落结构。
板书:演替:随着时间的推移,一个群落被另一个群落代替的过程,就叫做演替。以“本节聚焦”的问题再次引起学生的思考。板书:
一、演替的类型
学生活动:学生带着“思考与讨论1”,阅读课本,并完成“思考与讨论”。老师提示:
1.因为苔藓和草本植物无法直接从裸岩中获取养分,而地衣可以通过分泌有机酸而从裸岩中获取养分。
2.通过地衣分泌有机酸加速岩石风化形成土壤,并积累起了有机物,这为苔藓的生长提供了条件。而苔藓生长后,由于其植株高于地衣能获得更多的阳光,处于优势地位,其结果是逐渐取代了地衣。
3.能找到这些植物。在群落演替过程中,一些种群取代另一些种群是指优势取代,而不是“取而代之”。形成森林后,乔木占据了优势,取代了灌木的优势,但在森林中各种类型的植物都是存在的。
板书:
(一)初生演替:指在一个从来没有被植物覆盖的地面,或者是原来存在过植被、但彻底消灭了的地方的演替。
(二)次生演替:指在原有植被虽已不存在,但土壤条件基本保留,甚至还保留了植物的种子或其他繁殖体(如能发芽的地下茎)的地方发生的演替。
讲述 我国东北科尔沁草原地区的农田,在弃耕后开始出现恢复演替,这是一种次生演替。耕作前的原始植被为贝加尔针茅草原,开垦后种了几年玉米,后因产量下降而弃耕。弃耕后的1~2年内以黄蒿、狗尾草、猪毛菜、苦荬菜等杂草占优势;2~3年后,黄蒿占优势;3~4年后,羊草、野古草、狼尾草等根茎禾草入侵,并逐渐占优势,进入根茎禾草阶段;7~8年后,土壤变坚实,丛生禾草开始定居,并逐渐代替了根茎禾草,恢复到贝加尔针茅群落。这一过程需要经历10~15年,根据耕作时期长短,土壤侵蚀程度,以及周围原始物种的远近而有所不同。
板书:
二、人类活动对群落演替的影响 学生活动:
学生带着“思考与讨论”,阅读课本,并完成“思考与讨论”。老师提示:
1.至少有两种因素在小路周围的杂草分布中起作用:一是人的践踏,从耐践踏而言,车前草最强,狼尾草次之,狗尾草最弱;二是植物之间的竞争,在远离人践踏的地方,茎秆较高的狗尾草优先获得阳光,车前草等处于劣势。
2.如果小路被废弃后,人的践踏活动停止了,在路周围会慢慢长出茎秆较高的植物,逐渐成为优势植物。于是,就会出现“远芳侵古道,晴翠接荒城”的景象。
板书:
三、退耕还林、还草、还湖
讲述 长期以来,我国农业发展史,实际上是一部边际土地开垦史。20世纪50年代以来,先后在黑龙江三江平原、新疆和华南地区有计划地组织大规模垦荒,在其他江河、荒原、沼泽和丘陵地区也开展了规模不等的垦殖活动。1952~1990年,全国累计开垦荒地3.58×107hm2,其中80%是1970年以前开垦的。大量开垦直接导致农牧渔业生产能力和环境质量下降。开垦的结果是:水土流失,江河蓄洪能力下降,以及土地严重退化。这些问题已引起各方面广泛关注。我国已实施大规模退耕还林、退田还湖、退牧还草等重要政策,并从2003年1月起开始实施《退耕还林条例》。
退耕还林。1999年开始在四川、陕西、甘肃三省试点,2002年全面实施,已累计完成退耕还林3.18×106hm2,荒山造林3.25×106hm2,中央累计投入达232亿元。规划在2010年前退耕还林1.47×107hm2,宜林荒山荒地造林1.73×107hm2。工程建成后,工程区将增加林草覆盖率5个百分点,水土流失控制面积8.67×107hm2,防风固沙控制面积1.03×108hm2。这是50多年来我国涉及范围最广、任务量最大、农民参与度最高的生态建设工程。
退田还湖。1998年以来,为治理长江水患,国家实施了“平垸行洪、退田还湖、移民建镇”的方针。5年来的“退田还湖”,已使第一大淡水湖——鄱阳湖面积由3950km2“长”到了5100km2,第二大淡水湖——洞庭湖面积增长了35%,恢复到60年前的4350km2。两大湖区为此搬迁的移民相当于三峡移民的1.4倍。两大湖泊的扩容,改善了长江流域的生态。目前,长江干流水面恢复了1400多km2,增加蓄洪容积13×1010m3。这是历史上自唐宋以来第一次从围湖造田转变为大规模的退田还湖。
退牧还草。从2003年起,用5年时间,在蒙甘宁西部荒漠草原、内蒙古东部退化草原、新疆北部退化草原和青藏高原东部江河源草原,先期集中治理6.67×107hm2,约占西部地区严重退化草原的40%。“退牧还草”将采取禁牧、休牧和划区轮牧3种形式进行,实行草场围栏封育,适当建设人工草地和饲草料基地,大力推行舍饲圈养。力争5年内,使工程区内退化的草原得到基本恢复,天然草场得到休养生息,变过牧超载为以草定畜,达到草畜平衡,实现草原资源的永续利用,建立起与畜牧业可持续发展相适应的草原生态系统。
第四章第4节群落的演替
教学 目标
1.阐明群落的演替过程。
2.说明人类活动对群落演替的影响。
3.关注我国实行退耕还林、还草、还湖,退牧还草的政策。
教方学法
讲述与学生练习、讨论相结合 教 材 分 析
重点
群落的演替过程。
难点
群落的演替过程
教具
多媒体、实物投影仪
教 学 过 程
演替:随着时间的推移,一个群落被另一个群落代替的过程,就叫做演替。演替的类型
1.因为苔藓和草本植物无法直接从裸岩中获取养分,而地衣可以通过分泌有机酸而从裸岩中获取养分。
2.通过地衣分泌有机酸加速岩石风化形成土壤,并积累起了有机物,这为苔藓的生长提供了条件。而苔藓生长后,由于其植株高于地衣能获得更多的阳光,处于优势地位,其结果是逐渐取代了地衣。3.能找到这些植物。在群落演替过程中,一些种群取代另一些种群是指优势取代,而不是“取而代之”。形成森林后,乔木占据了优势,取代了灌木的优势,但在森林中各种类型的植物都是存在的。
㈠初生演替:指在一个从来没有被植物覆盖的地面,或者是原来存在过植被、但彻底消灭了的地方的演替。
㈡次生演替:指在原有植被虽已不存在,但土壤条件基本保留,甚至还保留了植物的种子或其他繁殖体(如能发芽的地下茎)的地方发生的演替。
二、人类活动对群落演替的影响
1.至少有两种因素在小路周围的杂草分布中起作用:一是人的践踏,从耐践踏而言,车前草最强,狼尾草次之,狗尾草最弱;二是植物之间的竞争,在远离人践踏的地方,茎秆较高的狗尾草优先获得阳光,车前草等处于劣势。
2.如果小路被废弃后,人的践踏活动停止了,在路周围会慢慢长出茎秆较高的植物,逐渐成为优势植物。于是,就会出现“远芳侵古道,晴翠接荒城”的景象。
三、退耕还林、还草、还湖 大面积围湖造田,使湖面大大缩小,减小了蓄洪容积,降低了蓄洪能力,导致洪灾频繁发生。
教 学 过 程
1.下列属于种群的是[
] A.一个湖泊中全部的鱼苗、小鱼和大鱼 B.校园内所有的乔木
C.棉田中由幼蚜、有翅蚜和无翅成熟蚜组成的全部棉蚜 D.一座山上的大型黑蚂蚁和小型黄蚂蚁
2.在一个水池中长期生长着藻类、水蚤、虾、鲫鱼、蚌等,这些生物可看作是一个[
] A.种群 B.群落 C.生物圈 D.生态环境
3.森林群落的垂直结构由上而下的顺序是[
] ①乔木层
②灌木层
③草本层
④地被层 A.①②③④ B.②①③④ C.③④①② D.④③①②
4.一个种群中如果幼体较少,成年和老年个体较多,那么这个种群密度就会[
] A.越来越大 B.保持稳定 C.越来越小 D.无法预料
5.下列哪一项不是种群的特征[
] A.种群密度 B.年龄组成
C.出生率和死亡率
D.空间配置为水平结构
6.在种群的性别比例中,雄多于雌的生物多见于[ A.黑猩猩
B.鸡 C.象海豹
D.蜜蜂
7.预测某地区人口动态的主要依据是[
] A.现有的人口数量 B.现在的性别比例
C.出生率、死亡率及迁移率 D.目前的年龄结构 答案:CBACDCC
作 业
教 学 后 记
说课大赛获奖作品讲话实录(设计时长7分钟)
山东省枣庄市第十八中学姜丙超
尊敬的各位专家、评委老师,大家上午好!
我是3号参赛选手姜丙超,今天我说课的内容是人教版高中生物必修三稳态与环境第四章第三节第71-77页“群落的结构”。
本节主要包括群落的概念、群落的物种组成、种间关系和空间结构等内容。下面我将从以下六个方面阐述我对本节课的认识:
一、说教材
生物必修模块3“稳态与环境”强调从系统的视角认识生命系统,本章内容从种群和群落两个层次研究生物之间的联系、发展与变化,本节内容是在第一、第二节“种群”层次基础上的一次概念提升,同时为学习第四节群落的演替内容做下了铺垫,因此本节内容在本章中具有承上启下的地位。本节教材结合图片、事例、概念模型和数学模型,强调群落不是一定空间内各种生物简单的集合,而是通过种内的斗争或互助,种间的共生、竞争、捕食等关系建立起的有机整体,是一个生物大家庭。
二、说学生
作为高中学生,他们已经具备了一定的形象思维能力和逻辑分析能力,时的学生有可能在教师的引导下运用数学模型来解释概念模型,将感性认识提升到理性认识。另外,前两节课学生已经学习了种群的相关知识体系,为本节学习群落的概念打下了知识基础。
三、说“三维教学目标“
(一)知识目标:
理解群落的概念;说出群落水平上研究的问题;描述群落的物种组成、种间关系、空间结构等特征。
(二)能力目标:
1、通过讨论学习,相互交流学习成果,培养学生的学习能力和合作能力。
2、通过对土壤中小动物类群丰富度的研究,提升学生的生物科研能力。
(二)情感态度价值观目标:
1、通过竞争与互利共生的学习,认同同学之间在学习上既要你追我赶,也要互相帮助,最终能够共同进步,共同提高。
2、在探究活动过程中体验分工、协作的愉悦情感,积极参与讨论交流,善于倾听不同的意见。
3、在调查研究过程中自觉养成保护环境的良好习惯。
四、教学重点及难点
教学重点 生物群落的涵义及群落的结构特征。
教学难点 从结构与功能相统一的角度描述群落的结构特征。
五、教学方法
本节内容我要遵循我校倡导的“四步十六字”教学模式,以建构主义教学理念为思想指导,以多媒体教学设备为依托,综合运用探究、演示、讨论、讲授等多种教学方法。
六、教学过程
首先,我要用多媒体课件的形式展示一下本节课的三维教学目标。接着我要导入新课。
通过对某池塘中种群以及种群间的相互关系的探究实例,让学生主动构建出群落的概念,理解群落是从比种群层次更高、范围更广的角度来研究生物之间的相互关系,进而了解群落水平上要研究哪些问题。
建构主义理论认为:学习是学生主动建构知识体系的过程。因此本节内容要避免教师直接进行“下定义,举例子”的灌输教学法,尽可能让学生自己比较、归纳和总结,构建群落的概念体系。
接下来,针对本节课的三大块主体内容我要三次利用四部十六字教学模式进行各个击破。
三大知识板块:第一、群落的物种组成;第二、群落的种间关系;第三、群落的空间结构。
四步十六字四个环节:
1、目标展示
2、自主合作
3、探究解疑
4、反思提高。
(第一知识板块)群落的物种组成该部分内容较为简单,要充分引导学生通过自主学习理解由不同纬度上物种的丰富度不同延伸到不同海拔高度上物种的丰富度的不同,从而掌握好
丰富度的概念。
接下来,我要打破教材顺序,把本节教材最后的探究实验即“土壤中小动物类群丰富度的研究”提到第一部分来讲,即讲完“丰富度”的概念紧接着进行相关的探究,这样更符合逻辑顺序,并更有利于学生主动建构知识体系。
本探究实验包括四个操作环节:
1、拟定研究计划
2、取样
3、观察与分类
4、统计与分析
通过拟定研究计划阶段,可以充分锻炼学生的创造性思维。
“观察和分类”阶段需要借助动物分类的专业知识,这对高中生来说有些困难。教师可以事先将本地土壤中常见的小动物列好名册,供学生分类时参考。
“统计和分析”阶段可以引导学生设计记录表格,并据此进行数据分析,这也是科学研究能力培养的重要方面。
学生通过汇报调查结果,列举优势和劣势种群,从而自然过渡到(第二知识板块)群落的种间关系
本部分要让学生通过自主学习和小组交流,并结合教师的引导,让学生绘制出竞争、捕食、寄生、互利共生等各种种间关系曲线,并理解曲线变化的涵义。
此外,还可以给学生补充一个重要的课外概念“偏利共生”。
由于各生物之间存在着复杂的种间关系,各生物种群在群落中占据了不同的空间,于是群落就形成了一定的空间结构。这就是本节的第三个知识板块(过渡句)
关于“群落的空间结构”的教学应该让学生通过自主合作以及探究解疑总结出以下两个特点:
1、阳光、温度、水分等生态因素对动植物的水平和垂直分布有直接影响。
2、群落中植物的垂直和水平分布大大影响了群落中动物的分布。接下来,我要通过引导学生画出本节课的知识结构图解的形式回顾本节主要内容,并当堂做巩固练习,检测本节课的学习效果。
1、内因:(1)种群的起始个体数量。(2)决定种群数量的因素:出生率和死亡率、迁入率和迁出率。
2、外因:
(1)自然因素:气候、食物、天敌、传染病等。(2)人为因素:种植业、养殖业发展,砍伐森林,猎捕动物、环境污染等。
3、联系:两种增长曲线的差异主要是因环境阻力大小不同,对种群增长的影响不同。
因而有:“J”型曲线因环境阻力增大而成“S”型曲线。
4、K值变动的示意图及应用
(1)同一种生物的K值不是固定不变的,会受到环境的影响,在环境不遭受破坏的情况下K值会在平均值附近上下波动。
(2)当环境遭受破坏时,K值下降;当生物生存环境改善时,K值上升。
一、知识与技能目标
简述克隆人、试管婴儿、基因检测等生物技术在应用中可能和已经带来的利和弊。
二、过程与方法目标
通过讨论、阅读、查找资料等活动,关注上述问题可能给人类生活带来的影响,形成自身的心理准备和理性的思考。
三、情感与价值观目标
认同对生物技术伦理问题讨论的必要性。
四、教学过程
(一)克隆技术引发的伦理问题
(二)设计试管婴儿技术引发的伦理问题
(三)基因检测引发的伦理问题
1.基因身份证:把个人的 基因和 基因检测出来,记录在磁卡上,做成个人基因身份证。
2.基因检测的优点:通过基因检测可及早采取 措施,适时治疗,挽救患者生命。
3.基因检测引发的问题及解决办法
(1)问题:①目前,人类对基因结构及基因相互作用尚缺乏足够认识,要想通过 达到预防疾病的目的是困难的;②基因检测结果本身会给受检者带来巨大的 ;③个人基因资讯泄露会造成 ,导致失业、婚姻困难、人际关系疏远等。
(2)解决办法:对于基因歧视现象,可以通过正确的 、教育和立法得以解决。
五、例题分析
例1 英国爱丁堡卢斯林研究所胚胎学家维尔莫特博士于8月成功地繁殖出世界上第一只克隆绵羊多利。据有关背景材料回答问题。
背景材料:2月7日,《自然》杂志报道,英国爱丁堡大学的卢斯林研究所将一只6岁母羊(A羊)的乳腺上皮细胞核导入另一只母羊(B羊)的去核卵细胞中,经体外培养并胚胎移植到第三只母羊(C羊)的子宫内,终于培育出一只名为多利(DolIy)的小绵羊,它就是提供细胞核的那只6岁母羊的克隆或拷贝。这是在哺乳动物中首次利用体细胞核作为核供体获得自体复制的成功实例。这一消息一公布立即轰动了整个世界。克隆绵羊被列为19的世界十大科技新闻的榜首。
(1)克隆羊多利的遗传性状基本与 A 绵羊一致。
(2)三只绵羊中哪一只羊没有为多利提供遗传物质?
第三只羊
(3)克隆羊多利的成功,在技术上突破之处是( )
A.供核细胞是体细胞 B.供核细胞是胚胎细胞
C.胚胎移植技术 D.细胞核移植技术
(4)克隆多利的过程是否遵循孟德尔的遗传分离规律?为什么?
克隆为无性繁殖过程,而孟德尔的遗传规律仅在进行有性生殖的有性生物的减数分裂过程中起作用。
(5)你是否赞同克隆人?谈谈你的看法。
不赞同,赞同治疗性克隆,反对生殖性克隆。
2.下列哪种技术或过程与试管婴儿的形成无关( )E
A.体外培养 B.人工授精
C.胚胎移植 D.正常妊娠
E.克隆技术
3.下列哪项不是解决基因歧视的正确方法( )B
A.通过正确的科学知识传播和伦理道理教育
B.杜绝基因检测
C.保护个人遗传信息隐私权
D.建立完善的法规,通过立法解决
4.所谓的“设计试管婴儿”比一般所说的试管婴儿要多一步骤,是哪一步( ) C
A.体外受精 B.胚胎移植
C.基因检测 D.细胞核移植
六、课后巩固
单选题
1.严重冲击婚姻、家庭和两性关系等伦理道德观念的技术是 ( )C
A.基因检测 B.设计试管婴儿性别
C.克隆人 D.植入前胚胎遗传学诊断
2.提供骨髓中的造血干细胞并不会对试管婴儿造成损伤,其原因是 ( )C
A.骨髓造血干细胞可以无限再生
B.骨髓造血干细胞完成功能后不再发挥作用
C.骨髓造血干细胞具有再生能力,捐献后可刺激骨髓加速造血
D.骨髓造血干细胞已高度分化
3.我国卫生部在《体外受精~胚胎移植及其衍生技术规范》中规定:“实施体外受精一胚胎移植及其衍生技术规范必须获得卫生部的批准证书”。这说明 ( )D
A.我国是一个十分重视伦理道德的国家
B.我国的法律、法规比较健全
C.我国倡导克隆技术和试管婴儿技术
D.我国对试管婴儿技术有严格的规范(分析:允许设计婴儿的性别,但要有定格的证书,严防滥用)
4.基因身份证是指( )A
A.记录个人某些基因资讯的证件
B.能够提供个人完整遗传信息的证件
C.能够证明个人全部基因结构的证件
D.用于进行遗传咨询和基因检测的证件
5.基因不是疾病的唯一决定者,下列哪项不是其原因 ( )B
A.由遗传因素和环境共同决定 B.个别病症由隐性基因控制
C.疾病还与生活习惯及环境有关 D.有许多疾病是多基因病
6.基因检测的好处在于 ( )A
A.及早采取预防措施,适时进行治疗 B.受检者带来巨大的心理压力
C.利于基因治疗 D.可以预知未来
7.中国政府的“四不原则”是针对下列哪项技术来讲的 ( )C
A.转基因动物 B.设计试管婴儿 C.克隆人 D.人类基因组计划
多选题
8.有的伦理学家极力反对克隆人,他们认为克隆人严重地违反了人类伦理道德 (ABC)
A.严重地违反了人类伦理道德
B.冲击了现有的伦理道德观念
C.是人为地制造心理上和社会地位上都不健全的人
D.有基因缺陷
9.下列属于哺乳动物克隆实验缺点的是( ABC )
A.流产率高 B.重构胚胎成功率低
C.胎儿畸形率高 D.克隆后的`胚胎着床率高
10.个人基因资讯的泄露会造成的基因歧视,可能涉及的方面包括 (ACD)
A.人际关系 B.宗教 C.婚姻 D.就业
简答题
11.5月,英国广播公司(BBC)报道,“美国科学家创造了世界上第一批转基因婴儿。他们从年轻的健康妇女的卵细胞中提取出细胞质,然后注入年纪较大的不育妇女的卵细 胞,主要是为了卵细胞注入健康的线粒体,以增加不育妇女的受孕机会。”
请分析回答:
(1)为什么在卵细胞内注入健康的线粒体,会增加年龄较大的不育妇女的受孕机会?
线粒体是细胞能量的“动力工厂”,能为卵细胞提供足够能量。
(2)由此培育的婴儿的核遗传物质来自一父二母。这种说法对吗?为什么?
不对,虽然卵细胞的细胞质中具有来自捐赠妇女的线粒体DNA,但受精卵的核遗传物质来自父母双方各一半。
(3)9月,美国有一位名叫玛尼的女孩患上了一种致命的贫血病,需要进行造血干细胞移植,这个女孩的父母也通过设计试管婴儿的办法,生下了一位名叫安蒂姆的男婴,医生用其脐带血中的造血干细胞挽救了玛尼的生命。设计试管婴儿技术的问世,引起了全球各界的 激烈争论。你是支持还是反对?试说明理由。
分析:
反对:把试管婴儿当作人体零配件工厂,是对生命的不尊重;抛弃或杀死配型不合适的胚胎,无异于“谋杀”。
在初中阶段,学生已学习过有关组织、器官、系统的知识;对于细胞的分化的例子有一些感性的认识,因此比较容易理解细胞分化对于各种组织、器官、系统的建成的重要意义。而且,因为本节内容涉及到个体发育等知识,学生对此有一定的认识,学习的兴趣比较高,关于分化的本质,由于学生还没有学习基因的表达,所以会比较抽象难懂。高中阶段的学生已具备了一定的抽象思维和综合思维能力,但将抽象知识具体化、形象化的能力还不够,所以教师需要由浅入深,从学生生活常见实例展开教学活动。
2.教学内容分析
《细胞分化》是高中人教版生物必修一《分子与细胞》中第六章第二节的内容。细胞分化是核心内容,而细胞全能性、干细胞的研究是对细胞分化进一步的拓展。本节内容既是对细胞细胞结构、功能、分裂等知识的拓展和延伸,又为学习遗传变异打下基础,还是克隆技术和胚胎工程的理论基础。因此学好这节知识是必要的。
3.教学目标
知识目标:(1)说明细胞分化的概念和生物学意义。
(2)举例说明细胞的全能性概念以及科学实践中的应用。
能力目标:(1)培养学生分析、归纳的思维能力,提高学生的科学探究和生物学素养。
(2)让学生通过收集有关干细胞的相关资料,学会鉴别、选择、运用和分享信息。
情感态度与价值观:(1)通过细胞分化和全能性问题的分析,逐步树立科学的世界观。
(2)通过有关干细胞的资料搜集,引导学生关注人类的健康问题,激发学生的社会责任感。
4.教学重点和难点
教学重点:细胞分化的概念和意义;细胞全能性的概念。
教学难点:细胞全能性的概念及其实例。
5.课前准备
(1)收集人体的不同细胞;寻找胚胎发育过程的视频,
(2)制作多媒体课件。
6.课时安排:一课时
7.教学过程
教学内容(步骤) 教师的组织和引导 学生活动(预设) 教学意图 【导入】
播放人的胚胎发育过程的视频
【设疑】
重复视频内容,提问为什么一个细胞能发育为这么多不同的细胞?明确本节课所要讲的内容,导入新课《细胞的分化》 明确所学内容,学习动机被激发,对新课产生兴趣。 唤起学生的学习兴趣。 【新课】
1细胞分化
(1)细胞分化的概念
●展示一组人体不同细胞的图片。并做简要介绍突出其形态结构以及功能的不同。
●提问:联系课堂开始受精卵发育的视频想一想这些不同的细胞来自哪里?
●老师引导总结出细胞分化的概念。
●提问:经过分化后虽然形态结构和功能不同,但每个细胞内的什么是相同的?同一个生物体(比如人)的细胞
●想到这些形态结构以及功能不同的细胞是由同一个细胞发育而来的。
●在老师引导下总结出细胞分化的大概意思。
●遗传物质
●展示图片,形象生动。
●培养学生的分析、总结能力。
●为讲解细胞分化实质做铺垫。 (2)细胞分化的实质
●提问:为什么同一个生物体的各个细胞所含有的遗传物质相同,形态、结构和功能却有很大的差异?
●高考结束后,摆在相同分数的学生面前的学校是一样的,那为什么大家最后进入的学校都不一样呢?
●追问:现在大家想一想为什么同一个生物体的各个细胞所含有的遗传物质相同,形态、结构和功能却有很大的差异?
●积极思考
●高考后进入不同的学校是因为各自的理想不一样,所以选择不一样。
●基因选择性表达的结果 ●导出细胞分化实质这一部分的内容。
●类比细胞分化的实质
●培养学生类比推理的意义,有助于细胞分化实质的理解。 (3)细胞分化的意义
联系生活实例,以工厂类比生物体,以工厂的分工类比细胞分化。
●同学们,工厂(比生产饮料的工厂里有不同的人做着不同的事,有人配制饮料,有人负责装瓶,所以工厂得以顺利运行,饮料得以顺利生产。每一个个体就好像一个工厂,细胞就好像工厂里的车间,细胞分化就好像工厂分工。
目录
一.传统发酵技术的应用
课题1.果酒和果醋的制作
课题2.腐乳的制作
课题3.制作泡菜并检测亚硝酸盐含量
二.微生物的培养与应用
课题1.微生物的实验室培养
三.植物的组织培养技术
课题1.菊花的组织培养
课题2.月季的花药培养
四.酶的应用
课题1.果胶酶在果汁生产中的作用
课题2.探讨加酶洗衣粉的洗涤效果
五.DNA和蛋白质技术
课题1.DNA的粗提取与鉴定
课题2.血红蛋白的提取和分离
六.植物有效成分的提取
课题1.植物芳香油的提取
课题2.胡萝卜素的提取
七.生态环境与生活
课题1.环境保护
课题2.低碳生活
一.传统发酵技术的应用
课题1果酒和果醋制作
教学目标
1、知识目标:
理解果酒、果醋制作的原理。
2、能力目标:
①学生根据果酒制作的原理设计果酒制作过程,体验制果酒的实践操作
②在对果酒制作结果进行分析与评价环节,培养学生实验分析能力和严谨的思维能力。
3、情感目标:
通过果酒酿制历史的追述,培养学生的民族自豪感,同时渗透STS教育。
教学重点:
①说明果酒和果醋的制作原理
②设计制作装置制作果酒和果醋
教学难点:
制作过程中发酵条件的控制
教学过程
引言:
在中华民族悠久的历史长河中,很多事物都走在世界前列,酒也一样,有着它本身的光辉篇章。在酒的记载中,有许多关于酒的有趣传说。猿猴酿酒说——猿猴的主要食物就是含糖水果,猿猴在水果成熟的季节收贮大量的水果在“石洼”中,一段时间后,就有特殊香味的液体流出,这就是最早的果酒。
在国内市场上,近几年出现了越来越多的果酒,如枸杞酒、青梅酒等。
果酒与生活——果酒中虽然含有酒精,但含量与白酒、啤酒和葡萄酒比起来非常低,一般为5到10度,最高的也只有14度。因此,被很多成年人当作饭后或睡前的软饮料来喝。果酒简单来说就是汲取了水果中的全部营养而做成的酒,其中含有丰富的维生素和人体所需的氨基酸。有时候即使生吃水果也不能吸收的营养,通过果酒却可以吸收,因为营养成分已经完全溶解在果酒里了。果酒里含有大量的多酚,可以起到抑制脂肪在人体中堆积的作用,使人不容易积累脂肪和赘肉。此外,与其他酒类相比,果酒对于护理心脏、调节女性情绪的作用更明显一些。
课题1从课题背景人手,然后从实验原理、实验流程示意图和提供的资料,较全面的介绍了果酒和果醋的制作过程。
一、基础知识
1.果酒制作的原理
阅读课本,完成以下问题:
(1)果酒的制作需要什么微生物?
(2)酵母菌的形态、结构、分布、种类及菌落?
(3)酵母菌的代谢类型及其呼吸过程的反应式如何?
(4)酵母菌的适宜温度是多少?
(5)为什么在一般情况下葡萄酒呈红色?
(6)什么叫发酵?发酵等同于无氧呼吸吗?酵母菌有何实际应用?
(1)酵母菌形态、结构、分布、种类及菌落
①形态、结构
酵母菌是单细胞真菌,属真核生物,细胞大小为1~30um,呈圆形、椭圆形等。
思考:你认为酵母菌的细胞中有哪些结构?
你认为细菌与酵母菌在细胞结构上有什么区别?
②繁殖
酵母菌的繁殖方式有出芽生殖、分裂生殖和孢子生殖,但多以出芽方式进行无性生殖。温度低时形成孢子,进入休眠状态,温度适宜时,进行出芽生殖,繁殖速度快。③菌落:
讨论:你知道什么的菌落吗?在生态学上一个菌落属于什么?
酵母菌在固体培养基上形成的菌落,其表面湿润、黏稠,呈白色或粉红色。(在液体培养基中,有些在液体表面形成菌膜,或在容器壁上出现酵母环,或产生沉淀。)
④生存的环境
自然界中,酵母菌分布广泛,但多分布在含糖较高的偏酸环境中,如水果、花、树皮上,(有些可与昆虫共生,有些使人致病,如白色假丝酵母引发鹅口疮、肺感染。食品中常见的酵母菌有啤酒酵母、葡萄汁酵母、鲁氏酵母(酱油酿造)、球拟酵母属、粉状毕赤氏酵母等。)一年四季,土壤始终是酵母菌的大本营。
思考:在发酵制作葡萄酒的时候,要对葡萄进行消毒吗?为什么?
其他微生物与酵母菌的关系是什么?
(2)酵母菌的代谢类型及其呼吸过程
①酵母菌的呼吸
果酒的制作离不开酵母菌。酵母菌是兼性厌氧微生物,
在有氧条件下,反应式如下:酶
C6H1206+6O22+6H20+能量
在无氧条件下,反应式如下:酶
C6H12O62H5OH+2C02+能量
思考:
在发酵过程中,如果要使酵母菌进行大量繁殖,应怎样处理?
如果要获得酒精呢?为什么?
(3)发酵
1).发酵概念
广义:是通过微生物的培养来大量生产各种代谢产物的过程。包括有氧发酵(如醋酸发酵、谷氨酸发酵)和无氧发酵(如酒精发酵)。
狭义:是指微生物的无氧呼吸(包括酒精发酵、乳酸发酵等)。
2).所以:发酵≠无氧呼吸。
3).应用:
酿酒、发馒头、面包制作、酒精制造、生产药用酵母片、生产维生素、生产抗菌素等。
(4)温度要求
繁殖的最适温度:20℃;
酒精发酵的最适温度:18~25℃。
思考:你知道酵母菌需要适宜温度的原因吗?
酵母菌有不同的.最适温度说明了什么?
补充:温度对发酵的影响
酵母菌只能在一定温度下生活。温度低于10℃,酵母菌发育很缓慢。随着温度的升高,繁殖速度加快,20℃时为最佳繁殖温度,此时酵母菌生殖速度快、生活力强。超过35℃,酵母菌生长受到抑制,繁殖速度迅速下降,到40℃酵母菌停止出芽,开始出现死亡。如果想要获得高酒精浓度的发酵液、减少究竟的损耗,必须控制好发酵温度。
你知道吗?
1、一般情况下,葡萄酒呈红色的原因?
(在发酵的过程中,随着酒精度的提高,红葡萄皮的色素也进入发酵液,使葡萄酒呈红色。)
2、葡萄酒分成干红、干白等种类的依据是什么?
(1、根据葡萄酒的颜色分成白葡萄酒、红葡萄酒和桃红葡萄酒三种。
白葡萄酒:用白葡萄酿造,皮汁分离发酵;
红葡萄酒:用红葡萄酿造,皮汁混合发酵;
桃红葡萄酒:颜色介于白葡萄酒和红葡萄酒之间,皮的发酵时间短。
2、根据葡萄酒的含糖量分成干、半干、半甜、甜四种。
干葡萄酒:含糖量低于4克/升;
半干葡萄酒:含糖量介于4克-12克/升之间;
半甜葡萄酒:含糖量介于12克-50克/升之间;
甜葡萄酒:含糖量高于50克/升。)
自然发酵:附着于葡萄皮上的野生型酵母菌。(5)菌种来源:?
??人工培养:分离获得得纯净的酵母菌菌种。
(在果酒的工业生产中为了提高果酒的品质也可以直接在果汁中加入人工培养的酵母菌,例如:干酵母或酒药)
2、果醋制作的原理
阅读课本,思考以下问题:
(1)醋酸菌的形态?细胞结构?
(2)醋酸菌有哪些方面的实际应用?
(3)醋酸菌的代谢类型?
(4)果醋的制作原理?
(1)醋酸菌形态
1).从椭圆到杆状,有单个,有成对,有成链状,以鞭毛运动或不运动,不形成芽孢,属原核生物,以分裂方式繁殖,新陈代谢类型为异养需氧型。(醋酸菌与酵母菌相比,最主要的
特点是)
2).应用:食醋、果醋
(2)果醋制作的原理,
醋酸菌是—种好氧性细菌,只有当氧气充足时,才能进行旺盛的生理活动。变酸的酒的表面观察到的菌膜就是醋酸菌在液面大量繁殖而形成的。实验表明,醋酸菌对氧气的含当量特别敏感,当进行深层发酵时,即使只是短时间中断通人氧气,也会引起醋酸菌死亡。当氧气、糖源都充足时,醋酸茵将葡萄汁中的果糖分解成醋酸;
酶
C6H12O6→3CH3COOH(醋酸)
当缺少糖源时,醋酸菌将乙醇变为乙醛,再将乙醛变为醋酸(反应简式如下)。醋酸菌的最适生长温度为30℃一35℃。
酶酶2C2H5OH+O2→2CH3CHO(乙醛)+2H2O2CH3CHO+O2→2CH3COOH(醋酸)
过渡:根据这个原理,我们是怎样设计果酒、果醋制作方案的?
提示:从以下三个方面考虑:选材、设计实验装置、操作过程
二、实验设计
1.果酒和果醋实验流程示意图
果酒果醋
阅读教材3-4页,对A、B两同学的实验装置进行讨论:
A:每次排气时只需拧松瓶盖,不要完全揭开瓶盖;制醋时,再将瓶盖打开,盖上一层纱布,进行葡萄醋的发酵。(来防止发酵液被污染,因为操作的每一步都可能混入杂菌)B:分析果酒和果醋的发酵装置中充气口、排气口和出料口分别有哪些作用。为什么排气口要通过一个长而弯曲的胶管与瓶身连接?
充气口是在醋酸发酵时连接充气泵进行充气用的;排气口是在酒精发酵时用来排出二氧化碳的;出料口是用来取样的。排气口要通过一个长而弯曲的胶管与瓶身连接,其目的是防止空气中微生物的污染。使用该装置制酒时,应该关闭充气口;制醋时,应将充气口连接气泵,输入氧气。
2、实验操作
(1)材料的选择与处理
选择新鲜的葡萄,榨汁前先将葡萄进行冲洗,除去枝梗。
①、取葡萄500g,去除枝梗和腐烂的叶子。
本节内容包括两个主要方面:一是基因工程的基本原理,二是基因工程的应用。分别用一个课时完成。对于基因工程的基本原理而言,既是学生进入高中以来第一次接触到的生物工程方面的有关内容,又是生物工程中四大主要工程的重点和难点,其知识内容比较抽象和复杂,属于生物科学中的前沿科学。学生理解和接受起来都十分困难。因此本节的侧重点是基因工程的原理和大致过程,在教学深度的把握上应定位在学生了解基因工程的过程和方法,而不必引入过多的专业术语和详细的操作技术,语言力求形象生动,避免不适当地扩展,增加深度和难度。有兴趣的学生可以在生物选修3《现代生物科技专题》中进一步学习。教学时从杂交育种及诱变育种的特点总结入手,结合“问题探讨”,引入基因工程的概念。教学中,教师先结合学生熟悉的具体事例通过类比的方法来讲述基因工程的基本工具,然后安排学生制作模型的活动来模拟基因工程的操作过程,使学生切身体会基因工程“剪、拼、接、转”的主要过程。最后教师用制作的电脑动画来表现这一动态过程。通过第1课时的学习使学生达到能简述基因工程所用到的“工具”和了解基因工程的大致过程的目的。
对于第2课时基因工程的应用的教学,重在在列举基因工程各种应用的基础上,引导学生讨论基因工程应用的利与弊。在进行教学的过程中,布置学生在课前浏览相应的信息资料,搜集有关资料并分析、归纳、整理,提出相应的问题或自主探究的课题,提交组内讨论;各小组讨论归纳,在课堂上进行全体同学的交流和讨论。在课堂上通过模拟一次听证会,让学生进行角色扮演,要求学生采用思考、分析、想象、推断和辩论相结合的方法,围绕基因工程的利与弊,分析讨论是否需要关注转基因食品和转基因生物。对于这个问题,教师不必刻意将学生的争论引向一致的结论,争辩的过程本身就是对学生思维的训练,能够给予学生不少启发。教师要注意引导学生摆事实、讲道理,作出合乎逻辑的推断,鼓励学生积极参与。还可设计合适的情境,组织学生制作公益广告、撰写咨询报告等多种活动,让学生站在不同角度思考问题并作出判断,使学生体会到参与社会问题的讨论和决策的方法。
最后,教师可以组织学生对本章进行小结,进一步突出从杂交育种到基因工程这条技术发展的主线。同时,教师也应强调科学技术是一把双刃剑,既可以为人类造福,又可能造成一些负面影响。身为现代公民,应该关注科学技术的发展和影响。
●三维目标
1.知识与技能
(1)简述基因工程的基本原理。
(2)举例说出基因工程在农业、医药等领域的应用。
(3)收集基因工程所取得的成果以及发展前景。
(4)通过对书中插图、照片等的观察,学会科学的观察方法,培养学生收集和处理科学信息的能力、获取新知识的能力、分析和解决问题的能力。
2.过程与方法
(1)利用课本以外的资料和信息解决课内学习中发现的问题,培养自主学习能力。
(2)通过制作模型的活动来模拟基因工程的操作过程,使学生在理解步骤的同时,切身体会基因工程的主要过程。
(3)通过模拟听证会的活动,引导学生主动参与、乐于辩论,积极进行交流与合作,从而培养学生团结、互助和协调的合作精神,训练学生思维的敏捷性、逻辑性、广阔性及创造性,开阔学生的视野,提高学生的自学能力和良好的语言表达能力。
3.情感态度与价值观
(1)关注转基因生物和转基因食品的安全性。
(2)进行角色扮演,使学生体验参与社会问题的讨论和决策的方法。
(3)通过学习了解我国基因工程的发展前景及成果,激发学生对生物知识的兴趣,开阔学生的思路,培养学生的爱国主义热情,树立在学习上努力刻苦的决心。
●教学重点
(1)基因工程的基本原理。
(2)基因工程的安全性问题。
●教学难点
(1)基因工程的基本原理。
(2)转基因生物与转基因食品的安全性。
●教具准备
教师课件。
●课时安排
2课时。第1课时:基因工程的原理,第2课时:基因工程的应用。
第1课时
●教学过程
[课前准备]
1.教师收集有关基因工程的音像图片资料和实物,并制作成课件。
2.教师参考选修3《现代生物科技专题》P6“重组DNA分子的模拟操作”编辑成构建重组DNA模型的文字指导,复印后发给各组。
3.学生以EcoRI为例,根据教师下发的指导构建重组DNA分子模型,体会基因的剪切、拼接、缝合的道理。
[情境创设]
演示多媒体课件列举几种生物的不同性状,如下:
(1)青霉菌能产生对人类有用的抗生素——青霉素。
(2)豆科植物的根瘤菌能够固定空气中的氮气。
(3)人的胰岛素细胞能分泌胰岛素调节血糖的浓度。
教师:以上几种生物各自有其特定的性状,这些性状都是基因特异性表达的结果,但是人类能不能改造基因呢?能不能使本身没有某个性状的生物具有某个特定性状呢?例如,让禾本科植物能够固定空气中的氮气;让微生物生产出人的胰岛素、干扰素等药物。这样既节省了人力,又简化了生产,同时还不会对环境造成污染。这种设想能实现吗?回答是可以的。通过科学家们的不断努力,在20世纪70年代终于创立了一种能定向改造生物的新技术——基因工程。
教师通过课件图片和音像资料展示基因工程产品,如种子、水果、疫苗或药物等。同时引出本节课题:基因工程的原理。
[师生互动]
教师:利用“问题探讨”,提出问题,组织学生讨论、交流看法。
(1)为什么能把一种生物的基因“嫁接”到另一种生物上?
(2)推测这种“嫁接”怎样才能实现?
(3)这种“嫁接”对品种的改良有什么意义?
学生:分组讨论。学生设想用类似的方法来“改造”某种生物,使其符合人们某种特定需要,说出具体设想。各小组选派代表陈述观点。
教师:杂交育种有哪些局限性?人类是否可以按照自己的意愿直接定向改造生物。
学生:杂交育种有方法简单、容易操作的优点。但是,杂交育种只能利用已有基因的重组,按需选择,并不能创造新的基因。杂交后代会出现性状分离现象,育种进程缓缦,过程烦琐。我们可以利用基因工程的办法解决,即把一种生物的基因“嫁接”到另一种生物上。
教师:肯定学生合理的想法,引发思考。“你的想法很好,可是用什么样的方法才能实现你的设想呢?”
学生:头脑中设想“嫁接”的过程。
教师:用类比的方法引导学生思考基因工程的大致步骤和所需要的工具:剪刀、针线、运载体等。并用问题启发学生:“你能想象这种剪刀加浆糊式的嫁接工作在分子水平的操作,其难度会有多大吗?”
学生:头脑中设想“嫁接”的过程。并跟随教师的引导,思考基因工程的大致步骤:找到目的基因、剪切、拼接、缝合、表达、检测,所用到的工具:基因剪刀、基因针线、基因的运载体。
教师:下面以EcoRI为例,构建重组DNA分子模型,体会基因的剪切、拼接、缝合的道理。
EcoRI是已发现的500多种限制性内切酶中的一种,它是一种从细菌中发现的能在特定位置上切割DNA分子的酶。它的特殊性在于,它在DNA分子内部“下剪刀”,专门识别DNA分子中含有的“GAATTC”这样的序列,一旦找到就从G和A之间剪断(参考教科书插图6-3)。
同学们来试一试,动手做一个重组DNA模型吧。在动手做之前,先要明白“分子剪刀”和“分子针线”的用途和使用方法。
用同一种限制性内切酶切割后的DNA片段其末端可以用连接酶来缝合(参考教科书插图6-4)。这样“剪切拼接”就可以形成重组的DNA分子。
学生:4个人一组,再次阅读课前教师下发的“构建DNA分子模型的文字指导”。
教师:提出问题:
(1)制作模型时用到的“剪刀”和“针线”各代表什么?比较剪切后的DNA片段的末端切片,你发现有什么特点呢 ?
(2)回顾在模型构建过程中,每一步的操作和所用到的工具以及形成的“产品”,你对重组DNA的操作有什么新的理解?
学生:讨论模型构建的具体方法,按“指导”的方法步骤依次完成模拟制作过程,并思考教师提出的问题。回答并交流对重组DNA技术的理解。
学生:剪刀——限制性内切酶(简称限制酶)。它的作用具有特异性特点,即识别特定核苷酸序列,切割特定切点。例如大肠杆菌的EcoRI限制酶能识别GAATTC序列,并在G和A之间切开。剪切的结果是产生黏性未端(碱基互补配对)。
教师:要想获得某个特定性状的基因必须要用限制酶切几个切口?可产生几个黏性末端?
学生:要想获得某个特定性状的基因必须要用限制酶切2个切口。可产生2个黏性末端。
学生:针线——DNA连接酶。连接的部位:磷酸和脱氧核糖交替连接而构成的DNA骨架上的缺口(梯子的扶手),不是氢键(梯子的踏板)。结果是把两个来源不同却有相同的黏性末端的DNA连接。
教师:用DNA连接酶连接两个相同的黏性末端要连接几个磷酸和脱氧核糖交替连接而构成的DNA骨架上的缺口(磷酸二酯键)?用限制酶切一个特定基因要切断几个磷酸和脱氧核糖交替连接而构成的DNA骨架上的缺口(磷酸二酯键)?
学生:2个、2个。
教师:现在同学们分组各做一个重组DNA模型,看一看哪个组的最科学。
学生:分组做重组DNA模型,并分别在实物投影仪上演示,其他同学点评。
教师:重组后的DNA分子还需要特殊的运载工具运载到受体细胞(如大肠杆菌、动植物细胞)中。那么谁能承担这个任务呢?
教师:用图片或课件动画展示质粒的结构及特点。
学生:观看图片或课件,了解质粒的特点及其运载功能。
质粒的特点:
细胞拟核之外的小的环状DNA分子。借宿于细菌、霉菌、酵母菌等细胞里,对细胞的正常生活几乎没有影响。质粒能够自主复制,而且复制只能在宿主细胞内完成。可以容易地从细胞中取出或放入。这些特点使它能够胜任运载体的工作,携带目的基因进入细胞。
教师:有了基因工程操作的工具后,那么基因工程具体是如何进行操作的呢?
教师:用多媒体课件或与教科书插图6-6示意图类似的基因操作步骤的有关录像资料进行展示。思考问题如下:(可以利用幻灯或多媒体课件演示)
(1)举例说明什么是目的基因。
(2)从供体细胞DNA中直接分离基因的方法叫什么?简要说出该方法的过程是什么。
(3)人工合成基因的方法有几种?其操作过程分别是什么?
(4)将目的基因与用限制性内切酶处理后的运载体混合,用DNA连接酶处理会出现几种结果?(只考虑两两结合)
(5)将含目的基因的重组质粒导入细菌受体细胞的过程中常用到哪种化学试剂?其作用是什么?
(6)在目的基因的检测过程中,检测的对象是什么?
学生:观看录像资料,想象科学家在分子水平上进行这一操作的精确性。然后思考、讨论、回答。(通过观看录像资料学生对基因工程的步骤能够大体了解,对以上的问题能基本回答,但是对具体的操作步骤还不能从生物学角度上很透彻地理解)
教师:现在请同学们阅读教材内容,从理论上理解有关知识,同学们可从生物学的专业知识角度出发,用生物学的专业术语准确地解答有关问题。
简要归纳基因工程操作的基本步骤和大致过程。
学生和教师一起归纳基因工程操作的几个步骤:
第一步:提取目的基因;
第二步:目的基因与运载体的结合;
第三步:将目的基因导入受体细胞;
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