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1、第二章 第二節(jié) 生物固氮
教學(xué)過程
第一課時
教學(xué)目標
1.知識方面
(1)知道固氮微生物的種類和生物固氮過程。
(2)識記生物固氮的意義。
(3)了解生物固氮在自然界氮循環(huán)中的作用及其在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用。
2.態(tài)度觀念方面
(1)通過對固氮微生物的形態(tài)和生理特點、生物固氮的意義等內(nèi)容的共同探討,培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)研究的態(tài)度及鉆研精神。
(2)通過運用生物固氮原理分析有關(guān)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)事實中的科學(xué)道理,滲透理論聯(lián)系實際的思想。
3.能力方面
通過師生雙邊教學(xué)活動,致力于培養(yǎng)學(xué)生的多種能力,例如,通過固氮微生物的形態(tài)和生理特點、自然界氮循環(huán)等內(nèi)容的教學(xué)活動,培養(yǎng)
2、學(xué)生的觀察能力、分析能力、思維能力;通過生物固氮的意義研討,培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力、搜集和處理信息能力以及表達能力。
重點、難點分析
生物固氮是自然界物質(zhì)循環(huán)中的重要生物學(xué)過程,它的研究和利用對氮肥生產(chǎn)的改進和農(nóng)業(yè)產(chǎn)量的提高,解決全球性糧食問題有著重要的意義。通過本節(jié)的學(xué)習,可以使學(xué)生了解有關(guān)生物固氮原理及其在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實踐中的應(yīng)用,激發(fā)學(xué)生探索生物科學(xué)奧秘的興趣,為理科學(xué)生的升學(xué)和就業(yè)打下良好的生物學(xué)基礎(chǔ)。因此本節(jié)教學(xué)重點是:
1.固氮微生物的種類;
2.生物固氮的意義。
“生物固氮過程簡介”涉及到較多的生物化學(xué)反應(yīng),這就出現(xiàn)兩個問題:一是學(xué)生現(xiàn)有知識儲備不足,缺乏有關(guān)的生物化
3、學(xué)基礎(chǔ)知識;二是大綱規(guī)定的教學(xué)要求層次為“選學(xué)”,教材只做了簡要的介紹。因此生物固氮的基本過程有關(guān)內(nèi)容為本節(jié)的教學(xué)難點。
教學(xué)模式
啟發(fā)探究、研討式學(xué)習。
教學(xué)手段
利用帶有根瘤的花生等豆科植物實物標本以及投影、計算機課件展示相關(guān)圖片等輔助手段,幫助學(xué)生增加感性認識,激發(fā)學(xué)生的興趣,使學(xué)生在教師的指導(dǎo)下主動學(xué)習,培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)研究的態(tài)度及鉆研精神;對學(xué)生進行分析問題,解決問題能力的訓(xùn)練,突破教學(xué)重、難點,更好地完成教學(xué)目標。
課時安排
二課時。
設(shè)計思路
教學(xué)過程中始終注重創(chuàng)設(shè)問題情境,提高學(xué)生的學(xué)習興趣,調(diào)動學(xué)生學(xué)習的積極性和主動性,同時遵循從感性到理性,從宏觀
4、到微觀,再由微觀到宏觀的認知規(guī)律。
從讓學(xué)生認識豆科植物根瘤中的根瘤菌入手,在學(xué)生對固氮微生物具有一定感性認識的基礎(chǔ)上,分析生物固氮的原理。生物固氮在氮循環(huán)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的作用等一些教學(xué)內(nèi)容,并不難懂,教師引導(dǎo)學(xué)生進行自學(xué)和討論,進而得出相關(guān)結(jié)論,發(fā)展學(xué)生搜集、處理信息能力及表達能力。
在整個教學(xué)過程中,教師要積極創(chuàng)設(shè)交流合作的氛圍,為學(xué)生知識遷移、創(chuàng)造性思維等能力的發(fā)展提供時間和空間。
教學(xué)過程
第一課時
教學(xué)程序
教學(xué)內(nèi)容
方法手段
師生活動
達到目的
創(chuàng)設(shè)問題情境、導(dǎo)入新課
學(xué)習本節(jié)課內(nèi)容
5、
智能訓(xùn)練(反饋矯正)
布置作業(yè)
所有的生物都需要氮元素。在活細胞內(nèi),氮是所有氨基酸、核酸(DNA和RNA)及其他許多重要分子的主要成分,大部分生物不能直接利用大氣中的氮,僅能利用氮的某種形式的化合物。形成這些化合物的過程統(tǒng)稱為“固氮”,這時氮與其他元素結(jié)合,被“固定”在含氮的化合物中。
某些豆科植物含氮元素較豐富,氮素如何獲得?
(根瘤中的根瘤菌將大氣中的氮“固定”供給植物。)
如果小麥、水稻也能固氮,將給人類帶來哪些方面的好處
6、?
每年,大氣中被固定下來的氮,大都是由微生物“固定”的,再經(jīng)過一系列復(fù)雜的生化過程成為生物體內(nèi)所需要的含氮有機物。
什么是生物固氮?哪些生物可完成生物固氮?生物固氮如何完成?
一、生物固氮的概念
固氮微生物將大氣中分子態(tài)氮還原為氨的過程。
二、固氮微生物種類
1.什么是共生固氮微生物?
以根瘤菌為例研究:
(1)了解根瘤菌的形態(tài)特征和生理特點、某些根瘤菌與豆科植物互利共生且具一定專一性的關(guān)系以及根瘤菌的代謝類型。
(2)根瘤的形成及作用。
(3)共生固氮微生物概念。
2.什么是自生固氮微生物?
(1)自生固氮菌的形態(tài)特點。
(2)實例:圓褐固氮菌
介紹其
7、生活環(huán)境,分析其代謝類型,在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的作用。
三、生物固氮過程簡介。
提出問題:為什么固氮微生物可在常溫常壓下完成“固氮”有關(guān)反應(yīng)?(酶的作用)
固氮酶:由固氮基因編碼控制。
固氮過程簡介。
1.比較:根據(jù)固氮微生物與非固氮微生物的特點,思考:如何將自生固氮微生物與土壤中的其他細菌等微生物分離?
2.練習題:
(1)教材P40
一、填充題 二、選擇題
(2)從土壤中分離的自生固氮菌——圓褐固氮菌的代謝類型:( )
A.自養(yǎng)需氧型 B.異養(yǎng)需氧型 C.自養(yǎng)厭氧型 D.異養(yǎng)厭氧型
搜集、整理有關(guān)資料:
(1)比較分析工業(yè)固氮與生物固氮過程。
(2)分析生物固氮的
8、意義和在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用。
(3)查尋生物固氮研究的有關(guān)信息。
教師導(dǎo)言。
教師演示(出示帶有根瘤的花生等豆科植物實物標本)。
學(xué)生討論、師生問答
利用教材中的小資料,師生討論。
用實物投影展示:根瘤的外形及臨時涂片制作過程,并利用顯微投影展示(或用投影展示根瘤菌形態(tài)的圖片)教師演示實驗,提出問題,學(xué)生觀察、分析、歸納相關(guān)內(nèi)容。
投影展示圓褐固氮菌有關(guān)圖片。
教師引導(dǎo)學(xué)生觀察、思考、分析。
引導(dǎo)學(xué)生分析得出結(jié)論。
教師簡要講解(投影示展固氮過程圖片)
學(xué)生提出疑問,教師解答。
教師組織學(xué)生思考、討論,表達個人意見。
師生問答。
9、
學(xué)生可從三個課題中任選至少一個,課后完成,準備發(fā)言。
教師為學(xué)生提供有關(guān)課外資料或有關(guān)固氮內(nèi)容的網(wǎng)址和書籍,例如:南京大學(xué)出版社出版的《環(huán)境微生物工程》等。教師課下要對學(xué)生完成情況進行了解、指導(dǎo)。
第二課時
教學(xué)程序
教學(xué)內(nèi)容
方法手段
師生活動
達到目的
導(dǎo)言
研究過程
交流信息、實現(xiàn)資源共享
學(xué)習本節(jié)課內(nèi)容
發(fā)展學(xué)習
氮元素是生命所必需的。分子態(tài)氮在大氣中的含量很豐富,約
10、占79%(v/v),但絕大多數(shù)生物無法直接利用。只有當游離氮被“固定”成為含氮化合物后,才能被這些生物吸收利用,氮成為活細胞的一部分并進入生態(tài)系統(tǒng)中的食物鏈。氮循環(huán)是生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)的重要組成部分(復(fù)習概念和特點)。
氮在生態(tài)系統(tǒng)中的循環(huán)涉及一系列相當復(fù)雜的過程,這些過程大多是由微生物調(diào)節(jié)的。
一、自然界氮循環(huán)過程的分析。
1.大氣中的氮氣可通過三條途徑被“固定”。
2.生物群落中的氮素傳遞是以有機氮形式通過生物的同化作用實現(xiàn)的。
3.動植物遺體、排出物(如尿素等)、殘落物中的有機氮是通過微生物的氨化作用及硝化作用轉(zhuǎn)變成為植物再度利用的形式。
4.在氧氣不足的條件下,土壤中的硝酸鹽
11、被反硝化細菌等多種微生物還原成亞硝酸鹽,并且進一步還原成分子態(tài)氮,分子態(tài)氨則返回到大氣中。
二、生物固氮在自然界氮循環(huán)中的重要作用。
1.比較分析工業(yè)固氮與生物固氮過程。
區(qū)別:工業(yè)固氮需要極高的溫度和壓力,對大氣產(chǎn)生嚴重污染;生物固氮在常溫常壓下就可以完成,對大氣沒有任何不良影響。
分析原因:氮氣分子中的氮—氮三鍵是很強的,要將此三鍵拆開并轉(zhuǎn)化為氨,需要相當大的能量。因此,化學(xué)固氮必須在高溫、高壓及催化劑的作用下才能使H2與N2反應(yīng)。工業(yè)固氮需高溫(500 ℃)和高壓(20 000—30 000kPa)條件,而生物固氮在固氮酶作用下消耗生物自身能量,在常溫常壓下進行,大大節(jié)約了能源,
12、對環(huán)境無污染。
3.據(jù)科學(xué)家估算,每年生物固氮的總量占地球上固氮總量的90%左右??梢?,生物固氮在地球的氮循環(huán)中具有十分重要的作用,而且對維持生態(tài)系統(tǒng)平衡有重要意義。
三、生物固氮在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用。
1.20世紀初以來,全球農(nóng)作物單位面積產(chǎn)量不斷增長,在一定程度上依賴于氮素化肥的施用量不斷增加。農(nóng)作物依賴于施用氮素化肥所獲得的增產(chǎn)實際上是以消耗能源和污染環(huán)境為代價的。在現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)中,生物固氮具有提高農(nóng)作物產(chǎn)量和增強土壤肥力的作用。
2.土壤獲得氮素消耗和補充的途徑。
3.生物固氮在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用實例:拌種、綠肥。
4.人類自從發(fā)現(xiàn)豆科植物與根瘤菌共生結(jié)瘤固氮現(xiàn)象以來,對生物固氮
13、研究己有一百多年之久,我國對生物的共生固氮現(xiàn)象也進行了長達六十余年的探索性研究。圍繞著培育新的固氮植物,通過生物技術(shù)改造固氮微生物和現(xiàn)有的農(nóng)作物,使新的固氮菌與新的農(nóng)作物更容易形成共生固氮關(guān)系。可以肯定,生物固氮工程的研究已經(jīng)進入一個新的歷史階段,擴大生物間共生固氮范圍和將豆科植物的固氮能力轉(zhuǎn)移到非豆科植物中的研究已呈現(xiàn)出希望之光。隨著生物固氮研究地不斷深入,將逐步實現(xiàn)禾本科農(nóng)作物與固氮微生物共生結(jié)瘤固氮的美好愿望。
教材P40 三、簡答題
師生問答
利用計算機課件分步展示或用投影展示(見要點提示2)氮循環(huán)過程。
師生討論。
14、
教師組織學(xué)生利用投影展示自己搜集的資料并匯報。
教師適時肯定并予以補充。
教師啟發(fā)學(xué)生分析得出結(jié)論。
師生問答。
投影展示教材圖片。
教師組織學(xué)生提出問
題,互相解答,教師補充。
教師組織學(xué)生匯報搜集的有關(guān)信息,進行演講。
學(xué)生恩考。
師生討論。
明確知識聯(lián)系,引入氮循環(huán)研討過程。使學(xué)生了解自然界氮循環(huán)過程,培養(yǎng)學(xué)生知識遷移運用能力,發(fā)展學(xué)生思維的流暢性及認識問題的深刻性。
調(diào)動學(xué)生主動參與學(xué)習過程,激勵學(xué)生的學(xué)習等情感,使學(xué)生深有效地學(xué)習,培養(yǎng)學(xué)生合作學(xué)習的態(tài)度。
了解生物固氮有關(guān)原理在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用事實,滲透理論聯(lián)系實際的思想。
為學(xué)生提供展示自己的機會,發(fā)展學(xué)生的學(xué)習等情感。
鞏固相關(guān)知識,滲透理論聯(lián)系實際的思想。
板書設(shè)計