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生物教案－植物的礦質營養(yǎng)
教學目標
一、知識方面
1、使學生理解礦質元素的概念，了解植物必需的礦質元素的種類和來源
2、使學生理解根對礦質元素離子的吸收過程及其與植物根細胞呼吸作用之間的密切關系
3、使學生理解根吸收礦質元素離子與根吸水的聯(lián)系和區(qū)別
4、使學生了解礦質元素在植物體內的存在形式、運輸方式和利用特點
5、使學生了解合理施肥、無土栽培原理和實用。
二、能力方面
通過引導學生分析根對礦質元素離子的吸收過程與呼吸作用的關系以及分析影響根吸收礦質離子的環(huán)境因素，訓練學生分析實驗和實際問題的能力。
三、情感、態(tài)度、價值觀方面
通過在教學中介紹合理施肥、無土栽培原理和實用，增加學生學以致用的意識；培養(yǎng)學生關注科學、技術在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應用，對學生進行生命科學價值觀的教育。
教學建議
教材分析
教材主要講述了植物必需的礦質元素、根對礦質元素離子的吸收、礦質元素的運輸和利用、合理施肥以及無土栽培的基礎知識。
1、植物必需的礦質元素
教材在第一章中已經(jīng)學習過組成生物體的化學元素基礎上講述了：
�。�1）什么是礦質元素
將植物烘干后充分燃燒，植物體中的C、H、O、N元素會以二氧化碳、水分、分子態(tài)氮和氮的氧化物等氣體形式散失，而礦質元素以氧化物的形式存在于灰分中，所以礦質元素元素也叫做灰分元素，它們主要是由根系從土壤中吸收，氮元素雖在燃燒過程中散失，不存在于灰分中，但是氮與其它礦質元素一樣，也是植物從土壤中以無機鹽的形式吸收來的，因此，也將氮歸于礦質元素一類。
�。�2）什么是植物必需的礦質元素
目前，科學家確定的植物必需的礦質元素有13種，其中N、P、S、K、Ca、Mg 等6種屬于大量元素，F(xiàn)e、Mn、B、Zn、Cu、Mo、Cl等 7種屬于微量元素。
�。�3）簡要地講述了確定植物必需的礦質元素的方法
在人工配制的培養(yǎng)液中，除去某一種礦質元素后，植物的生長發(fā)育不正常了，而補充這種礦質元素后，植物的生長發(fā)育又恢復正常的狀態(tài)，就說明這種礦質元素是植物必需的礦質元素。
2、根對礦質元素離子的吸收
教材主要從植物吸收礦質元素的器官、植物吸收礦質元素的主要部位、礦質元素的存在形式、礦質元素被植物吸收的形式、根吸收礦質元素的過程幾個方面介紹了植物對礦質元素離子吸收，其中根吸收礦質元素的過程是重點，也是難點，這個過程教材概括為兩步：首先礦質元素離子通過交換吸附到根細胞表面；然后吸附在根細胞表面的離子通過主動運輸進入細胞內。
教材特別強調了根對礦質元素離子吸收與根細胞呼吸作用的密切關系。
3、礦質元素的運輸和利用
�。�1）礦質元素的運輸
教材簡要講述了礦質元素進入根毛以后如何最終進入導管和礦質元素如何被利用的知識。教材還通過列舉科學家所做的實驗強調了根對礦質元素離子的吸收與根對水分的吸收是兩個相對獨立的過程，即植物運輸水分和運輸?shù)V質元素是一個同一過程；而植物吸收水和植物吸收礦質元素離子不是同一過程，因此蒸騰作用能促進水的吸收和運輸，也能促進礦質元素的運輸?shù)牡览�，但不能促進礦質元素離子的吸收。
教材還提到了植物體除了根以外、葉片等部位也能吸收礦質元素離子，及其在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實際中的重要意義。
（2）礦質元素離子的利用
教材介紹了礦質元素離子在植物體內的存在形式與其能否被重復利用之間的關系。
4、教材注意聯(lián)系生產(chǎn)和生活實際，概括地講述了合理施肥的基礎知識，并且簡要講述了無土栽培這一新技術的基本原理、特點以及優(yōu)點。此外，本節(jié)還在“課外生物科技活動”欄目，鼓勵學生利用無土栽培技術培養(yǎng)植物。
教法建議
1、引言
課前指導生物小組的同學用完全培養(yǎng)液和缺素培養(yǎng)液培養(yǎng)出一些植物體，以便課上展示給學生，引發(fā)他們對礦質元素對植物生活的作用的思考，以此引入本節(jié)內容。
也可以從分析植物體內化學物質的元素組成入手引入課題。例如，植物體內的物質中，蛋白質通常含有N，S、葉綠素含有Mg，核酸含有P，但植物體通過光合作用可從二氧化碳獲得C和O，通過根的吸水中獲得H和O。以此引導學生分析出植物體內含有的元素種類與植物吸收的元素種類之間的矛盾，從而很自然地引入植物還可從土壤吸收礦質元素這一事實。
也可以從根的滲透吸水直接引入，因為學生都知道土壤溶液中還溶解有各種礦質元素離子，這時可引發(fā)學生思考：溶于水的這些礦質元素離子是否是和水一起被吸收的？從而引入礦質元素離子的吸收。
2、礦質元素的概念
和根對水分的吸收情況一樣，學生在初中已學過有關無機鹽吸收有關的初步知識，因此，教師可提出一些問題，以了解學生對礦質代謝的理解程度，找出學生對礦質代謝理解上的偏差和不足，從而進行有針對性的教學。
在討論了問題的基礎上，引導學生分析礦質元素的概念、必需元素的概念、植物體內哪些元素是大量元素、哪些元素是微量元素。
可把學生討論的重點放在“如何確定某種元素是植物必需的礦質元素的方法？”鼓勵學生提出自己的觀點和設計方案，以便滲透研究方法，對于激發(fā)學生學習興趣，豐富學生研究問題的思路有重要作用。
3、根對礦質元素離子的吸收過程，是本節(jié)教學的重點，也是難點
（1）根細胞對礦質元素的交換吸附
這是根細胞吸收礦質元素離子的第一步
可先讓學生做《根對礦質元素離子的離子交換吸附》實驗，在實驗過程中或實驗結束后，教師通過一系列問題串引發(fā)學生對交換吸附的思考和理解。
學生在討論問題時，教師可根據(jù)需要適當做一些知識和方法上的提示，最終使學生明白礦質元素離子交換的原理，然后可就上述實驗做進一步討論。
�。�2）吸附在根細胞表面的離子通過主動運輸進入細胞內
可讓學生回憶主動運輸所需要的條件，即需要ATP和膜上有相應的載體蛋白；進而討論“為什么礦質元素離子具有選擇性？”等問題
�。�3）根對礦質元素離子和水分的吸收是兩個相對獨立的過程，是教學的難點。
引導學生討論一些實驗問題的基礎上加深對上述觀點的理解
3、礦質元素的運輸和利用
（1）礦質元素的運輸
引導學生討論出植物運輸水分和運輸?shù)V質元素是一個同一過程；而植物吸收水和植物吸收礦質元素離子不是同一過程，因此蒸騰作用能促進水的吸收和運輸，也能促進礦質元素的運輸?shù)牡览�，但不能促進礦質元素離子的吸收。
老師可向學生介紹植物體除了根以外、葉片等部位也能吸收礦質元素離子，及其在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實際中的重要意義。
�。�2）礦質元素離子的利用
教材介紹了礦質元素離子在植物體內的存在形式與其能否被重復利用之間的關系。
4、教材注意聯(lián)系生產(chǎn)和生活實際，概括地講述了合理施肥的基礎知識，并且簡要講述了無土栽培這一新技術的基本原理、特點以及優(yōu)點。此外，本節(jié)還在“課外生物科技活動”欄目，鼓勵學生利用無土栽培技術培養(yǎng)植物。
教學設計方案
【課題】第五節(jié) 植物的礦質代謝
【教學重點】植物必需的礦質元素及其種類；根對礦質元素離子的吸收過程。
【教學難點】根對礦質元素離子的吸收和對水分的吸收是兩個相對獨立的過程。
【課時安排】實驗、授課一共兩課時。
【教學手段】掛圖、多媒體課件、實驗
【教學過程（adivasplayground.com）】
1、引言
課前指導生物小組的同學用完全培養(yǎng)液和缺素培養(yǎng)液培養(yǎng)出一些植物體，以便課上展示給學生，引發(fā)他們對礦質元素對植物生活的作用的思考，以此引入本節(jié)內容。
也可以從分析植物體內化學物質的元素組成入手引入課題。例如，植物體內的物質中，蛋白質通常含有N，S、葉綠素含有Mg，核酸含有P，但植物體通過光合作用可從二氧化碳獲得C和O，通過根的吸水中獲得H和O。以此引導學生分析出植物體內含有的元素種類與植物吸收的元素種類之間的矛盾，從而很自然地引入植物還可從土壤吸收礦質元素這一事實。
也可以從根的滲透吸水直接引入，因為學生都知道土壤溶液中還溶解有各種礦質元素離子，這時可引發(fā)學生思考：溶于水的這些礦質元素離子是否是和水一起被吸收的？從而引入礦質元素離子的吸收。
2、礦質元素的概念
和根對水分的吸收情況一樣，學生在初中已學過有關無機鹽吸收有關的初步知識，因此，教師可提出一些問題，以了解學生對礦質代謝的理解程度，找出學生對礦質代謝理解上的偏差和不足，從而進行有針對性的教學。比如，教師可提出以下問題：
�、僦参锸盏V質元素離子的主要器官是什么?
②植物礦質元素離子的主要部位是什么？
③礦質元素在植物體主要以什么存在？
�、苤参矬w運輸水和礦質元素離子的通道是什么？知道這些通道在植物體的哪個部位嗎？
�、莸V質元素離子在植物體內都可以參與哪些生理功能？
⑥植物體內礦質元素離子是如何散失的？等等。
在討論了上述問題的基礎上，引導學生分析礦質元素的概念、必需元素的概念、植物體內哪些元素是大量元素、哪些元素是微量元素。
可把學生討論的重點放在“如何確定某種元素是植物必需的礦質元素的方法？”鼓勵學生提出自己的觀點和設計方案，以便滲透研究方法，對于激發(fā)學生學習興趣，豐富學生研究問題的思路有重要作用。
3、根對礦質元素離子的吸收過程，是本節(jié)教學的重點，也是難點
�。�1）根細胞對礦質元素的交換吸附
這是根細胞吸收礦質元素離子的第一步
可先讓學生做《根對礦質元素離子的離子交換吸附》實驗，在實驗過程中或實驗結束后，教師通過下面的問題串引發(fā)學生對交換吸附的思考和理解：
�、偻ㄟ^《觀察根對礦質元素離子的交換吸附現(xiàn)象》的實驗，如何理解設置對照實驗的重要性。
《觀察根對礦質元素離子的交換吸附現(xiàn)象》實驗是一個簡單的單因子對照實驗。在單因子對照實驗中，有一個非常重要的要求，即，除了要研究的那個因素設置為可變外，其它所有條件都盡量保證一致。
在該實驗中，可變的因子只一個，即染色后的根放入的溶液不同，一個是氯化鈣溶液（為實驗組），另一個蒸餾水（為對照組），除了這個因素不一樣外，該實驗要求其它因素都盡量要保證一樣，如根發(fā)育的時期、剪取的根的條數(shù)，剪取的根的長度，染色的時間，兩種溶液的體積，等待的時間等等，這個實驗雖然很簡單，但學生對它包含的對照思想一定要重視并理解。
�、跒槭裁磥喖谆{可使根細胞染成藍色？
�、蹫槭裁磳嶒灪笳麴s水與其中的根都沒有發(fā)生顏色上的變化？
④為什么實驗后氯化鈣溶液變成淺藍色，而根的藍色褪去了一些？
�、轂槭裁丛趯嶒炛幸x擇生長旺盛的根來做實驗？
�、逓槭裁匆x擇亞甲基藍這種活體染色劑，如果換成別的能殺死細胞的染色劑的話，這個實驗的結果是否不受影響？
學生在討論這些問題時，教師可根據(jù)需要適當做一些知識和方法上的提示，最終使學生明白礦質元素離子交換的原理，然后可就上述實驗做進一步討論：
�、僭谶@個實驗一共進行了幾次礦質元素離子的交換吸附？
本實驗過程中實際涉及兩次交換吸附，第一次是在染色過程中，亞甲基藍陽離子與根細胞表面的氫離子交換；第二次是根細胞表面的亞甲基藍陽離子與氯化鈣溶液的鈣離子交換；
�、诒緦嶒灥膶φ战M是哪一組？
本實驗中用蒸餾水作對照的原因是蒸餾水中基本不含可供交換的離子。
�、墼谶@個實驗中，與亞甲基藍陽離子發(fā)生過交換的離子有哪些？等等。
�。�2）吸附在根細胞表面的離子通過主動運輸進入細胞內
可讓學生回憶主動運輸所需要的條件，即需要ATP和膜上有相應的載體蛋白；進而討論：
① “為什么礦質元素離子具有選擇性？”
或“為什么同種植物對同一溶液中的不同離子或同一鹽分中的陰陽離子的吸收量不同？”
或“為什么不同種植物對同一種礦質離子的吸收量不同？”
植物對礦質元素有選擇吸收的原因是什么呢？根吸收礦質元素離子是一個主動運輸過程，而主動運輸是需要蛋白載體的，因此，根細胞膜上如果有某種離子的載體，這個細胞就可以吸收這種離子，而且該離子的載體越多，一定范圍內，根細胞對這種離子的吸收也就越多。
理解了這點后，學生就可以解釋下面的現(xiàn)象，即硝酸鈉溶液水解后是中性的，為什么常施用這種氮肥后土壤會呈堿性？學生在化學課已學過，硝酸鈉是強酸強堿鹽，硝酸鈉水溶液水解后呈中性，但為什么土壤長期使用這種氮肥后土壤會堿化，即pH升高呢？同學可從根細胞膜上的載體去分析：我們已學過，根細胞在進行離子交換吸附時，硝酸根陰離子與碳酸氫根離子相交換，鈉離子與氫離子相交換。氮元素是植物體生長所必須的，而鈉元素在植物體含量甚微，可以想見，植物根細胞膜上運輸含氮離子的載體數(shù)量要遠遠超過運輸鈉離子的載體數(shù)量，因此根細胞吸收的硝酸根離子多，而吸收的鈉離子數(shù)量少，即硝酸根離子與碳酸氫根的交換量大，結果土壤中的碳酸氫根量就大于氫離子，從而使土壤堿化。
有了上面的基礎，學生還可以分析下面兩個例子：
（1）硝酸氨溶液水解后是酸性的，為什么常施用這種氮肥后土壤溶液pH不會發(fā)生很明顯的變化？
�。�2）硫酸氨溶液水解后是酸性的，為什么常施用這種氮肥后土壤會呈酸性？
�、凇爱斖饨缛芤褐心撤N礦質元素離子的濃度足夠大時，為什么礦質元素離子吸收速率達到一定程度后就不再升高了？”
③“為什么礦質元素的吸收與植物細胞的呼吸作用有密切的聯(lián)系。？”
�。�3）根對礦質元素離子和水分的吸收是兩個相對獨立的過程，是教學的難點
學生討論下面的問題：
�、僖龑W生對課文中講述的有關用菜豆做的實驗等實例進行分析和討論。
�、谠黾硬煌参镌谕粻I養(yǎng)液中吸收礦質元素離子數(shù)量的差異的討論。
�、墼黾愚r(nóng)業(yè)生產(chǎn)實踐上中耕松上、除草、保墑外、通氣起什么作用的討論。
�、茈x子的吸收為什么有載體飽和效應，例如根細胞中K+或其他礦質元素離子的濃度已高于土壤溶液中的濃度、但是， 植物的很仍然吸收這些必需的礦質元素離子�？梢砸龑W生對這一現(xiàn)象進行討論，使學生明白植物的吸水量與離子吸收量不呈正相關。
�、莺粑种苿槭裁茨芤种齐x子吸收，卻不抑制水的吸收
�、拗参飳﹄x子的吸收速率遠比吸水慢
3、礦質元素的運輸和利用
�。�1）礦質元素的運輸
引導學生討論：
①礦質元素進入根毛以后如何最終進入導管和礦質元素如何被利用？
�、跒槭裁凑f根對礦質元素離子和水分的吸收是兩個相對獨立的過程？
或有的同學認為蒸騰作用是吸收礦質元素的動力，同時也是運輸?shù)V質元素的動力？學生認為這個說法對嗎？
通過分析蒸騰作用的過程，引導學生得到下面的結論：
蒸騰作用是植物體的根吸收水分和運輸水分的動力。
通過分析礦質元素吸收過程，學生應該已經(jīng)知道，植物的根細胞吸收礦質元素與兩方面條件有關，
其一，根細胞對礦質元素的吸收與其呼吸作用密切相關，尤其是有氧呼吸，因為呼吸作用為根細胞進行離子交換吸附提供了可供交換的離子，即碳酸氫根離子和氫離子；同時根細胞呼吸作用過程中合成的ATP又為吸附在根細胞表面的礦質離子進入根細胞的主動運輸過程提供了能量。所以說，水分的吸收其動力是蒸騰作用，而礦質元素吸收的動力則不是蒸騰作用。
其二，由于根吸收礦質元素離子是一個主動運輸過程，而主動運輸是需要蛋白載體和能量的，因此，根細胞膜上運輸?shù)V質元素的載體及其數(shù)量就起著重要的作用，這點一會兒還會談到。
通過分析礦質元素運輸過程，讓學生知道，礦質元素是與水一起由植物體的導管運輸?shù)�，其動力為植物的蒸騰作用。因此說，水分和礦質元素運輸?shù)膭恿Χ际侵参锏恼趄v作用。
因此說，植物吸收水分和吸收礦質元素是兩個相對獨立的過程，雖然二者是一起被運輸出，而二者的吸收方式獨立。
綜上可知，認為蒸騰作用是吸收礦質元素的動力，同時也是運輸?shù)V質元素的動力，這種說法是不正確的，因為認為蒸騰作用是運輸?shù)V質元素的動力，而與礦質元素的吸收無關，即植物運輸水分和運輸?shù)V質元素是一個同一過程；而植物吸收水和植物吸收礦質元素離子不是同一過程，因此蒸騰作用能促進水的吸收和運輸，也能促進礦質元素的運輸?shù)牡览�，但不能促進礦質元素離子的吸收。
如果有時間的話的，教師可引導學用表解的形式總結根細胞吸水與根細胞吸收礦質元素離子的異同：
水分吸收
礦質元素的吸收
區(qū)別
原理與過程不同
滲透作用
交換吸附和主動運輸
吸收的動力不同
細胞內、外溶液的濃度差；蒸騰作用形成的蒸騰拉力
ATP
運載工具
不需
細胞膜上運載離子的載體
聯(lián)系
1、礦質元素一定要溶解在水中，才能被根部吸收
2、水參與完成交換吸附的離子的生成過程
3、礦質元素在植物體內的運輸是隨著水分的運輸達到植物體的各部分
4、礦質元素被根細胞吸收后，又會影響細胞內外溶液的濃度，從而影響根對水分的滲透吸收
老師可向學生介紹植物體除了根以外、葉片等部位也能吸收礦質元素離子，及其在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實際中的重要意義。
�。�2）礦質元素離子的利用
教材介紹了礦質元素離子在植物體內的存在形式與其能否被重復利用之間的關系。
老師可引導學生進行列表比較，如
礦質元素的利用取決于礦質元素在植物體內的存在形式
存在形式
離子
不穩(wěn)定的化合物
穩(wěn)定的化合物
移動情況
容易移動
可以轉移
不能轉移
利用情況
反復
多次
一次
集中部位
大多分布于分生區(qū)和幼葉等代謝旺盛的部位
大多分布于分生區(qū)和幼葉等代謝旺盛的部位
往往在越老的器官中含量越多
缺乏時受害部位
老
老
幼嫩
舉例
K
K、P、Mg
Ca、Fe
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