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[關鍵詞]高中生物 從生物圈到細胞 設問 思維認知
利用精巧設問引導學生展開學習思維,是最為常見的教法應用。如何提升問題設計的技巧性,并切準學生的學習思維認知點,是教師科學施教的重要研究問題。有一位教師在《生物圈到細胞》的教學中,采用設問鏈接學生思維的教法,逐步引導學生走近問題核心,課堂學習研究氛圍濃厚,學生的學習思維順利啟動,收到了顯著的教學效果。
[課堂實錄]
師:通過SARS病毒模式圖,我們了解了患者感染后的發病情況,病毒經過三天后開始在身體內蔓延。結合初中所學病毒知識,你認為SARS是一種什么樣的生物?
生:病毒不具備細胞結構,一般是借助活體生物生活和繁殖,寄生性是病毒的基本特征。SARS病毒也不例外,結構簡單,具有寄生性。
師:回答很到位,看來你對病毒知識非常熟悉。根據已經掌握的病毒相關知識,你認為SARS病毒具有怎樣的結構?它又是如何生活和繁殖的呢?
生:病毒由蛋白質外殼和內部的遺傳物質組成,并沒有細胞性結構,而且只能寄生在活細胞內,開始大量繁殖。
師:病毒雖然沒有細胞結構,但它可以利用活胞物質制造新的病毒,其繁殖速度驚人,給人體機理造成毀滅性的侵蝕。SARS病毒主要侵蝕人體哪些部位呢?
生:SARS病毒主要針對人體上呼吸道細胞、肺部細胞展開侵蝕,破壞肺部細胞組織,導致患者呼吸困難,甚至出現功能性衰竭而死亡。
師:SARS病毒主要侵蝕人體呼吸系統,對其他部位也會有侵蝕。如果病毒離開了活細胞,它們還能生存和繁殖嗎?
生:不能。病毒一旦離開活細胞,就不能繼續生存。
師:(實例1,草履蟲圖片展示)草履蟲是一種什么樣的生物?還有哪些生物體的結構與草履蟲相似?
生:草履蟲是一種單細胞生物。酵母菌、衣藻、眼蟲、變形蟲等都屬于單細胞生物,與草履蟲非常相似。
師:(實例2,人的生殖和發育圖片展示)根據圖片展示,我們可以推演出胚胎發育過程嗎?
生:母親的卵細胞經過分裂進入子宮,遇到,形成受精卵。受精卵在子宮內發育成胚胎,然后逐漸生長,進一步發育成為胎兒。胚胎發育是通過細胞分裂、分化實現的。
師:通過兩個實例學習感知,我們對生物細胞有了一定的了解,也為進一步的學習做好鋪墊……
[教學反思]
在這個師生互動過程中,教師始終以設問作為引導媒介,根據學習思維展開跟進式發問,引發學生的學習思維及時啟動。學生依照學習思維啟動慣性展開學習探索,不管教師引導如何轉換,學生的學習思維始終都貼近教師設問展開。教師引導自然,學生學習順暢,師生互動處于高位運行狀態,收到較為突出的教學效果。
首先,教師問題的設計要關注學生的認知基礎(已經掌握細胞的相關知識,對SARS病毒、人體胚胎形成等內容都有一定關注),其認知基礎決定師生互動處于高頻度水平之上。這樣教師問題投放之后,學生才能快速做出應對,使課堂教學順利推進。
其次,教師的問題設計應具有層次性和漸進性,使學生的學習思維依次啟動,使教與學在不斷調整中達成新的平衡。教師先引入SARS病毒,引導學生對單細胞生物進行認知,然后介入草履蟲形態結構,教學進入實例認知階段。最后是人體胚胎形成探索,細胞認知層次逐漸提升,學習呈現漸進式。教師引導思路明晰,學生學習途徑清楚,學習效果自然較佳。
第三,教師進行問題投放時,應給出一定的引導啟發,促使學生的學習思維有明確的思考角度。教師設計問題的目的是讓學生的學習思維順利啟動,與教材文本學習內容盡快實現認知接軌。因此,在投放問題時要給出簡要的引導和要求,讓學生明確具體要求,這樣才能幫助學生順利展開學習思維。
概念圖介入到學習中,可以培養和拓展學生的思維能力,讓學生將教材內容與拓展學習結合到一起。如蘇教版七年級上冊中《植物細胞的結構與功能》,如果一味說教這些抽象的概念,學生很難理解和消化吸收知識,教師利用概念圖的方式表達出來就會收到意想不到的教學效果,學生對細胞結構一目了然,老師教學起來也很順暢輕松。概念圖教學不僅體現了所要教學的內容,而且在學生面前展示了各部分之間的關系,可以讓學生在腦海中形成對細胞的主觀認識。實踐證明概念圖的介入,可以在教學之前幫助教師完善教學設計,并能讓學生對所要學習的任務知識進行排序。這樣,當學生不斷吸納知識并完善學習的過程時,有了概念圖的輔助,知識點會更加清晰,概念框架也會更加明顯。
二、改變認知,完善概念體系
教師在教學設計時可以將知識的整合用概念圖形象地表現出來,讓學生更直觀地觀察分析某個概念,這樣學生不僅能感受到教師的思維,也能及時掌握概念特點以及表述的要點。教師在利用概念圖表現層次關系時,不僅做到了知識可視化,也能讓學生通過主觀觀察發現知識點與知識點之間的內在鏈式,讓學生在接觸到某個知識點、某種事物的時候就能初步形成結構清晰的概念體系。如“單細胞生物”與“多細胞生物”教學一直是讓教師和學生為之頭疼的問題,如果教學過程中教師逐步引導學生畫出概念圖,學生就會對細胞結構的理解更加清晰明了。使用概念圖,同時結合實際兩種細胞的結構模型,能讓教師很輕松地完成教學目標,讓學生很容易理解單細胞生物只由一個細胞構成,且一個細胞就能完成所有生理活動;而多細胞生物由多個細胞構成就和人一樣,多個細胞共同完成生理活動。
三、教學評價的有效工具
教學反思后實現自我評價的重要條件就是概念圖。反思是提高教師教學素養和學生學習能力的有效方法,傳統教學中的想一想、做一做很難達到反思的目的。教師在引導學生畫概念圖的過程,就是在觀察、發現和整理知識點與知識點之間的關系,對已學知識進行有效的知識體系構建,學生在構建知識體系的過程中會發現以往被忽略的細節,從而有了突破性的理解。學生所畫的概念圖往往是不完全或是有缺陷的,教師可以從這點入手,找到影響教學效果的主要原因。如在講《光合作用和呼吸作用的原理及應用》一單元后,可以讓學生回憶所學過的知識,利用概念圖找出光合作用和呼吸作用兩個基礎知識之間的關系;還可以讓學生對概念圖進行綜述,同時配以例題。如隆冬時節,有一瓜農為提高黃瓜產量,在冬暖式大棚內放置了三個大煤球爐,以便提高棚內的溫度和二氧化碳的濃度,使黃瓜早日上市。他的做法是在天氣晴朗的白天,燒三個煤球爐,到了晚上燒兩個煤球爐,有人認為相反的做法才是正確的。你認為該瓜農這樣做科學嗎?你會站在哪個立場上?試說明理由。通過設計這個問題,學生就很容易深入理解光合作用和呼吸作用的概念,以及它們之間的內在聯系。
四、結語
因為有知識,我們上了太空,我們延長了人均壽命。更因為有知識,我們超出生死,不再疑惑。下面小編給大家分享一些七年級上冊生物知識點,希望能夠幫助大家,歡迎閱讀!
七年級上冊生物知識點1生物圈中的綠色植物
第一章 生物圈中有哪些綠色植物
1、蕨類植物出現根、莖、葉等器官的分化,而且還具有輸導組織、機械組織,所以植株比較高大。
2、孢子是一種生殖細胞。
3、蕨類植物的經濟意義在于:①有些可食用;
②有些可供藥;③有些可供觀賞;④有些可作為優良的綠肥和飼料;⑤古代的蕨類植物的遺體經過漫長的年代,變成了煤。
4、苔蘚植物的根是假根,不能吸收水分和無機鹽,而苔蘚植物的莖和葉中沒有輸導組織,不能運輸水分。
所以苔蘚植物不能脫離開水的環境。
5、苔蘚植物密集生長,植株之間的縫隙能夠涵蓄水分,所以,成片的苔蘚植物對林地、山野的水土保持具有一定的作用。
6、苔蘚植物對二氧化硫等有毒氣體十分敏感,在污染嚴重的城市和工廠附近很難生存。
人們利用這個特點,把苔蘚植物當作監測空氣污染程度的指示植物。
7、藻類植物的主要特征:結構簡單,是單細胞或多細胞個體,無根、莖、葉等器官的分化;
細胞里有葉綠體,能進行光合作用;大都生活在水中。
8、藻類植物通過光合作用制造的有機物可以作為魚的餌料,放出的氧氣除供魚類呼吸外,而且是大氣中氧氣的重要來源。
9、藻類的經濟意義:①海帶、紫菜、海白菜等可食用②從藻類植物中提取的碘、褐藻膠、瓊脂等可供工業、醫藥上使用
10、種子的結構
蠶豆種子:種皮、胚(胚芽、胚軸、胚根)、子葉(2片)
玉米種子:果皮和種皮、胚、子葉(1片)、胚乳
11、種子植物比苔蘚、蕨類更適應陸地的生活,其中一個重要的原因是能產生種子。
12、記住常見的裸子植物和被子植物。
第二章被子植物的一生
1、種子的萌發環境條件:適宜的溫度、一定的水分、充足的空氣
自身條件:具有完整的有生命力的胚,已度過休眠期。
2、測定種子的發芽率(會計算)和抽樣檢測
3、種子萌發的過程
吸收水分——營養物質轉運——胚根發育成根——胚芽胚軸發育成莖、葉,首先突破種皮的是胚根,食用豆芽的白胖部分是由胚軸發育來的
4、幼根的生長
生長最快的部位是:伸長區
根的生長一方面靠分生區增加細胞的數量,一方面要靠伸長區細胞體積的增大。
5、枝條是由芽發育成的
6、植株生長需要的營養物質:氮、磷、鉀
7、花由花芽發育而來
8、花的結構(課本102)
9、傳粉和受精(課本103)
10、果實和種子的形成
子房——果實受精卵——胚
胚珠——種子 子房壁----果皮(與生活中果皮區別)。
11、人工受粉
當傳粉不足的時候可以人工輔助受粉。
12、被子植物的生命周期包括種子的萌發、植株的生長發育、開花、結果、衰老和死亡。
第三章 綠色植物與生物圈的水循環
1、綠色植物的生活需要水
(1)水分在植物體內的作用
水分是細胞的組成成;水分可以保持植物的固有姿態;水分是植物體內物質吸收和運輸的溶劑;水分參與植物的代謝活動
(2)水影響植物的分布
(3)植物在不同時期需水量不同
2、水分進入植物體內的途徑
根吸水的主要部位是根尖的成熟區,成熟區有大量的根毛。
3、運輸途徑
導管:向上輸送水分和無機鹽
篩管:向下輸送葉片光合作用產生的有機物
4、葉片的結構
表皮(分上下表皮)、葉肉、葉脈、
5、氣孔的結構:保衛細胞吸水膨脹,氣孔張開;
保衛細胞失水收縮,氣孔關閉。
白天氣孔張開,晚上氣孔閉合。
6、蒸騰作用的意義:
可降低植物的溫度,使植物不至于被灼傷
是根吸收水分和促使水分在體內運輸的主要動力
可促使溶解在水中的無機鹽在體內運輸
可增加大氣濕度,降低環境溫度,提高降水量。促進生物圈水循環。
第四章 綠色植物是生物圈中有機物的制造者
1、天竺葵的實驗
暗處理:把天竺葵放到黑暗處一夜,目的:讓天竺葵在黑暗中把葉片中的淀粉全部轉運和消耗。
對照實驗:將一片葉子的一半的上下面用黑紙片遮蓋,目的:做對照實驗,看看照光的部位和不照光的部位是不是都產生淀粉。
脫色:幾個小時后把葉片放進水中隔水加熱,目的:脫色,溶解葉片中葉綠素便于觀察。
染色:用碘液染色
結論:淀粉遇碘變藍,可見光部分進行光合作用,制造有機物
2、光合作用概念:綠色植物利用光提供的能量,在葉綠體中合成了淀粉等有機物,并且把光能轉變成化學能,儲存在有機物中,這個過程叫光合作用。
3、光合作用實質:綠色植物通過葉綠體,利用光能,把二氧化碳和水轉化成儲存能量的有機物(如淀粉),并且釋放出氧氣的過程。
4、光合作用意義:綠色植物通過光合作用制造的有機物,不僅滿足了自身生長、發育、繁殖的需要,而且為生物圈中的其他生物提供了基本的食物來源、氧氣來源、能量來源。
5、綠色植物對有機物的利用
用來構建之物體;為植物的生命活動提供能量
6、呼吸作用的概念:細胞利用氧,將有機物分解成二氧化碳和水,并且將儲存在有機物中的能量釋放出來,供給生命活動的需要,這個過程叫呼吸作用。
7、呼吸作用意義:呼吸作用釋放出來的能量,一部分是植物進行各項生命活動(如:細胞分裂、吸收無機鹽、運輸有機物等)不可缺少的動力,一部分轉變成熱散發出去。
第五章 綠色植物是與生物圈中的碳—氧平衡
1、綠色植物通過光合作用,不斷消耗大氣中的二氧化碳,產生氧氣,維持了生物圈中的碳氧平衡。
2、呼吸作用與生產生活的關系:中耕松土、及時排澇都是為了使空氣流通,以利于植物根部進行呼吸作用。
植物的呼吸作用要分解有機物,因此在儲存植物的種子或其他器官時,要設法降低呼吸作用,降低溫度、減少含水量、降低氧氣濃度、增大二氧化碳濃度等都可抑制呼吸作用。
3、光合作用與生產生活關系:要保證農作物有效地進行光合作用的各種條件,尤其是光。
合理密植。使作物的葉片充分地接受光照。
4、光合作用和呼吸作用的區別和聯系(見課本131)
5、光合作用(130頁)和呼吸作用(125頁)公式
第六章愛護植被,綠化祖國
1、我國主要的植被類型
草原、荒漠、熱帶雨林、常綠闊葉林、落葉闊葉林、針葉林
2、我國植被面臨的主要問題
植被覆蓋率低,森林資源和草原資源破壞嚴重
3、我國森林覆蓋率16.55%,
4、我國每年3月12日為植樹節
5、熱帶雨林-----地球的肺,
6、生物圈的“綠色工廠”----綠色植物。
七年級上冊生物知識點2生物和細胞
一、顯微鏡的結構
鏡座:穩定鏡身;
鏡柱:支持鏡柱以上的部分;
鏡臂:握鏡的部位;
載物臺:放置玻片標本的地方。中央有通光孔,兩旁各有一個壓片夾,用于固定所觀察的物體。
遮光器:上面有大小不等的圓孔,叫光圈。每個光圈都可以對準通光孔。用來調節光線的強弱。
反光鏡:可以轉動,使光線經過通光孔反射上來。其兩面是不同的:光強時使用平面鏡,光弱時使用凹面鏡。
鏡筒:上端裝目鏡,下端有轉換器,在轉換器上裝有物鏡,后方有準焦螺旋。
準焦螺旋:粗準焦螺旋:轉動時鏡筒升降的幅度大;細準焦螺旋。
轉動方向和升降方向的關系:順時針轉動準焦螺旋,鏡筒下降;反之則上升
二、顯微鏡的使用
1、觀察的物像與實際圖像相反。
注意玻片的移動方向和視野中物象的移動方向相反。
2、放大倍數=物鏡倍數×目鏡倍數
3、放在顯微鏡下觀察的生物標本,應該薄而透明,光線能透過,才能觀察清楚。
因此必須加工制成玻片標本。
三、觀察植物細胞:實驗過程
1、切片、涂片、裝片的區別
P42
2、植物細胞的基本結構
細胞壁:支持、保護
細胞膜:控制物質的進出,保護
細胞質:液態的,可以流動的。細胞質里有液泡,液泡內的液泡內溶解著多種物質(如糖分)
細胞核:貯存和傳遞遺傳信息
葉綠體:進行光合作用的場所,
液泡:細胞液 (溶解有色素、糖等物質)
3、觀察口腔上皮細胞實驗(即:動物細胞的結構)
細胞膜:控制物質的進出
細胞核:貯存和傳遞遺傳信息
細胞質:液態,可以流動
4、植物細胞與動物細胞的相同點:都有細胞膜、細胞質、細胞核
5、植物細胞與動物細胞的不同點:植物細胞有細胞壁、葉綠體和液泡,動物細胞沒有。
四、細胞是構成生物體的結構和功能基本單位。
五、細胞中的物質
有機物(一般含碳,可燒):糖類、脂類、蛋白質、核酸,這些都是大分子
無機物(一般不含碳):水、無機物、氧等,這些都是小分子
六、細胞膜控制物質的進出,對物質有選擇性,有用物質進入,廢物排出。
七、細胞內的能量轉換器:
葉綠體:進行光合作用,是細胞內的把二氧化碳和水合成有機物,并產生氧。
線粒體:進行呼吸作用,是細胞內的“動力工廠”“發動機”。
二者聯系:都是細胞中的能量轉換器
二者區別:葉綠體將光能轉變成化學能儲存在有機物中;線粒體分解有機物,將有機物中儲存的化學能釋放出來供細胞利用。
八、動植物細胞都有線粒體。
九、細胞核是遺傳信息庫,遺傳信息存在于細胞核中
1、多莉羊的例子,
2、細胞核中的遺傳信息的載體——DNA
3、DNA的結構像一個螺旋形的梯子
4、基因是DNA上的一個具有特定遺傳信息的片斷
5、DNA和蛋白質組成染色體
不同的生物個體,染色體的形態、數量完全不同;
同種生物個體,染色體在形態、數量保持一定;
染色體容易被堿性染料染成深色;
染色體數量要保持恒定,否則會有嚴重的遺傳病。
6、細胞的控制中心是細胞核
十、細胞是物質、能量、和信息的統一體。
十一、細胞通過分裂產生新細胞
1、生物的由小長大是由于:細胞的分裂和細胞的生長
2、細胞的分裂
(1)染色體進行復制
(2)細胞核分成等同的兩個細胞核
(3)細胞質分成兩份
(4)植物細胞:在原細胞中間形成新的細胞膜和細胞壁
動物細胞:細胞膜逐漸內陷,便形成兩個新細胞
十二、新生命的開端---受精卵
1、經細胞分化形成的各種各樣的細胞各自聚集在一起才能行使其功能,這些形態結構相似、功能相同的細胞聚集起來所形成的細胞群叫做組織。
2、不同的組織按一定的次序結合在一起構成器官。
動物和人的基本組織可以分為四種:上皮組織、結締組織、肌肉組織、神經組織。四種組織按照一定的次序構成,并且以其中的一種組織為主,形成器官。
3、夠共同完成一種或幾種生理功能的多個器官按照一定的次序組成在一起構成系統。
系統:運動系統、消化系統、呼吸系統、循環系統、泌尿系統,神經系統、內分泌系統、生殖系統。
4、動物和人的基本結構層次(小到大):細胞組織器官系統動物體和人體
5、植物結構層次(小到大):細胞組織器官植物體
6、綠色開花植物的六大器官
營養器官:根、莖、葉 ;
生殖器官:花、果實、種子
7、植物的組織:分生組織、保護組織、營養組織、輸導組織等
十三、單細胞生物
1、單細胞生物:草履蟲、酵母菌、、衣藻、眼蟲、變形蟲
2、草履蟲的結構見課本70頁圖
3、單細胞生物與人類的關系:有利也有害
十四、沒有細胞結構的生物——病毒
1、病毒的種類
以寄主不同分:動物病毒、植物病毒、細菌病毒(噬菌體)
2、病毒結構:蛋白質外殼和內部的遺傳物質
七年級上冊生物知識點3生物和生物圈
一、生物的特征:
1、生物的生活需要營養
2、生物能進行呼吸 3、生物能排出體內產生的廢物4、生物能對外界刺激做出反應 5、生物能生長和繁殖6、由細胞構成(病毒除外)
二、調查的一般方法
步驟:明確調查目的、確定調查對象、制定合理的調查方案、調查記錄、對調查結果進行整理、撰寫調查報告
三、生物的分類
按照形態結構分:動物、植物、其他生物
按照生活環境分:陸生生物、水生生物
按照用途分:作物、家禽、家畜、寵物
四、生物圈是所有生物的家
1、生物圈的范圍(20KM)
大氣圈的底部:可飛翔的鳥類、昆蟲、細菌等
水圈的大部:距海平面150米內的水層
巖石圈的表面:是一切陸生生物的“立足點”
2、生物圈為生物的生存提供了基本條件:營養物質、陽光、空氣和水,適宜的溫度和一定的生存空間
3、環境對生物的影響
(1)非生物因素對生物的影響:光、水分、溫度等
【光對鼠婦生活影響的實驗】
探究的過程、對照實驗的設計
(2)生物因素對生物的影響:
最常見的是捕食關系,還有競爭關系、合作關系
4、生物對環境的適應和影響
生物對環境的適應P19的例子
生物對環境的影響:植物的蒸騰作用調節空氣濕度、植物的枯葉枯枝腐爛后可調節土壤肥力、動物糞便改良土壤、蚯蚓松土
5、生態系統的概念:在一定地域內,生物與環境所形成的統一整體叫生態系統。
一片森林,一塊農田,一片草原,一個湖泊,等都可以看作一個生態系統。
6、生態系統的組成:
生物部分:生產者、消費者、分解者
非生物部分:陽光、水、空氣、溫度
7、如果將生態系統中的每一個環節中的所有生物分別稱重,在一般情況下數量做大的應該是生產者。
8、植物是生態系統中的生產者,動物是生態系統中的消費者,細菌和真菌是生態系統中的分解者。
9、物質和能量沿著食物鏈和食物網流動的。
營養級越高,生物數量越少;營養級越高,有毒物質沿食物鏈積累(富集)。
10、生態系統具有一定的自動調節能力。
在一般情況下,生態系統中生物的數量和所占比例是相對穩定的。但這種自動調節能力有一定限度,超過則會遭到破壞。
11、生物圈是最大的生態系統。
人類活動對環境的影響有許多是全球性的。
12、生態系統的類型:森林生態系統、草原生態系統、農田生態系統、海洋生態系統、城市生態系統等
關鍵詞:納米材料;生物合成;綠色化學
中圖分類號:TB34 文獻標志碼:A
文章編號:0367-6358(2015)04-0246-05
隨著納米研究領域科研工作的發展,納米材料的合成方法不斷地推陳出新。其合成方法包括沉淀法、溶膠凝膠法、離子交換法等在內的化學方法和包括球磨法、濺射法、超重力法等在內的物理方法。但是這些傳統方法都普遍面臨著污染環境,能耗高等問題。納米材料的生物合成是結合了納米技術和生物技術的綠色合成方法。納米材料的生物合成相比較傳統的物理及化學等方法在原料的選取、反應條件的調控及后期處理等方面更加環保健康。將納米技術與不同的生物相結合制備出不同形貌及性能的納米材料,顯示出了更廣闊的發展空間。有些生物本身就有著微妙的形貌特征,以其為模板可以制備出有特定生物形貌的納米材料,省去了傳統模板法中模板的制備。而生物體的一些組成成分或其提取物中存在著一些活性成分對于某些反應來說是很好的還原劑和穩定劑,減少了有毒化學藥品的使用。本文將依據單細胞及多細胞的不同生物體模板、生物體組成成分及從中提取的不同活性成分和病毒等參與反應的不同物質,對將近幾年國內外的相關研究成果進行分類,系統地綜述納米材料生物合成的研究進展。
1以生物體為模板制備納米材料
綠色化學要求科研工作者能夠尋找到無污染、低毒、低能耗、綠色健康的反應前驅體或者是反應條件。生物體表面的氨基和羧基基團及特定形貌使其成為天然的還原成分和現成模板,以此為模板制備納米材料與傳統制備納米材料的方法相比更加符合綠色化學的要求。
1.1以單細胞生物體為模板制備納米材料
細胞是生物體結構和功能的基本單位,而細胞表面的細胞膜是由磷脂雙分子層和鑲嵌其中的蛋白質等構成的。不同的細胞有著獨特精制的外形結構和功能化的表面,以單細胞為模板可以合成不同生物細胞形貌的納米結構。
1.1.1以原核細胞為模板制備納米材料
細菌和放線菌被廣泛應用于金屬納米顆粒的合成,其中一個原因就是它們相對易于操作。最早著手研究的Jha等用乳酸桿菌引導在室溫下合成了尺寸為8~35 nm的TiO2納米粒子,并提出了與反應相關的機理。隨著納米材料的生物合成的逐漸發展,現在已成功合成了以不同菌為模板的不同形貌的納米材料。Klaus等在假單胞菌(Pseudomonasstutzeri)的細胞不同結合位點處制備并發現了三角形,六邊形和類球形的Ag納米粒子,其粒徑達200nm。Ahmad等從一種昆蟲體內提取了比基尼鏈霉菌(Streptom yces bikiniensis),并以此制備出3~70 nm的球形Ag納米顆粒。Nomura等以大腸桿菌為模板成功制備出平均孔徑為2.5 nm的桿狀中空SiO2,其比表面積達68.4 m2/g。
1.1.2以真核細胞為模板制備納米材料
真核細胞相比較原核細胞種類更為廣泛,培養更為方便,所以以此為模板的生物合成的研究更多。最簡單的單細胞真核生物小球藻可以富集各種重金屬,例如鈾、銅、鎳等。Fayaz等以真菌木霉菌(Trichodermaviride)為模板在27℃下合成了粒徑為5~40 nm的Ag納米粒子,并且發現青霉素,卡那霉素和紅霉素等的抗菌性在加入該Ag納米粒子后明顯提高。Lin等發現HAuCl4中金離子在畢赤酵母(Pichiapastoris)表面先發生了生物吸附然后進行生物還原,從而得到Au納米粒子。研究發現金離子被酵母菌表面的氨基、羥基和其它官能團首先還原成一價金離子,并進一步被還原成Au納米顆粒。Mishra等以高里假絲酵母(Candidaguilliermondii)為模板合成了面心立方結構的Au和Ag納米粒子,兩種納米粒子對金黃色葡萄球菌有很高的抗菌性,但所做的對比試驗表明化學方法合成的兩種粒子對致病菌均不具有抗菌性。Zhang等則以酵母菌為模板合成了形貌均-Co3O4修飾的ZnO中空結構微球。尖孢鐮刀菌(Fusariu-moxysporum)可以在其自身表面將米糠的無定型硅生物轉化成結晶SiO2,形成2~6 nm的準球形結構。
1.2以多細胞生物體為模板制備納米材料
雖然以單細胞為模板制備的納米粒子的單分散性較好,但是要涉及到生物體復雜的培養過程及后續處理,而以多細胞生物體為模板的制備方法就顯得更加方便簡捷。
1.2.1以多細胞植物體為模板制備納米材料
地球上的植物種類很多,以其為模板的納米材料的生物合成也就多種多樣。多數情況下是將植物體培養在含有金屬離子的溶液中,然后將植物體除去便可得到復制了植物體微結構的納米材料。Rostami等將油菜和苜蓿的種子培養在含有Au3+的溶液中,將金離子變成納米Au粒子,其大小分別是20~128 nm和8~48 nm。Dwivedi等以藜草(Chenopodium album)為模板分別制備出平均粒徑為12 nm和10 nm的Ag和Au納米晶體,并認為藜草中天然的草酸對于生物還原起著重要作用。Cyganiuk等以蒿柳(Salix viminalis)和金屬鹽為原料制備出碳基混合材料LaMnO3將蒿柳培植在含有金屬鹽的溶液中,金屬鹽離子順著植物組織進行傳輸,進而滲透其中。然后將木質素豐富的植物體部位在600~8000℃范圍進行煅燒碳化,得到的產物對正丁醇轉化成4-庚酮有很好的催化效果。黃保軍等以定性濾紙通過浸漬和煅燒等一系列過程仿生合成了微納米結構的Fe2O3,并且對其形成機理進行了初步探討。Cai等以發芽的大豆為模板,制備出室溫下便有超順磁性的Fe3O4納米粒子,其平均粒徑僅為8 nm。王盟盟等以山茶花花瓣為模板通過浸漬煅燒制備出 CeO2分層介孔納米片,并且在可見光波段有很好的催化活性。
1.2.2以多細胞動物體為模板制備納米材料
以多細胞動物體為模板的納米材料的制備比較少,其中以Anshup等的研究較為突出。他們分別試驗了人體的癌變宮頸上皮細胞、神經細胞和未癌變正常的人類胚胎腎細胞。這些人體細胞在模擬人體環境的試管中進行培養,培養液中含有1mmol/L的HAuCl4最終得到20~100 nm的Au納米顆粒。細胞核和細胞質中都有Au納米粒子沉積,并且發現細胞核周圍的Au粒子粒徑比細胞質中的小。
2以生物體提取物或組成成分中的有效成分制備納米材料
生物體中含有很多還原穩定性成分。如果將這些成分提取出來,就可以脫離生物體原有形貌的束縛,得到綠色無污染的生物還原劑,進而以其制備納米材料。很多糖類,維生素,纖維素等生物組成成分也被證實有很好的生物還原穩定作用,這就使得納米材料的綠色生物合成更加方便快捷。
2.1以微生物提取物為有效成分制備納米材料
以微生物的提取物為活性成分制備的納米材料多數是納米Ag和納米Au,而且這兩種粒子具有殺菌的效果。而以微生物提取物制備的納米材料粒徑更小,并且普遍也比一般化學方法合成的粒子有更好的殺菌效果。Gholami-Shabani等從尖孢鐮刀菌(Fusariumozysporum)中提取了硝酸鹽還原酶,并用其還原得到平均粒徑為50nm的球形納米Ag顆粒,并且對人類的病原菌和細菌有很好的抗菌效果。Wei等和Velmurugan等分別用酵母菌和枯草桿菌提取液成功合成了不同粒徑及形貌的納米Ag顆粒。提取物中的還原性酶是促進反應進行的重要成分。Inbakandan等將海洋生物海綿中提取物與HAuCl4反應制備得到粒徑為7~20nm的納米Au顆粒,主要得益于其中的水溶性有機還原性物質。Song等則從嗜熱古菌(hyperther-mophilicarchaeon)中提取出高耐熱型騰沖硫化紡錘形病毒1(Sulfolobustengchongensis spindle-shaped virus 1)的病毒蛋白質外殼。并且發現實驗條件下在沒有遺傳物質時其蛋白質外殼仍可自組裝成輪狀納米結構。與TiO2納米粒子呈現出很好的親和能力,在納米材料的生物合成中將有廣闊的應用前景。
2.2以植物提取物為有效成分制備納米材料
生物提取物制備納米材料的研究最多的是針對植物提取物的利用,因為地球上植物種類眾多,為納米材料的生物合成提供了眾多可能性。Ahmed等以海蓮子植物(Salicorniabrachiata)提取液還原制得Au納米顆粒,其粒徑為22~35nm。制備出的樣品對致病菌有很大的抗菌性,而且能催化硼氫化鈉還原4-硝基苯酚為4-氨基苯酚,也可催化亞甲基藍轉化成無色亞甲藍。Velmurugan等和Kulkarni分別用腰果果殼提取液和甘蔗汁成功制備出納米Ag和納米Ag/AgCl復合顆粒,其均有很好的殺菌效果。Sivaraj等用一種藥用植物葉子(Tabernaemontana)的提取液制備了對尿路病原體大腸桿菌有抑制作用的球形CuO納米顆粒,其平均粒徑為48 nm。
2.3以生物組成成分為有效成分制備納米材料
碳水化合物是生物體中最豐富的有機化合物,分為單糖、淀粉、纖維素等。其獨特的結構和成分可以用來合成各種結構的納米材料。Panacek等,測試了兩種單糖(葡萄糖和半乳糖)和兩種二糖(麥芽糖和乳糖)對[Ag(NH3)2]+的還原效果,其中由麥芽糖還原制備的納米Ag顆粒的平均粒徑為25nm,并且對包括耐各種抗生素的金黃葡萄球菌在內的革蘭氏陽性菌和革蘭氏陰性菌有很好的抑制作用。Gao等和Abdel Halim等分別用淀粉和纖維素還原硝酸銀制得了不同粒徑的Ag納米粒子,對一些菌體同樣有很好的抗菌性。
維生素是人體不可缺少的成分,在人類機體的新陳代謝過程中發揮著重要作用,是很好的穩定劑和還原劑。Hui等用維生素C還原制備了Ag納米顆粒修飾的氧化石墨烯復合材料,將加有維生素C的AgNO3和氧化石墨烯溶液進行超聲反應,得到的Ag納米顆粒平均粒徑為15nm,并附著在氧化石墨烯納米片表面。Nadagouda等用維生素B2為還原活性成分室溫下合成了不同形貌(納米球、納米線、納米棒)的納米Pd。并且發現在不同的溶劑中制備的納米材料的形貌和大小不同。
3以病毒為模板制備納米材料
病毒本身沒有生物活性,可以寄宿于其它宿主細胞進行自我復制,其實際上是一段有保護性外殼的DNA或RN段,大小通常處于20~450 nm之間,其納米級的大小使得以其為模板更易于制備出納米材料。Shenton等以煙草花葉病毒為模板制備了Fe3O4納米管。因為煙草花葉病毒是由呈螺旋形排列的蛋白質單元構成,內部形成中空管。以此為模板制備出來的Fe3O4也復制了這一結構特點而呈現管狀結構。由于煙草花葉病毒的尺寸小但穩定性高,使得它被頻頻用來作為納米材料生物合成的骨架。Dang等則以轉基因M13病毒為模板制備了單壁碳納米管-TiO2晶體核殼復合納米材料。實驗發現以此為光陽極的染料敏化太陽能電池的能量轉換效率達10.6%。
1《.骨的結構與成分》涉及的探究活動
《骨的結構和成分》是北京版初中生物教材第二冊第八章《生物的運動》第二節《運動的形成》中第二課時的內容。在第一節學習動物運動方式的基礎上,教材第二節內容進一步探討動物運動的形成,為后面學習動物的行為打下基礎。《骨的結構和成分》這節課首先讓學生通過觀察長骨的內部結構,分析其作用,建立長骨是一個中空的堅實的生物器官的概念,再通過探究魚骨的成分,增強學生對骨的成分和特性的感性認識,推理出骨的成分和特性的關系。闡述人的一生中骨的成分的動態變化,從而增強體育鍛煉的思想意識,為后面學習運動的實現打下基礎。本節課以小組合作的方式進行學習,面向全體學生,促進每個學生的充分發展。借助實驗分析和討論的過程,引導學生主動參與、勤于動手、積極思考,符合新課標提出的“倡導探究性學習”的理念。依據維果茨基提出的“最近發展區”概念,利用學生原有的認知結構,在學生和教師的互動中實現知識和能力的發展。
2.生物體的結構層次
初中生物課程標準強調:教師在教學中要組織好各種觀察、實驗等探究性學習活動,幫助學生增加感性認識,克服對微觀結構認識的困難,使學生領悟科學研究的方法并習得相關的操作技能。據此,結合生物個體水平的知識、化學和物理學知識以及學生的生活經驗,突破學習難點。鼓勵學生搜集有關細胞研究和應用方面的信息,進行交流以豐富相關知識,加深對科學、技術、社會相互關系的認識。同時運用建構主義“學習過程的最終目的是完成意義建構”的教學設計思想,確定本節知識主題,圍繞如何引導學生實現該主題的意義建構進行教學設計。例如:在生物體層次結構主題下,重要概念細胞是生物體結構和功能的基本單位。在這一重要概念的構建時,教師可以設計探究動植物細胞結構實驗———觀察洋蔥表皮細胞、黃瓜果肉細胞、番茄果肉和果皮細胞、人的口腔上皮細胞、皮膚細胞、平滑肌細胞、神經細胞等,構建動、植物細胞都有細胞膜、細胞質、細胞核等結構,以進行生命活動;相比動物細胞,植物細胞具有細胞壁、葉綠體、液泡等特殊結構這兩個重要概念。再設計觀察洋蔥根尖細胞分裂,了解根冠、分生區、伸長區、成熟區細胞的形態結構變化;觀察蛙的胚胎發育細胞變化和神經組織、肌肉組織、結締組織(骨細胞、血液細胞等)、上皮組織和卵細胞、等的不同細胞形態和結構,構建細胞進行分裂、分化,以生成更多不同種類的細胞用于生物體生長、發育和繁殖這一重要概念。設計觀察水中的單細胞生物和原生動物(如草履蟲)的取食、運動、趨性,構建一些生物由單細胞構成,可獨立完成生命活動;一些生物由多細胞構成的重要概念。通過這一系列探究實驗的設計,依存這些重要概念的構建,幫助學生構建細胞是生物體結構和功能的基本單位這一重要概念。由此,實驗教學的設計是圍繞重要概念構建的。實驗教學的設計要求有助于幫助學生構建重要概念,有助于幫助學生積極主動的獲取生物科學知識、領悟科學研究方法。只有有的放矢的實驗設計,才能落實到生物學重要概念的構建。
3.光合作用
光合作用的概念是初中生物學的一個重要概念。植物光合作用形成的有機物,是自身及其他所有生物的食物來源和能量來源,對自然界的物質循環和能量轉化都具有極其重要的作用,學生理解它對于以后的學習至關重要。關于光合作用的概念,多數學生可以準確地說出來,然而,這種表述只是停留在記憶水平,并沒有直接的實踐體驗。通過綠葉在光下產生淀粉的實驗,可以讓他們切實感受到植物在接受光照后,能在葉片中產生淀粉,這一實驗對于他們理解光合作用的概念至關重要。初中一年級的學生雖然有了一定的邏輯思維能力,但光合作用的原理比較抽象,在缺少具體現象支持的情況下,很容易將之定義化,所以本節知識要用具體的、形象的實驗進行教學。讓學生體驗到由現象到理論的過程,即通過感性認知上升到理性知識。通過一系列的實驗設計、操作、探究和討論,可以使學生對實驗的設計原理、技巧,有更深層次的感悟。通過實驗還可以培養學生的實驗操作技能、合作精神和探究能力。《綠葉在光下合成淀粉》是初一上學期比較復雜的一個實驗,對操作的準確性要求高,而且具有一定危險性。對此,在教學中筆者對兩個方面作重點控制,一個是酒精燈和火焰,這個確保安全,另一個是條件、現象的操作和觀察一定要嚴謹,以保證結果的客觀性。安全控制的細節有兩個,一是酒精燈的使用,讓學生2人一小組,每小組在實驗前先進行點燃酒精燈和熄滅酒精燈的練習,確保操作成功。二是燒杯很熱,容易燙傷或脫手,所以進行鑷子夾取燒杯的預練習,確保都能準確操作才進行實驗。實驗條件控制上要求一定要葉片變白后才取出,并注意滴加碘液的量。通過實驗,學生普遍觀察到實驗現象,體會到每個實驗操作的環節對于實驗結果的出現都至關重要,更重要的是,他們能更深刻地理解植物只有綠色部分在光下才能產生淀粉的知識,對于其形成光合作用概念十分有幫助。
二、科學探究對重要概念理解的貢獻
依據《基礎教育課程改革綱要》:倡導學生主動參與、樂于探究,培養學生搜集和處理信息的能力、獲取新知識的能力、分析和解決問題的能力以及交流與合作的能力。學生在不斷的發現問題、尋求解決辦法的過程中,轉變了學習方式,提高了生物科學素養。科學探究活動應該圍繞重要概念組織探究實驗,使學生在鮮活的實驗情景中充分發揮其主動性,構建起對重要概念的深層次理解。在生物體的結構層次這個主題下,教學過程中要注意引導學生進行“從微觀到宏觀再從宏觀到微觀”這樣的思維方式訓練。當學生能從這兩個方向進行思考后,學生認識的人體、動物體和植物體,就會更充實、更深刻、更具體,也更有利于學生理解生物體的結構層次。如:細胞的結構和功能是抽象而死板的知識,如何把知識講活才是本節課的關鍵。《細胞》這節課最大的特點就是,通過實驗落實細胞的結構這部分知識,讓學生能夠更真實、更直觀地認識到細胞形態,但是結構采用傳統講授法,直接告知。本節課的思維緊密,要求學生緊跟教師思路,邊觀察邊思考,對學生的思維是一種訓練,其為特點之二。從學生為主體出發,他們能通過實驗,直觀感受到不同植物不同結構的細胞結構不同,是因為它們的功能不同,為后面的細胞各結構的功能做鋪墊,也自然而然的樹立了結構和功能相統一的生物學觀點,從而領悟細胞是生物體結構和功能的基本單位,就達到了本章的教學目的,這是特點之三。因為前一章節學習了細胞的有關知識,從細胞分裂、分化到組織的形成,器官、系統的形成,這是從微觀到宏觀,為了知識銜接得比較順暢,要對課本編排的順序做一定的調整,跳過了綠色開花植物的結構層次這一部分內容,在講完細胞分化形成組織后,上節課直接讓學生對人體四種基本組織的切片進行了觀察。在學生對四種基本組織微觀結構觀察的基礎上,今天這節課的開始就通過課件中的大量圖片總結了四種基本組織的結構特點、功能,以及其在人體中的分布位置,既是對上節課的一個簡單回顧,也是幫助學生建立微觀到宏觀的聯系,為后面理解組織是如何形成器官的做好鋪墊。生物學概念是高度抽象的,然而在進行教學時,不應使學生僅僅記住生物學概念那些抽象的文字,而應使學生透過抽象的文字看到一個絢麗多彩、生機盎然的生物界。因此,在向學生講述生物學概念時必須首先向學生提供必要的感性認識:教什么,就要有什么,教什么,就要看什么。通過雞翅的解剖觀察實驗,讓學生對各種組織有一個宏觀、感性的認識,通過真實的觀察認識到像雞翅這樣的結構是由多種組織構成的,并且進一步認識到各種組織是有序分布、排列的,為學生得出器官這個概念提供感性認識。學生對概念的學習就是從這樣的感性認識開始的,通過實驗觀察,可以使理論知識具體化,使抽象知識形象化,給學生識記、理解、運用概念創造條件。在概念生成后,還要讓學生強化和深化對概念的理解。這部分整體的思路是感知、概括、運用的過程。在本節課的教學中,器官這個概念是在雞翅解剖觀察的基礎上,通過對人體中胃這個具體的實例分析得出的。系統這個概念,也是通過對人體中消化系統這個具體的實例分析得出的,在得出概念后,又通過設置情景,如“在人體劇烈運動的過程中,人體的哪些系統功能加強了?”還有“為什么飯后立即運動會消化不良?”讓學生對所學概念進行具體的應用,即在新情景中解釋具體問題,深化學生對概念的理解。這樣,讓學生從具體的、個別的現象中得出一般的概念與規律,再由這一般的規律去解釋個別或特殊的現象,解決個別或特殊的問題。經過這樣一種由特殊到一般,再由一般到特殊的反復過程,對概念的理解才能深入。
三、教學反思與提升