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[关键词]高中生物 从生物圈到细胞 设问 思维认知
利用精巧设问引导学生展开学习思维,是最为常见的教法应用。如何提升问题设计的技巧性,并切准学生的学习思维认知点,是教师科学施教的重要研究问题。有一位教师在《生物圈到细胞》的教学中,采用设问链接学生思维的教法,逐步引导学生走近问题核心,课堂学习研究氛围浓厚,学生的学习思维顺利启动,收到了显著的教学效果。
[课堂实录]
师:通过SARS病毒模式图,我们了解了患者感染后的发病情况,病毒经过三天后开始在身体内蔓延。结合初中所学病毒知识,你认为SARS是一种什么样的生物?
生:病毒不具备细胞结构,一般是借助活体生物生活和繁殖,寄生性是病毒的基本特征。SARS病毒也不例外,结构简单,具有寄生性。
师:回答很到位,看来你对病毒知识非常熟悉。根据已经掌握的病毒相关知识,你认为SARS病毒具有怎样的结构?它又是如何生活和繁殖的呢?
生:病毒由蛋白质外壳和内部的遗传物质组成,并没有细胞性结构,而且只能寄生在活细胞内,开始大量繁殖。
师:病毒虽然没有细胞结构,但它可以利用活胞物质制造新的病毒,其繁殖速度惊人,给人体机理造成毁灭性的侵蚀。SARS病毒主要侵蚀人体哪些部位呢?
生:SARS病毒主要针对人体上呼吸道细胞、肺部细胞展开侵蚀,破坏肺部细胞组织,导致患者呼吸困难,甚至出现功能性衰竭而死亡。
师:SARS病毒主要侵蚀人体呼吸系统,对其他部位也会有侵蚀。如果病毒离开了活细胞,它们还能生存和繁殖吗?
生:不能。病毒一旦离开活细胞,就不能继续生存。
师:(实例1,草履虫图片展示)草履虫是一种什么样的生物?还有哪些生物体的结构与草履虫相似?
生:草履虫是一种单细胞生物。酵母菌、衣藻、眼虫、变形虫等都属于单细胞生物,与草履虫非常相似。
师:(实例2,人的生殖和发育图片展示)根据图片展示,我们可以推演出胚胎发育过程吗?
生:母亲的卵细胞经过分裂进入子宫,遇到,形成受精卵。受精卵在子宫内发育成胚胎,然后逐渐生长,进一步发育成为胎儿。胚胎发育是通过细胞分裂、分化实现的。
师:通过两个实例学习感知,我们对生物细胞有了一定的了解,也为进一步的学习做好铺垫……
[教学反思]
在这个师生互动过程中,教师始终以设问作为引导媒介,根据学习思维展开跟进式发问,引发学生的学习思维及时启动。学生依照学习思维启动惯性展开学习探索,不管教师引导如何转换,学生的学习思维始终都贴近教师设问展开。教师引导自然,学生学习顺畅,师生互动处于高位运行状态,收到较为突出的教学效果。
首先,教师问题的设计要关注学生的认知基础(已经掌握细胞的相关知识,对SARS病毒、人体胚胎形成等内容都有一定关注),其认知基础决定师生互动处于高频度水平之上。这样教师问题投放之后,学生才能快速做出应对,使课堂教学顺利推进。
其次,教师的问题设计应具有层次性和渐进性,使学生的学习思维依次启动,使教与学在不断调整中达成新的平衡。教师先引入SARS病毒,引导学生对单细胞生物进行认知,然后介入草履虫形态结构,教学进入实例认知阶段。最后是人体胚胎形成探索,细胞认知层次逐渐提升,学习呈现渐进式。教师引导思路明晰,学生学习途径清楚,学习效果自然较佳。
第三,教师进行问题投放时,应给出一定的引导启发,促使学生的学习思维有明确的思考角度。教师设计问题的目的是让学生的学习思维顺利启动,与教材文本学习内容尽快实现认知接轨。因此,在投放问题时要给出简要的引导和要求,让学生明确具体要求,这样才能帮助学生顺利展开学习思维。
概念图介入到学习中,可以培养和拓展学生的思维能力,让学生将教材内容与拓展学习结合到一起。如苏教版七年级上册中《植物细胞的结构与功能》,如果一味说教这些抽象的概念,学生很难理解和消化吸收知识,教师利用概念图的方式表达出来就会收到意想不到的教学效果,学生对细胞结构一目了然,老师教学起来也很顺畅轻松。概念图教学不仅体现了所要教学的内容,而且在学生面前展示了各部分之间的关系,可以让学生在脑海中形成对细胞的主观认识。实践证明概念图的介入,可以在教学之前帮助教师完善教学设计,并能让学生对所要学习的任务知识进行排序。这样,当学生不断吸纳知识并完善学习的过程时,有了概念图的辅助,知识点会更加清晰,概念框架也会更加明显。
二、改变认知,完善概念体系
教师在教学设计时可以将知识的整合用概念图形象地表现出来,让学生更直观地观察分析某个概念,这样学生不仅能感受到教师的思维,也能及时掌握概念特点以及表述的要点。教师在利用概念图表现层次关系时,不仅做到了知识可视化,也能让学生通过主观观察发现知识点与知识点之间的内在链式,让学生在接触到某个知识点、某种事物的时候就能初步形成结构清晰的概念体系。如“单细胞生物”与“多细胞生物”教学一直是让教师和学生为之头疼的问题,如果教学过程中教师逐步引导学生画出概念图,学生就会对细胞结构的理解更加清晰明了。使用概念图,同时结合实际两种细胞的结构模型,能让教师很轻松地完成教学目标,让学生很容易理解单细胞生物只由一个细胞构成,且一个细胞就能完成所有生理活动;而多细胞生物由多个细胞构成就和人一样,多个细胞共同完成生理活动。
三、教学评价的有效工具
教学反思后实现自我评价的重要条件就是概念图。反思是提高教师教学素养和学生学习能力的有效方法,传统教学中的想一想、做一做很难达到反思的目的。教师在引导学生画概念图的过程,就是在观察、发现和整理知识点与知识点之间的关系,对已学知识进行有效的知识体系构建,学生在构建知识体系的过程中会发现以往被忽略的细节,从而有了突破性的理解。学生所画的概念图往往是不完全或是有缺陷的,教师可以从这点入手,找到影响教学效果的主要原因。如在讲《光合作用和呼吸作用的原理及应用》一单元后,可以让学生回忆所学过的知识,利用概念图找出光合作用和呼吸作用两个基础知识之间的关系;还可以让学生对概念图进行综述,同时配以例题。如隆冬时节,有一瓜农为提高黄瓜产量,在冬暖式大棚内放置了三个大煤球炉,以便提高棚内的温度和二氧化碳的浓度,使黄瓜早日上市。他的做法是在天气晴朗的白天,烧三个煤球炉,到了晚上烧两个煤球炉,有人认为相反的做法才是正确的。你认为该瓜农这样做科学吗?你会站在哪个立场上?试说明理由。通过设计这个问题,学生就很容易深入理解光合作用和呼吸作用的概念,以及它们之间的内在联系。
四、结语
因为有知识,我们上了太空,我们延长了人均寿命。更因为有知识,我们超出生死,不再疑惑。下面小编给大家分享一些七年级上册生物知识点,希望能够帮助大家,欢迎阅读!
七年级上册生物知识点1生物圈中的绿色植物
第一章 生物圈中有哪些绿色植物
1、蕨类植物出现根、茎、叶等器官的分化,而且还具有输导组织、机械组织,所以植株比较高大。
2、孢子是一种生殖细胞。
3、蕨类植物的经济意义在于:①有些可食用;
②有些可供药;③有些可供观赏;④有些可作为优良的绿肥和饲料;⑤古代的蕨类植物的遗体经过漫长的年代,变成了煤。
4、苔藓植物的根是假根,不能吸收水分和无机盐,而苔藓植物的茎和叶中没有输导组织,不能运输水分。
所以苔藓植物不能脱离开水的环境。
5、苔藓植物密集生长,植株之间的缝隙能够涵蓄水分,所以,成片的苔藓植物对林地、山野的水土保持具有一定的作用。
6、苔藓植物对二氧化硫等有毒气体十分敏感,在污染严重的城市和工厂附近很难生存。
人们利用这个特点,把苔藓植物当作监测空气污染程度的指示植物。
7、藻类植物的主要特征:结构简单,是单细胞或多细胞个体,无根、茎、叶等器官的分化;
细胞里有叶绿体,能进行光合作用;大都生活在水中。
8、藻类植物通过光合作用制造的有机物可以作为鱼的饵料,放出的氧气除供鱼类呼吸外,而且是大气中氧气的重要来源。
9、藻类的经济意义:①海带、紫菜、海白菜等可食用②从藻类植物中提取的碘、褐藻胶、琼脂等可供工业、医药上使用
10、种子的结构
蚕豆种子:种皮、胚(胚芽、胚轴、胚根)、子叶(2片)
玉米种子:果皮和种皮、胚、子叶(1片)、胚乳
11、种子植物比苔藓、蕨类更适应陆地的生活,其中一个重要的原因是能产生种子。
12、记住常见的裸子植物和被子植物。
第二章被子植物的一生
1、种子的萌发环境条件:适宜的温度、一定的水分、充足的空气
自身条件:具有完整的有生命力的胚,已度过休眠期。
2、测定种子的发芽率(会计算)和抽样检测
3、种子萌发的过程
吸收水分——营养物质转运——胚根发育成根——胚芽胚轴发育成茎、叶,首先突破种皮的是胚根,食用豆芽的白胖部分是由胚轴发育来的
4、幼根的生长
生长最快的部位是:伸长区
根的生长一方面靠分生区增加细胞的数量,一方面要靠伸长区细胞体积的增大。
5、枝条是由芽发育成的
6、植株生长需要的营养物质:氮、磷、钾
7、花由花芽发育而来
8、花的结构(课本102)
9、传粉和受精(课本103)
10、果实和种子的形成
子房——果实受精卵——胚
胚珠——种子 子房壁----果皮(与生活中果皮区别)。
11、人工受粉
当传粉不足的时候可以人工辅助受粉。
12、被子植物的生命周期包括种子的萌发、植株的生长发育、开花、结果、衰老和死亡。
第三章 绿色植物与生物圈的水循环
1、绿色植物的生活需要水
(1)水分在植物体内的作用
水分是细胞的组成成;水分可以保持植物的固有姿态;水分是植物体内物质吸收和运输的溶剂;水分参与植物的代谢活动
(2)水影响植物的分布
(3)植物在不同时期需水量不同
2、水分进入植物体内的途径
根吸水的主要部位是根尖的成熟区,成熟区有大量的根毛。
3、运输途径
导管:向上输送水分和无机盐
筛管:向下输送叶片光合作用产生的有机物
4、叶片的结构
表皮(分上下表皮)、叶肉、叶脉、
5、气孔的结构:保卫细胞吸水膨胀,气孔张开;
保卫细胞失水收缩,气孔关闭。
白天气孔张开,晚上气孔闭合。
6、蒸腾作用的意义:
可降低植物的温度,使植物不至于被灼伤
是根吸收水分和促使水分在体内运输的主要动力
可促使溶解在水中的无机盐在体内运输
可增加大气湿度,降低环境温度,提高降水量。促进生物圈水循环。
第四章 绿色植物是生物圈中有机物的制造者
1、天竺葵的实验
暗处理:把天竺葵放到黑暗处一夜,目的:让天竺葵在黑暗中把叶片中的淀粉全部转运和消耗。
对照实验:将一片叶子的一半的上下面用黑纸片遮盖,目的:做对照实验,看看照光的部位和不照光的部位是不是都产生淀粉。
脱色:几个小时后把叶片放进水中隔水加热,目的:脱色,溶解叶片中叶绿素便于观察。
染色:用碘液染色
结论:淀粉遇碘变蓝,可见光部分进行光合作用,制造有机物
2、光合作用概念:绿色植物利用光提供的能量,在叶绿体中合成了淀粉等有机物,并且把光能转变成化学能,储存在有机物中,这个过程叫光合作用。
3、光合作用实质:绿色植物通过叶绿体,利用光能,把二氧化碳和水转化成储存能量的有机物(如淀粉),并且释放出氧气的过程。
4、光合作用意义:绿色植物通过光合作用制造的有机物,不仅满足了自身生长、发育、繁殖的需要,而且为生物圈中的其他生物提供了基本的食物来源、氧气来源、能量来源。
5、绿色植物对有机物的利用
用来构建之物体;为植物的生命活动提供能量
6、呼吸作用的概念:细胞利用氧,将有机物分解成二氧化碳和水,并且将储存在有机物中的能量释放出来,供给生命活动的需要,这个过程叫呼吸作用。
7、呼吸作用意义:呼吸作用释放出来的能量,一部分是植物进行各项生命活动(如:细胞分裂、吸收无机盐、运输有机物等)不可缺少的动力,一部分转变成热散发出去。
第五章 绿色植物是与生物圈中的碳—氧平衡
1、绿色植物通过光合作用,不断消耗大气中的二氧化碳,产生氧气,维持了生物圈中的碳氧平衡。
2、呼吸作用与生产生活的关系:中耕松土、及时排涝都是为了使空气流通,以利于植物根部进行呼吸作用。
植物的呼吸作用要分解有机物,因此在储存植物的种子或其他器官时,要设法降低呼吸作用,降低温度、减少含水量、降低氧气浓度、增大二氧化碳浓度等都可抑制呼吸作用。
3、光合作用与生产生活关系:要保证农作物有效地进行光合作用的各种条件,尤其是光。
合理密植。使作物的叶片充分地接受光照。
4、光合作用和呼吸作用的区别和联系(见课本131)
5、光合作用(130页)和呼吸作用(125页)公式
第六章爱护植被,绿化祖国
1、我国主要的植被类型
草原、荒漠、热带雨林、常绿阔叶林、落叶阔叶林、针叶林
2、我国植被面临的主要问题
植被覆盖率低,森林资源和草原资源破坏严重
3、我国森林覆盖率16.55%,
4、我国每年3月12日为植树节
5、热带雨林-----地球的肺,
6、生物圈的“绿色工厂”----绿色植物。
七年级上册生物知识点2生物和细胞
一、显微镜的结构
镜座:稳定镜身;
镜柱:支持镜柱以上的部分;
镜臂:握镜的部位;
载物台:放置玻片标本的地方。中央有通光孔,两旁各有一个压片夹,用于固定所观察的物体。
遮光器:上面有大小不等的圆孔,叫光圈。每个光圈都可以对准通光孔。用来调节光线的强弱。
反光镜:可以转动,使光线经过通光孔反射上来。其两面是不同的:光强时使用平面镜,光弱时使用凹面镜。
镜筒:上端装目镜,下端有转换器,在转换器上装有物镜,后方有准焦螺旋。
准焦螺旋:粗准焦螺旋:转动时镜筒升降的幅度大;细准焦螺旋。
转动方向和升降方向的关系:顺时针转动准焦螺旋,镜筒下降;反之则上升
二、显微镜的使用
1、观察的物像与实际图像相反。
注意玻片的移动方向和视野中物象的移动方向相反。
2、放大倍数=物镜倍数×目镜倍数
3、放在显微镜下观察的生物标本,应该薄而透明,光线能透过,才能观察清楚。
因此必须加工制成玻片标本。
三、观察植物细胞:实验过程
1、切片、涂片、装片的区别
P42
2、植物细胞的基本结构
细胞壁:支持、保护
细胞膜:控制物质的进出,保护
细胞质:液态的,可以流动的。细胞质里有液泡,液泡内的液泡内溶解着多种物质(如糖分)
细胞核:贮存和传递遗传信息
叶绿体:进行光合作用的场所,
液泡:细胞液 (溶解有色素、糖等物质)
3、观察口腔上皮细胞实验(即:动物细胞的结构)
细胞膜:控制物质的进出
细胞核:贮存和传递遗传信息
细胞质:液态,可以流动
4、植物细胞与动物细胞的相同点:都有细胞膜、细胞质、细胞核
5、植物细胞与动物细胞的不同点:植物细胞有细胞壁、叶绿体和液泡,动物细胞没有。
四、细胞是构成生物体的结构和功能基本单位。
五、细胞中的物质
有机物(一般含碳,可烧):糖类、脂类、蛋白质、核酸,这些都是大分子
无机物(一般不含碳):水、无机物、氧等,这些都是小分子
六、细胞膜控制物质的进出,对物质有选择性,有用物质进入,废物排出。
七、细胞内的能量转换器:
叶绿体:进行光合作用,是细胞内的把二氧化碳和水合成有机物,并产生氧。
线粒体:进行呼吸作用,是细胞内的“动力工厂”“发动机”。
二者联系:都是细胞中的能量转换器
二者区别:叶绿体将光能转变成化学能储存在有机物中;线粒体分解有机物,将有机物中储存的化学能释放出来供细胞利用。
八、动植物细胞都有线粒体。
九、细胞核是遗传信息库,遗传信息存在于细胞核中
1、多莉羊的例子,
2、细胞核中的遗传信息的载体——DNA
3、DNA的结构像一个螺旋形的梯子
4、基因是DNA上的一个具有特定遗传信息的片断
5、DNA和蛋白质组成染色体
不同的生物个体,染色体的形态、数量完全不同;
同种生物个体,染色体在形态、数量保持一定;
染色体容易被碱性染料染成深色;
染色体数量要保持恒定,否则会有严重的遗传病。
6、细胞的控制中心是细胞核
十、细胞是物质、能量、和信息的统一体。
十一、细胞通过分裂产生新细胞
1、生物的由小长大是由于:细胞的分裂和细胞的生长
2、细胞的分裂
(1)染色体进行复制
(2)细胞核分成等同的两个细胞核
(3)细胞质分成两份
(4)植物细胞:在原细胞中间形成新的细胞膜和细胞壁
动物细胞:细胞膜逐渐内陷,便形成两个新细胞
十二、新生命的开端---受精卵
1、经细胞分化形成的各种各样的细胞各自聚集在一起才能行使其功能,这些形态结构相似、功能相同的细胞聚集起来所形成的细胞群叫做组织。
2、不同的组织按一定的次序结合在一起构成器官。
动物和人的基本组织可以分为四种:上皮组织、结缔组织、肌肉组织、神经组织。四种组织按照一定的次序构成,并且以其中的一种组织为主,形成器官。
3、够共同完成一种或几种生理功能的多个器官按照一定的次序组成在一起构成系统。
系统:运动系统、消化系统、呼吸系统、循环系统、泌尿系统,神经系统、内分泌系统、生殖系统。
4、动物和人的基本结构层次(小到大):细胞组织器官系统动物体和人体
5、植物结构层次(小到大):细胞组织器官植物体
6、绿色开花植物的六大器官
营养器官:根、茎、叶 ;
生殖器官:花、果实、种子
7、植物的组织:分生组织、保护组织、营养组织、输导组织等
十三、单细胞生物
1、单细胞生物:草履虫、酵母菌、、衣藻、眼虫、变形虫
2、草履虫的结构见课本70页图
3、单细胞生物与人类的关系:有利也有害
十四、没有细胞结构的生物——病毒
1、病毒的种类
以寄主不同分:动物病毒、植物病毒、细菌病毒(噬菌体)
2、病毒结构:蛋白质外壳和内部的遗传物质
七年级上册生物知识点3生物和生物圈
一、生物的特征:
1、生物的生活需要营养
2、生物能进行呼吸 3、生物能排出体内产生的废物4、生物能对外界刺激做出反应 5、生物能生长和繁殖6、由细胞构成(病毒除外)
二、调查的一般方法
步骤:明确调查目的、确定调查对象、制定合理的调查方案、调查记录、对调查结果进行整理、撰写调查报告
三、生物的分类
按照形态结构分:动物、植物、其他生物
按照生活环境分:陆生生物、水生生物
按照用途分:作物、家禽、家畜、宠物
四、生物圈是所有生物的家
1、生物圈的范围(20KM)
大气圈的底部:可飞翔的鸟类、昆虫、细菌等
水圈的大部:距海平面150米内的水层
岩石圈的表面:是一切陆生生物的“立足点”
2、生物圈为生物的生存提供了基本条件:营养物质、阳光、空气和水,适宜的温度和一定的生存空间
3、环境对生物的影响
(1)非生物因素对生物的影响:光、水分、温度等
【光对鼠妇生活影响的实验】
探究的过程、对照实验的设计
(2)生物因素对生物的影响:
最常见的是捕食关系,还有竞争关系、合作关系
4、生物对环境的适应和影响
生物对环境的适应P19的例子
生物对环境的影响:植物的蒸腾作用调节空气湿度、植物的枯叶枯枝腐烂后可调节土壤肥力、动物粪便改良土壤、蚯蚓松土
5、生态系统的概念:在一定地域内,生物与环境所形成的统一整体叫生态系统。
一片森林,一块农田,一片草原,一个湖泊,等都可以看作一个生态系统。
6、生态系统的组成:
生物部分:生产者、消费者、分解者
非生物部分:阳光、水、空气、温度
7、如果将生态系统中的每一个环节中的所有生物分别称重,在一般情况下数量做大的应该是生产者。
8、植物是生态系统中的生产者,动物是生态系统中的消费者,细菌和真菌是生态系统中的分解者。
9、物质和能量沿着食物链和食物网流动的。
营养级越高,生物数量越少;营养级越高,有毒物质沿食物链积累(富集)。
10、生态系统具有一定的自动调节能力。
在一般情况下,生态系统中生物的数量和所占比例是相对稳定的。但这种自动调节能力有一定限度,超过则会遭到破坏。
11、生物圈是最大的生态系统。
人类活动对环境的影响有许多是全球性的。
12、生态系统的类型:森林生态系统、草原生态系统、农田生态系统、海洋生态系统、城市生态系统等
关键词:纳米材料;生物合成;绿色化学
中图分类号:TB34 文献标志码:A
文章编号:0367-6358(2015)04-0246-05
随着纳米研究领域科研工作的发展,纳米材料的合成方法不断地推陈出新。其合成方法包括沉淀法、溶胶凝胶法、离子交换法等在内的化学方法和包括球磨法、溅射法、超重力法等在内的物理方法。但是这些传统方法都普遍面临着污染环境,能耗高等问题。纳米材料的生物合成是结合了纳米技术和生物技术的绿色合成方法。纳米材料的生物合成相比较传统的物理及化学等方法在原料的选取、反应条件的调控及后期处理等方面更加环保健康。将纳米技术与不同的生物相结合制备出不同形貌及性能的纳米材料,显示出了更广阔的发展空间。有些生物本身就有着微妙的形貌特征,以其为模板可以制备出有特定生物形貌的纳米材料,省去了传统模板法中模板的制备。而生物体的一些组成成分或其提取物中存在着一些活性成分对于某些反应来说是很好的还原剂和稳定剂,减少了有毒化学药品的使用。本文将依据单细胞及多细胞的不同生物体模板、生物体组成成分及从中提取的不同活性成分和病毒等参与反应的不同物质,对将近几年国内外的相关研究成果进行分类,系统地综述纳米材料生物合成的研究进展。
1以生物体为模板制备纳米材料
绿色化学要求科研工作者能够寻找到无污染、低毒、低能耗、绿色健康的反应前驱体或者是反应条件。生物体表面的氨基和羧基基团及特定形貌使其成为天然的还原成分和现成模板,以此为模板制备纳米材料与传统制备纳米材料的方法相比更加符合绿色化学的要求。
1.1以单细胞生物体为模板制备纳米材料
细胞是生物体结构和功能的基本单位,而细胞表面的细胞膜是由磷脂双分子层和镶嵌其中的蛋白质等构成的。不同的细胞有着独特精制的外形结构和功能化的表面,以单细胞为模板可以合成不同生物细胞形貌的纳米结构。
1.1.1以原核细胞为模板制备纳米材料
细菌和放线菌被广泛应用于金属纳米颗粒的合成,其中一个原因就是它们相对易于操作。最早着手研究的Jha等用乳酸杆菌引导在室温下合成了尺寸为8~35 nm的TiO2纳米粒子,并提出了与反应相关的机理。随着纳米材料的生物合成的逐渐发展,现在已成功合成了以不同菌为模板的不同形貌的纳米材料。Klaus等在假单胞菌(Pseudomonasstutzeri)的细胞不同结合位点处制备并发现了三角形,六边形和类球形的Ag纳米粒子,其粒径达200nm。Ahmad等从一种昆虫体内提取了比基尼链霉菌(Streptom yces bikiniensis),并以此制备出3~70 nm的球形Ag纳米颗粒。Nomura等以大肠杆菌为模板成功制备出平均孔径为2.5 nm的杆状中空SiO2,其比表面积达68.4 m2/g。
1.1.2以真核细胞为模板制备纳米材料
真核细胞相比较原核细胞种类更为广泛,培养更为方便,所以以此为模板的生物合成的研究更多。最简单的单细胞真核生物小球藻可以富集各种重金属,例如铀、铜、镍等。Fayaz等以真菌木霉菌(Trichodermaviride)为模板在27℃下合成了粒径为5~40 nm的Ag纳米粒子,并且发现青霉素,卡那霉素和红霉素等的抗菌性在加入该Ag纳米粒子后明显提高。Lin等发现HAuCl4中金离子在毕赤酵母(Pichiapastoris)表面先发生了生物吸附然后进行生物还原,从而得到Au纳米粒子。研究发现金离子被酵母菌表面的氨基、羟基和其它官能团首先还原成一价金离子,并进一步被还原成Au纳米颗粒。Mishra等以高里假丝酵母(Candidaguilliermondii)为模板合成了面心立方结构的Au和Ag纳米粒子,两种纳米粒子对金黄色葡萄球菌有很高的抗菌性,但所做的对比试验表明化学方法合成的两种粒子对致病菌均不具有抗菌性。Zhang等则以酵母菌为模板合成了形貌均-Co3O4修饰的ZnO中空结构微球。尖孢镰刀菌(Fusariu-moxysporum)可以在其自身表面将米糠的无定型硅生物转化成结晶SiO2,形成2~6 nm的准球形结构。
1.2以多细胞生物体为模板制备纳米材料
虽然以单细胞为模板制备的纳米粒子的单分散性较好,但是要涉及到生物体复杂的培养过程及后续处理,而以多细胞生物体为模板的制备方法就显得更加方便简捷。
1.2.1以多细胞植物体为模板制备纳米材料
地球上的植物种类很多,以其为模板的纳米材料的生物合成也就多种多样。多数情况下是将植物体培养在含有金属离子的溶液中,然后将植物体除去便可得到复制了植物体微结构的纳米材料。Rostami等将油菜和苜蓿的种子培养在含有Au3+的溶液中,将金离子变成纳米Au粒子,其大小分别是20~128 nm和8~48 nm。Dwivedi等以藜草(Chenopodium album)为模板分别制备出平均粒径为12 nm和10 nm的Ag和Au纳米晶体,并认为藜草中天然的草酸对于生物还原起着重要作用。Cyganiuk等以蒿柳(Salix viminalis)和金属盐为原料制备出碳基混合材料LaMnO3将蒿柳培植在含有金属盐的溶液中,金属盐离子顺着植物组织进行传输,进而渗透其中。然后将木质素丰富的植物体部位在600~8000℃范围进行煅烧碳化,得到的产物对正丁醇转化成4-庚酮有很好的催化效果。黄保军等以定性滤纸通过浸渍和煅烧等一系列过程仿生合成了微纳米结构的Fe2O3,并且对其形成机理进行了初步探讨。Cai等以发芽的大豆为模板,制备出室温下便有超顺磁性的Fe3O4纳米粒子,其平均粒径仅为8 nm。王盟盟等以山茶花花瓣为模板通过浸渍煅烧制备出 CeO2分层介孔纳米片,并且在可见光波段有很好的催化活性。
1.2.2以多细胞动物体为模板制备纳米材料
以多细胞动物体为模板的纳米材料的制备比较少,其中以Anshup等的研究较为突出。他们分别试验了人体的癌变宫颈上皮细胞、神经细胞和未癌变正常的人类胚胎肾细胞。这些人体细胞在模拟人体环境的试管中进行培养,培养液中含有1mmol/L的HAuCl4最终得到20~100 nm的Au纳米颗粒。细胞核和细胞质中都有Au纳米粒子沉积,并且发现细胞核周围的Au粒子粒径比细胞质中的小。
2以生物体提取物或组成成分中的有效成分制备纳米材料
生物体中含有很多还原稳定性成分。如果将这些成分提取出来,就可以脱离生物体原有形貌的束缚,得到绿色无污染的生物还原剂,进而以其制备纳米材料。很多糖类,维生素,纤维素等生物组成成分也被证实有很好的生物还原稳定作用,这就使得纳米材料的绿色生物合成更加方便快捷。
2.1以微生物提取物为有效成分制备纳米材料
以微生物的提取物为活性成分制备的纳米材料多数是纳米Ag和纳米Au,而且这两种粒子具有杀菌的效果。而以微生物提取物制备的纳米材料粒径更小,并且普遍也比一般化学方法合成的粒子有更好的杀菌效果。Gholami-Shabani等从尖孢镰刀菌(Fusariumozysporum)中提取了硝酸盐还原酶,并用其还原得到平均粒径为50nm的球形纳米Ag颗粒,并且对人类的病原菌和细菌有很好的抗菌效果。Wei等和Velmurugan等分别用酵母菌和枯草杆菌提取液成功合成了不同粒径及形貌的纳米Ag颗粒。提取物中的还原性酶是促进反应进行的重要成分。Inbakandan等将海洋生物海绵中提取物与HAuCl4反应制备得到粒径为7~20nm的纳米Au颗粒,主要得益于其中的水溶性有机还原性物质。Song等则从嗜热古菌(hyperther-mophilicarchaeon)中提取出高耐热型腾冲硫化纺锤形病毒1(Sulfolobustengchongensis spindle-shaped virus 1)的病毒蛋白质外壳。并且发现实验条件下在没有遗传物质时其蛋白质外壳仍可自组装成轮状纳米结构。与TiO2纳米粒子呈现出很好的亲和能力,在纳米材料的生物合成中将有广阔的应用前景。
2.2以植物提取物为有效成分制备纳米材料
生物提取物制备纳米材料的研究最多的是针对植物提取物的利用,因为地球上植物种类众多,为纳米材料的生物合成提供了众多可能性。Ahmed等以海莲子植物(Salicorniabrachiata)提取液还原制得Au纳米颗粒,其粒径为22~35nm。制备出的样品对致病菌有很大的抗菌性,而且能催化硼氢化钠还原4-硝基苯酚为4-氨基苯酚,也可催化亚甲基蓝转化成无色亚甲蓝。Velmurugan等和Kulkarni分别用腰果果壳提取液和甘蔗汁成功制备出纳米Ag和纳米Ag/AgCl复合颗粒,其均有很好的杀菌效果。Sivaraj等用一种药用植物叶子(Tabernaemontana)的提取液制备了对尿路病原体大肠杆菌有抑制作用的球形CuO纳米颗粒,其平均粒径为48 nm。
2.3以生物组成成分为有效成分制备纳米材料
碳水化合物是生物体中最丰富的有机化合物,分为单糖、淀粉、纤维素等。其独特的结构和成分可以用来合成各种结构的纳米材料。Panacek等,测试了两种单糖(葡萄糖和半乳糖)和两种二糖(麦芽糖和乳糖)对[Ag(NH3)2]+的还原效果,其中由麦芽糖还原制备的纳米Ag颗粒的平均粒径为25nm,并且对包括耐各种抗生素的金黄葡萄球菌在内的革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌有很好的抑制作用。Gao等和Abdel Halim等分别用淀粉和纤维素还原硝酸银制得了不同粒径的Ag纳米粒子,对一些菌体同样有很好的抗菌性。
维生素是人体不可缺少的成分,在人类机体的新陈代谢过程中发挥着重要作用,是很好的稳定剂和还原剂。Hui等用维生素C还原制备了Ag纳米颗粒修饰的氧化石墨烯复合材料,将加有维生素C的AgNO3和氧化石墨烯溶液进行超声反应,得到的Ag纳米颗粒平均粒径为15nm,并附着在氧化石墨烯纳米片表面。Nadagouda等用维生素B2为还原活性成分室温下合成了不同形貌(纳米球、纳米线、纳米棒)的纳米Pd。并且发现在不同的溶剂中制备的纳米材料的形貌和大小不同。
3以病毒为模板制备纳米材料
病毒本身没有生物活性,可以寄宿于其它宿主细胞进行自我复制,其实际上是一段有保护性外壳的DNA或RN段,大小通常处于20~450 nm之间,其纳米级的大小使得以其为模板更易于制备出纳米材料。Shenton等以烟草花叶病毒为模板制备了Fe3O4纳米管。因为烟草花叶病毒是由呈螺旋形排列的蛋白质单元构成,内部形成中空管。以此为模板制备出来的Fe3O4也复制了这一结构特点而呈现管状结构。由于烟草花叶病毒的尺寸小但稳定性高,使得它被频频用来作为纳米材料生物合成的骨架。Dang等则以转基因M13病毒为模板制备了单壁碳纳米管-TiO2晶体核壳复合纳米材料。实验发现以此为光阳极的染料敏化太阳能电池的能量转换效率达10.6%。
1《.骨的结构与成分》涉及的探究活动
《骨的结构和成分》是北京版初中生物教材第二册第八章《生物的运动》第二节《运动的形成》中第二课时的内容。在第一节学习动物运动方式的基础上,教材第二节内容进一步探讨动物运动的形成,为后面学习动物的行为打下基础。《骨的结构和成分》这节课首先让学生通过观察长骨的内部结构,分析其作用,建立长骨是一个中空的坚实的生物器官的概念,再通过探究鱼骨的成分,增强学生对骨的成分和特性的感性认识,推理出骨的成分和特性的关系。阐述人的一生中骨的成分的动态变化,从而增强体育锻炼的思想意识,为后面学习运动的实现打下基础。本节课以小组合作的方式进行学习,面向全体学生,促进每个学生的充分发展。借助实验分析和讨论的过程,引导学生主动参与、勤于动手、积极思考,符合新课标提出的“倡导探究性学习”的理念。依据维果茨基提出的“最近发展区”概念,利用学生原有的认知结构,在学生和教师的互动中实现知识和能力的发展。
2.生物体的结构层次
初中生物课程标准强调:教师在教学中要组织好各种观察、实验等探究性学习活动,帮助学生增加感性认识,克服对微观结构认识的困难,使学生领悟科学研究的方法并习得相关的操作技能。据此,结合生物个体水平的知识、化学和物理学知识以及学生的生活经验,突破学习难点。鼓励学生搜集有关细胞研究和应用方面的信息,进行交流以丰富相关知识,加深对科学、技术、社会相互关系的认识。同时运用建构主义“学习过程的最终目的是完成意义建构”的教学设计思想,确定本节知识主题,围绕如何引导学生实现该主题的意义建构进行教学设计。例如:在生物体层次结构主题下,重要概念细胞是生物体结构和功能的基本单位。在这一重要概念的构建时,教师可以设计探究动植物细胞结构实验———观察洋葱表皮细胞、黄瓜果肉细胞、番茄果肉和果皮细胞、人的口腔上皮细胞、皮肤细胞、平滑肌细胞、神经细胞等,构建动、植物细胞都有细胞膜、细胞质、细胞核等结构,以进行生命活动;相比动物细胞,植物细胞具有细胞壁、叶绿体、液泡等特殊结构这两个重要概念。再设计观察洋葱根尖细胞分裂,了解根冠、分生区、伸长区、成熟区细胞的形态结构变化;观察蛙的胚胎发育细胞变化和神经组织、肌肉组织、结缔组织(骨细胞、血液细胞等)、上皮组织和卵细胞、等的不同细胞形态和结构,构建细胞进行分裂、分化,以生成更多不同种类的细胞用于生物体生长、发育和繁殖这一重要概念。设计观察水中的单细胞生物和原生动物(如草履虫)的取食、运动、趋性,构建一些生物由单细胞构成,可独立完成生命活动;一些生物由多细胞构成的重要概念。通过这一系列探究实验的设计,依存这些重要概念的构建,帮助学生构建细胞是生物体结构和功能的基本单位这一重要概念。由此,实验教学的设计是围绕重要概念构建的。实验教学的设计要求有助于帮助学生构建重要概念,有助于帮助学生积极主动的获取生物科学知识、领悟科学研究方法。只有有的放矢的实验设计,才能落实到生物学重要概念的构建。
3.光合作用
光合作用的概念是初中生物学的一个重要概念。植物光合作用形成的有机物,是自身及其他所有生物的食物来源和能量来源,对自然界的物质循环和能量转化都具有极其重要的作用,学生理解它对于以后的学习至关重要。关于光合作用的概念,多数学生可以准确地说出来,然而,这种表述只是停留在记忆水平,并没有直接的实践体验。通过绿叶在光下产生淀粉的实验,可以让他们切实感受到植物在接受光照后,能在叶片中产生淀粉,这一实验对于他们理解光合作用的概念至关重要。初中一年级的学生虽然有了一定的逻辑思维能力,但光合作用的原理比较抽象,在缺少具体现象支持的情况下,很容易将之定义化,所以本节知识要用具体的、形象的实验进行教学。让学生体验到由现象到理论的过程,即通过感性认知上升到理性知识。通过一系列的实验设计、操作、探究和讨论,可以使学生对实验的设计原理、技巧,有更深层次的感悟。通过实验还可以培养学生的实验操作技能、合作精神和探究能力。《绿叶在光下合成淀粉》是初一上学期比较复杂的一个实验,对操作的准确性要求高,而且具有一定危险性。对此,在教学中笔者对两个方面作重点控制,一个是酒精灯和火焰,这个确保安全,另一个是条件、现象的操作和观察一定要严谨,以保证结果的客观性。安全控制的细节有两个,一是酒精灯的使用,让学生2人一小组,每小组在实验前先进行点燃酒精灯和熄灭酒精灯的练习,确保操作成功。二是烧杯很热,容易烫伤或脱手,所以进行镊子夹取烧杯的预练习,确保都能准确操作才进行实验。实验条件控制上要求一定要叶片变白后才取出,并注意滴加碘液的量。通过实验,学生普遍观察到实验现象,体会到每个实验操作的环节对于实验结果的出现都至关重要,更重要的是,他们能更深刻地理解植物只有绿色部分在光下才能产生淀粉的知识,对于其形成光合作用概念十分有帮助。
二、科学探究对重要概念理解的贡献
依据《基础教育课程改革纲要》:倡导学生主动参与、乐于探究,培养学生搜集和处理信息的能力、获取新知识的能力、分析和解决问题的能力以及交流与合作的能力。学生在不断的发现问题、寻求解决办法的过程中,转变了学习方式,提高了生物科学素养。科学探究活动应该围绕重要概念组织探究实验,使学生在鲜活的实验情景中充分发挥其主动性,构建起对重要概念的深层次理解。在生物体的结构层次这个主题下,教学过程中要注意引导学生进行“从微观到宏观再从宏观到微观”这样的思维方式训练。当学生能从这两个方向进行思考后,学生认识的人体、动物体和植物体,就会更充实、更深刻、更具体,也更有利于学生理解生物体的结构层次。如:细胞的结构和功能是抽象而死板的知识,如何把知识讲活才是本节课的关键。《细胞》这节课最大的特点就是,通过实验落实细胞的结构这部分知识,让学生能够更真实、更直观地认识到细胞形态,但是结构采用传统讲授法,直接告知。本节课的思维紧密,要求学生紧跟教师思路,边观察边思考,对学生的思维是一种训练,其为特点之二。从学生为主体出发,他们能通过实验,直观感受到不同植物不同结构的细胞结构不同,是因为它们的功能不同,为后面的细胞各结构的功能做铺垫,也自然而然的树立了结构和功能相统一的生物学观点,从而领悟细胞是生物体结构和功能的基本单位,就达到了本章的教学目的,这是特点之三。因为前一章节学习了细胞的有关知识,从细胞分裂、分化到组织的形成,器官、系统的形成,这是从微观到宏观,为了知识衔接得比较顺畅,要对课本编排的顺序做一定的调整,跳过了绿色开花植物的结构层次这一部分内容,在讲完细胞分化形成组织后,上节课直接让学生对人体四种基本组织的切片进行了观察。在学生对四种基本组织微观结构观察的基础上,今天这节课的开始就通过课件中的大量图片总结了四种基本组织的结构特点、功能,以及其在人体中的分布位置,既是对上节课的一个简单回顾,也是帮助学生建立微观到宏观的联系,为后面理解组织是如何形成器官的做好铺垫。生物学概念是高度抽象的,然而在进行教学时,不应使学生仅仅记住生物学概念那些抽象的文字,而应使学生透过抽象的文字看到一个绚丽多彩、生机盎然的生物界。因此,在向学生讲述生物学概念时必须首先向学生提供必要的感性认识:教什么,就要有什么,教什么,就要看什么。通过鸡翅的解剖观察实验,让学生对各种组织有一个宏观、感性的认识,通过真实的观察认识到像鸡翅这样的结构是由多种组织构成的,并且进一步认识到各种组织是有序分布、排列的,为学生得出器官这个概念提供感性认识。学生对概念的学习就是从这样的感性认识开始的,通过实验观察,可以使理论知识具体化,使抽象知识形象化,给学生识记、理解、运用概念创造条件。在概念生成后,还要让学生强化和深化对概念的理解。这部分整体的思路是感知、概括、运用的过程。在本节课的教学中,器官这个概念是在鸡翅解剖观察的基础上,通过对人体中胃这个具体的实例分析得出的。系统这个概念,也是通过对人体中消化系统这个具体的实例分析得出的,在得出概念后,又通过设置情景,如“在人体剧烈运动的过程中,人体的哪些系统功能加强了?”还有“为什么饭后立即运动会消化不良?”让学生对所学概念进行具体的应用,即在新情景中解释具体问题,深化学生对概念的理解。这样,让学生从具体的、个别的现象中得出一般的概念与规律,再由这一般的规律去解释个别或特殊的现象,解决个别或特殊的问题。经过这样一种由特殊到一般,再由一般到特殊的反复过程,对概念的理解才能深入。
三、教学反思与提升