2019-2020年高中生物 4.3《酵母細(xì)胞的固定化》教案 新人教版選修1.doc

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2019-2020年高中生物 4.3《酵母細(xì)胞的固定化》教案 新人教版選修1 【教學(xué)目標(biāo)】 1、知道從酶到固定化酶技術(shù)，再到固定化細(xì)胞技術(shù)的發(fā)展過程以及生產(chǎn)中遇到的問題及固定化技術(shù)帶來的巨大效益； 2、知道常用的固定化技術(shù)及適用范圍，明確固定化技術(shù)的的應(yīng)用原理，理解固定化細(xì)胞的具體步驟、會(huì)解釋各種現(xiàn)象。 【教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)】固定化酶與固定化細(xì)胞的制備方法及優(yōu)缺點(diǎn) 【教學(xué)方法】教師啟發(fā)、引導(dǎo)，學(xué)生自主閱讀、思考，討論、交流學(xué)習(xí)成果。 【教學(xué)手段】多媒體 【課時(shí)安排】1課時(shí) 【教學(xué)過程】 溫故知新，引出課題： （1）說一說：酶的概念、特性、影響酶活性的因素、應(yīng)用 （2）加酶洗衣粉中常用的酶制劑有哪些？這些酶能直接加入洗衣粉么？ （3）在食品、化工、輕紡、醫(yī)藥等領(lǐng)域大規(guī)模使用酶制劑，請(qǐng)你歸納使用酶制劑的優(yōu)點(diǎn)？ （4）酶制劑的使用有哪些缺陷？ 師生歸納，小結(jié)： 酶制劑應(yīng)用的缺陷：（1）通常對(duì)強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、高溫和有機(jī)溶劑等條件非常敏感，容易失活；（2）溶液中的酶很難回收，不能被再次利用，提高了生產(chǎn)成本；（3）反應(yīng)后酶會(huì)混在產(chǎn)物中，可能影響產(chǎn)品質(zhì)量。 提出問題：如果你是工程技術(shù)人員，你如何解決這些問題？ 合作探究，解決問題： 資料探究1： 在應(yīng)用酶的過程中，人們發(fā)現(xiàn)了一些實(shí)際問題：酶通常對(duì)強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、高溫和有機(jī)溶劑等條件非常敏感，容易失活；溶液中的酶很難回收，提高了生產(chǎn)成本；反應(yīng)后的酶會(huì)混在產(chǎn)物中，可能影響影響產(chǎn)品質(zhì)量。 由于酶的分離與提純有許多技術(shù)性難題，造成酶制劑來源有限、成本高、不利于大規(guī)模使用。因此，酶在大規(guī)模生產(chǎn)中，使酶能反復(fù)使用，是很有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的課題。固定化酶的使用，推動(dòng)了酶在生產(chǎn)上的應(yīng)用。固定化酶，就是將酶分子結(jié)合在特定的支持物上且不影響酶的功能。用于固定酶的底物有瓊脂糖、丙烯酰胺、藻酸鈉等。固定化酶技術(shù)的應(yīng)用，一是可循環(huán)反復(fù)使用酶制劑。據(jù)報(bào)道，在某些情況下可使用上千次，極大地降低生產(chǎn)成本。二是在生產(chǎn)中，可通過離心法或過濾法把酶與反應(yīng)液相互分開，在大規(guī)模的生產(chǎn)中所需工藝設(shè)備比較簡(jiǎn)單易行。三是穩(wěn)定性能好等。 固定化酶(Immobilized Enzyme）是20世紀(jì)60年代發(fā)展起來的—項(xiàng)新技術(shù)。以往使用的酶絕大多數(shù)是水溶性的酶。這些水溶性酶催化結(jié)束后，極難回收，因而阻礙了酶工業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。60年代后，在酶學(xué)研究領(lǐng)域內(nèi)涌現(xiàn)出固定化酶。它是通過物理的或化學(xué)的手段，將酶束縛于水不溶的載體上，或?qū)⒚甘`在一定的空間內(nèi)，限制酶分子的自由流動(dòng)，但能使酶充分發(fā)揮催化作用；過去曾稱其為水不溶酶或固相酶。1953年德國(guó)科學(xué)家采用聚氨基苯乙烯樹脂為載體，與胃蛋白酶、核糖核酸酶等結(jié)合，制成固定化酶。1971年第一屆國(guó)際酶工程會(huì)上正式建議采用固定化酶的名稱。 閱讀資料1，探究：（1）解決上述問題的思路。（2）什么是固定化酶？（3）如果固定化酶制備成功，你覺得在生產(chǎn)上會(huì)帶來哪些好處？ 師生互動(dòng)，解決問題。 過渡：固定化酶能否制備成功呢？我們來看看一個(gè)實(shí)例。 資料探究2： 高果糖漿是指果糖含量為42%左右的糖漿。作為蔗糖的替代品，高果糖漿不會(huì)像蔗糖那樣誘發(fā)肥胖、糖尿病、齲齒和心血管病，對(duì)人類的健康更有益。高果糖漿的生產(chǎn)需要使用葡萄糖異構(gòu)酶，它能將葡萄糖轉(zhuǎn)化為果糖。這種酶的穩(wěn)定性好，可以持續(xù)發(fā)揮作用。但是，酶溶解于葡萄糖溶液后，就無法從糖漿中回收，造成很大的浪費(fèi)。 使用固定化酶技術(shù)，將這種酶固定于一種顆粒狀的載體上，再將這些酶顆粒裝到一個(gè)反應(yīng)柱內(nèi)，柱子底端裝上分布有許多小孔的篩板。酶顆粒無法篩板上的小孔，而反應(yīng)溶液卻可以自由出入。生產(chǎn)過程中，將葡萄糖溶液從反應(yīng)柱的上端注入，使葡萄糖溶液流過反應(yīng)柱，與固定化葡萄糖異構(gòu)酶接觸，轉(zhuǎn)化成果糖，從反應(yīng)柱的下端流出。反應(yīng)柱能連續(xù)使用半年，大大降低了生產(chǎn)成本，提高了果糖的產(chǎn)量和質(zhì)量。目前，利用固定化葡萄糖異構(gòu)酶生產(chǎn)高果糖漿的規(guī)模已經(jīng)超過了每年1000萬噸。 閱讀資料2，思考： （1）高果糖漿的生產(chǎn)原理（寫出反應(yīng)方程式）（2）葡萄糖異構(gòu)酶的固定及生產(chǎn)流程（識(shí)圖）（3）反應(yīng)柱的優(yōu)點(diǎn)（4）固定化酶技術(shù)的優(yōu)點(diǎn) 師生互動(dòng)，解決問題。 過渡：那么如何來制備固定化酶呢？ 自主學(xué)習(xí)：閱讀教材P52，思考： （1）三種方法固定化酶的原理 （2）三種制備方法的優(yōu)缺點(diǎn) （3）判斷下列3幅圖分別代表哪類制備方法？ 、、 師生互動(dòng)，著重探討三種制備方法的優(yōu)缺點(diǎn)。 拓展視野：固定化酶的應(yīng)用 提出新的問題：在生產(chǎn)實(shí)際中使用固定化酶技術(shù)有無不足?可能在哪些方面存在不足？如有不足，可怎么辦? 對(duì)比學(xué)習(xí)：固定化細(xì)胞技術(shù) 閱讀教材P53，解決以下問題： （1）參照固定化酶，給細(xì)胞固定化下個(gè)定義 （2）細(xì)胞固定化的常用方法 （3）固定化細(xì)胞技術(shù)有哪些優(yōu)勢(shì)？ （4）如果想把微生物的發(fā)酵過程變成連續(xù)的酶反應(yīng)，應(yīng)該選擇哪種技術(shù)？如果反應(yīng)物是大分子物質(zhì)，又應(yīng)該采用哪種方法？ （5）一般來說，酶更適合用吸附法和交聯(lián)法固定，而細(xì)胞多采用包埋法固定，想想看為什么？ 師生互動(dòng)，解決問題。 課堂歸納，提煉升華： 直接使用酶、固定化酶與固定化細(xì)胞各有什么優(yōu)缺點(diǎn)？ 拓展視野：在英國(guó)曼徹斯特大學(xué)固定海藻球 課堂反饋，鞏固提高：（詳見PPT） 附：課堂導(dǎo)學(xué)案 課題：制備與應(yīng)用固定化酶 核心問題： 1、為什么要制備固定化酶和固定化細(xì)胞（技術(shù)誕生背景） 2、什么是固定化酶和固定化細(xì)胞？ 3、如何制備固定化酶和固定化細(xì)胞？ 4、固定化酶和固定化細(xì)胞有哪些應(yīng)用？ 導(dǎo)學(xué)提綱： 酶 優(yōu)點(diǎn)： 問題： 1、 2、 3、 設(shè)想： 固定化酶 定義： 實(shí)例：高果糖漿的生產(chǎn) 優(yōu)點(diǎn)： 制備方法： 應(yīng)用： 1、 高果糖漿的生產(chǎn) 2、 新型青霉素的生產(chǎn) 3、 測(cè)尿糖試紙 4、 廢水處理 問題： 設(shè)想： 固定化細(xì)胞 定義： 優(yōu)點(diǎn)： 制備： 1、吸附法 2、包埋法 實(shí)踐：酵母細(xì)胞的固定化 結(jié)果分析與評(píng)價(jià)： 應(yīng)用： 課后反思： 一、應(yīng)突出學(xué)生在課堂上的主體地位 本節(jié)知識(shí)理論性較強(qiáng)，學(xué)生比較陌生，但學(xué)生關(guān)于酶的一些基礎(chǔ)知識(shí)在必修教材種已比較熟悉。在教學(xué)過程中，教師應(yīng)很清楚地知道學(xué)生已形成的知識(shí)根底；要努力通過問題喚醒學(xué)生已有的知識(shí)，并產(chǎn)生新的問題；不要總不放心地重復(fù)學(xué)過的內(nèi)容，那樣不僅會(huì)擠占了學(xué)生閱讀、分析、思考、討論、聯(lián)系的時(shí)間，還會(huì)分散學(xué)生的注意力，這樣必然影響到教學(xué)效果。 二、要充分發(fā)揮教師的主導(dǎo)作用 在課堂教學(xué)過程中，學(xué)生究竟需要什么樣的幫助，哪些問題看書能解決，哪些問題需要教師作分析引導(dǎo)，哪些問題要在比較歸納中得出，對(duì)這些問題教師是應(yīng)該很清楚的。所謂備課要備學(xué)生就在于此。實(shí)踐表明，教師的主導(dǎo)作用發(fā)揮的越充分，學(xué)生的主動(dòng)性、創(chuàng)造性發(fā)揮的越好。本課題中我圍繞著從酶到固定化酶再到固定化細(xì)胞這根主線，逐步引導(dǎo)學(xué)生從已有知識(shí)開始到學(xué)習(xí)新的知識(shí)，教學(xué)效果比較明顯。 三、 引導(dǎo)探究應(yīng)結(jié)合學(xué)生實(shí)際 在生物學(xué)教育中，要改變“重科學(xué)結(jié)論，輕探究過程”的模式，要以學(xué)生的探究活動(dòng)為主線，倡導(dǎo)探究學(xué)習(xí)，使學(xué)生認(rèn)識(shí)到產(chǎn)生科學(xué)知識(shí)必須依賴探究，讓他們像科學(xué)家從事科學(xué)探究那樣來學(xué)習(xí)科學(xué)，領(lǐng)悟科學(xué)探究的真諦。這也是新課程大力提倡的。要實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，要求教師要再現(xiàn)知識(shí)的發(fā)生過程，變結(jié)論式教學(xué)為過程式教學(xué)。英國(guó)學(xué)者貝爾納在1939年就指出：“如果學(xué)生不能夠以某種方式親自參加科學(xué)發(fā)現(xiàn)的過程，就絕對(duì)無法使他充分了解現(xiàn)有科學(xué)知識(shí)的全貌。” 學(xué)生與科學(xué)家的探究思維本質(zhì)上是一致的。學(xué)生在生物學(xué)學(xué)習(xí)中的探究與生物學(xué)家研究生物的科學(xué)探究有相似的特征，只不過“科學(xué)家是為了求知而探究，而學(xué)生探究是為了求知?！?科學(xué)探究要有一定的方法、策略去進(jìn)行，具有一定的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。學(xué)生畢竟不是成人，更不是科學(xué)家，他們的探究方式是簡(jiǎn)單的，還需要教師去教、去引導(dǎo)，如在本節(jié)課中，對(duì)資料一和資料二中的問題探究，教師應(yīng)把握深度，能循序漸進(jìn)的引導(dǎo)，最后把問題的答案弄明白。 四、講清概念仍是課堂教學(xué)中最基本方式 在生物教學(xué)過程中，靈活和綜合運(yùn)用各種學(xué)習(xí)方式和策略都是必要的，探究不是生物課堂教學(xué)唯一的學(xué)習(xí)方式。必須看到的是，不是所有的生物課的學(xué)習(xí)主題都要用探究學(xué)習(xí)的方式來進(jìn)行，對(duì)一些學(xué)習(xí)內(nèi)容來說，教師用生動(dòng)的語言、形象的比喻、活生生的事例講清楚概念、機(jī)理和結(jié)論現(xiàn)象等內(nèi)容，這是一名生物教師必須具備的能力。