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2019-2020年高中生物 4.3《酵母細胞的固定化》教案 新人教版選修1 【教學目標】 1、知道從酶到固定化酶技術(shù)，再到固定化細胞技術(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)的的應用原理，理解固定化細胞的具體步驟、會解釋各種現(xiàn)象。 【教學重點、難點】固定化酶與固定化細胞的制備方法及優(yōu)缺點 【教學方法】教師啟發(fā)、引導，學生自主閱讀、思考，討論、交流學習成果。 【教學手段】多媒體 【課時安排】1課時 【教學過程】 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，請你歸納使用酶制劑的優(yōu)點？ （4）酶制劑的使用有哪些缺陷？ 師生歸納，小結(jié)： 酶制劑應用的缺陷：（1）通常對強酸、強堿、高溫和有機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）反應后酶會混在產(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： 在應用酶的過程中，人們發(fā)現(xiàn)了一些實際問題：酶通常對強酸、強堿、高溫和有機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；反應后的酶會混在產(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，使酶能反復使用，是很有經(jīng)濟價值的課題。固定化酶的使用，推動了酶在生產(chǎn)上的應用。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)的應用，一是可循環(huán)反復使用酶制劑。據(jù)報道，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液相互分開，在大規(guī)模的生產(chǎn)中所需工藝設備比較簡單易行。三是穩(wěn)定性能好等。 固定化酶(Immobilized Enzyme）是20世紀60年代發(fā)展起來的—項新技術(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)的進一步發(fā)展。60年代后，在酶學研究領(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，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年德國科學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年第一屆國際酶工程會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)上會帶來哪些好處？ 師生互動，解決問題。 過渡：固定化酶能否制備成功呢？我們來看看一個實例。 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，高果糖漿不會像蔗糖那樣誘發(fā)肥胖、糖尿病、齲齒和心血管病，對人類的健康更有益。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。 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反應柱內(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，而反應溶液卻可以自由出入。生產(chǎn)過程中，將葡萄糖溶液從反應柱的上端注入，使葡萄糖溶液流過反應柱，與固定化葡萄糖異構(gòu)酶接觸，轉(zhuǎn)化成果糖，從反應柱的下端流出。反應柱能連續(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（寫出反應方程式）（2）葡萄糖異構(gòu)酶的固定及生產(chǎn)流程（識圖）（3）反應柱的優(yōu)點（4）固定化酶技術(shù)的優(yōu)點 師生互動，解決問題。 過渡：那么如何來制備固定化酶呢？ 自主學習：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 （3）判斷下列3幅圖分別代表哪類制備方法？ 、、 師生互動，著重探討三種制備方法的優(yōu)缺點。 拓展視野：固定化酶的應用 提出新的問題：在生產(chǎn)實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? 對比學習：固定化細胞技術(shù) 閱讀教材P53，解決以下問題： （1）參照固定化酶，給細胞固定化下個定義 （2）細胞固定化的常用方法 （3）固定化細胞技術(shù)有哪些優(yōu)勢？ （4）如果想把微生物的發(fā)酵過程變成連續(xù)的酶反應，應該選擇哪種技術(shù)？如果反應物是大分子物質(zhì)，又應該采用哪種方法？ （5）一般來說，酶更適合用吸附法和交聯(lián)法固定，而細胞多采用包埋法固定，想想看為什么？ 師生互動，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胞各有什么優(yōu)缺點？ 拓展視野：在英國曼徹斯特大學固定海藻球 課堂反饋，鞏固提高：（詳見PPT） 附：課堂導學案 課題：制備與應用固定化酶 核心問題： 1、為什么要制備固定化酶和固定化細胞（技術(shù)誕生背景） 2、什么是固定化酶和固定化細胞？ 3、如何制備固定化酶和固定化細胞？ 4、固定化酶和固定化細胞有哪些應用？ 導學提綱： 酶 優(yōu)點： 問題： 1、 2、 3、 設想： 固定化酶 定義： 實例：高果糖漿的生產(chǎn) 優(yōu)點： 制備方法： 應用： 1、 高果糖漿的生產(chǎn) 2、 新型青霉素的生產(chǎn) 3、 測尿糖試紙 4、 廢水處理 問題： 設想： 固定化細胞 定義： 優(yōu)點： 制備： 1、吸附法 2、包埋法 實踐：酵母細胞的固定化 結(jié)果分析與評價： 應用： 課后反思： 一、應突出學生在課堂上的主體地位 本節(jié)知識理論性較強，學生比較陌生，但學生關(guān)于酶的一些基礎(chǔ)知識在必修教材種已比較熟悉。在教學過程中，教師應很清楚地知道學生已形成的知識根底；要努力通過問題喚醒學生已有的知識，并產(chǎn)生新的問題；不要總不放心地重復學過的內(nèi)容，那樣不僅會擠占了學生閱讀、分析、思考、討論、聯(lián)系的時間，還會分散學生的注意力，這樣必然影響到教學效果。 二、要充分發(fā)揮教師的主導作用 在課堂教學過程中，學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，哪些問題要在比較歸納中得出，對這些問題教師是應該很清楚的。所謂備課要備學生就在于此。實踐表明，教師的主導作用發(fā)揮的越充分，學生的主動性、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胞這根主線，逐步引導學生從已有知識開始到學習新的知識，教學效果比較明顯。 三、 引導探究應結(jié)合學生實際 在生物學教育中，要改變“重科學結(jié)論，輕探究過程”的模式，要以學生的探究活動為主線，倡導探究學習，使學生認識到產(chǎn)生科學知識必須依賴探究，讓他們像科學家從事科學探究那樣來學習科學，領(lǐng)悟科學探究的真諦。這也是新課程大力提倡的。要實現(xiàn)這一點，要求教師要再現(xiàn)知識的發(fā)生過程，變結(jié)論式教學為過程式教學。英國學者貝爾納在1939年就指出：“如果學生不能夠以某種方式親自參加科學發(fā)現(xiàn)的過程，就絕對無法使他充分了解現(xiàn)有科學知識的全貌。” 學生與科學家的探究思維本質(zhì)上是一致的。學生在生物學學習中的探究與生物學家研究生物的科學探究有相似的特征，只不過“科學家是為了求知而探究，而學生探究是為了求知?！?科學探究要有一定的方法、策略去進行，具有一定的實踐經(jīng)驗。學生畢竟不是成人，更不是科學家，他們的探究方式是簡單的，還需要教師去教、去引導，如在本節(jié)課中，對資料一和資料二中的問題探究，教師應把握深度，能循序漸進的引導，最后把問題的答案弄明白。 四、講清概念仍是課堂教學中最基本方式 在生物教學過程中，靈活和綜合運用各種學習方式和策略都是必要的，探究不是生物課堂教學唯一的學習方式。必須看到的是，不是所有的生物課的學習主題都要用探究學習的方式來進行，對一些學習內(nèi)容來說，教師用生動的語言、形象的比喻、活生生的事例講清楚概念、機理和結(jié)論現(xiàn)象等內(nèi)容，這是一名生物教師必須具備的能力。