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生物固氮

生物固氮

教学模式

启发探究、研讨式学习。

教学手段

利用带有根瘤的花生等豆科植物实物标本以及投影、计算机课件展示相关图片等辅助手段，帮助学生增加感性认识，激发学生的兴趣，使学生在教师的指导下主动学习，培养学生科学研究的态度及钻研精神；对学生进行分析问题、解决问题能力的训练，突破教学重、难点，更好地完成教学目标。

课时安排

二课时

设计思路

教学过程中始终注重创设问题情境，提高学生的学习兴趣，调动学生学习的积极性和主动性，同时遵循从感性到理性，从宏观到微观，再由微观到宏观的认知规律。

在教学中可以从研究生物固氮的重要性引入新课，让学生认识到研究生物固氮的必要性，提高学生学习兴趣。在新课的讲解中从固氮到生物固氮逐渐引入正题，然后开始介绍固氮微生物的种类，可以从豆类植物根瘤中的根瘤菌入手，在学生对固氮微生物具有一定感性认识的基础上，分析生物固氮的原理。生物固氮在氮循环和农业生产中的作用等一些教学内容，并不难懂，教师引导学生进行自学和讨论，进而得出相关结论，发展学生搜集、处理信息能力及表达能力。在本节内容的最后提出研究生物固氮的设想，以及从中可以得到的益处，树立学生从事生物学科研究的理想。

在整个教学过程中，教师要积极创设交流合作的氛围，为学生知识迁移、创造性思维等能力的发展提供时间和空间。

教学过程

第一课时

教学程序	教学内容	方法手段  师生活动	达到目的
创设问题情景、导入新课                             学习本节课内容	1、说明氮对生物有重要的作用。 所有的生物都需要氮源。在活细胞内，氮是所有氨基酸、核酸（DNA和RNA）及其它许多重要分子的主要部分。 2、大多数生物不能直接应用空气中的氮。 大部分生物不能直接利用大气中的氮，仅能利用氮的某种形式的化合物。形成这些化合物的过程统称为“固氮”，这时氮与其他元素结合，被“固定”在含氮的化合物中。 3、某些豆科植物含氮素较丰富，氮素如何获得？ 根瘤中的根瘤菌将大气中的N2“固定”供给植物。每年，大气中被固定下来的氮，大都是由微生物“固定”的，再经过一系列复杂的生化过程为生物体内所需要的含氮有机物。 4、问题引入和新课内容。 什么是生物固氮？ 那些生物可完成生物固氮？ 生物固氮如何完成？ 一、在讲解和归纳中完成如下内容。 1）生物固氮的概念。 2）固氮微生物将大气中分子态氮还原为氨的过程。 3）固氮微生物种类。 4）什么是共生固氮微生物？ 5）以根瘤菌为例研究：了解根瘤菌的形态特征和生理特点、某些根瘤菌与豆科植物互利共生且具一定专一性的关系以及根瘤菌的代谢类型。 6）根瘤的形成及作用。 7）共生固氮微生物概念。	教师导言                 教师演示（出示带有根瘤的花生等豆科植物实物标本）。   学生讨论、师生问答               利用教材小资料，师生讨论。     用实物投影展示：根瘤的外形及临时涂片制作过程，并利用显微投影展示（或用投影展示根瘤菌形态的图片），教师演示实验，提出问题，学生观察、分析，归纳相关内容。	调动学生学习的积极性，使学生明确本节课的学习目标                 使学生了解固氮微生物的种类及特点，培养学生观察能力，分析、归纳能力。
智能训练(反馈矫正)                         布置作业	二、什么是自生固氮微生物? 自生固氮菌的形态特点。 实例：圆褐固氮菌 介绍其生活环境，分析其代谢类型，在农业生产中的作用。 三、生物固氮过程简介。 提出问题：为什么固氮微生物可在常温常压下完成“固氮”有关反应？ 固氮酶：有固氮基因编码控制。 固氮过程简介。 比较：根据固氮微生物育肥固氮微生物的特点。 思考：如何将自生固氮微生物与土壤中的其他细菌等微生物分离？   搜集、整理有关资料：比较分析工业固氮与生物固氮过程；分析生物固氮的意义和在农业生产中的应用；查询生物固氮研究的有关信息。	投影展示圆褐固氮菌有关图片。教师引导学生分析得出结论。 教师简要讲解（投影施展固氮过程图片）学生提出问题，教师解答。 教师组织学生思考、讨论，表达个人意见。 师生问答。             教师为学生提供有关课外资料或有关固氮内容的网站和书籍，例如：南京大学出版社的《环境微生物工程》等。 教师可下要对学生完成情况了解、指导。	培养学生分析能力，渗透理论联系实际思想。       教师要给学生生活中的时间和空间，以发展学生知识迁移、创造思维能力。同时使学生明确两类生物的氮源不同是关键，为后面的试验和微生物有关内容的教学奠定基础。 培养学生搜集信息能力，发展信息能力，发展学习能力。

第二课时

教学程序	教学内容	方法手段 师生活动	达到目的
导言 　 　 　 研究过程 　 　 　 　 　 交流信息、实现资源共享 　 　 　 　 　 　 　 　 　 学习本节课内容 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 发展学习	氮元素是生命所必需的。分子态氮在大气中的含量很丰富，约占79％（v/v），但绝大多数生物无法直接利用。只有当游离氮被“固定”成为含氮化合物后，才能被这些生物吸收利用，氮成为活细胞的一部分并进入生态系统中的食物链。氮循环是生态系统物质循环的重要组成部分 （复习概念和特点）。 氮在生态系统中的循环涉及一系列相当复杂的过程，这些过程大多是由微生物调节的。 一、自然界氮循环过程的分析。 1．大气中的氮气可通过三条途径被“固定”。 2．生物群落中的氮素传递是以有机氮形式通过生物的同化作用实现的。 3．动植物遗体、排出物（如尿素等）、残落物中的有机氮是通过微生物的氨化作用及硝化作用转变成为植物再度利用的形式。 4．在氧气不足的条件下，土壤中的硝酸盐被反硝化细菌等多种微生物还原成亚硝酸盐，并且进一步还原成分子态氮，分子态氨则返回到大气中。 二、生物固氮在自然界氮循环中的重要作用。 1．比较分析工业固氮与生物固氮过程。 区别：工业固氮需要极高的温度和压力，对大气产生严重污染；生物固氮在常温常压下就可以完成，对大气没有任何不良影响。 分析原因：氮气分子中的氮—氮三键是很强的，要将此三键拆开并转化为氨，需要相当大的能量。因此，化学固氮必须在高温、高压及催化剂的作用下才能使H2与N2反应。工业固氮需高温（500 ℃）和高压（20 000—30 000kPa）条件，而生物固氮在固氮酶作用下消耗生物自身能量，在常温常压下进行，大大节约了能源，对环境无污染。    3．据科学家估算，每年生物固氮的总量占地球上固氮总量的90％左右。可见，生物固氮在地球的氮循环中具有十分重要的作用，而且对维持生态系统平衡有重要意义。 三、生物固氮在农业生产中的应用。 1．20世纪初以来，全球农作物单位面积产量不断增长，在一定程度上依赖于氮素化肥的施用量不断增加。农作物依赖于施用氮素化肥所获得的增产实际上是以消耗能源和污染环境为代价的。在现代化农业中，生物固氮具有提高农作物产量和增强土壤肥力的作用。 2．土壤获得氮素消耗和补充的途径。 3．生物固氮在农业生产中的应用实例：拌种、绿肥。 4．人类自从发现豆科植物与根瘤菌共生结瘤固氮现象以来，对生物固氮研究己有一百多年之久，我国对生物的共生固氮现象也进行了长达六十余年的探索性研究。围绕着培育新的固氮植物，通过生物技术改造固氮微生物和现有的农作物，使新的固氮菌与新的农作物更容易形成共生固氮关系。可以肯定，生物固氮工程的研究已经进入一个新的历史阶段，扩大生物间共生固氮范围和将豆科植物的固氮能力转移到非豆科植物中的研究已呈现出希望之光。随着生物固氮研究地不断深入，将逐步实现禾本科农作物与固氮微生物共生结瘤固氮的美好愿望。 四、生物固氮的研究前景 首先提出将固氮基因移入非豆科植物的设想，引导学生讨论是否还有更多的研究方向。 然后总结各种设想，并分析各种设想实现的可能性和意义。 教材P40 三、简答题	师生问答 　 　 利用计算机课件分步展示或用投影展示（见要点提示2）氮循环过程。 师生讨论。 　 　 　 　 　 教师组织学生利用投影展示自己搜集的资料并汇报。 　 教师适时肯定并予以补充。 教师启发学生分析得出结论。 　 　 　 师生问答。 投影展示教材图片。 教师组织学生提出问 题，互相解答，教师补充。 　 　 　 教师组织学生汇报搜集的有关信息，进行演讲。 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 学生思考。 师生讨论。                                                                                     老师设问，引申 学生讨论 老师总结	明确知识联系，引入氮循环研讨过程。使学生了解自然界氮循环过程，培养学生知识迁移运用能力，发展学生思维的流畅性及认识问题的深刻性。     调动学生主动参与学习过程，激励学生的学习等情感，使学生深有效地学习，培养学生合作学习的态度。 　 了解生物固氮有关原理在农业生产中的应用事实，渗透理论联系实际的思想。 为学生提供展示自己的机会，发展学生的学习等情感。 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　</