第一节地球上生命的起源

第三章生物的进化第一节地球上生命的起源教学目标1.能够描述“化学起源说”中关于生命起源的过程；2.关注生命起源的不同观点，以及新的研究进展；3.解释米勒实验的设计原理及结果，锻炼运用证据和逻辑进行分析和推测的能力；教学重点和难点1.重点：描述“化学起源说”中关于生命起源的过程、关注生命起源的各种观点。2.难点：描述“化学起源说”中关于生命起源的过程。课前准备1.有关宇宙起源、星系形成和生命起源假说的视频资料2.学生课前通过阅读科普书籍了解生命起源的各种观点教学设计学习内容学生活动教师活动导入：世界各地关于生命起源的神话传说阅读资料展示《圣经》片段和“女娲造人”、“自然发生说”的古文，将学生带入悠远而神秘的氛围，引导学生产生兴趣原始地球的形成学生代表介绍宇宙大爆炸、星云假说，其余学生根据资料总结原始地球状况帮助学生代表准备发言，提供视频和图片资料，指导学生推理、总结米勒实验证明了原始地球可以产生生命起源所必须的小分子的有机物观察米勒实验的装置，分析实验设计的原理和结果提供视频资料，指导学生观察、分析，简单讲解有关化学知识从有机物到细胞的过程观察小实验和图片，推理想象将几滴油滴入水中，振荡食管，让学生观察经久不散的小油滴。简单讲解由有机物组成细胞的可能性。生命起源的其它观点学生代表交流发言，介绍生命起源的其它观点。其它学生分析这些观点分别有什么证据支持，又有什么证据反对组织学生交流，提供视频资料教学过程设计教师：（通过图片展示广袤的宇宙、绚丽的银河、灿烂的太阳系行星、蔚蓝的地球……）广袤宇宙有无数的星体，然而只有我们蔚蓝的地球母亲孕育了千姿百态的生命。这些生命是怎样来到这地球上的呢？关于这个问题，我们的祖先曾经有这样的传说。——“俗说天地开辟，未有人民，女娲抟黄土作人。剧务，力不暇供，乃引绳于泥中，举以为人。故富贵者，黄土人；贫贱者，引绳人也。”（引自《太平御览》卷七八）哪位同学为大家解释一下？学生：说开天辟地以来，地球上本没有人，女娲用黄土捏泥人。教师：很好，那么什么叫“剧务”，又什么是“引绳于泥中，举以为人”呢？学生：大概是太劳累了，就用绳子浸在泥里，再举起来，甩出的泥点变成人。教师：看来我们的同学们知识很渊博呀，那么，今天的科学家们对生命起源又有什么见解呢？（按照事先抽签的顺序进行小组发言。下面是发言的提纲，真正发言中不仅有形象生动的事例，还配合了教师提供的录像。）小组1：我们小组负责介绍“宇宙起源”这部分内容。根据“宇宙大爆炸”的理论(这是目前一般接受的学说)，150亿年前宇宙发生了大爆炸，爆炸喷射出了由氢和氦组成的星云，星云旋转运动着，并且缓慢地收缩，逐渐形成了一个密度较大的实体。由于收缩时磨擦产生的热量，温度继续上升，直到在高温下发生热核反应，释放出巨大的能量，这时就形成了一颗恒星。在恒星周围还有大量的气体和尘埃，它们彼此吸引、碰撞而聚合成为小的团块。这就是行星的形成。小组2：我们小组来介绍原始地球的情况：根据第一小组介绍的宇宙爆炸的理论，地球逐渐收缩过程中温度很高，所以当地球表层温度逐渐下降时就表现为频繁的火山活动。火山喷发出的气体，形成了大气层。这个大气层不同于现在地球的大气层，它是没有氧气、氮气的，但有很多的水蒸汽。随着地球表面温度降低，大气层中的水蒸汽冷却形成雨水降落到地面上，雨水在地壳下陷及低落处聚集而成原始的海洋。原始海洋盐分很低，但溶解了大量的甲烷等火山喷发出的物质。小组3：我们组负责汇报“米勒实验”：1953年，斯坦利·米勒在玻璃仪器里模拟原始地球条件进行了一项试验：（用动画展示实验仪器）。一个星期后他检测出很多简单的有机物，包括氰化氢、尿素，最重要的是：米勒还在他的产品中发现了甘氨酸和丙氨酸，这是所有氨基酸中最简单的，也是在各种蛋白质中最常见的。小组4：我们汇报“其它生物学家的研究”：米勒试验结果公布后，许多生物学家便也开始进行同样的实验，他们都证实了米勒的实验。到1968年，蛋白质结构中的每一种重要的氨基酸，都用这样的实验制成了。美籍西班牙生物化学家胡安·奥罗于1961年和1962年实验生成了嘌呤、核糖和脱氧核糖，这是DNA和RNA的组成成分。1967年波南帕鲁玛又合成了一种属于“卟啉”类的分子，而绿色植物中极重要的叶绿素分子也属于卟啉类。至此，人们已经不怀疑生命所必需的所有化学物质，都可以在早期地球的海洋中被制造出来。小组5：我们汇报的题目是“从有机物到原始生命”：当科学家通过实验认定原始地球可以形成简单有机物，就推断经过漫长的时间，这些简单有机物就可能形成脂肪、蛋白质、核酸等复杂的有机物。他们浸泡在原始海洋中，可能形成小泡。假如小泡中恰好包住了蛋白质、核酸及其它物质的适当混合物，就可能形成类似原核细胞的结构。但是这些过程完全都是推测，有些科学家做了相关的实验，如奥巴林的“微球体”实验和福克斯的“类蛋白质”实验，但在实验设计中都还有疑点。所以，关于有机物如何形成生命的，现在还没有人能说明白。小组6：我们汇报的内容是“宇宙中的生命”：首先，类似太阳的恒星在银河系内1000亿颗，其中单星大约是400亿颗。假定所有单星都带有行星，还要行星到恒星的距离恰到好处、有水存在、与地球有类似的化学组成。计算表明，在上述400亿颗单星中，充其量也只有100万颗的周围有能使生命进化到高级阶段的行星。不过每颗行星上的生命应当处于不同的进化阶段。经过科学家计算，能够进化到高科技水平，并能发射无线电波的行星，大概只有250万颗。如果它们均匀地分布在银河系中，则相邻两颗之间的距离约为4600光年。因此我们认为，宇宙中还有生命存在是完全可能的，但我们恐怕暂时无法同他们进行有效的联系。教师：同学们准备充分，发言全面，带我们领略了宇宙的神奇奥妙，也让我们为各国科学家的精彩研究而感叹。我们经过学习，也将掌握这些科学研究方法，去探索更多的奥秘。教学反思新课程标准中明确指出：“义务教育阶段的生物课程是国家统一规定的，以提高学生生物科学素养为目的的必修课程”。而认识科学的本质，是学生科学素养的基石。教师在创造性地处理教材的时候，应充分注意有利于学生认识科学本质的教育内容。在这一节的教学里，我有意识地组织学生补充了“宇宙大爆炸”、“其它科学家的贡献”、“从有机物到细胞”等科学假说、实验，并特别强调“这些假说只是一家之言，还有很多科学家提出了其它观点”，就是希望学生能够更好地理解科学的本质。这样设计是依据如下论述：“由于所有的科学概念均依赖于实验和观察的证实，所以从原则上讲，当出现新的证据时，一切科学知识都可能发生变化。能量守恒定律和运动定律等科学核心概念已经经过了广泛的证实，因而在他们被检验过的那些领域似乎不大容易发生变化。在那些数据尚不完整，理解尚不充分的领域（例如人类进化的细节和全球变暖问题），新的证据一旦出现很可能要导致现有概念的变化或当前冲突的解决。在信息依然支离破碎的情况下，科学概念不完整是一种正常现象，不过这也是取得重大突破的机会。”