在合适的条件下,被吸收的能量将在体内转移到需要能量来启动某种反应的部位,例如,蛋白质所吸收的能量往往可以在整个蛋白质中转移,使其最终效应常表现为某一个或几个化学键的断裂。这种过程是能量的转移。
被吸收或被转移的能量在生命过程中经常发生能量形式的变换,例如,肌肉收缩时,高能磷酸键的化学能转变为机械能而做功,绿色植物在光合作用中将光能转变为化学能,视觉过程中光能转变为电能而产生视觉,这些都是能量的转化和利用。
机体在其长期进化过程中所形成的组织与器官对外界能量有一定的适应范围,在受到超出这一范围的能量作用时往往使机体受到损伤。例如烈日曝晒或大剂量辐射的作用可能引起各种疾病,这是能量对机体的损伤作用。
人体内的各种活动离不开能量,能量是维持生命活动的重要因素。然而人体内的能量是守恒的,是一系列能量的转化。它包括能量的来源、转化及利用。
2.实验器材
弹簧拉力器、哑铃、音叉、电子琴。
3.教学建议
在学生开展调查活动前,教师应向学生讲明调查的内容及方法,并利用网络查询到所需信息,对信息进行必要的筛选与处理。在完成资料收集工作后,教师要指导学生分析、整理资料。
教师指导学生设计一两组实验,采取实验感受法,让学生通过活动来了解能量在人体中如何被利用,加深对所学知识的印象。在实验中,要强调观察与感受的重要性,还要强调利用活动器材的安全性。
在实验结束后,教师应及时让学生对活动感受进行交流与讨论。通过讨论与拓展,使学生掌握人体能量来源及其转化的知识,引导学生在日常生活中注意观察各种形式的能,了解各类能量的特点,并联系实际,会用能量转化与守恒的观点审视各种物质运动形态的变化。
4.实验过程
(1)提出问题
人体的能量转化到底是怎样一回事?(让学生思考:还有其他问题吗?)(2)制订计划
明确调查内容:调查了解人体能量的来源、转化、利用情况。
确定调查方式
文献调查法:通过查阅书籍、上网查询等,了解人体能量及其转化。(告诉学生相关的网址)
实验感受法:通过设计两组实验——手臂肌肉收缩实验、听音实验,体验人体能量的利用。(让学生思考:这两组实验的作用分别是什么?)
确定时间安排与组员分工
确定成果表达形式。
(3)实施调查
让学生按制订的计划进行调查。
(4)整理资料
对观察收集的各种资料按照一定的方法进行整理归类、分析加工。
(5)表达与交流
撰写调查报告,阐述人体能量的来源与转化过程,组织一次调查成果展示课。
(6)活动与体验
准备活动材料器具。
将学生分为两组分别活动
小组1:体验肌肉收缩的能量利用。
小组成员拿若干个弹簧拉力器来拉,观察感受自身的手臂肌肉的收缩舒张情况及肌肉感觉(如:有无酸痛感等)。
准备好大小轻重不同的哑铃,小组成员可依次从轻到重举起哑铃,感受轻重不同的哑铃对肌肉收缩的影响,体验能量利用过程。
小组2:体验神经传导的能量利用。
一位小组成员拿金属棒敲击音叉,其余成员感受发出的声音,观察到音叉的振动,了解声音是由物体振动而产生声波,从而人耳感受声波。
一位小组成员弹奏电子琴,按下不同的音阶,其余成员分辨声音,了解不同频率的声波刺激听神经,通过神经传导至大脑后,分辨出各种各样声音的原理。
两组学生进行交流讨论。
教师总结。
(让学生思考,针对本实验,还有没有其他的实验方案?请你再设计几组方案,用于感受其他几种能量的利用情况。)
5.分析讨论
肌肉中的能量从何而来?
简答:生物体时时刻刻都在进行着新陈代谢,它是生物体进行一切生命活动的基础。在新陈代谢过程中,生物体与外界环境之间进行着物质与能量的交换,以及生物体内物质与能量的转变。新陈代谢包括合成代谢与分解代谢两个方面,但在整个新陈代谢过程中,合成代谢与分解代谢是同时进行而又互相联系的。
能量是人类活动的物质基础,而糖类是生物体进行生命活动的主要能量物质。在糖类代谢过程中,肠道内的淀粉、麦芽糖分解成葡萄糖被吸收到体内后,可以发生以下三种变化:
一是一部分氧化分解,最后生成二氧化碳和水,并释放出能量,供生命活动的需要。二是一部分被肝脏、骨骼肌等合成糖原。三是一部分葡萄糖转变为脂肪。
6.实验延伸
了解能够转变肌肉能量的蛋白质。
提示:一种特殊的蛋白质可以将不经常运动且易疲劳的肌肉变为充满能量抗疲劳的肌肉。最新研究表明,通过基因技术注入老鼠体内的该蛋白质能够使其体内易疲劳或称作Ⅱ型的骨骼肌纤维转变成为富含线粒体、抗疲劳、充满力量的Ⅰ 型肌肉纤维,就好像是这些肌肉进行过运动一样。该蛋白质叫做CAMK (Calcium /calmodulin‐dependent proteinkinase),CAMK 控制细胞内的线粒体,而线粒体是用于制造能量的,科学家可以研制出药物模仿CAMK 的作用,对肌肉进行类似于运动所带来的刺激。该研究将有助于医生对某些不能运动或失去运动能力的患者进行对肌肉的刺激,帮助患者病情的好转。
7.练习
(1)人类也存在三种类型的杠杆,即省力杠杆、费力杠杆、等臂杠杆。
踮脚时主要靠腓肠肌收缩,骨骼和腓肠肌状况如图7‐4‐1所示。踮着的脚以脚尖为支点可以看做是( )杠杆,为什么?
(2)几个同学用同一弹簧拉力器比试臂力,每个人都能把手臂撑直,他们所消耗的能量()
A.臂力大的人消耗能量多
B.手臂长的人消耗能量多
C.体重大的人消耗能量多
D.所消耗的能量一样多
(3)你用力蹬自行车上一个斜坡。自行车前行的能量来自何处?
思考题
1.科学实验教学研究的一般途径与方法有哪些?
2.DIS Lab在科学实验教学中的独特性表现在哪些方面,如何有效发挥?
3.V形图如何促进科学概念的形成?
4.科学综合性实验与学科实验有哪些区别?
参考文献与推荐读物
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