第五章第三节细胞呼吸的原理和应用第一课时教学设计-2025-2026学年高一上学期生物人教版必修1

第五章 细胞的能量供应和利用 第三节 细胞呼吸的原理和应用 教学设计 第一课时 一、教材分析 1. 课标要求 《普通高中生物学课程标准（2017年版）》对本节内容的要求是： 探究酵母菌的细胞呼吸方式。 说明生物通过细胞呼吸将储存在有机分子中的能量转化为生命活动可以利用的能量。 阐明细胞呼吸的本质。 2. 本节内容在知识体系中的地位 本节是课程标准中明确要求的“探究·实践”活动，是连接“呼吸作用”宏观概念与“有氧呼吸、无氧呼吸”具体微观过程的关键实验桥梁。学生通过亲手（或理性分析）设计、实施、评价本实验，不仅能直观感知呼吸产物，形成“生物体呼吸方式具有多样性”的初步观念，更能系统训练科学探究的思维与方法，为后续深入学习呼吸作用的详细机理奠定坚实的认知和思维基础。 二、学情分析 1. 基础知识 学生在初中已了解发酵（如酿酒、做馒头）与酵母菌有关，知道呼吸作用消耗氧气、产生二氧化碳的宏观概念。 已初步学习变量控制、对照实验设计等科学方法。 具备一定的化学知识，了解二氧化碳可使澄清石灰水变浑浊，可使溴麝香草酚蓝溶液（BTB）由蓝变绿再变黄。 2. 潜在障碍 实验设计逻辑障碍：难以自主设计出同时、有效探究“有无氧气”这一核心变量的两组复杂装置（即教材中的有氧和无氧装置）。 变量控制理解障碍：对“如何排除无关变量干扰”（如酵母菌活性、培养液种类和量、温度等）考虑不周。 现象与结论的推理障碍：容易将“有CO₂产生”直接等同于“进行了有氧呼吸”，难以通过比较产物的量或速率来科学区分两种呼吸方式。 三、素养目标 1. 生命观念 物质与能量观：通过检测呼吸产物，认识到细胞呼吸实现了有机物分解与能量释放（以热能等形式体现）的关联。 适应与进化观：认识酵母菌等生物能通过不同呼吸方式适应多变环境（有氧、无氧）。 2. 科学思维 演绎与推理：能基于呼吸作用反应式，演绎推理出可能的检测指标和方法。 批判性思维：能分析、评价实验方案的严密性（如无氧装置中“煮沸冷却”葡萄糖溶液、液封的目的）。 模型与建模：能理解并阐释两种实验装置（锥形瓶连接导管）所构建的“有氧”和“无氧”反应模型。 3. 科学探究 提出问题：能明确本实验探究的核心问题——酵母菌在不同氧气条件下呼吸方式和产物有何不同？ 设计实验：能理解或尝试完善教材实验方案，明确自变量、因变量和无关变量。 分析证据：能根据石灰水浑浊程度/变色时间等定性比较结果，得出合理解释。 交流与评价：能清晰表述实验设计思路和结论，并反思实验的不足与改进方向。 4. 社会责任 能运用实验结论解释生产生活中的相关应用（如酿酒先通气后密封的原理），理解科学知识对技术发展的推动作用。 四、教学重难点 教学重点： 理解探究酵母菌细胞呼吸方式的实验设计原理。分析实验现象，得出“酵母菌在有氧和无氧条件下都能进行细胞呼吸，但产物和释放能量不同”的结论。 教学难点： 实验方案的严谨性分析（特别是无氧条件的创设与维持）。 如何通过产物的检测来科学推断呼吸类型。 五、教法与学法 教学方法：任务驱动法、问题链导学法、合作讨论法、演示与讲解结合法。 学习方法：探究性学习、小组合作学习、分析归纳法。 六、教学过程 （一）情境导入，聚焦探究问题（约5分钟） 生活场景：展示馒头、面包、葡萄酒的图片。 提问引导： 这些美食的制作都离不开谁？（酵母菌） 做馒头时，面团为什么会“发起来”？酿酒时为什么前期要搅拌，后期又要密封？ 这暗示酵母菌的“呼吸”可能和什么条件有关？（氧气）在不同条件下，它的“呼吸”是一样的吗？ 明确课题：今天，我们就化身科学侦探，通过一个经典实验来探究酵母菌细胞呼吸的方式。 （二）提出问题，作出假设（约5分钟） 明确科学问题： 引导表述：酵母菌在有氧和无氧条件下是否都能进行细胞呼吸？ 如果可以，它们的产物和能量释放有何不同？ 引导作出假设： 学生基于生活经验（面团发胀有CO₂，酿酒产酒精）和已有知识（呼吸作用）进行猜想。 教师板书呈现可能假设：酵母菌在有氧时产生CO₂和H₂O，无氧时产生CO₂和酒精。 （三）设计实验，剖析方案（约15分钟）——核心环节 【任务一：明确检测指标】 提问：如何知道细胞呼吸发生了？我们可以检测什么？ 小组讨论：根据可能的产物（CO₂、酒精）和反应物（O₂）变化，确定检测方法。 CO₂检测：澄清石灰水变浑浊 / 溴麝香草酚蓝溶液（BTB）变色快慢。（强调：两种条件下都产生CO₂，关键是比较产生的量和速率） 酒精检测：（酸性）重铬酸钾溶液，由橙色变成灰绿色。（强调需在酸性条件下，且用于无氧条件产物检测） O₂消耗：较难直接定量，可通过装置创设条件间接体现。 【任务二：剖析教材装置，理解设计精髓】 （教师展示或播放教材P91实验装置图动画） 分析“有氧条件”装置（装置一）： 提问：这个装置如何保证酵母菌处于有氧环境？（通气泵或橡皮球充气） 提问：左侧锥形瓶中NaOH溶液的作用是什么？（吸收空气中的CO₂，排除干扰） 提问：为什么将气体通入石灰水或BTB溶液？（检测产生的CO₂） 分析“无氧条件”装置（装置二）： 提问：这个装置如何创设无氧环境？（密封，且酵母菌培养液上方用石蜡油液封） 提问：为什么葡萄糖溶液要“煮沸后冷却”？（驱除溶解氧，是关键操作） 提问：如何检测产物？（产生的气体直接通入石灰水/BTB检测CO₂；实验结束后取部分培养液滤液检测酒精） 总结变量与控制： 自变量：有无氧气（通过两套不同的装置实现）。 因变量：CO₂产生的速率与量、是否产生酒精。 无关变量：酵母菌的品种、数量与活性；葡萄糖溶液的浓度与体积；环境温度等。（强调两套装置除自变量外，其他条件需相同且适宜） （四）预测结果，分析讨论（约8分钟） （可播放实验视频或展示结果图片，避免课时不足） 展示/描述现象： 有氧组：石灰水浑浊快且程度深；BTB变色快。检测培养液无酒精。 无氧组：石灰水浑浊慢且程度浅；BTB变色慢。检测培养液有酒精（重铬酸钾变灰绿色）。 小组讨论分析： 为什么有氧条件下产生的CO₂更多更快？（底物葡萄糖氧化分解更彻底） 无氧条件下产生酒精说明了什么？（葡萄糖未彻底分解，产生了另一种有机物） 从能量角度推测，哪种条件释放能量更多？为什么？（有氧条件，因底物分解更彻底） 得出结论： 酵母菌是兼性厌氧菌，在有氧和无氧条件下都能进行细胞呼吸。 有氧呼吸：产生大量CO₂和H₂O，释放大量能量。 无氧呼吸（酒精发酵）：产生少量CO₂和酒精，释放少量能量。 （五）联系实际，总结升华（约5分钟） 解释导入问题： 做馒头：前期有氧呼吸产生大量CO₂使面团蓬松。 酿酒：前期通气促进酵母菌有氧呼吸大量繁殖；后期密封促使其无氧呼吸产生酒精。 课堂总结：回顾本课探究脉络：从生活现象提出问题 → 作出假设 → 设计巧妙实验（重点在变量控制）→ 分析现象 → 得出结论。本实验不仅揭示了酵母菌的呼吸秘密，更是一次完整的科学探究思维训练。 作业布置： 基础作业：绘制本实验的装置图，并标注各部件功能及实验结论。 拓展思考：如果要定量比较两种呼吸方式CO₂的生成量，实验装置可以如何改进？ 七、教学课时 1课时（40分钟） 八、板书设计 酵母菌细胞呼吸的方式 一、问题与假设 Q：酵母菌在不同O₂条件下如何呼吸？ H：有氧→CO₂ + H₂O；无氧→CO₂ + 酒精 二、实验设计 检测指标： CO₂：石灰水浑浊度/速度（比较量） 酒精：酸性重铬酸钾（橙→灰绿） 变量控制： 自变量：有无O₂ 无关变量：一致（菌、糖、温…） 三、结论 酵母菌为兼性厌氧菌。 有氧呼吸：产物CO₂+H₂O，能量多。 无氧呼吸（发酵）：产物CO₂+酒精，能量少。 九、教学反思 成功之处：本设计将教材实验提升为一趟完整的“科学探究之旅”，以问题驱动思维，重点放在实验设计的逻辑剖析而非单纯操作步骤记忆。通过对比两套装置，学生深刻理解了“控制变量、创设条件”的科学方法，突破了难点。 待改进之处：受限于课时，无法进行学生实操，感性认识不足。 学科网（北京）股份有限公司 $