5.3 细胞呼吸的原理和应用教学设计2026-2027学年高一上学期生物人教版必修1

该高中生物学教学设计聚焦细胞呼吸的类型、过程及应用，通过“问题探讨”中酵母菌通气与密封的生活实例导入，引导学生思考呼吸条件差异，搭建从探究酵母菌呼吸方式到有氧、无氧呼吸过程及原理应用的递进学习支架。 该资料以探究实践为核心，通过酵母菌呼吸方式的对比实验培养科学思维，结合线粒体结构与功能观渗透生命观念，采用探究式教学与动画演示等方法。学生在实验设计分析中提升探究能力，教师依托清晰流程与分层作业，有效落实核心素养，助力高效教学。

教学课题 第5章第3节 细胞呼吸的原理和应用 课时安排 1 课时 主备人 参备人 教学班级 教学课型 新授课 备课 分备时间 集备时间 课标要求 说明细胞呼吸，探讨细胞呼吸原理的应用；探究酵母菌细胞呼吸的方式，发展科学探究能力。 教材分析 本节是细胞能量供应的核心内容，第 1 课时以探究酵母菌呼吸方式为主线，理解有氧、无氧条件下产物差异，为后续呼吸过程奠基。 学情分析 学生已知 ATP 是直接能源，但对细胞呼吸过程、产物、条件陌生；具备简单实验设计能力，对对比实验理解需引导。 教学目标 1.通过探究酵母菌的细胞呼吸方式，说出细胞呼吸的类型。 2.描述线粒体适于进行有氧呼吸的结构，说明有氧呼吸过程中物质与能量的变化。 3.比较有氧呼吸与无氧呼吸的异同，阐明细胞呼吸的实质。 4.探讨细胞呼吸原理在生产和生活中的应用。 教学重点 (1)探究酵母菌细胞呼吸的方式。 (2)有氧呼吸过程中物质与能量的变化。 教学难点 (1)探究酵母菌细胞呼吸的方式。 (2)有氧呼吸过程中物质与能量的变化。 教学方法 探究式教学、问题驱动、对比分析法 教学准备 PPT 课件、实验装置图、检测试剂介绍视频、课堂习题 教学思路 情境导入→提出问题→设计实验→进行实验→分析结果→得出结论→巩固练习 教 学 过 程 教学环节 教学内容及教师活动 学生活动 设计意图 新课导入 【问题探讨】 酵母菌细胞富含蛋白质，可以用作饲料添加剂。在培养酵母菌用作饲料添加剂时，要给培养装置通气或进行振荡，以利于酵母菌大量繁殖。在利用酵母菌生产葡萄酒时，却需要密封发酵。 讨论 1.都是培养酵母菌，为什么有的需要通气，有的却需要密封？ 提示：通气可以给酵母菌提供呼吸需要的氧气，利于酵母菌进行旺盛的细胞分裂；密封则是避免空气进入，便于酵母菌在无氧条件下分解有机物产生酒精。 2.为什么通气有利于酵母菌大量繁殖？ 提示：在有氧条件下，酵母菌分解营养物质释放的能量多，这些能量可以为酵母菌细胞进行物质代谢和细胞分裂提供充足的动力。 3.在密封发酵时，酵母菌将有机物转化为酒精对它自身有什么意义？ 提示：密封发酵时，酵母菌将有机物转化为酒精的同时，能为自己的生命活动提供少量能量。 通过分析问题探讨中的内容，我们知道酵母菌在有氧条件下能大量繁殖，在无氧条件下能产生酒精。 思考讨论，联系生活经验回答。 激发兴趣，建立生活与生物学的联系。 新知探究一、 细胞呼吸的方式 【概念诠释】 酵母菌是一类单细胞真菌，它与人类的生活息息相关，做馒头、面包、酿酒等，都是利用酵母菌的呼吸作用。 呼吸作用的实质：是细胞内的有机物氧化分解，并释放能量。 提问：细胞呼吸是否都需要氧？生物在有氧和无氧条件下是否都能进行细胞呼吸呢？ 【探究.实践】探究酵母菌细胞呼吸的方式 提问：为什么选用酵母菌探究细胞呼吸的方式？ 酵母菌在有氧和无氧的条件下都能生存，属于兼性厌氧菌，因此便于用来研究细胞呼吸的不同方式。 在本探究活动中，需要设计和进行对比实验，分析有氧和无氧条件下酵母菌细胞呼吸的情况。 提问：对比实验与对照实验有什么区别？ 【科学方法】对比实验 设置两个或两个以上的实验组，通过对结果的比较分析，来探究某种因素对实验对象的影响，这样的实验叫作对比实验，也叫相互对照实验。在本节课的探究活动中，需要设置有氧和无氧两种条件，探究酵母菌在不同氧气条件下细胞呼吸的方式，这两个实验组的结果都是事先未知的，通过对比可以看出氧气条件对细胞呼吸的影响。 对比实验也是科学探究中常用的方法之一。 背景材料：有一位同学知道酵母菌能使葡萄糖发酵产生酒精，但是不清楚这一过程是在有氧还是在无氧条件下进行的；另一位同学知道酵母菌的细胞呼吸会产生CO2，但是不知道不同条件下产生的CO2是否一样多。 提出问题： （1）酵母菌究竟是在有氧还是无氧条件下产生酒精的呢？ （2）酵母菌在不同条件下产生的CO2是否一样多呢？ 作出假设： （1）酵母菌是在有氧（无氧）条件下产生酒精的 （2）酵母菌在有氧（无氧）条件下产生的二氧化碳比无氧（有氧）条件下的多（少）或一样多。 设计实验： 1.怎样控制有氧和无氧的条件？ 提示：通入空气，保证氧气的充分供应；密封，避免空气进入 2.怎样鉴定有无酒精产生？怎样鉴定有无CO2产生？如何比较CO2产生的多少？ 提示：橙色的重铬酸钾溶液在酸性条件下与乙醇（俗称酒精）发生化学反应，变成灰绿色。 CO2可使澄清的石灰水变混浊，也可使溴麝香草酚蓝溶液由蓝变绿再变黄。 根据石灰水浑浊程度或溴麝香草酚蓝溶液变成黄色的时间长短，可以检测酵母菌培养液中CO2的产生情况。 3.怎样保证酵母菌在整个实验过程中能正常生活？ 进行实验： 1.酵母菌培养液的配制 取20g新鲜的食用酵母菌，分为两等份，分别放入锥形瓶A（500mL)和锥形瓶B（500mL)中。分别向瓶中注入240mL质量分数为5%的葡萄糖溶液。 2.检测CO2的产生 用锥形瓶和其他材料用具组装好实验装置，并连通橡皮球（或气泵），让空气间歇性地依次通过3个锥形瓶（约50min)。然后将实验装置放到25~35℃的环境中培养8~10h。 自变量：氧气的有无 因变量：酵母菌的呼吸产物 无关变量：培养温度、时间、营养物质的浓度等 引导学生思考讨论以下问题： 质量分数为10%的NaOH溶液在实验中的作用分别是什么？ 提示：吸收空气中CO2 ，保证使澄清石灰水变浑浊的CO2是由A瓶中的酵母菌在有氧条件下产生的。 B瓶应封口放置一段时间后，再连通盛有澄清石灰水的锥形瓶。想一想，这是为什么？ 提示：消耗掉B瓶中的氧气，确保通过澄清石灰水的CO2是由B瓶中的酵母菌在无氧条件下产生的。 实验结果： CO2的检测 酒精的检测 注意：检测时应将酵母菌的培养时间适当延长以耗尽溶液中的葡萄糖 因为葡萄糖也能与酸性重铬酸钾反应发生颜色变化 分析实验结果，得出结论 （1）酵母菌在有氧和无氧条件下都能进行细胞呼吸。 （2）在有氧条件下，酵母菌通过细胞呼吸产生大量的二氧化碳和水。 （3）在无氧条件下，酵母菌通过细胞呼吸产生酒精，还产生少量的二氧化碳。 识记概念，理解呼吸本质。 确定自变量、因变量、无关变量；理解装置设计目的。 观察记录，总结呼吸产物。 建立核心概念。 培养实验探究与逻辑分析能力。 提升证据推理能力。 巩固新课 小结回顾 梳理探究流程、呼吸方式、产物检测。 课堂检测 PPT 原题，当堂订正。 作业设计 基础性作业 完成教材课后练习与应用 拓展性作业 绘制酵母菌呼吸实验装置图并标注作用。 板书设计 第3节 细胞呼吸的原理和应用 一、细胞呼吸的方式 1.细胞呼吸的实质：细胞内的有机物氧化分解，并释放能量。 2.探究酵母菌细胞呼吸的方式 (1)CO2的检测 ①通入澄清的石灰水： 澄清→浑浊 ②使溴麝香草酚蓝水溶液：蓝→绿→黄 (2)酒精的检测 酸性重铬酸钾溶液：由橙色变成灰绿色 教学反思 本节内容紧扣课标要求与核心素养目标，通过实验探究与逻辑推导相结合的方式展开教学。课堂上，学生能积极参与酵母菌呼吸方式探究的实验设计与讨论，较好地掌握了控制变量法和对比实验的科学方法，对有氧呼吸的场所、过程及物质能量变化有了初步理解。 教学课题 第5章第3节 细胞呼吸的原理和应用 课时安排 1 课时 主备人 参备人 教学班级 教学课型 新授课 备课 分备时间 集备时间 课标要求 说明有氧呼吸和无氧呼吸的过程、场所、物质与能量变化。 教材分析 第 2 课时重点讲解有氧呼吸三阶段，是理解细胞能量释放的核心，为无氧呼吸与应用打基础。 学情分析 已知酵母菌有氧产 CO₂和 H₂O，对线粒体结构、物质变化、能量去向理解抽象。 教学目标 1.通过探究酵母菌的细胞呼吸方式，说出细胞呼吸的类型。 2.描述线粒体适于进行有氧呼吸的结构，说明有氧呼吸过程中物质与能量的变化。 3.比较有氧呼吸与无氧呼吸的异同，阐明细胞呼吸的实质。 4.探讨细胞呼吸原理在生产和生活中的应用。 教学重点 (1)探究酵母菌细胞呼吸的方式。 (2)有氧呼吸过程中物质与能量的变化。 教学难点 (1)探究酵母菌细胞呼吸的方式。 (2)有氧呼吸过程中物质与能量的变化。 教学方法 图示法、分步讲解、归纳总结 教学准备 PPT、有氧呼吸过程动画、阶段对比表格 教学思路 复习回顾→线粒体结构→有氧呼吸三阶段→总反应式→能量利用→练习巩固 教 学 过 程 教学环节 教学内容及教师活动 学生活动 设计意图 复习导入 回顾CO2和酒精的检测方法 回忆作答，进入新课。 衔接旧知，明确学习方向。 新知探究二、有氧呼吸 【概念阐述】 指导学生阅读教材，理解有氧呼吸概念，掌握线粒体的结构。 1.主要场所：线粒体 线粒体的内膜上和基质中含有许多种与有氧呼吸有关的酶。 2.过程： 3.总反应式： 4.概念： 指细胞在氧的参与下，通过多种酶的催化作用，把葡萄糖等有机物彻底氧化分解，产生二氧化碳和水，释放能量，生成大量ATP的过程。 【思考.讨论】有氧呼吸的能量利用特点 引导学生分析“思考.讨论”中的问题。 1.在细胞内，1mol葡萄糖彻底氧化分解可以释放出2870kJ的能量，可使977.28kJ左右的能量储存在ATP中，其余的能量则以热能的形式散失掉了。请你计算一下，有氧呼吸的能量转化效率大约是多少，这些能量大约能使多少ADP转化为ATP？ 34% 32mol 有氧呼吸中能量的去路：①绝大部分以热能的形式散失②储存在ATP中 2.与燃烧迅速释放能量相比，有氧呼吸是逐级释放能量的，这对于生物体来说具有什么意义？ 提示：可以使有机物中的能量逐步地转移到ATP中；能量缓慢有序地释放，有利于维持细胞的相对稳定状态。 同有机物在生物体外的燃烧相比，有氧呼吸具有不同的特点： ①有氧呼吸过程温和 ②有机物中的能量经过一系列的化学反应逐步释放 ③释放的能量有相当一部分储存在ATP中 识图识记结构与功能。 记忆反应式，计算能量利用率。 建立结构与功能观。 构建完整知识体系。 巩固新课 小结回顾 三阶段场所、物质、能量梳理 课堂检测 PPT 原题，当堂订正。 作业设计 基础性作业 完成教材课后练习与应用 拓展性作业 绘制有氧呼吸三阶段示意图 板书设计 第3节 细胞呼吸的原理和应用 一、细胞呼吸的方式：有氧呼吸和无氧呼吸 二、有氧呼吸 1.主要场所：线粒体 2.过程 3.总反应式 4.概念 教学反思 有氧呼吸三个阶段的物质转化和能量变化较为抽象，仅通过图示和讲解，部分学生仍难以厘清[H]的传递和ATP的生成过程。教学中需强化直观教学，可借助动画演示装置工作原理和有氧呼吸过程。设计分层问题，逐步引导学生突破难点。增加小组合作中的个别指导，确保全体学生参与深度学习，同时加强知识与生活实际的联系，提升学生运用知识解决问题的能力。 教学课题 第5章第3节 细胞呼吸的原理和应用 课时安排 1 课时 主备人 参备人 教学班级 教学课型 新授课 备课 分备时间 集备时间 课标要求 说明无氧呼吸过程；比较有氧与无氧呼吸；举例说明细胞呼吸原理的生产生活应用。 教材分析 第 3 课时完成无氧呼吸、呼吸异同、原理应用，形成完整知识体系，体现科学与社会联系。 学情分析 已掌握有氧呼吸，易迁移理解无氧呼吸；对应用实例能联系生活，但原理分析需引导。 教学目标 1.通过探究酵母菌的细胞呼吸方式，说出细胞呼吸的类型。 2.描述线粒体适于进行有氧呼吸的结构，说明有氧呼吸过程中物质与能量的变化。 3.比较有氧呼吸与无氧呼吸的异同，阐明细胞呼吸的实质。 4.探讨细胞呼吸原理在生产和生活中的应用。 教学重点 (1)探究酵母菌细胞呼吸的方式。 (2)有氧呼吸过程中物质与能量的变化。 教学难点 (1)探究酵母菌细胞呼吸的方式。 (2)有氧呼吸过程中物质与能量的变化。 教学方法 对比归纳、联系实际、曲线分析法 教学准备 PPT、异同表格、应用实例图、因素曲线图 教学思路 复习有氧呼吸→无氧呼吸→两种呼吸的异同→细胞呼吸原理的应用→影响细胞呼吸的因素→课堂小结 教 学 过 程 教学环节 教学内容及教师活动 学生活动 设计意图 复习导入 回顾有氧呼吸的场所、过程、特点及能量的去路 思考回答，引入无氧呼吸。 自然过渡，构建知识联系。 新知探究三、无氧呼吸 【讲授新课】 1.过程： 无氧呼吸都只在第一阶段释放出少量的能量，生成少量ATP。葡萄糖分子中的大部分能量则存留在酒精或乳酸中。 无氧呼吸中能量的去路：①以热能的形式散失②储存在ATP③大部分能量存留在酒精或乳酸中 2.总反应式： 3.概念：在没有氧气参与的情况下，葡萄糖等有机物经过不完全分解，释放少量能量的过程。 结合有氧呼吸和无氧呼吸的总反应式，讲解细胞呼吸的概念 细胞呼吸是指有机物在细胞内经过一系列的氧化分解，生成二氧化碳或其他产物，释放能量并生成ATP的过程。 细胞呼吸除了能为生物体提供能量，还是生物体代谢的枢纽。蛋白质、糖类和脂质的代谢，都可以通过细胞呼吸过程联系起来。 有氧呼吸与无氧呼吸的异同点： 识记过程、产物、实例。 完成表格，归纳异同。 理解无氧呼吸的不完全氧化特点。 提升对比归纳能力。 新知探究四、细胞呼吸原理的应用 结合图片，分析细胞呼吸原理在生产和生活中有哪些应用？ 联系生活，解释原理。 学以致用，强化科学思维。 新知探究五、影响细胞呼吸的因素 结合有氧呼吸和无氧呼吸的总反应式，引导学生分析影响细胞呼吸的因素。 内部因素：酶的种类和数量 外部因素：温度、O2浓度、水、CO2浓度等 1.温度 (1)机理：温度通过影响与细胞呼吸有关酶的活性来影响呼吸速率 (2)曲线分析： 最适温度时，细胞呼吸最强。 在一定范围内，呼吸强度随温度的升高而增强。超过最适温度呼吸酶活性降低，甚至变性失活，细胞呼吸受抑制。低于最适温度呼吸酶活性下降，细胞呼吸受抑制。 (3)应用： ①低温储存食品 ②大棚栽培作物在夜间和阴天适当降温 2.水 (1)机理：水作为有氧呼吸的原料和环境影响细胞呼吸的速率 (2)曲线分析：在一定范围内， 细胞呼吸速率随含水量的增加而加快，当含水过多时，呼吸速率减慢，甚至死亡。 (3)应用： ①粮食在收仓前要进行晾晒处理 ②干种子萌发前进行浸泡处理 3.CO2浓度 (1)机理：CO2是细胞呼吸的产物，对细胞呼吸具有抑制作用 (2)曲线分析：CO2浓度作为呼吸抑制剂，抑制细胞呼吸，CO2 浓度越高，抑制作用越明显。 (3)应用：适当增加CO2浓度，有利于水果和蔬菜的保鲜，抑制细胞呼吸，减少有机物的消耗。 4.O2浓度 (1)机理：O2是有氧呼吸所必需的，且O2对无氧呼吸过程有抑制作用。 (2)曲线分析： ①O2浓度＝0时，只进行无氧呼吸； ②0< O2浓度<b时，同时进行有氧呼吸和无氧呼吸； ③O2浓度≥b时，只进行有氧呼吸； (3)应用： ①中耕松土促进植物根部有氧呼吸 ②酿酒时先通氧气再密封，造成无氧环境 ③低氧仓储粮食、水果和蔬菜 联系生活解释原理，分析曲线。 学以致用，强化科学思维。 巩固新课 小结回顾 梳理：无氧呼吸、异同点、应用、影响因素 课堂检测 PPT 原题，当堂订正。 作业设计 基础性作业 完成教材课后练习与应用 拓展性作业 举例说明 5 个细胞呼吸原理的生活应用并解释原理。 板书设计 第3节 细胞呼吸的原理和应用 一、细胞呼吸的方式 二、有氧呼吸 三、无氧呼吸 1.过程 2.总反应式： (1)酒精发酵： C6H12O62C2H5OH(酒精)＋2CO2＋少量能量 (2)乳酸发酵： C6H12O62C3H6O3(乳酸)＋少量能量 3.概念： 4.细胞呼吸原理的应用 5.影响细胞呼吸的因素 (1)内因：酶的种类和数量 (2)外因：温度、O2、水分、CO2 教学反思 本节课围绕无氧呼吸及细胞呼吸原理应用展开，基本达成课标要求与素养目标，但仍有优化空间。教学中以酵母菌实验回顾导入，衔接有氧呼吸知识，有效激发了学生的探究兴趣，通过问题链引导学生分析无氧呼吸过程，多数学生能清晰区分酒精发酵与乳酸发酵的差异。 在原理应用环节，结合储存果蔬、酿酒等生活实例，降低了抽象知识的理解难度，但部分学生对氧气浓度影响曲线的分析仍存在困惑，缺乏对曲线拐点意义的深层思考。此外，学生活动多为集体应答，个体探究时间不足，导致少数基础薄弱学生参与度较低。教学中增加小组合作任务，让学生自主绘制曲线并解读。 学科网（北京）股份有限公司 $