5.3 細(xì)胞呼吸的原理和應(yīng)用 教學(xué)設(shè)計(jì) 【新教材】人教版(2019)高中生物必修一

第五章細(xì)胞的能量供應(yīng)和利用第3節(jié)細(xì)胞呼吸的原理和應(yīng)用一、教學(xué)目標(biāo)的確定根據(jù)普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容要求，學(xué)生在學(xué)完本節(jié)課后，能“說(shuō)明生物通過(guò)細(xì)胞明吸將儲(chǔ)存在有機(jī)分子中的能量轉(zhuǎn)化為生命動(dòng)可以用的能量”。讓學(xué)生從物質(zhì)和能量的視角分析呼吸作用的過(guò)程，既加深對(duì)細(xì)胞結(jié)構(gòu)的理解，又對(duì)學(xué)生后續(xù)學(xué)習(xí)光合作用、生態(tài)系統(tǒng)中能量流動(dòng)與物質(zhì)循環(huán)等知識(shí)具有啟發(fā)作用。學(xué)生已經(jīng)在初中階段對(duì)胞呼吸中分解有機(jī)物、釋放能量等知識(shí)有初步了解，但本節(jié)內(nèi)容有一定抽象性且具體過(guò)程比較復(fù)條學(xué)生需要克服對(duì)微結(jié)構(gòu)認(rèn)識(shí)的困難，結(jié)合化學(xué)和物理學(xué)相關(guān)知識(shí)，完成各種觀察、實(shí)驗(yàn)等探究性學(xué)習(xí)活動(dòng)。結(jié)合課標(biāo)要求、教材內(nèi)容和學(xué)生情況，確定如下教學(xué)目標(biāo)1.通過(guò)設(shè)計(jì)和實(shí)施應(yīng)用控制變量法探究母菌呼吸方式的實(shí)驗(yàn)，總結(jié)細(xì)胞吸的類(lèi)型2.通過(guò)對(duì)有氧呼吸相關(guān)實(shí)驗(yàn)的資料分析，明有氧呼吸過(guò)程中物質(zhì)與能量的變化3.通過(guò)表格歸納，厘清有氧呼吸與無(wú)氧呼吸過(guò)程的異同，歸細(xì)胞呼吸的概，說(shuō)明細(xì)胞呼吸的意義。4.關(guān)注細(xì)胞呼吸原理在生產(chǎn)生活實(shí)際中的應(yīng)用。二、教學(xué)設(shè)計(jì)思路本節(jié)課的教學(xué)設(shè)計(jì)貫穿著物質(zhì)與能量觀，從燃燒葡萄糖現(xiàn)象引入讓學(xué)生直感受劇烈的氧化分解中物質(zhì)與能量的變化;學(xué)生探討母菌細(xì)胞呼吸的方式，認(rèn)識(shí)到有氧呼吸和無(wú)氧呼吸的條件和產(chǎn)物，為有氧呼吸和無(wú)氧呼吸的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ);通過(guò)資料分析，讓學(xué)生自主構(gòu)建細(xì)胞吸的過(guò)程場(chǎng)所，物質(zhì)變化與能量轉(zhuǎn)化:與燃燒迅速釋放能量進(jìn)行比較，細(xì)胞呼吸逐釋放能量以產(chǎn)生多種代謝產(chǎn)物，讓學(xué)生從物質(zhì)和能量的角度更好地理解細(xì)胞呼吸的過(guò)程與意義。針對(duì)本節(jié)課學(xué)生容易產(chǎn)生“呼吸作用就是分解有機(jī)物產(chǎn)生二氧化和水”“線(xiàn)粒體分解萄糖產(chǎn)生二氧化碳和水”“有氧呼吸與無(wú)氧呼吸的產(chǎn)物都不相同”等錯(cuò)誤概念，鼓勵(lì)學(xué)生使用表格比較“who(反應(yīng)物)、where(場(chǎng)所)、how(過(guò)程)、what(產(chǎn)物)、why(意義)的方式，梳理概念各之間的內(nèi)在聯(lián)系，加深對(duì)概念的理解。此外，胞呼吸與學(xué)生的目常生活聯(lián)系緊密，通過(guò)現(xiàn)象分析、遷移應(yīng)用，探討細(xì)胞呼吸原理指導(dǎo)生產(chǎn)生活實(shí)際，培養(yǎng)學(xué)習(xí)興趣、科學(xué)思以及社會(huì)責(zé)任感三、教學(xué)實(shí)施的程序?qū)?，展示生活中的食物圖片，提出問(wèn)題:回顧舊知識(shí)1:生物體生命活動(dòng)的能源物質(zhì)，主要能源物質(zhì)是什么?2:生物體生命活動(dòng)中最常利用的能源物質(zhì)是什么?3:生物新陳代謝所需能量的直接來(lái)源是什么?大家知道，有機(jī)物在體外燃燒可以釋放出其中的能量。那么，有機(jī)物中的能量在體內(nèi)怎樣才能釋放出來(lái)呢?(回答:有機(jī)物必需分解才能釋放其中的能量。)如同我們生活的環(huán)境一樣，細(xì)胞要生活在常溫常壓下，這就意味著在細(xì)胞內(nèi)葡萄糖不可能通過(guò)燃燒釋放出能量。在細(xì)胞中應(yīng)該有一個(gè)類(lèi)似葡萄糖燃燒的過(guò)程，可以將葡萄糖分子中的能量釋放出來(lái)，但又不傷及細(xì)胞。又由于生命活動(dòng)是持續(xù)不斷的，需要葡萄糖將儲(chǔ)存的能量逐步地、緩慢地釋放，隨時(shí)被細(xì)胞利用。這就是細(xì)胞的呼吸作用。也叫做細(xì)胞呼吸(一)細(xì)胞呼吸的概念指有機(jī)物在細(xì)胞內(nèi)經(jīng)過(guò)一系列的氧化分解，生成二氧化碳或其他物，釋放出能量并生成ATP的過(guò)程（二）細(xì)胞呼吸的類(lèi)型1.有氧呼吸(1)主要場(chǎng)所:線(xiàn)粒體(2)過(guò)程請(qǐng)觀察，第一階段的變化提問(wèn):這個(gè)階段的物質(zhì)變化是什么?(回答:一分子的葡萄糖分解成兩分子的丙酮酸，在分解過(guò)程中產(chǎn)生少量的還原型[H]和少量ATP。)提問(wèn):這個(gè)階段的能量變化是什么?(回答:釋放出少量的能量提問(wèn):這個(gè)階段在哪兒進(jìn)行?(回答:細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)。)再觀察:第二階段的變化提問(wèn):這階段的物質(zhì)變化是什么?(回答:丙酮酸在水的參與下，經(jīng)過(guò)一系列的反應(yīng)，徹底分解為二氧化碳和還原型氫，產(chǎn)生少量ATP。)提問(wèn):這個(gè)階段的能量變化是什么?(回答:釋放出少量的能量。提問(wèn):這一步在細(xì)胞內(nèi)的什么部位進(jìn)行?(回答:線(xiàn)粒體基質(zhì)中進(jìn)行。)再觀察:第三階段的變化提問(wèn):這個(gè)階段的物質(zhì)變化是什么?(回答:前兩個(gè)階段產(chǎn)生的氫經(jīng)過(guò)一系列的反應(yīng)，與氧結(jié)合形成水。)提問(wèn):這個(gè)階段的能量變化是什么?(回答:釋放大量的能量。)提問(wèn):這個(gè)階段在細(xì)胞中的什么部位進(jìn)行?(回答:在線(xiàn)粒體內(nèi)膜中進(jìn)行。)根據(jù)有氧呼吸過(guò)程示意圖，請(qǐng)一位同學(xué)寫(xiě)出有氧呼吸的總反應(yīng)式(學(xué)生完成反應(yīng)式后提示學(xué)生:找出反應(yīng)物產(chǎn)物、反應(yīng)條件、能量總變化。)請(qǐng)同學(xué)們討論后自己總結(jié)出有氧呼吸的概念。(提示學(xué)生:①條件:需氧參加，多種酶參與。②場(chǎng)所:主要在線(xiàn)粒體中進(jìn)行。③物質(zhì)變化:有機(jī)物徹底氧化分解成元機(jī)物。④能量變化:釋放大量能量。)(回答:有氧呼吸是指細(xì)胞在氧的參與下，通過(guò)酶的催化作用，把糖類(lèi)等有機(jī)物徹底氧化分解，產(chǎn)生出二氧化碳和水，同時(shí)釋放出大量能量的過(guò)程。)小結(jié):從物質(zhì)變化角度來(lái)看，有氧呼吸是有機(jī)物在分解過(guò)程中產(chǎn)生二氧化碳和氫，氫與氧結(jié)合生成水，即有機(jī)物最終徹底氧化分解成二氧化碳和水,從能量變化角度來(lái)看，有氧呼吸是在有機(jī)物逐步分解中使貯存于有機(jī)物中的能量逐步轉(zhuǎn)移到ATP中，一部分能量則以熱能的形式散失。這一變化過(guò)程與有機(jī)物的體外燃燒是有區(qū)別的。在生物體內(nèi)1mo1葡萄糖徹底氧化分解后，共釋放2870KJ的能量，其中有1161KJ左右的能量轉(zhuǎn)移到ATP中，其余的能量以熱能的形式散失講述:生物進(jìn)行呼吸作用的主要形式是有氧呼吸，如果在無(wú)氧或缺氧的條件下能不能進(jìn)行呼吸作用呢?科學(xué)家通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，生物體內(nèi)的細(xì)胞在無(wú)氧條件下能進(jìn)行無(wú)氧呼吸。無(wú)氧呼吸在生物界中的存在也較為廣泛高等植物在水淹的情況下，可以進(jìn)行短時(shí)間的無(wú)氧呼吸，將葡萄糖分解為酒精和二氧化碳，并且釋放出少量的能量。提問(wèn):根據(jù)以上的例子，你能解釋蘋(píng)果儲(chǔ)藏久了為什么會(huì)有酒味嗎?(回答:蘋(píng)果在儲(chǔ)藏過(guò)程中進(jìn)行無(wú)氧呼吸產(chǎn)生了酒精，所以聞起來(lái)有酒味。)講述:一些植物無(wú)氧呼吸時(shí)可產(chǎn)生酒精，還有一些高等植物的某些器官如馬鈴薯塊莖、甜菜塊根等在進(jìn)行無(wú)氧呼吸時(shí)可以產(chǎn)生乳酸。植物體內(nèi)能進(jìn)行無(wú)氧呼吸，動(dòng)物體內(nèi)是否也能進(jìn)行無(wú)氧呼吸呢?可以，但是高等動(dòng)物的無(wú)氧呼吸只能發(fā)生在局部或某些組織、器官因?yàn)椋绻麆?dòng)物機(jī)體全身缺氧就會(huì)導(dǎo)致動(dòng)物室息，甚至死亡。動(dòng)物的無(wú)氧呼吸只是局部的暫時(shí)現(xiàn)象。比如:高等動(dòng)物和人體在劇烈運(yùn)動(dòng)時(shí)，盡管呼吸運(yùn)動(dòng)和血液循環(huán)都大大加強(qiáng)了，但是仍然不能滿(mǎn)足骨骼肌對(duì)氧的需要，這時(shí)骨骼肌細(xì)胞內(nèi)就會(huì)出現(xiàn)無(wú)氧呼吸。高等動(dòng)物和人體的無(wú)氧呼吸會(huì)產(chǎn)生乳酸，使機(jī)體有酸脹的感覺(jué)。有些細(xì)菌可以進(jìn)行乳酸發(fā)酵。酸牛奶、泡菜及青貯飼料就是根據(jù)這個(gè)原理制做的。酵母菌在缺氧的條件下，可以將有機(jī)物分解成酒精和氧化碳。這在釀酒業(yè)有著廣泛的應(yīng)用。提問(wèn):這些生物進(jìn)行無(wú)氧呼吸的實(shí)例，說(shuō)明了生物與環(huán)境之間存在著什么關(guān)系?(回答:生物進(jìn)行無(wú)氧呼吸，以適應(yīng)缺氧的環(huán)境條件，體現(xiàn)生物對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性。)提問(wèn):通過(guò)上述實(shí)例，你能說(shuō)出無(wú)氧呼吸產(chǎn)物有哪些物質(zhì)嗎?(回答:酒精和二氧化碳或乳酸。)這些產(chǎn)物是如何產(chǎn)生的呢?我們繼續(xù)學(xué)習(xí)無(wú)氧呼吸的過(guò)程。講述:無(wú)氧呼吸的全過(guò)程，可以分為兩個(gè)階段。第一階段與有氧呼吸的第一階段完全相同。第二階段:丙酮酸在不同酶的催化下，分解成酒精和二氧化碳，或者分解成乳酸。每個(gè)化學(xué)反應(yīng)都是由不同的酶來(lái)催化的。請(qǐng)同學(xué)們根據(jù)無(wú)氧呼吸過(guò)程總結(jié)無(wú)氧呼吸反應(yīng)式。(提問(wèn)學(xué)生:找出反應(yīng)物、產(chǎn)物、反應(yīng)條件、能量變化。教師引導(dǎo)學(xué)生完善反應(yīng)式。)講述:無(wú)氧呼吸的兩個(gè)階段都是在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中進(jìn)行的。學(xué)生討論:歸納無(wú)氧呼吸概念。從條件、物質(zhì)變化和能量變化給學(xué)生以提示(回答:無(wú)氧呼吸是指細(xì)胞在無(wú)氧條件下，通過(guò)酶的催化作用，把葡萄糖等有機(jī)物質(zhì)分解成為不徹底的氧化產(chǎn)物，同時(shí)釋放出少量能量的過(guò)程。)小結(jié):從物質(zhì)變化角度看:有機(jī)物在無(wú)氧條件下被分解為不徹底的氧化產(chǎn)物。從能量變化角度看:由于產(chǎn)物中還貯存著許多能量，所以釋放的能量少。如1mo1葡萄糖在分解成乳酸后，共放出196.65KJ的能量，其中有61.08KJ的能量?jī)?chǔ)存在ATP中，其余的能量都以熱能的形式散失了。與有氧呼吸相比，無(wú)氧呼吸釋放的能量要少得多。提問(wèn):生物體處于長(zhǎng)期缺氧的狀態(tài)能否生存?為什么?(回答:不能，因?yàn)樯矬w無(wú)氧呼吸比有氧呼吸釋放的能量少得多不足以維持生物體生命活動(dòng)所需能量，所以，生物體長(zhǎng)期處于缺氧狀態(tài)不能生存。)講述:從生物進(jìn)化的角度來(lái)看:在地球形成的初期，原始的大氣中沒(méi)有氧，那時(shí)的微生物適應(yīng)在無(wú)氧的條件下生活，所以這些微生物體內(nèi)缺乏氧化酶類(lèi)，至今仍只能在無(wú)氧的條件下生活。隨著地球上綠色植物的出現(xiàn)，大氣中出現(xiàn)了氧，于是也出現(xiàn)了體內(nèi)具有有氧呼吸酶系的好氧微生物。可見(jiàn)，有氧呼吸是在無(wú)氧呼吸的基礎(chǔ)上發(fā)展而成的。盡管現(xiàn)今生物體的呼吸形式主要是有氧呼吸，但仍保留有無(wú)氧呼吸的能力。生物體的無(wú)氧呼吸不但說(shuō)明生物的適應(yīng)性，也說(shuō)明無(wú)氧呼吸是一種原始的呼吸類(lèi)型。提問(wèn):呼吸作用的實(shí)質(zhì)是什么?(回答:分解有機(jī)物，釋放能量。)(四)細(xì)胞呼吸的意義提問(wèn):呼吸作用對(duì)生物體本身有什么意義?(回答:為生物體