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2019-2020年高中生物 ATP的主要來源——細(xì)胞呼吸 第1課時(shí)示范教案 新人教版 ●從容說課 本節(jié)課內(nèi)容需要約2課時(shí)完成。第一節(jié)課為探究活動(dòng)，探究酵母菌細(xì)胞呼吸的方式，第二節(jié)課學(xué)習(xí)有氧呼吸和無氧呼吸的概念以及細(xì)胞呼吸原理應(yīng)用于生活和生產(chǎn)實(shí)踐的實(shí)例。 學(xué)生學(xué)過了ATP的知識(shí)，對(duì)于ATP作為能量的通貨有了一定的認(rèn)識(shí)，教師可以此為切入點(diǎn)，提出問題引入新課。探究酵母菌細(xì)胞呼吸方式的活動(dòng)要注意解決幾個(gè)問題：了解酵母菌作為單細(xì)胞生物采取何種方式進(jìn)行細(xì)胞呼吸；酵母菌在有氧和無氧條件下細(xì)胞呼吸的產(chǎn)物是什么；在實(shí)驗(yàn)中如何控制實(shí)驗(yàn)條件和檢測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果；如何設(shè)計(jì)對(duì)照實(shí)驗(yàn)等。 當(dāng)問題明確后，學(xué)生探究的過程就會(huì)成為探究學(xué)習(xí)細(xì)胞呼吸概念的過程，同時(shí)也是學(xué)習(xí)科學(xué)方法，養(yǎng)成科學(xué)態(tài)度以及建立科學(xué)價(jià)值觀的過程。教師要隨時(shí)注意學(xué)生在探究過程中的問題，及時(shí)引導(dǎo)學(xué)生對(duì)科學(xué)概念的學(xué)習(xí)和理解。比如在準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)、觀察現(xiàn)象、記錄結(jié)果等方面，需要特別提醒學(xué)生，注意養(yǎng)成尊重事實(shí)的習(xí)慣，然后根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象來分析可能的原因，將學(xué)習(xí)引向深入，為下面的概念學(xué)習(xí)鋪設(shè)道路。 通過酵母菌細(xì)胞呼吸方式的探究，學(xué)生認(rèn)識(shí)到有氧呼吸和無氧呼吸的條件和生成的產(chǎn)物，這樣就為后面學(xué)習(xí)有氧呼吸和無氧呼吸打下了基礎(chǔ)。然后從酵母菌轉(zhuǎn)向其他生物，為學(xué)生介紹普遍存在于生物體中的有氧呼吸和無氧呼吸，同時(shí)通過學(xué)習(xí)細(xì)胞呼吸作用，讓學(xué)生了解細(xì)胞呼吸的本質(zhì)是通過有機(jī)物的氧化分解為生命活動(dòng)提供能量，維持細(xì)胞的正常生活。 關(guān)于細(xì)胞呼吸原理在生產(chǎn)和生活中的應(yīng)用，可以先讓學(xué)生分析課本中相關(guān)的圖文資料，說明這些事例中所應(yīng)用的細(xì)胞呼吸原理，再讓學(xué)生聯(lián)想其他事例，進(jìn)行討論和交流，從而認(rèn)識(shí)到細(xì)胞呼吸原理在實(shí)踐中應(yīng)用的廣泛性。 ●三維目標(biāo) 1.知識(shí)與技能 （1）說出線粒體的結(jié)構(gòu)和功能。 （2）說明有氧呼吸和無氧呼吸的異同。 （3）說明細(xì)胞呼吸的原理，并探討其在生產(chǎn)和生活中的應(yīng)用。 （4）進(jìn)行酵母菌細(xì)胞呼吸方式的探究。 2.過程與方法 （1）通過酵母菌細(xì)胞呼吸方式的探究，學(xué)生認(rèn)識(shí)到有氧呼吸和無氧呼吸的條件和生成的產(chǎn)物，為后面學(xué)習(xí)有氧呼吸和無氧呼吸打下了基礎(chǔ)。 （2）通過有氧呼吸和無氧呼吸教學(xué)課件，讓學(xué)生了解細(xì)胞呼吸的本質(zhì)是通過有機(jī)物的氧化分解為生命活動(dòng)提供能量，維持細(xì)胞的正常生活。 （3）通過讓學(xué)生分析課本中相關(guān)的圖文資料，說明這些事例中所應(yīng)用的細(xì)胞呼吸原理。 （4）通過比較有氧呼吸和無氧呼吸的異同，學(xué)會(huì)運(yùn)用對(duì)比的方法識(shí)記理解相關(guān)的生物學(xué)知識(shí)，培養(yǎng)綜合分析能力。 3.情感態(tài)度與價(jià)值觀 （1）通過學(xué)習(xí)有氧呼吸的主要場(chǎng)所，樹立結(jié)構(gòu)和功能相適應(yīng)的生物學(xué)基本觀點(diǎn)。 （2）通過分析有氧呼吸與無氧呼吸的關(guān)系，理解生命活動(dòng)不斷發(fā)展變化以及適應(yīng)的特性，學(xué)會(huì)運(yùn)用發(fā)展變化的觀點(diǎn)認(rèn)識(shí)生命。 ●教學(xué)重點(diǎn) 有氧呼吸的過程及原理。 ●教學(xué)難點(diǎn) 1.細(xì)胞呼吸的原理和本質(zhì)。 2.探究酵母菌細(xì)胞的呼吸方式。 ●教具準(zhǔn)備 教師課件。 ●課時(shí)安排 2課時(shí) 第一課時(shí) 細(xì)胞呼吸的方式 ●教學(xué)過程 ［課前準(zhǔn)備］ 要求學(xué)生利用各種方式收集有關(guān)酵母菌的知識(shí)。 ［情境創(chuàng)設(shè)］ 提出問題，學(xué)生討論： 1.你所了解的有關(guān)酵母菌的知識(shí)有哪些？ 酵母菌是一種單細(xì)胞真菌，在有氧無氧條件下都能生存，屬于兼性厭氧菌，因此便于用來研究細(xì)胞的不同呼吸方式。比如平時(shí)我們吃的饅頭、面包之所以松軟多孔，就是因?yàn)樵诤兔鏁r(shí)加入了酵母菌，經(jīng)發(fā)酵產(chǎn)生的氣體遇熱膨脹所致。 2.想一想關(guān)于酵母菌細(xì)胞呼吸的方式，自己有哪些不清楚的地方？ 有氧呼吸：C6H12O6＋6O2＋6H2O6CO2＋12H2O＋能量 無氧呼吸：C6H12O62C2H5OH（酒精）＋2CO2＋少量能量 3.我要探究的問題是什么？酵母菌發(fā)酵時(shí)產(chǎn)生的氣體是什么？ ［師生互動(dòng)］ 1.作出假設(shè) 師：要探究問題，首先得提出假設(shè)，你提出的假設(shè)是什么？ 生：酵母菌發(fā)酵時(shí)所產(chǎn)生的氣體是CO2。 2.根據(jù)假設(shè)讓學(xué)生分組討論、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案 （1）你選擇的實(shí)驗(yàn)材料：鮮酵母菌培養(yǎng)液。 （2）你選擇的實(shí)驗(yàn)器具和試劑 器具：試管，燒杯，量筒，玻璃管（彎成門形），溫度計(jì)，玻棒，橡皮塞（中間鉆孔），鐵架臺(tái)，鐵夾，酒精燈，石棉網(wǎng)，火柴。 試劑：質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5％的葡萄糖液、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1％的溴麝香草酚藍(lán)水溶液。 （3）實(shí)驗(yàn)步驟： ①取2支試管，分別編號(hào)1、2，各注入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1％的溴麝香草酚、藍(lán)水溶液3 mL。 ②另取1支試管，注入鮮酵母菌培養(yǎng)液，注入量約為試管容量的2／3，試管口加塞。 ③用彎成U形的玻璃管按圖所示將盛有鮮酵母菌培養(yǎng)液的試管與2號(hào)管相通，并固定于鐵架臺(tái)上，1號(hào)試管設(shè)為對(duì)照。 ④將盛有鮮酵母菌培養(yǎng)液的試管置于35～38 ℃中水浴5 min。 ⑤觀察2號(hào)管內(nèi)的顏色變化。 ⑥向裝有酵母菌培養(yǎng)液的試管滴加0.5 mL溶有0.18重鉻酸鉀的濃硫酸溶液（體積分?jǐn)?shù)為95％～97％）并輕輕振蕩，使不均勻。觀察試管中溶液的顏色變化。 （4）自己設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)記錄表格： （5）老師指定幾組實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)較好的組，派代表到講臺(tái)讀設(shè)計(jì)方案，請(qǐng)老師和同學(xué)提出意見。其他各組設(shè)計(jì)方案等老師認(rèn)可后開始做實(shí)驗(yàn)。 3.實(shí)施實(shí)驗(yàn) 按實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行操作，仔細(xì)觀察，認(rèn)真記錄。 4.分析與結(jié)論 根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出本小組結(jié)論。 5.表達(dá)與交流 與其他小組交流。然后，各小組代表用簡(jiǎn)明、科學(xué)的語言，在班里說出細(xì)胞呼吸有幾種方式，每種方式的條件和產(chǎn)物有什么區(qū)別。 ［教師精講］ 1.生物實(shí)驗(yàn)中的無關(guān)變量很多，必須嚴(yán)格控制，要平衡和消除無關(guān)變量對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響，對(duì)照實(shí)驗(yàn)是最有效的方法。 2.本實(shí)驗(yàn)要探究的問題是酵母菌發(fā)酵時(shí)所產(chǎn)生的氣體是不是CO2？首先要考慮的是酵母菌發(fā)酵所需的條件是什么？如何控制？接著要考慮的是如何檢驗(yàn)CO2？又因?yàn)榻湍妇l(fā)酵時(shí)還可能產(chǎn)生酒精，所以還要考慮的是如何檢驗(yàn)酒精。根據(jù)以上分析我們?cè)O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟。 3.對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析，如是實(shí)驗(yàn)結(jié)果與假設(shè)相符，則假設(shè)成立。如是實(shí)驗(yàn)結(jié)果與假設(shè)不相符，則假設(shè)不成立，應(yīng)分析出現(xiàn)此結(jié)果的原因，在此基礎(chǔ)上得出正確的結(jié)論。 ［評(píng)價(jià)反饋］ 學(xué)生做課堂練習(xí)題、教師檢查評(píng)講： 1.在探究實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)過程中，往往要進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)，下列有關(guān)敘述中正確的是 A.只能設(shè)置兩個(gè)實(shí)驗(yàn)組，互為對(duì)比實(shí)驗(yàn) B.在“觀察DNA和RNA在細(xì)胞中的分布”實(shí)驗(yàn)中，沒有對(duì)比實(shí)驗(yàn) C.進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)是為了探究某種因素與實(shí)驗(yàn)對(duì)象的關(guān)系 D.只要實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯，有沒有對(duì)比實(shí)驗(yàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)論都沒有影響 2.在啤酒生產(chǎn)過程中，發(fā)酵是重要環(huán)節(jié)。生產(chǎn)過程大致如下：將經(jīng)過滅菌的麥芽汁充氧，接入啤酒酵母菌菌種后輸入發(fā)酵罐。初期，酵母菌迅速繁殖，糖度下降，產(chǎn)生白色泡沫，溶解氧逐漸耗盡。隨后，酵母菌繁殖速度迅速下降，糖度加速降低，乙醇濃度逐漸上升，泡沫不斷增多。當(dāng)糖濃度下降到一定程度后，結(jié)束發(fā)酵。最后分別輸出有形物質(zhì)和鮮啤酒。 根據(jù)上述過程，回答以下問題： （1）該過程表明啤酒酵母菌異化作用的特點(diǎn)是________________________________。 （2）初期，酵母菌呼吸方式是______________________________。 （3）經(jīng)測(cè)定酵母菌消耗的糖中，98.5%形成了乙醇和其他發(fā)酵產(chǎn)物，其余1.5%則是用于______________________________。 參考答案： 1.C 2.（1）兼性厭氧呼吸 （2）有氧呼吸 （3）酵母菌本身的生命活動(dòng)需要消耗掉了 ［課堂小結(jié)］ 1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康模禾骄拷湍妇?xì)胞呼吸的方式 2.實(shí)驗(yàn)原理：（1）CO2可使澄清石灰水變渾濁，也可使溴麝香草酚藍(lán)水溶液由藍(lán)色變綠色再變黃色。根據(jù)石灰水渾濁程度或溴麝香草酚藍(lán)水溶液變成黃色的時(shí)間長(zhǎng)短，可以檢測(cè)酵母菌培養(yǎng)液中CO2情況。（2）橙色的重鉻酸鉀溶液，在酸性條件下與乙醇發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，變成灰綠色。 3.實(shí)驗(yàn)步驟：①取2支試管，分別編號(hào)1、2，各注入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1％的溴麝香草酚藍(lán)水溶液3 mL。②另取1支試管，注入鮮酵母菌培養(yǎng)液，注入量約為試管容量的2／3，試管口加塞。③用彎成U形的玻璃管按圖所示將盛有鮮酵母菌培養(yǎng)液的試管與2號(hào)管相通，并固定于鐵架臺(tái)上，1號(hào)試管設(shè)為對(duì)照。④向裝有酵母菌培養(yǎng)液的試管滴加0.5 mL溶有0.1 g重鉻酸鉀的濃硫酸溶液（體積分?jǐn)?shù)為95％～97％）并輕輕振蕩，使它們混合均勻。觀察試管中溶液的顏色變化。 4.實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：2號(hào)試管中可使溴麝香草酚藍(lán)水溶液由藍(lán)色變綠色再變黃色。橙色的重鉻酸鉀溶液，在酸性條件下與乙醇發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，變成灰綠色。 5.實(shí)驗(yàn)結(jié)論：酵母菌在有氧和無氧條件下都可產(chǎn)生CO2氣體，在無氧條件下產(chǎn)生CO2同時(shí)產(chǎn)生了酒精。 ［布置作業(yè)］ 寫好實(shí)驗(yàn)報(bào)告。 ［課后拓展］ 1.發(fā)酵 無氧呼吸如果不用于高等動(dòng)植物和人體，而用于微生物則叫做發(fā)酵。發(fā)酵與無氧呼吸的共同點(diǎn)是：H＋和e的最終受體都不是氧，并且呼吸底物只是部分地被氧化，所以最終形成的產(chǎn)物有酒精、乳酸等。需要指出的是，發(fā)酵工業(yè)上所說的發(fā)酵，并非完全是無氧的，如醋酸發(fā)酵就是需要氧的。 圖5－3－1 酒精發(fā)酵過程與乳酸發(fā)酵過程簡(jiǎn)圖 酒精發(fā)酵 酵母菌和其他一些微生物，在缺氧的情況下，以酒精發(fā)酵的形式進(jìn)行無氧呼吸，這是因?yàn)樗鼈兊募?xì)胞內(nèi)含有乙醇脫氫酶。 酒精發(fā)酵的第一個(gè)階段，與糖酵解的步驟完全相同。然后在缺氧的情況下，丙酮酸就在丙酮酸羧化酶的作用下，脫羧形成乙醛，乙醛則在乙醇脫氫酶的作用下，被糖酵解產(chǎn)物——NADH還原為酒精（乙醇）。酒精發(fā)酵的總反應(yīng)式是： C6H12O6＋2ADP＋2Pi2C2H5OH＋2CO2＋2ATP 概括地說，1分子葡萄糖經(jīng)過酒精發(fā)酵后所提供的可利用的能量，只是糖酵解過程中凈得的2分子ATP，該葡萄糖分子中原有的大部分能量則存留在酵母菌不能利用的酒精中。所以說，酒精發(fā)酵是產(chǎn)生ATP的一條低效途徑。 乳酸發(fā)酵 乳酸發(fā)酵也不需要氧的參與，1分子葡萄糖經(jīng)乳酸發(fā)酵后，形成2分子乳酸，所提供的可利用的能量，同樣只是糖酵解過程中凈得的2分子ATP。 葡萄糖分解成丙酮酸的情況與上述酒精發(fā)酵相同，只是丙酮酸是在乳酸脫氫酶的作用下還原成乳酸，同時(shí)還原型輔酶I（NADH）被氧化成氧化型輔酶I（NAD＋），從而保證了乳酸發(fā)酵的持續(xù)進(jìn)行。乳酸發(fā)酵的總反應(yīng)式是： C6H12O6＋2ADP＋2Pi2C3H6O3＋2ATP 乳酸菌可以使牛奶發(fā)酵而成酸牛奶或奶酪。此外，泡菜、酸菜、青貯飼料能夠較長(zhǎng)時(shí)間地保存，也都是利用乳酸發(fā)酵積累的乳酸抑制了其他微生物活動(dòng)的緣故。 2.發(fā)酵工程 （1）酒變酸的啟示 到了19世紀(jì)的中期，在歐洲許多陳年的葡萄酒在空氣中因自然變酸而不能被飲用。為了研究酒變酸的真正原因，巴斯德進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)，終于發(fā)現(xiàn)引起葡萄酒變酸的罪魁禍?zhǔn)资且环N叫醋酸桿菌的微生物，并指出醋酸桿菌是從空氣中落進(jìn)酒里的，是它使葡萄酒轉(zhuǎn)變成了醋酸。因此，他建議采用微溫（50～60 ℃）加熱法來消滅酒、醋等成品中的雜菌，從而解決了當(dāng)時(shí)釀酒業(yè)的難題，發(fā)展了制醋的標(biāo)準(zhǔn)化工藝這種微溫加熱消滅微生物的方法，以后便稱為巴斯德滅菌法或巴斯德消毒法，在奶制品加工和制酒業(yè)中沿用至今。 （2）操作步驟 發(fā)酵工程的操作一般可分為4個(gè)階段：第一是選取發(fā)酵原料及時(shí)對(duì)原料進(jìn)行預(yù)處理；第二是對(duì)發(fā)酵原料進(jìn)行高壓滅菌并選擇目標(biāo)菌種且接種到滅過菌的發(fā)酵原料中；第三是發(fā)酵過程，應(yīng)根據(jù)目標(biāo)菌種的需氧或厭氧的特點(diǎn)，通入空氣發(fā)酵或密閉發(fā)酵；第四是對(duì)發(fā)酵產(chǎn)品進(jìn)行分離和提純，以獲得符合要求的發(fā)酵產(chǎn)品。酒、醋、醬油、味精、酒精、抗生素、維生素和微生物殺蟲劑等都是發(fā)酵的產(chǎn)物，同時(shí)人們還利用微生物發(fā)酵來生產(chǎn)糧食，微生物發(fā)酵生產(chǎn)蛋白質(zhì)的速度很快，一個(gè)細(xì)菌一晝夜里發(fā)酵生產(chǎn)的蛋白質(zhì)大約等于它自身重量的30～ 40倍。 （3）白色農(nóng)業(yè) 用發(fā)酵工程成功地生產(chǎn)大量的酵母菌以及對(duì)人無害的細(xì)菌等微生物，然后制成含有菌體細(xì)胞的蛋白質(zhì)干粉，如今，科學(xué)家又給這種利用發(fā)酵工程生產(chǎn)蛋白質(zhì)的方式起名叫“白色農(nóng)業(yè)”。由于酵母菌等微生物都是單細(xì)胞生物，所以利用微生物生產(chǎn)出的菌體蛋白質(zhì)被稱為單細(xì)胞蛋白。在不久的將來，單細(xì)胞蛋白將作為一種新型的食物展現(xiàn)在人們的面前。 ●板書設(shè)計(jì) 第3節(jié) ATP的主要來源——細(xì)胞呼吸 第一課時(shí) 細(xì)胞呼吸的方式 探究酵母菌的呼吸方式 1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康模禾骄拷湍妇?xì)胞呼吸的方式。 2.實(shí)驗(yàn)原理：（1）CO2可使澄清石灰水變渾濁，也可使溴麝香草酚藍(lán)水溶液由藍(lán)色變綠色再變黃色。根據(jù)石灰水渾濁程度或溴麝香草酚藍(lán)水溶液變成黃色的時(shí)間長(zhǎng)短，可以檢測(cè)酵母菌培養(yǎng)液中CO2情況。（2）橙色的重鉻酸鉀溶液，在酸性條件下與乙醇發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，變成灰綠色。 3.實(shí)驗(yàn)步驟：注意實(shí)驗(yàn)中應(yīng)用對(duì)照原則。 4.實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象 5.實(shí)驗(yàn)結(jié)論 ●習(xí)題詳解 （見第二課時(shí)） ●備課資料 （見第二課時(shí)）