5.3 细胞呼吸的原理和应用 教学设计 高中生物学人教版（2019）必修1

高中生物教学设计
第5章 细胞的能量供应和利用
第3节 细胞呼吸的原理和应用
（2课时教学设计）
一、教材分析与核心素养渗透
1. 教材地位
本节内容衔接细胞代谢基础知识（如酶、ATP）与后续光合作用学习，是理解生命系统物质能量转化的关键模块。
2. 核心素养培养
生命观念：建立有机物分解与能量转化相统一的生物学规律认知
科学思维：通过实验设计与数据分析培养归纳推理能力
科学探究：掌握变量控制法及对比实验设计方法
社会责任：运用呼吸原理解决农业生产、食品保存等实际问题
二、教学重难点
类型 内容 突破策略
重点 1. 酵母菌呼吸方式探究实验设计
2. 有氧呼吸三阶段物质能量变化 多模态实验演示、动态模型构建
难点 1. 呼吸作用中[H]与ATP的生成机制
2. 线粒体结构功能适应性分析 类比推理法、微课视频辅助
三、教学准备
教具：酵母菌培养装置、线粒体3D模型、酒精检测试剂盒
数字化资源：
虚拟实验平台（模拟不同O 浓度下CO 释放曲线）
细胞呼吸动态过程动画（ATP合成酶工作机制）
课前任务：学生分组制作"面包发酵观察日志"
四、教学过程设计
第1课时：细胞呼吸方式探究
1. 创新导入（8分钟）
情境创设：
播放《中华小当家》面点发酵片段，展示真实发酵面团标本
问题链设计：
1. 面团膨胀的"小孔"本质是什么？
2. 保鲜膜水珠来源？早期无酒味后期出现的化学本质？
3. 同一微生物为何产生不同代谢产物？
核心素养渗透：
通过生活现象观察培养"现象→问题"的转化能力
2. 实验探究（25分钟）
任务一：酵母菌呼吸方式验证
1. 实验方案优化：
对比传统装置与数字化传感器实时监测系统（图1）
2. 变量控制深度解析：
分组讨论：如何排除空气中CO 对B组实验的干扰？
思维碰撞：10%NaOH溶液吸收效率计算（化学跨学科）
3. 实验现象记录表：
组别 CO 检测（BTB变化时间） 酒精检测（比色卡比对）
有氧组 45秒变黄 无显色反应
无氧组 3分钟变黄 显灰绿色
核心活动：
角色扮演：小组分别代表"有氧组"和"无氧组"汇报数据
批判性思考：为何无氧组CO 产生速率较慢？
3. 概念建构（10分钟）
模型构建：
1. 动态演示：
2. 结构功能观：
比较酿酒酵母与骨骼肌细胞线粒体电镜图的差异
课堂检测：
即时反馈系统答题（正确率95%以上进入下一环节）
第2课时：呼吸作用过程解析与应用
1. 进阶导入（5分钟）
认知冲突创设：
展示运动员运动后血乳酸变化曲线图
矛盾点挖掘：
"剧烈运动时肌细胞既进行有氧呼吸又产生乳酸"的生物学解释？
2. 过程深究（30分钟）
任务二：有氧呼吸三阶段探秘
1. 虚拟拆解实验：
利用VR设备观察线粒体内膜嵴结构（图2）
2. 能量转化剖析：
计算比较：
小组竞赛：绘制能量金字塔模型
3. 关键物质追踪：
放射性同位素示踪法分析O 去向：
难点突破：
类比电路系统解释电子传递链工作原理
微课辅助：ATP合成酶的旋转催化机制
3. 实践应用（10分钟）
案例研讨：
1. 果蔬保鲜方案设计：
提供不同水果的呼吸熵数据表
小组设计"荔枝长途运输保鲜方案"
2. 跨学科应用：
分析高原训练提升红细胞携氧能力的生理学基础
社会责任培养：
讨论"提倡慢跑减肥"的细胞呼吸学依据
五、板书设计
第1课时
细胞呼吸的原理
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一、探究酵母菌呼吸方式
1. 实验设计：对比法
2. 检测指标：
CO ：溴麝香草酚蓝
酒精：酸+重铬酸钾
二、呼吸类型
有氧呼吸：CO +H O
无氧呼吸：酒精/乳酸
└───────────────┘
第2课时
```
有氧呼吸三阶段
┌───────────────────┐
第一阶段：细胞质基质
C H O → 2丙酮酸 + [H] + 2ATP
第二阶段：线粒体基质
2丙酮酸 + 6H O → 6CO + [H] + 2ATP
第三阶段：线粒体内膜
[H] + O → H O + 34ATP
总反应式：
C H O +6O +6H O→6CO +12H O+能量
└───────────────────┘
六、评价与拓展
1. 形成性评价：
设计"呼吸作用迷宫"思维导图制作（图3）
2. 实践拓展：
家庭实验：不同温度下面团发酵效果比对
文献研读：癌细胞瓦氏效应研究前沿
3. 差异化作业：
基础层：完成课本练习题
提高层：撰写"线粒体疾病与呼吸障碍"科普短文
七、教学反思预设
1. 预期成效：
90%以上学生能正确设计呼吸作用对比实验
85%学生可自主构建有氧呼吸能量转化模型
2. 改进方向：
增加跨学科能量守恒定律的衔接讲解
开发AR细胞器交互程序提升空间认知