5.3 细胞呼吸的原理和应用（第1课时）教学设计（表格式）---2025-2026学年高一上学期《生物》（人教版）必修1

5.3 细胞呼吸的原理和应用 教案
课题 5.3 细胞呼吸的原理和应用 单元 第5章 学科 生物 年级 高1
教材分析 第五章主要介绍有关能量如何输入细胞，能量以什么形式存在以及细胞如何利用这些能量。第1节介绍的是能量代谢所需的生物催化剂－酶，第2节（本节）介绍的是直接能源物质－ATP。本节内容介绍了普遍存在于生物体中的有氧呼吸和无氧呼吸，以及细胞呼吸原理在生产生活实践中的应用。有氧呼吸的过程及原理与前面所学的线粒体的结构和功能、主动运输、ATP等内容有密切的联系，也为后面学习光合作用细胞分裂、蛋白质合成、DNA复制、能量流动等知识相联系等其他生命活动的规律奠定基础，因此是本章的重点内容，在整个高中生物学教材中也具有很重要的地位和作用。
教学目标与核心素养 生命观念：1.理解并熟记有氧呼吸和无氧呼吸的概念、化学反应式和过程。 2.理解细胞呼吸原理的应用。 3.理解细胞呼吸的实质。 科学思维：1.利用比较法掌握有氧呼吸和无氧呼吸的区别及联系。 2.借助实例分析细胞呼吸原理的应用。 科学探究：1.通过探究酵母菌细胞呼吸的方式，学会验证CO2和酒精的方法。 2.通过探究酵母菌细胞呼吸的方式，学会对比试验的设置。 社会责任：能够运用细胞呼吸的原理解释生产生活中的一些现象。
重点 有氧呼吸和无氧呼吸的概念、化学反应式和过程。
难点 有氧呼吸和无氧呼吸的化学反应式和过程。
第1课时
教学过程
教学环节 教师活动 学生活动 设计意图
导入新课 问题探讨导入： 出示酵母菌和葡萄酒的生产车间提出问题： 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食产生酒精。 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。 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，因此也叫细胞呼吸。 思考、回答问题。 引发学生思考，激发学生兴趣，引入新课
讲授新课 一、细胞呼吸的方式 提出问题：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 （一）细胞呼吸的概念 细胞内的有机物在经过一系列氧化分解，生成二氧化碳或其他产物，并释放能量的过程。 过渡：哪种细胞呼吸方式会产生二氧化碳？哪种细胞呼吸方式会产生酒精？ （二）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，属兼性厌氧型生物，常用于呼吸作用方式的研究。 阅读课本90-91页 《探究·实践》，请你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。 问题： 1.探究实验的步骤是什么？ 提出问题、作出假设、设计实验、进行试验、得出结论、交流讨论 2.什么是对比实验？ 对比实验： 指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关系，这样的实验称为对比实验。 对比实验不设对照组，均为实验组（或互为实验组和对照组），是对照实验的一种特殊形式，即相当于“相互对照实验”。 （1）提出问题 ①说一说你了解哪些有关酵母菌的知识？ 提示：酵母菌——单细胞真菌，真核生物，有细胞壁和液泡。营养条件好时可进行出芽生殖（无性生殖）；营养条件不好时可通过减数分裂进行有性生殖，故在有氧和无氧条件下都能生存，属于兼性厌氧菌。因此便于用来研究细胞呼吸的不同方式。 ②想一想关于酵母菌细胞呼吸的方式，自己有哪些不清楚的地方，提出要探究的问题。 参考问题 ①酒精是酵母菌在有氧条件下还是在无氧条件下产生的？ ②酵母菌的细胞呼吸会产生CO2，但是不同条件下产生的CO2是否一样多？ （2）提出假设 根据自己已有的知识和生活经验，针对所提出的问题作出假设。 ①酵母菌在有氧和无氧条件下都能进行呼吸作用。 ②酵母菌在有氧条件下，产生CO2，在无氧条件下产生酒精和CO2。 ③有氧呼吸产生的CO2量比较多。 （3）设计实验 先确定实验的总体思路，再逐步细化，写出包括材料用具和方法步骤在内的实验方案。 关注问题： 怎样控制有氧和无氧的条件？（通气、密封） 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？ 怎样保证酵母菌在整个实验过程中能正常生活？ 明确实验目的，科学设计实验，分析自变量、因变量、无关变量，设置对照实验 自变量：细胞呼吸的条件（有氧和无氧） 因变量：细胞呼吸的产物（酒精、CO2） 无关变量：影响实验结果的可变因素（温度、pH等相同且适宜） 根据以上过程中，学生提出的变量控制方案，提供锥形瓶、玻璃管等仪器，请学生以小组为单位组装实验装置，并设计实验所需要的试剂 参考资料： 资料1.酵母菌培养液的配制：取20 g新鲜的食用酵母菌，分成两等份，分别放入锥形瓶A（500 mL）和锥形瓶（500 mL）中。分别向瓶中注入240 mL质量分数为5%的葡萄糖溶液。 资料2.检测二氧化碳的产生：用锥形瓶和其他材料用具组装好实验装置（如下图），甲装置连通橡皮球（或气泵），让空气间歇性地依次通过3个锥形瓶（50 min）（为什么在通入B瓶之前先用NaOH溶液处理？）。乙装置中Ⅱ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？）。然后将实验装置放到25～35℃的环境中培养8～10h。 甲装置： 将装置甲连通橡皮球的目的：保证O2的充分供应。 通过含NaOH溶液的目的：去除空气中的CO2，保证澄清石灰水变浑浊是酵母菌有氧呼吸产生的CO2所致。 乙装置： Ⅱ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的目的：消耗完Ⅱ瓶中的O2，确保通过澄清石灰水的CO2是无氧呼吸产生的。 提出问题：想一想，除了这两种检测方法，还有没有其他方法？ CO2的检测： ①通入澄清的石灰水：CO2能使澄清的石灰水变浑浊。CO2产生量的多少可根据石灰水的混浊程度来确定，澄清石灰水越浑浊，说明产生的CO2越多。 ②溴麝香草酚蓝水溶液：CO2能使溴麝香草酚蓝溶液由蓝→绿→黄；CO2产生量的多少可根据溴麝香草酚蓝水溶液蓝变绿再变黄的时间长短来确定，溴麝香草酚蓝水溶液变黄色的时间越短，说明产生的CO2越多。 资料3.检测酒精的产生： 原理：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。 酒精的检测：重铬酸钾（橙色）+ 酒精 → 灰绿色（酸性条件） 具体操作：各取2 mL酵母菌培养液的滤液，分别注入2支干净的试管中。向试管中分别滴加0.5 mL溶有0.1 g重铬酸钾的浓硫酸溶液（质量分数为95% ～ 97%）并轻轻振荡，使它们混合均匀。观察试管中溶液的颜色变化。 注意： 葡萄糖也能与酸性重铬酸钾反应发生颜色变化，因此，应将酵母菌的培养时间适当延长以耗尽溶液中的葡萄糖。 浓硫酸有腐蚀性，向试管中滴加浓硫酸时要缓慢、小心。 （4）进行实验 请老师对实验方案提出意见，待老师认可后开始做实验。由于实验需要时间较长，观察的项目和次数要事先计划好，并做好记录。 播放视频《探究酵母菌细胞呼吸的方式》 实验现象： （5）得出结论、交流讨论 根据实验结果得出本小组的结论。然后，用简明而科学的语言，说出酵母菌的细胞呼吸有几种方式，每种方式的条件和产物有什么区别？ 酵母菌在有氧和无氧条件下均能进行细胞呼吸。在有氧条件下，通过细胞呼吸产生大量的CO2和水，在无氧条件下通过细胞呼吸产生酒精和少量的CO2。 科学家根据大量的实验结果得出结论：细胞呼吸的方式包括有氧呼吸和无氧呼吸。 二、有氧呼吸 请阅读课本92-93页，在课本上找到答案并标注出来： 问题1.有氧呼吸的场所？主要场所？主要场所适于进行有氧呼吸的特点有哪些？ 问题2.有氧呼吸可以分为几个阶段？每个阶段分别在哪里、发生了什么变化（请用方程式的方式表示）？ 问题3.总结有氧呼吸的总反应式。 问题4.总结什么叫有氧呼吸。 问题5.同有机物在生物体外燃烧相比，有氧呼吸具有哪些不同的特点？ 归纳总结有氧呼吸的主要场所，有氧呼吸的三个阶段场所、物质变化、能量转化，有氧呼吸的总反应式，进而概括出有氧呼吸的概念。 1.有氧呼吸的主要场所：线粒体 （1）线粒体结构：外膜、嵴、内膜、基质（含与有氧呼吸有关的酶）。 具有内、外两层膜，内膜的某些部位向线粒体的内腔折叠形成嵴，嵴使内膜的表面积大大增加。 嵴的周围充满了液态的基质，称为线粒体基质。 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）功能：有氧呼吸的主要场所（细胞的动力车间） 2.有氧呼吸最常用的物质：葡萄糖 3.有氧呼吸的过程 第一阶段：葡萄糖的初步分解 场所：细胞质基质 第二阶段：丙酮酸彻底分解 场所：线粒体基质 第三阶段： [H]的氧化 场所：线粒体内膜 有氧呼吸三个阶段的比较 3.有氧呼吸总反应式 有氧呼吸是一个非常复杂的过程。为了便于理解，可以将有氧呼吸分为三个阶段。请你根据有氧呼吸的分阶段过程，写出有氧呼吸的总反应式。 提醒学生，可以去掉中间产物，保留反应物和最终产物。 思考： （1）化学式前后的水分子能否抵消？如若不能，请说明理由？ 提示：不能，反应物的水是在线粒体基质中参与反应的，而产物中的水在线粒体内膜中产生； 反应物中水在有氧呼吸第二阶段被消耗，而产物水在有氧呼吸第三阶段产生。 （2）呼吸作用产生的水中的氧来自哪种原理？ 学生回答出：来自O2 （3）二氧化碳中的氧来自那种物质？ 学生回答出：来自C6H12O6和6 H2O。 （4）消耗6分子的O2应该产生12个分子的H2O，可是，如果形成12分子的H2O，又需要24个H，一分子的C6H12Ｏ6，只有12个H，差12个H来自哪里？ 学生回答出：呼吸作用还消耗水。 5.有氧呼吸的定义 结合有氧呼吸过程的学习，归纳有氧呼吸的概念。 有氧呼吸是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，生成大量ATP的过程。 思考：1.没有线粒体可以进行有氧呼吸吗？（可以） 2.进行有氧呼吸需要什么条件？（与有氧呼吸相关的酶、通氧气） 6.有氧呼吸的能量利用特点 利用课本“思考与讨论”理解有氧呼吸能量利用特点。 阅读93页，《思考·讨论》，回答以下问题： 在细胞内，1 mol的葡萄糖彻底氧化分解以后，释放的能量约为2870 kJ，其中可使977.28 kJ左右的能量储存在ATP中，余下能量则以热能的形式散失掉了。 1.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转化成ATP？ 977.28÷2870≈34.05% 977.28÷30.54=32 mol 大约34%；大约32 mol ATP 有氧呼吸的能量转化效率大约为34%。结合上一节所学内容，1 mol ATP分子的高能键含有30.54 kJ的能量，因此，1 mol葡萄糖能够使32 mol ADP分子转化为ATP分子。 2.有氧呼吸过程中能量发生了什么变化？ 有机物中稳定化学能大部分以热能的形式散失，小部分转移到ATP中活跃的化学能。 3.与生物体外的燃烧相比，有氧呼吸是逐级释放能量的，对于生物体来说具有什么意义？ 燃烧是一种迅速释放能量的过程，而有氧呼吸过程则是逐步缓慢释放能量，这种方式保证有机物中的能量得到最充分的利用，主要表现在两个方面：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。 总结：与生物体外的燃烧相比，有氧呼吸具有的不同特点 ①有氧呼吸过程温和，常温常压，多种酶的催化。 ②释放的能量大部分以热能的形式散失，小部分储存在ATP中。 ③有机物中的能量逐级释放，保证有机物中的能量得到充分利用。 按要求阅读课本、思考、讨论、回答问题 思考、讨论 回答问题 思考、讨论回答问题 学生独立思考后进行讨论，运用控制变量法完成探究酵母菌呼吸方式的实验设计方案。 学生尝试组装有氧呼吸和无氧呼吸的整套装置。 按要求阅读课本、思考、讨论、回答问题。 学生观看视频 进行实验结果分析。 阅读教材，标注答案，回答问题。 归纳总结有氧呼吸的主要场所，有氧呼吸的三个阶段场所、物质变化、能量转化，有氧呼吸的总反应式，进而概括出有氧呼吸的概念。 认识线粒体内膜外膜、基质等结构。 学生根据分步反应式得出有氧呼吸的总反应式。 回答并回答问题。 归纳有氧呼吸的概念。 思考并回答。 阅读教材，思考讨论，回答问题。 学生分析、总结有氧呼吸能量利用的特点：释放能量多转化效率高、能量逐级释放。 培养学生思考和分析问题的能力，小组合作能力 培养学生阅读提取信息的能力和思考和分析问题的能力，小组合作能力。 启发学生的思考，培养学生收集资料解决问题的能力 引导学生学会分析变量、扫变量、设计控制对比试验。 培养学生动手操作的能力。 锻炼学生观察实验总结现象、实验结果。 培养学生分析与推理的能力，导出有氧呼吸的主要场所，有氧呼吸的三个阶段场所、物质变化、能量转化，有氧呼吸的总反应式，以及有氧呼吸的概念。 体会结构与功能相适应。 利用多媒体增加教学的直观性，促进学生对知识的理解。 自主构建有氧呼吸的总反应式。 通过归纳总结，评价学生对有氧呼吸过程的掌握情况。
课堂小结
板书设计 5.3细胞呼吸的原理及应用 一、细胞呼吸的概念 二、实验：探究酵母菌细胞呼吸的方式 1.材料：酵母菌细胞 2.探究的基本步骤一般包括： 提出问题—作出假设—设计实验—进行实验—得出结果—推知结论 三、有氧呼吸 第一阶段：C6H12O6 →2C3H4O3+ 4[H] +少量能量 第二阶段：2C3H4O3 + 6H2O→6CO2+ 20[H] +少量能量 第三阶段：24[H]+6O6 →12H2O+大量能量 总反应式：C6H12O6+ 6H2O+6O6 →6CO2+12H2O+大量能量
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