人教版（2019）高中生物必修一 5.3.1 探究酵母菌细胞呼吸的方式 教案（表格式）

课题 探究酵母菌细胞呼吸的方式
教材分析
“探究酵母菌细胞呼吸的方式”选自人教版《生物学.必修1.分子与细胞》第5章第3节第1课时，普通高中生物学课程标准（2017年版2020年修订）中提示，通过探究酵母菌的呼吸方式的探究实验活动，帮助学生达成对细胞的生存需要能量和营养物质概念的理解，使学生领悟科学研究的方法并习得相关的操作技能，结合生物、物理和化学知识以及学生的生活经验，突破学习难点。教材编排了包括装置在内的比较详细的实验方案。然而，在实验过程中，存在实验中的变量不好控制，无氧呼吸条件下锥形瓶中澄清石灰水变浑浊时间较长等问题。基于此，教师和学生利用二氧化碳传感器、热成像检测仪、100ml注射器和医用软管对实验方案进行了改进，不仅搭建简单、反应时间短、实验结果可数据分析，且有利于培养学生自主探究能力。
教学目标
基于课程标准的内容要求、学业要求和学业质量标准，并围绕培养学生学科核心素养的要求，制订了如下教学目标： 1.通过酵母菌细胞呼吸方式的实验探究，说出细胞呼吸的类型，主动构建细胞呼吸的概念。理解细胞呼吸过程中的物质变化和能量转化的实质，了解有氧呼吸的异同，树立生命观念。 2.通过对实验方案的讨论-设计-实践-论证，培养学生的科学思维，发展学生的科学探究能力。
教学重点： 1.通过酵母菌细胞呼吸的方式实验探究主动建构细胞呼吸概念，了解细胞呼吸的类型。
2.通过实验方案的改进优化，了解探究实验的设计思路，养成科学思维，提升科学探究能力。
教学难点： 1.通过有氧呼吸和无氧呼吸实验装置的改进，有效控制实验中的变量，提升科学探究能力。 2.检测实验产物方法的改进对比，进行数据分析，养成科学思维。
实验器材
实验材料及试剂： 高活性酵母粉、5%葡萄糖溶液、溴麝香草酚蓝溶液、酸性重铬酸钾溶液、澄清石灰水、蒸馏水、便携式氧气瓶、葡萄糖试纸。 （2）实验仪器：锥形瓶、二氧化碳传感器、100ml注射器、医用软管、热成像测温仪、试管等。
实验改进
有氧呼吸装置： 以注射器作为反应容器，（50ml质量分数为5%的葡萄糖溶液和1.25g干酵母混合均匀）利用便携式氧气瓶通氧40ml，代替教材中利用橡皮球或气泵间歇性通气创造有氧环境。改进后的实验操作简单，实验时间缩短。 无氧呼吸装置： 利用注射器作为反应容器，吸取配置好的酵母菌培养液50ml（50ml质量分数为5%的葡萄糖溶液和1.25g干酵母混合均匀），连上输液带，关紧流速调节器，确保酵母菌只进行无氧呼吸。 检测co2的方法： 用注射器吸取溴麝香草酚蓝水溶液，将其注射到医用软管滴壶中，再分别将有氧、无氧条件下注射器中的酵母菌培养液经细胞呼吸产生的气体通过流量调节器推入滴壶中，可以快速检测产生的气体是否为co2。另外一组将注射器一端连接二氧化碳传感器，利用DISLab软件进行数据分析。 检测酒精的方法： 葡萄糖和酒精在酸性条件下均能与橙色的重铬酸钾溶液反应变成灰绿色，应将酵母菌培养时间适当延长，实验前3h学生进行酵母菌活化培养，实验开始后用尿糖试纸检测实验装置中葡萄糖的消耗情况。待葡萄糖消耗殆尽再进行酒精检测。 利用热成像仪器检测有氧呼吸和无氧呼吸的装置，得出细胞呼吸过程中有能量转化，且能量转化效率不同的结论。
教学过程
情景导入：播放校本课程中同学们制作面包和酿制葡萄酒的照片，在面团发酵和葡萄糖酒发酵过程中都有气体产生，针对这两个实验，请同学们认真思考提出问题。设计意图：创设情境，从学生的生活经验和学习经历中提出探究性问题，是学生对已有概念的探究。激发学生的学习兴趣，培养学生的科学探究意识。 设计实验 2.1 小组活动 课前小组活动根据教材中实践探究的提示，预习课本知识。本实验的主要问题是如何创设酵母菌有氧呼吸和无氧呼吸的条件，排除空气中二氧化碳对有氧呼吸组的影响，排除氧气对无氧呼吸组的影响，以及如何检查产物二氧化碳和酒精。学生通过课前预习对实验中自变量、因变量、无关变量条件的设置，以及酒精和二氧化碳的检测方法。根据学校实验室现有仪器条件对教材实验进行了改进。校本课程中同学们学习DISLab软件的数据采集。 酵母菌的培养活化：课前2h安排每个小组一名同学到实验室进行该实验，将1000ml质量分数为5%葡萄糖溶液装入玻璃瓶中煮沸密封，去除水中的溶解氧冷却到30-35℃后，向葡萄糖溶液中加入25g高活性酵母粉，35-40℃水浴条件下培养活化。取100ml注射器5支，分别吸取50ml酵母菌培养液，封口后将注射器35-40℃水浴条件下平置进行反应。（提前创设无氧呼吸装置） 有氧呼吸改进装置的搭建：取100ml注射器吸取50ml酵母菌培养液，通过医用软管连接便携式鼻吸氧气瓶向氧气进行反应。实验过程中轻轻摇晃注射器使得培养液与氧气充分接触，避免无氧呼吸。 无氧呼吸改进装置的搭建：取100ml注射器吸取50ml酵母菌培养液，封口后将注射器平置进行反应，连通软管医用软管。 二氧化碳的检测：有氧呼吸组锥形瓶软管连通二氧化碳传感器、数据线、数据采集器，通过DISLab软件采集数据，注意先设置成曲线模式，10分钟后用DISLab软件进行数据处理呈曲线图，曲线图截屏上传。有氧呼吸组注射器通过医用软管连接滴壶，向滴壶中注射溴麝香草酚蓝水溶液，10分钟后打开流量调节器，将细胞呼吸产生的气体通入滴壶。记录溶液变色时间情况。无氧呼吸组锥形瓶软管连通二氧化碳传感器、数据线、数据采集器，通过DISLab软件采集数据，注意先设置成曲线模式，10分钟后用DISLab软件进行数据处理呈曲线图，曲线图截屏上传打印。无氧呼吸组注射器通过医用软管连接滴壶，向滴壶中注射溴麝香草酚蓝水溶液，10分钟后打开流量调节器，将细胞呼吸产生的气体通入滴壶。记录溶液变色时间情况。 酒精的检测：将注射器中的培养液加入试管2ml，并用尿糖试纸检测实验装置中葡萄糖的消耗情况，待葡萄糖消耗殆尽再进行酒精检测。分别注入0.5ml的酸性重铬酸钾溶液，并轻轻震荡，观察试管中的颜色变化，如果实验效果不理想，学生推测是无氧呼吸时间不足产生的酒精量不够，此时教师将提前准备的无氧呼吸注射器发给每个小组再进行检测。 有氧呼吸和无氧呼吸温度变化的检测：实验过程中五分钟间隔后记录两组锥形瓶的温度。 2.2 填写实验记录表。 观察项目有氧呼吸装置无氧呼吸装置溴麝香草酚蓝水溶液变色情况时间酸性重铬酸钾溶液检验情况比较热成像仪检测温度情况比较开始： 结束： 温差：开始： 结束： 温差：DISLab软件曲线图：（粘贴）
2.3 实验结果分析讨论： 通过智慧云实验室平台，在大屏幕上展示同学们的实验操作过程，各小组上传实验报告进行展示和实验数据对比分析。学生代表汇报通过设置注射器推射和医用软管的使用使得无氧呼吸装置完全处在无氧环境中，配置培养液过程中对葡萄糖溶液进行了煮沸处理排出溶解氧对无氧呼吸组实验结果的方式设置无氧条件排除无关变量对实验结果的影响，体会探究实验中控制变量的方法。利用实验中的生成性问题，酵母菌无氧呼吸产生酒精用时较长，体会了不同条件细胞呼吸物质转换的差异。利用热成像检测装置测定了反应前后的温度变化，体会了不同条件下细胞呼吸过程中能量转化的差异。利用二氧化碳传感器检测两组装置中二氧化碳的产量，DISLab软件分析生成曲线图，体会生物实验中的数据软件分析，理解有氧呼吸和无氧呼吸过程中二氧化碳产量的差异。同学们根据自己的实验结果对实验报告进行完善，使同学们在互评互助的氛围中感受小组合作学习的魅力，同时形成缜密的科学思维，感受设计实验时控制变量的基本原则，直观了解了有氧呼吸和无氧呼吸过程中物质和能量转化利用的差异。 设计意图：引导学生提出问题、进行预实验、设计实验方案改进、开展实验、分析并解释实验方案设计的原理、运用数学思维进行DISLab软件分析、获得实验数据、对实验结果进行论证。通过探究实验开展科学与工程学实践，发展出伴其一生的科学素养。 3 实验总结归纳再发展： 同学们根据酵母菌细胞呼吸方式的探究实验构建完整的细胞呼吸的概念，教师引导学生思考酵母菌细胞从环境中获取了什么物质和能量，在细胞内的哪些场所发生了怎样的转变？鼓励同学们课后查阅资料找到答案。 设计意图：在动手与动脑相结合的探究活动中，通过问题解决促进细胞呼吸的概念的形成。并通过教师适度的引导，课后主动去解决细胞呼吸过程中物质和能量的转化过程和具体场所这个新的问题。通过有意识地寻求知识的过程，进行寻求和加强知识的思考，发展学生的科学思维。