人教版高中生物学必修1第5章第3节细胞呼吸的原理和应用
教学设计
课题
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
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？
2.为什么通气有利于酵母菌大量繁殖？
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？
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
知识点一： 细胞呼吸的方式
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。
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。
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？
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
（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：
1.怎样控制有氧和无氧的条件？
2.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？
3.怎样保证酵母菌在整个实验过程中能正常生活？
参考资料：
1.酵母菌培养液的配制：取20g新鲜的食用酵母菌，分成两等份，分别放入锥形瓶A（500mL）和锥形瓶（500mL）中。分别向瓶中注入240mL质量分数为5%的葡萄糖溶液。
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），A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（50min）（为什么在通入A瓶之前先用NaOH溶液处理？）。B装置中B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。
3.CO2的检测方法
（1）CO2使澄清石灰水变浑浊，澄清石灰水越浑浊，说明产生的CO2越多。
（2）CO2使溴麝香草酚蓝水溶液由蓝变绿再变黄，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。
4.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。
具体操作：（1）各取2mL酵母菌培养液的滤液，分别注入2支干净的试管中。
（2）向试管中分别滴加0.5mL溶有0.1g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。
（3）观察试管中溶液的颜色变化。
注意：（1）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。
（2）浓硫酸有腐蚀性，向试管中滴加浓硫酸时要缓慢、小心。
（4）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，在无氧条件下通过细胞呼吸产生酒精和少量的CO2。
细胞呼吸的方式包括有氧呼吸和无氧呼吸。
三、有氧呼吸
（1）有氧呼吸的主要场所：线粒体
线粒体结构:外膜、嵴、内膜、基质（含与有氧呼吸有关的酶）
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）有氧呼吸总反应式：
（4）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
（5）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。
（6）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。
②有机物中的能量经过一系列的化学反应逐步释放。
③这些能量有相当一部分储存在ATP中。
（7）思考：
①在细胞内，1mol葡萄糖彻底氧化分解可以释放出2870kJ的能量，其中977.28kJ左右的能量储存在ATP中，其余以热能形式散失。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转化为ATP？
②与燃烧迅速释放能量相比，有氧呼吸是逐级释放能量的，这对于生物体来说具有什么意义？
四、无氧呼吸
（1）无氧呼吸最常用的物质：葡萄糖
（2）无氧呼吸的场所 ：细胞质基质
（3）无氧呼吸的分类：
①以酒精和二氧化碳为呼吸产物的无氧呼吸：
反应式：
常见例子：苹果、水稻等绝大多数高等植物在缺氧时可进行这样的反应；
酵母菌在缺氧时也可进行这样的反应。
②以乳酸为呼吸产物的无氧呼吸：
反应式：
常见例子：高等动物和人在剧烈运动时骨胳肌细胞会进行这样的呼吸；
某些高等植物的某些器官在缺氧时也可进行这样的呼吸，如马铃薯块茎、甜菜块根等；
某些微生物，如乳酸菌也进行这样的呼吸。
在没有氧气参与的情况下，葡萄糖等有机物经过不完全分解，释放少量能量的过程，就是无氧呼吸。
（4）有氧呼吸与无氧呼吸的比较
有氧呼吸
无氧呼吸
不同点
场所
条件
产物
能量变化
相同点
联系
实质
（5）细胞呼吸除了能为生物体提供能量，还是生物体代谢的枢纽
知识点二： 细胞呼吸原理的应用
出示图片
1.包扎伤口时，需要选用透气的消毒纱布或“创可贴”等敷料。
2.利用麦芽、葡萄、粮食和酵母菌以及发酵罐等，在控制通气的情况下，可以生产各种酒
3.储藏水果、粮食的仓库，往往要通过降低温度、降低氧气含量等措施，来减弱水果、粮食的呼吸作用，以延长保质期
4.花盆里的土壤板结后，空气不足，会影响根系生长，需要及时松土透气。
5.破伤风由破伤风芽孢杆菌引起，这种病菌只能进行无氧呼吸。皮肤破损较深或被锈钉扎伤后，病菌就容易大量繁殖，遇到这种情况需要及时到医院治疗
6.提倡慢跑等有氧运动的原因之一是：有氧运动能避免肌细胞因供氧不足进行无氧呼吸产生大量乳酸。乳酸的大量积累会使肌肉酸胀乏力。
思考讨论：
1.任选上述2～3个实例，分析人们在生产和生活中应用了细胞呼吸原理的哪些方面。
2.生活和生产中还有哪些应用细胞呼吸原理的事例？试再举一两例加以说明。
思维训练：运用证据和逻辑评价论点
关于真核细胞线粒体的起源，科学家提出了一种解释：约十几亿年前，有一种真核细胞吞噬了原始的需氧细菌，被吞噬的细菌不仅没有被消化分解，反而在细胞中生存下来了。需氧细菌从宿主细胞那里获取丙酮酸，宿主细胞从需氧细菌那里得到丙酮酸氧化分解释放的能量。在共同生存繁衍的过程中，需氧细菌进化为宿主细胞内专门进行细胞呼吸的细胞器。以下哪些证据支持这一论点，哪些不支持这一论点？
1.线粒体内存在与细菌DNA相似的环状DNA。
2.线粒体内的蛋白质，有少数几种由线粒体DNA指导合成，绝大多数由核DNA指导合成。
3.真核细胞内的DNA有极高比例的核苷酸序列经常不表现出遗传效应，线粒体DNA和细菌的却不是这样。
4.线粒体能像细菌一样进行分裂增值。
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
按要求阅读课本、思考、讨论
回答问题
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
课堂练习
1、下列关于细胞呼吸的说法，不正确的是（ ）
A、细胞呼吸实际上是在细胞内进行有机物的氧化分解，释放能量的过程
B、细胞呼吸实际上就是细胞与外界环境间的气体交换
C、细胞呼吸是细胞内有机物“缓慢燃烧”的过程
D、细胞呼吸发生在活细胞内
2. 下列有关“探究酵母菌细胞呼吸的方式”实验的叙述，错误的是（ ）
A、CO2可使溴麝香草酚蓝水溶液由蓝变绿再变黄
B、该实验中需控制的无关变量有温度、pH、培养液的量等
C、可通过观察澄清石灰水是否变浑浊来判断酵母菌的呼吸方式
D、该实验中将葡萄糖溶液煮沸的目的是灭菌和去除葡萄糖溶液中的O2
3. 如图是探究酵母菌细胞呼吸方式的实验装置。下列说法不正确的是（ ）
A、装置甲中NaOH溶液的作用是除去空气中的CO2
B、装置乙中瓶Ⅱ封口后应该静置一段时间再连通瓶Ⅲ
C、相同实验时间内，瓶Ⅰ内酵母菌释放的能量比瓶Ⅱ多
D、相同实验时间内，甲、乙两装置中澄清石灰水的浑浊程度相同
4.下列关于细胞呼吸原理的应用，不正确的是（ ）?
A．用透气的纱布包扎伤口，可抑制厌氧菌的繁殖
B．稻田定期排水，可避免水稻幼根因缺氧产生乳酸，导致其变黑、腐烂
C．花盆中土壤板结，需要及时松土透气，以促进根对无机盐的吸收
D．种子在低温、低氧、干燥环境中，可降低呼吸作用，减少有机物消耗
限时独立自主完成
巩固新知，提升能力
课堂小结
梳理知识、理清思路，便于记忆
板书设计
5.3细胞呼吸的原理及应用
第一阶段
有氧呼吸 第二阶段
细胞呼吸的方式 第三阶段
无氧呼吸 第一阶段
第二阶段
细胞呼吸原理的应用 透气创可贴
酿酒
土壤松土
慢跑
水果储藏
深伤口需及时治疗
课件38张PPT。第5章 细胞的能量供应和利用人教新版2019年 必修1第3节 细胞呼吸的原理和应用新知导入酵母菌细胞富含蛋白质，可以用作饲料添加剂。在培养酵母菌用作饲料添加剂时，要给培养装置通气或进行震荡，以利于酵母菌大量繁殖。在利用酵母菌生产葡萄酒时，却需要密封发酵。1.都是培养酵母菌，为什么有的需要通气，有的却需要密封？2.为什么通气有利于酵母菌大量繁殖？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？新知讲解细胞呼吸的方式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。一、细胞呼吸的概念新知讲解细胞呼吸的方式二、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。
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。新知讲解细胞呼吸的方式对比试验二、探究细胞呼吸的方式新知讲解细胞呼吸的方式二、探究细胞呼吸的方式（1）提出问题1.说一说你了解哪些有关酵母菌的知识？
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？新知讲解细胞呼吸的方式二、探究细胞呼吸的方式（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新知讲解细胞呼吸的方式二、探究细胞呼吸的方式（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。1.怎样控制有氧和无氧的条件？
2.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？
3.怎样保证酵母菌在整个实验过程中能正常生活？关注问题：新知讲解细胞呼吸的方式二、探究细胞呼吸的方式（3）设计实验参考资料：1.酵母菌培养液的配制：取20g新鲜的食用酵母菌，分成两等份，分别放入锥形瓶A（500mL）和锥形瓶（500mL）中。分别向瓶中注入240mL质量分数为5%的葡萄糖溶液。新知讲解细胞呼吸的方式二、探究细胞呼吸的方式（3）设计实验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），A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（50min）（为什么在通入A瓶之前先用NaOH溶液处理？）。参考资料：B装置中B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。1.二氧化碳可使澄清石灰水变浑浊，石灰水越浑浊，说明产生的二氧化碳越多。
2.二氧化碳可使溴麝香草酚蓝溶液由蓝变绿再变黄，溴麝香草酚蓝溶液变黄的时间越短，说明产生的二氧化碳越多。
新知讲解细胞呼吸的方式二、探究细胞呼吸的方式（3）设计实验参考资料：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。具体操作：（1）各取2mL酵母菌培养液的滤液，分别注入2支干净的试管中。
（2）向试管中分别滴加0.5mL溶有0.1g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。
（3）观察试管中溶液的颜色变化。（1）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。（2）浓硫酸有腐蚀性，向试管中滴加浓硫酸时要缓慢、小心。新知讲解细胞呼吸的方式二、探究细胞呼吸的方式（4）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？新知讲解细胞呼吸的方式二、探究细胞呼吸的方式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，在无氧条件下通过细胞呼吸产生酒精和少量的CO2。细胞呼吸的方式有氧呼吸无氧呼吸新知讲解细胞呼吸的方式三、有氧呼吸（1）有氧呼吸的主要场所线粒体外膜内膜嵴基质外膜、嵴、内膜、基质结构:（含与有氧呼吸有关的酶）功能：有氧呼吸的主要场所（细胞的动力车间）新知讲解细胞呼吸的方式三、有氧呼吸（2）有氧呼吸最常用的物质：葡萄糖（3）有氧呼吸总反应式：（4）有氧呼吸的过程C6H12O6线粒体细胞质基质①（少量） C6H12O66CO2线粒体细胞质基质②①C6H12O66CO212H2O线粒体细胞质基质②①③新知讲解细胞呼吸的方式三、有氧呼吸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。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。2.有机物中的能量经过一系列的化学反应逐步释放。3.这些能量有相当一部分储存在ATP中。新知讲解细胞呼吸的方式三、有氧呼吸1.在细胞内，1mol葡萄糖彻底氧化分解可以释放出2870kJ的能量，其中977.28kJ左右的能量储存在ATP中，其余以热能形式散失。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转化为ATP？2.与燃烧迅速释放能量相比，有氧呼吸是逐级释放能量的，这对于生物体来说具有什么意义？新知讲解细胞呼吸的方式四、无氧呼吸（1）无氧呼吸最常用的物质：葡萄糖（2）无氧呼吸的场所 ：细胞质基质（3）无氧呼吸的类型：①以酒精和二氧化碳为呼吸产物的无氧呼吸：反应式：常见例子： 苹果、水稻等绝大多数高等植物在缺氧时可进行这样的反应；
酵母菌在缺氧时也可进行这样的反应。新知讲解细胞呼吸的方式四、无氧呼吸（3）无氧呼吸的类型：②以乳酸为呼吸产物的无氧呼吸：反应式：常见例子：高等动物和人在剧烈运动时骨胳肌细胞会进行这样的呼吸；
某些高等植物的某些器官在缺氧时也可进行这样的呼吸，如马铃薯块茎、甜菜块根等；
某些微生物，如乳酸菌也进行这样的呼吸。无氧呼吸的过程细胞质基质线粒体2CO2+C2H5OH+能量（酒精）2C3H6O3+能量（乳酸）酶酶新知讲解细胞呼吸的方式四、无氧呼吸新知讲解细胞呼吸的方式四、无氧呼吸在没有氧气参与的情况下，葡萄糖等有机物经过不完全分解，释放少量能量的过程，就是无氧呼吸。有氧呼吸与无氧呼吸的比较有氧呼吸无氧呼吸不同点相同点场所条件产物能量
变化联系实质细胞质基质、线粒体细胞质基质需O2、酶、适宜的温度不需O2 、需酶和适宜的温度CO2、H2O酒精和CO2或乳酸释放大量能量，合成38ATP释放少量能量，合成
2ATP从葡萄糖分解为丙酮酸阶段相同，以后阶段不同分解有机物，释放能量，合成ATP新知讲解细胞呼吸的方式新知讲解细胞呼吸的方式细胞呼吸是指有机物在细胞内经过一系列的氧化分解，生成二氧化碳或其他产物，释放能量并生成ATP的过程细胞呼吸除了能为生物体提供能量，还是生物体代谢的枢纽新知讲解细胞呼吸原理的应用新知讲解细胞呼吸原理的应用新知讲解细胞呼吸原理的应用新知讲解细胞呼吸原理的应用1.任选上述2～3个实例，分析人们在生产和生活中应用了细胞呼吸原理的哪些方面。2.生活和生产中还有哪些应用细胞呼吸原理的事例？试再举一两例加以说明。新知讲解细胞呼吸原理的应用运用证据和逻辑评价论点关于真核细胞线粒体的起源，科学家提出了一种解释：约十几亿年前，有一种真核细胞吞噬了原始的需氧细菌，被吞噬的细菌不仅没有被消化分解，反而在细胞中生存下来了。需氧细菌从宿主细胞那里获取丙酮酸，宿主细胞从需氧细菌那里得到丙酮酸氧化分解释放的能量。在共同生存繁衍的过程中，需氧细菌进化为宿主细胞内专门进行细胞呼吸的细胞器。以下哪些证据支持这一论点，哪些不支持这一论点？1.线粒体内存在与细菌DNA相似的环状DNA。
2.线粒体内的蛋白质，有少数几种由线粒体DNA指导合成，绝大多数由核DNA指导合成。
3.真核细胞内的DNA有极高比例的核苷酸序列经常不表现出遗传效应，线粒体DNA和细菌的却不是这样。
4.线粒体能像细菌一样进行分裂增值。课堂练习B1、下列关于细胞呼吸的说法，不正确的是（ ）
A、细胞呼吸实际上是在细胞内进行有机物的氧化分解，释放能量的过程
B、细胞呼吸实际上就是细胞与外界环境间的气体交换
C、细胞呼吸是细胞内有机物“缓慢燃烧”的过程
D、细胞呼吸发生在活细胞内课堂练习C2. 下列有关“探究酵母菌细胞呼吸的方式”实验的叙述，错误
的是（ ）
A、CO2可使溴麝香草酚蓝水溶液由蓝变绿再变黄
B、该实验中需控制的无关变量有温度、pH、培养液的量等
C、可通过观察澄清石灰水是否变浑浊来判断酵母菌的呼吸方式
D、该实验中将葡萄糖溶液煮沸的目的是灭菌和去除葡萄糖溶液中的O2课堂练习D3. 如图是探究酵母菌细胞呼吸方式的实验装置。下列说法不正确的是（ ）
A、装置甲中NaOH溶液的作用是除去空气中的CO2
B、装置乙中瓶Ⅱ封口后应该静置一段时间再连通瓶Ⅲ
C、相同实验时间内，瓶Ⅰ内酵母菌释放的能量比瓶Ⅱ多
D、相同实验时间内，甲、乙两装置中澄清石灰水的浑浊程度相同装置甲装置乙课堂练习B4.下列关于细胞呼吸原理的应用，不正确的是（ ）?
A．用透气的纱布包扎伤口，可抑制厌氧菌的繁殖
B．稻田定期排水，可避免水稻幼根因缺氧产生乳酸，导致其变黑、腐烂
C．花盆中土壤板结，需要及时松土透气，以促进根对无机盐的吸收
D．种子在低温、低氧、干燥环境中，可降低呼吸作用，减少有机物消耗课堂总结谢谢21世纪教育网（www.21cnjy.com) 中小学教育资源网站 有大把高质量资料？一线教师？一线教研员？
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