细胞的呼吸方式实验的教学案例
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细胞的呼吸方式实验的教学案例
江苏省镇江一中（212002） 杜凤艳
1 教材分析
《探究酵母菌细胞呼吸的方式》选自新课程人教版高中生物必修1《分子与细胞》模块中的第5章第3节《ATP的主要来源—细胞呼吸》。探究酵母菌细胞呼吸的方式是本节教学的难点，根据课标的要求，本探究实验的学习目标要达到理解层次。由于教材上在对本探究实验的安排上有“让空气间歇性地依次通过3个锥形瓶（约50min），然后将实验装置放到25℃——35℃ 的环境中培养8—10h”的要求，因而在课堂教学时，会遇到时间不够用、温度难以控制及通气时间长等方面的困难，影响探究实验的进行，本人通过对原探究实验的改进，避免了以上困难，收到了很好的教学效果。
2 教学思路
酵母菌是一种单细胞真菌，在有氧和无氧的条件下都能生存，属于兼性厌氧菌，因此便于用来研究细胞呼吸的不同方式。本节教学运用了问题导学教学法、讨论法、探究法、实验法、演示法等多种教学方法，利用多媒体手段为课堂创设情境，并通过有氧、无氧呼吸实验演示等手段，面向全体学生，倡导探究式学习，引导学生主动参与、乐于探究、勤于思考，使课堂呈现出自主、探究和合作的学习方式，激发了他们探究实验的兴趣，并领悟了探究实验的方法、步骤。通过探究，学生认识到有氧呼吸和无氧呼吸的条件和生成产物，这样就为后面学习有氧呼吸和无氧呼吸打下了基础。通过探究，培养了他们交流与合作的能力、动手操作的能力、创造性思维的能力和探究实验的能力，达到了有效教学的目的。
3 教学过程
课前准备：教师准备多媒体课件，有氧和无氧条件下酵母菌细胞呼吸的装置，学案。
布置学生课前预习探究酵母菌细胞呼吸的方式
3.1 创设情境，导入新课
展示多媒体课件：酵母菌的图片、面包、啤酒、红酒等。
师问：酵母菌是一种什么样的生物？其代谢类型如何？在日常生活中有哪些用途？
生答：酵母菌是一种单细胞真菌，在有氧和无氧的条件下都能生存，属于兼性厌氧菌，常用于酿酒和发面。
师问：馒头和面包松软的原因是什么？
生答：是酵母菌产生了CO2。
师问：那么酒精是酵母菌在什么条件下产生的呢？
结果，有的学生回答是有氧产生的，有的学生回答是无氧产生的。
通过教师提出问题“CO2、酒精是酵母菌在有氧产生的，还是在无氧产生的呢？”引入课题：探究酵母菌细胞呼吸的方式（课件展示课题）
3.2 以问题、讨论等形式，进行实验方法、步骤的探究
师问：前面我们学习了探究植物细胞的吸水和失水，还学习了探究酶的活性，那么探究实验的一般操作步骤有哪些？
生答：提出问题→作出假设→设计实验→进行实验→分析现象、得出结论 →表达与交流→再探究
3.2.1 提出问题 学生根据情境资料中有关酵母菌的知识及参考案例，科学的提出问题。
参考案例：一位同学说他知道酵母菌能使葡萄糖发酵产生酒精，但是不清楚这一过程是在有氧条件下还是在无氧条件下进行的，另一位同学说他知道酵母菌的细胞呼吸会产生CO2，但是不知道不同条件下产生的CO2是否一样多。
通过提问学生，讨论，最后确定本探究实验提出的问题是：酒精和CO2是酵母菌在有氧条件下还是在无氧条件下产生的？
3.2.2 作出假设 让学生结合已有的知识和生活经验，针对问题作出合理的假设。如：酵母菌在有氧和无氧条件下，细胞呼吸的产物分别是什么？酵母菌在有氧和无氧条件下，细胞呼吸，产生的二氧化碳是否一样多？讨论后确定的作出假设是：酵母菌在有氧呼吸时产生CO2、在无氧呼吸时产生CO2和酒精。
3.2.3 设计实验 教师强调要遵循单一变量原则、对照原则，并介绍对比实验。
师问：什么叫对比实验？
生答：对比实验是指设置两个或两个以上的实验组，通过对结果的比较分析，来探究某种因素与实验对象的关系，这样的实验叫做对比实验。
教师讲解并用多媒体课件演示对比实验：A瓶酵母菌培养液（有氧条件下）与B瓶酵母菌培养液（无氧条件下）属于对比实验。
教师通过设计问题，进一步引导学生设计实验（学生结合学案带着以下几个问题分组讨论）
（1）本实验的自变量、因变量、无关变量是什么？
（2）怎样控制有氧和无氧的条件？有没有更好的方法？并绘出酵母菌在有氧条件和无氧条件下细胞呼吸的装置图。
（3）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？
（4）怎样保证酵母菌在整个实验过程中能正常生活？
重点讨论：怎样控制有氧和无氧的条件？有没有更好的方法？
讨论、交流结束后，对有氧条件下酵母菌细胞呼吸提出了3个方案，对无氧条件下酵母菌细胞呼吸提出了2个方案，并展示学生绘的有氧和无氧条件下酵母菌细胞呼吸的装置图。
第（2）问：①一般方法：通过接橡皮球（或气泵）使酵母菌处于有氧环境，B瓶应封口放置一段时间，酵母菌消耗掉了B瓶中的氧气后，再连通盛有澄清石灰水的锥形瓶。
装置图如下：
有氧呼吸装置1 无氧呼吸装置1
②较好方法：在装有质量分数为10%的NaOH溶液锥形瓶与装有酵母菌培养液的A瓶之间增加一个澄清的石灰水瓶，用来检验是否还有CO2。装置图如下：
有氧呼吸装置2
③更好的方法：A瓶连接装有适量MnO2的锥形瓶，上面用装有过氧化氢分液漏斗连接制造O2，来替换含有质量分数为10%的NaOH溶液锥形瓶，其余装置不变。
师生共同总结，实验设计的总体思路确定为：有氧条件下酵母菌细胞呼吸选“③更好的方法”，见有氧呼吸装置图3；无氧条件下酵母菌细胞的呼吸更好的方法是：在B瓶中加一层油膜或石蜡膜，能确保进入石灰水中的CO2是无氧条件下酵母菌细胞呼吸产生的。
有氧呼吸装置图3 无氧呼吸装置图2
第（3）问：①二氧化碳的检测:二氧化碳可使澄清的石灰水变混浊；也可使溴麝香草酚蓝水溶液由蓝变绿再变黄.
②酒精的检测：橙色的重铬酸钾(K2Cr2O7)溶液，在酸性条件下与酒精发生化学反应，变成灰绿色
③根据澄清石灰水变浑浊程度或溴麝香草酚蓝水溶液变成黄色的时间长短，可以鉴定酵母菌培养液中CO2的产生情况。
3.2.4 进行实验
（1）实验步骤：
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和锥形瓶B中，分别向瓶中注入240mL质量分数分5%的葡萄糖溶液。
②另取两支锥形瓶，各注入240mL澄清右灰水。再取一只锥形，放入MnO2适量，上接装有过氧化氢的分液漏斗。
③连接有氧呼吸和无氧呼吸装置，检查气密性。（见有氧呼吸装置图3和无氧呼吸装置图2）
④观察实验现象，记录实验数据。
a.检测有无CO2的产生把观察现象记录如下表：
组别时间（min） A瓶 B瓶
澄清的石灰水 溴麝香草酚蓝 澄清的石灰水 溴麝香草酚蓝
0 澄清 蓝色 澄清 蓝色
5
10
15
…
注：以“＋”个数表示澄清石灰水的浑浊程度
b.鉴定有无酒精的产生把观察现象记录如下表：
组别 项目 A瓶 B瓶
试管 1号 2号 3号 4号
酵母菌培养液 2ml 2ml
酒精 2ml
清水 2ml
酸性重铬酸钾 0.5 ml 0.5 ml 0.5 ml 0.5 ml
溶液颜色变化
检测酒精的装置图
（2）实验操作：找3名学生演示有氧条件下酵母菌细胞呼吸和无氧条件下酵母菌细胞呼吸的实验过程，并检测有无CO2的产生。实验结束后再找2名学生检测有无酒精的产生（见检测酒精的装置图）。
3.2.5 分析实验现象，得出结论
（1）演示完后，让学生叙述他们看到的现象：有氧呼吸装置中澄清的石灰水先变混浊，无氧呼吸装置中澄清的石灰水后变混浊且混浊程度较有氧条件下的低；1号试管还是橙色，2号试管由橙色变灰绿色。
教师和学生共同小结
（2）结论：酵母菌在在有氧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二氧化碳和水，在无氧条件下，通过细胞呼吸产生酒精和少量的CO2。因此，细胞呼吸的方式分为有氧呼吸和无氧呼吸两种类型：
3.3 与生活联系 重铬酸钾可以检测有无酒精存在。想一想，这一原理在日常生活中有什么用处？
3.4 再探究
1.在某一次对有氧呼吸实验装置的操作中，将酵母菌培养液取样鉴定，鉴定出也含有酒精，这是为什么呢？
2.在实验中，有同学发现和有氧装置相连的澄清石灰水在出现浑浊后又慢慢变澄清了。因此，他觉得该实验现象不能说明酵母菌通过有氧呼吸产生了CO2。你如何看待这个问题？
4 教学体会和反思
4.1 充分体现了新课程理念，发挥了学生的主体地位
本节教学落实了新课程标准倡导的“提高生物科学素养，面向全体学生，倡导探究性学习，注重与现实生活的联系。”的课程理念。充分发挥了以学生为主体，以教师为主导的作用。在课堂上学生能在老师的引导下亲历思考，自主探究、科学的提出问题，作出假设，设计实验、演示实验等，激发了他们探究实验的兴趣，并领悟了探究实验的方法、步骤，提高了分析问题和解决问题的能力，培养了学生的探究实验的能力，收到了很好的教学效果。
4.2 课前准备要充分，课上时间安排要合理
课前要布置学生预习，教师要准备好实验的材料及用具，要先配制好酵母菌培养液、澄清的石灰水及溶有重铬酸钾的浓硫酸溶液。《探究酵母菌细胞呼吸的方式》是教学的难点，教学内容较多，时间比较紧，再探究的时间少，注意控制教学进程及时间的安排。
4.3 要想取得实验成功，还要注意以下事项
(1)实验装置的改进：有氧条件下酵母菌细胞的呼吸改为用装有MnO2的锥形瓶，上面用装用过氧化氢分液漏斗连接制造O2，来替换装有质量分数为10%的NaOH溶液锥形瓶，避免用人工打气50min,也不用放到25～30℃的环境中培养8～10h.既节约时间又能保证有氧条件，防止无关变量的影响，效果很好。无氧呼吸装置中可将装有酵母菌培养液的B瓶中加一层油膜或石蜡膜。
(2)实验前必须进行装置的气密性检验，部分学生探究失败的原因就是装置的气密性不严，导致细胞呼吸产生的CO2不能全部通入澄清的石灰水中。
(3)不同的酵母菌材料其活性不一样，使用激活性酵母菌效果好。
(4)配制葡萄糖溶液要用40℃左右的温水，由于冬天气温较低，这样做能够缩短实验时间，在3分钟左右即可有明显的实验现象发生，否则反应缓慢，产生二氧化碳气体少。
江苏省镇江一中（212002） 杜凤艳
1 教材分析
《探究酵母菌细胞呼吸的方式》选自新课程人教版高中生物必修1《分子与细胞》模块中的第5章第3节《ATP的主要来源—细胞呼吸》。探究酵母菌细胞呼吸的方式是本节教学的难点，根据课标的要求，本探究实验的学习目标要达到理解层次。由于教材上在对本探究实验的安排上有“让空气间歇性地依次通过3个锥形瓶（约50min），然后将实验装置放到25℃——35℃ 的环境中培养8—10h”的要求，因而在课堂教学时，会遇到时间不够用、温度难以控制及通气时间长等方面的困难，影响探究实验的进行，本人通过对原探究实验的改进，避免了以上困难，收到了很好的教学效果。
2 教学思路
酵母菌是一种单细胞真菌，在有氧和无氧的条件下都能生存，属于兼性厌氧菌，因此便于用来研究细胞呼吸的不同方式。本节教学运用了问题导学教学法、讨论法、探究法、实验法、演示法等多种教学方法，利用多媒体手段为课堂创设情境，并通过有氧、无氧呼吸实验演示等手段，面向全体学生，倡导探究式学习，引导学生主动参与、乐于探究、勤于思考，使课堂呈现出自主、探究和合作的学习方式，激发了他们探究实验的兴趣，并领悟了探究实验的方法、步骤。通过探究，学生认识到有氧呼吸和无氧呼吸的条件和生成产物，这样就为后面学习有氧呼吸和无氧呼吸打下了基础。通过探究，培养了他们交流与合作的能力、动手操作的能力、创造性思维的能力和探究实验的能力，达到了有效教学的目的。
3 教学过程
课前准备：教师准备多媒体课件，有氧和无氧条件下酵母菌细胞呼吸的装置，学案。
布置学生课前预习探究酵母菌细胞呼吸的方式
3.1 创设情境，导入新课
展示多媒体课件：酵母菌的图片、面包、啤酒、红酒等。
师问：酵母菌是一种什么样的生物？其代谢类型如何？在日常生活中有哪些用途？
生答：酵母菌是一种单细胞真菌，在有氧和无氧的条件下都能生存，属于兼性厌氧菌，常用于酿酒和发面。
师问：馒头和面包松软的原因是什么？
生答：是酵母菌产生了CO2。
师问：那么酒精是酵母菌在什么条件下产生的呢？
结果，有的学生回答是有氧产生的，有的学生回答是无氧产生的。
通过教师提出问题“CO2、酒精是酵母菌在有氧产生的，还是在无氧产生的呢？”引入课题：探究酵母菌细胞呼吸的方式（课件展示课题）
3.2 以问题、讨论等形式，进行实验方法、步骤的探究
师问：前面我们学习了探究植物细胞的吸水和失水，还学习了探究酶的活性，那么探究实验的一般操作步骤有哪些？
生答：提出问题→作出假设→设计实验→进行实验→分析现象、得出结论 →表达与交流→再探究
3.2.1 提出问题 学生根据情境资料中有关酵母菌的知识及参考案例，科学的提出问题。
参考案例：一位同学说他知道酵母菌能使葡萄糖发酵产生酒精，但是不清楚这一过程是在有氧条件下还是在无氧条件下进行的，另一位同学说他知道酵母菌的细胞呼吸会产生CO2，但是不知道不同条件下产生的CO2是否一样多。
通过提问学生，讨论，最后确定本探究实验提出的问题是：酒精和CO2是酵母菌在有氧条件下还是在无氧条件下产生的？
3.2.2 作出假设 让学生结合已有的知识和生活经验，针对问题作出合理的假设。如：酵母菌在有氧和无氧条件下，细胞呼吸的产物分别是什么？酵母菌在有氧和无氧条件下，细胞呼吸，产生的二氧化碳是否一样多？讨论后确定的作出假设是：酵母菌在有氧呼吸时产生CO2、在无氧呼吸时产生CO2和酒精。
3.2.3 设计实验 教师强调要遵循单一变量原则、对照原则，并介绍对比实验。
师问：什么叫对比实验？
生答：对比实验是指设置两个或两个以上的实验组，通过对结果的比较分析，来探究某种因素与实验对象的关系，这样的实验叫做对比实验。
教师讲解并用多媒体课件演示对比实验：A瓶酵母菌培养液（有氧条件下）与B瓶酵母菌培养液（无氧条件下）属于对比实验。
教师通过设计问题，进一步引导学生设计实验（学生结合学案带着以下几个问题分组讨论）
（1）本实验的自变量、因变量、无关变量是什么？
（2）怎样控制有氧和无氧的条件？有没有更好的方法？并绘出酵母菌在有氧条件和无氧条件下细胞呼吸的装置图。
（3）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？
（4）怎样保证酵母菌在整个实验过程中能正常生活？
重点讨论：怎样控制有氧和无氧的条件？有没有更好的方法？
讨论、交流结束后，对有氧条件下酵母菌细胞呼吸提出了3个方案，对无氧条件下酵母菌细胞呼吸提出了2个方案，并展示学生绘的有氧和无氧条件下酵母菌细胞呼吸的装置图。
第（2）问：①一般方法：通过接橡皮球（或气泵）使酵母菌处于有氧环境，B瓶应封口放置一段时间，酵母菌消耗掉了B瓶中的氧气后，再连通盛有澄清石灰水的锥形瓶。
装置图如下：
有氧呼吸装置1 无氧呼吸装置1
②较好方法：在装有质量分数为10%的NaOH溶液锥形瓶与装有酵母菌培养液的A瓶之间增加一个澄清的石灰水瓶，用来检验是否还有CO2。装置图如下：
有氧呼吸装置2
③更好的方法：A瓶连接装有适量MnO2的锥形瓶，上面用装有过氧化氢分液漏斗连接制造O2，来替换含有质量分数为10%的NaOH溶液锥形瓶，其余装置不变。
师生共同总结，实验设计的总体思路确定为：有氧条件下酵母菌细胞呼吸选“③更好的方法”，见有氧呼吸装置图3；无氧条件下酵母菌细胞的呼吸更好的方法是：在B瓶中加一层油膜或石蜡膜，能确保进入石灰水中的CO2是无氧条件下酵母菌细胞呼吸产生的。
有氧呼吸装置图3 无氧呼吸装置图2
第（3）问：①二氧化碳的检测:二氧化碳可使澄清的石灰水变混浊；也可使溴麝香草酚蓝水溶液由蓝变绿再变黄.
②酒精的检测：橙色的重铬酸钾(K2Cr2O7)溶液，在酸性条件下与酒精发生化学反应，变成灰绿色
③根据澄清石灰水变浑浊程度或溴麝香草酚蓝水溶液变成黄色的时间长短，可以鉴定酵母菌培养液中CO2的产生情况。
3.2.4 进行实验
（1）实验步骤：
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和锥形瓶B中，分别向瓶中注入240mL质量分数分5%的葡萄糖溶液。
②另取两支锥形瓶，各注入240mL澄清右灰水。再取一只锥形，放入MnO2适量，上接装有过氧化氢的分液漏斗。
③连接有氧呼吸和无氧呼吸装置，检查气密性。（见有氧呼吸装置图3和无氧呼吸装置图2）
④观察实验现象，记录实验数据。
a.检测有无CO2的产生把观察现象记录如下表：
组别时间（min） A瓶 B瓶
澄清的石灰水 溴麝香草酚蓝 澄清的石灰水 溴麝香草酚蓝
0 澄清 蓝色 澄清 蓝色
5
10
15
…
注：以“＋”个数表示澄清石灰水的浑浊程度
b.鉴定有无酒精的产生把观察现象记录如下表：
组别 项目 A瓶 B瓶
试管 1号 2号 3号 4号
酵母菌培养液 2ml 2ml
酒精 2ml
清水 2ml
酸性重铬酸钾 0.5 ml 0.5 ml 0.5 ml 0.5 ml
溶液颜色变化
检测酒精的装置图
（2）实验操作：找3名学生演示有氧条件下酵母菌细胞呼吸和无氧条件下酵母菌细胞呼吸的实验过程，并检测有无CO2的产生。实验结束后再找2名学生检测有无酒精的产生（见检测酒精的装置图）。
3.2.5 分析实验现象，得出结论
（1）演示完后，让学生叙述他们看到的现象：有氧呼吸装置中澄清的石灰水先变混浊，无氧呼吸装置中澄清的石灰水后变混浊且混浊程度较有氧条件下的低；1号试管还是橙色，2号试管由橙色变灰绿色。
教师和学生共同小结
（2）结论：酵母菌在在有氧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二氧化碳和水，在无氧条件下，通过细胞呼吸产生酒精和少量的CO2。因此，细胞呼吸的方式分为有氧呼吸和无氧呼吸两种类型：
3.3 与生活联系 重铬酸钾可以检测有无酒精存在。想一想，这一原理在日常生活中有什么用处？
3.4 再探究
1.在某一次对有氧呼吸实验装置的操作中，将酵母菌培养液取样鉴定，鉴定出也含有酒精，这是为什么呢？
2.在实验中，有同学发现和有氧装置相连的澄清石灰水在出现浑浊后又慢慢变澄清了。因此，他觉得该实验现象不能说明酵母菌通过有氧呼吸产生了CO2。你如何看待这个问题？
4 教学体会和反思
4.1 充分体现了新课程理念，发挥了学生的主体地位
本节教学落实了新课程标准倡导的“提高生物科学素养，面向全体学生，倡导探究性学习，注重与现实生活的联系。”的课程理念。充分发挥了以学生为主体，以教师为主导的作用。在课堂上学生能在老师的引导下亲历思考，自主探究、科学的提出问题，作出假设，设计实验、演示实验等，激发了他们探究实验的兴趣，并领悟了探究实验的方法、步骤，提高了分析问题和解决问题的能力，培养了学生的探究实验的能力，收到了很好的教学效果。
4.2 课前准备要充分，课上时间安排要合理
课前要布置学生预习，教师要准备好实验的材料及用具，要先配制好酵母菌培养液、澄清的石灰水及溶有重铬酸钾的浓硫酸溶液。《探究酵母菌细胞呼吸的方式》是教学的难点，教学内容较多，时间比较紧，再探究的时间少，注意控制教学进程及时间的安排。
4.3 要想取得实验成功，还要注意以下事项
(1)实验装置的改进：有氧条件下酵母菌细胞的呼吸改为用装有MnO2的锥形瓶，上面用装用过氧化氢分液漏斗连接制造O2，来替换装有质量分数为10%的NaOH溶液锥形瓶，避免用人工打气50min,也不用放到25～30℃的环境中培养8～10h.既节约时间又能保证有氧条件，防止无关变量的影响，效果很好。无氧呼吸装置中可将装有酵母菌培养液的B瓶中加一层油膜或石蜡膜。
(2)实验前必须进行装置的气密性检验，部分学生探究失败的原因就是装置的气密性不严，导致细胞呼吸产生的CO2不能全部通入澄清的石灰水中。
(3)不同的酵母菌材料其活性不一样，使用激活性酵母菌效果好。
(4)配制葡萄糖溶液要用40℃左右的温水，由于冬天气温较低，这样做能够缩短实验时间，在3分钟左右即可有明显的实验现象发生，否则反应缓慢，产生二氧化碳气体少。