人教版（2019）生物必修1 5.3 细胞呼吸的原理和应用 教学设计（2课时）

5.3 细胞呼吸的原理和应用
一、教材分析
“细胞呼吸”是新人教版高中课程标准实验教科书《生物1?分子与细胞》第五章第三节的内容。教材在这节内容的编排上改变了以往直接传授理论知识的做法，而设计在此之前进行探究实验。
引导学生主动参与探究过程，使学生领悟科学研究的方法并习得相关的操作技能，培养学生的科学探究能力与创造性思维能力。
细胞呼吸是细胞内重要的代谢活动。它是发生在细胞内的极其微观的一系列化学反应过程，很难通过非常直观的形式让学生感知，所以一直是教学上的难点。现在通过对酵母菌细胞呼吸方式的探究让学生亲身感受有氧和无氧条件下的细胞呼吸，并从中获得直接经验，不仅在于发展探究能力，而且可以为学生学习“细胞呼吸的过程”作好铺垫。
通过酵母菌细胞呼吸方式的探究，学生认识到有氧呼吸和无氧呼吸的条件及产物，为后面学习有氧呼吸和无氧呼吸的过程打下了基础。
本节从物质和能量变化的角度介绍了细胞呼吸，包括有氧呼吸、无氧呼吸的过程及呼吸原理的应用，为学生了解不同生物生命活动的过程奠定了基础。它与前面所学的线粒体的结构和功能、主动运输、新陈代谢与ATP、光合作用、植物对矿质离子的吸收等内容有密切的联系，同时可以为后面学习细胞的生长、增殖等其他生命活动及规律奠定基础。
二、教学目标
1、说出线粒体的结构和功能。
2、说明有氧呼吸和无氧呼吸的异同。
3、说明细胞呼吸的原理，并探讨其在生产和生活中的应用。
4、进行酵母菌细胞的呼吸方式的探究。
三、教学重点、难点及解决方法
1、教学重点及解决方法
教学重点：有氧呼吸的过程及原理
解决方法：通过课件或挂图阐明有氧呼吸的过程及原理
2、教学难点及解决方法
教学难点：⑴细胞呼吸的原理和本质 ⑵探究酵母菌细胞的呼吸方式
解决方法：精心组织相关实验，达到预期效果，实践出真知。
四、课时安排
2课时
五、教学方法
讲解、启发法
教具准备：多媒体或挂图
六、学生活动
1、指导学生阅读教材，找出需了解的知识点
2、通过探究，思考和讨论启发学生理解细胞呼吸的实质和过程等。
七、教学程序
第1课时
探究1.“问题探讨”：法国化学家拉瓦锡关于细胞呼吸的叙述，引导学生阅读材料并讨论（1）呼吸作用与物质燃烧有什么共同点？ （二者都是能量的释放过程）
一、细胞呼吸的概念
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，释放出能量并生成ATP的过程。
二、实验：探究酵母菌细胞呼吸的方式
1.材料：酵母菌细胞
原因：①单细胞真菌 ②它在有氧、无氧的条件下都能生存，属于兼性厌氧菌
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
（1）提出问题：酵母菌在不同条件下呼吸的产物是什么？释放的二氧化碳一样多吗？
（2）作出假设：
酵母菌在有氧和无氧条件下都进行细胞呼吸，在有氧条件下产生较多的CO2，在无氧条件下产生酒精和较少CO2。
（3）设计实验：
①实验原理：
有氧条件的控制：向盛有酵母细胞和葡萄糖溶液的锥形瓶不断通入空气
无氧条件的控制：密封盛有酵母菌和葡萄糖的锥形瓶
酒精的检测： 重铬酸钾（橙色）+ 酒精 → 灰绿色（酸性条件）
CO2的检测：CO2能使澄清的石灰水变浑浊、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石灰水的混浊程度或溴麝香草酚蓝水溶液变成黄色的时间长短来确定。
②实验过程：略
探究2.在有氧条件的装置中质量分数为10%的NaH溶液的作用是什么？在无氧条件当装置中，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，试分析其原因。
除去空气中的CO2，保证A瓶中检测到的CO2是由于酵母菌有氧呼吸产生的；
耗尽瓶内的氧气，以保证B瓶产生的CO2是无氧条件下产生的
③实验现象及分析
甲组（有氧条件） 乙组（无氧条件）
现象 澄清的石灰水 先变混浊且混浊度高 变混浊，但速度和程度都次于甲
滴加重铬酸钾的浓硫酸溶液 A号试管呈现橙色 B号试管呈现 灰绿色
原因分析 有氧条件下 释放的CO2多，无酒精产生 无氧条件下 释放的CO2较少，有酒精产生
（4）实验结论：①酵母菌有氧和无氧条件下都进行细胞呼吸
②有氧条件下，酵母菌通过细胞呼吸产生大量的CO2和水
③无氧条件下，酵母菌通过细胞呼吸产生酒精和少量CO2
三 课堂小结：
通过探究实验使我们知道酵母菌在有氧和无氧条件下都能进行细胞呼吸。在有氧条件下，产生大量的CO2和H2O，在无氧条件下，产生酒精和少量的CO2
四 板书设计
第3节 ATP的主要来源——细胞呼吸
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
实验原理：
酒精的检测：重铬酸钾（橙色）+酒精→灰绿色（酸性条件）
CO2的检测：CO2能使澄清的石灰水变浑浊、CO2能使溴麝香草酚蓝溶液由蓝→绿→黄；CO2产生量的多少根据石灰水的混浊度或溴麝香草酚蓝水溶液变成黄色的时间长短来确定。
3.细胞呼吸的类型
五 布置作业
写好实验报告
第2课时
引言：通过酵母菌的探索活动，同学们发现了酵母细胞可以利用环境中的C6H1206进行生命活动，且这个过程在有氧气和无氧气的环境中都能完成。
细胞呼吸的实质是，有机物的氧化分解，能量的释放和利用。细胞呼吸是一个由多种酶参与催化，多步骤的过程。细胞呼吸通常在有氧的情况下进行，但是某些细胞也在无氧的环境下进行呼吸，有氧呼吸是主要形式。
一、有氧呼吸
有氧呼吸是细胞中进行的分解有机物释放能量的重要生命过程。它的总化学反应式：
C6H12O6＋6O26CO2＋6H2O＋能量
有氧呼吸可以分为三个阶段进行。
第一阶段：葡萄糖的降解阶段。
a. 发生部位：细胞质基质。
b. 过程：在酶催化下葡萄糖分解为丙酮酸。
c. 产物：丙酮酸、少量H]和少量ATP。
第二阶段：丙酮酸分解阶段。
a. 发生部位：细胞线粒体的基质内。
b. 过程：在酶的催化下，丙酮酸和水彻底分解成二氧化碳和H]。
c. 产物：二氧化碳、H]、少量ATP。
第三阶段：H]和氧结合生成水，释放大量能量的阶段。
a. 发生部位：细胞线粒体内膜上。
b. 过程：在酶的催化下，前两阶段释放的H]和氧结合形成水，并释放出大量能量，形成大量ATP。
c. 产物：水和ATP。
此处一定要学生理解有氧呼吸的中间产过程和产物，有条件的学校可以根据学生理解和接受能力的情况，将有氧呼吸的主要过程（三羧酸循环）较详细地介绍给学生，便于学生理解。
二、无氧呼吸
无氧呼吸是指细胞可以在无氧的条件下，将有机物分解为不彻底的氧化产物，并释放出少量能量的过程。它的总反应是：
C6H12O6 2CO2＋2C2H5OH（酒精）＋少量能量
C6H12O6 2C3H6O3（乳酸）＋少量能量
通常无氧呼吸分为两个阶段。
第一阶段：葡萄糖降解阶段。
a. 发生部位：细胞质基质中。
b. 过程：与有氧呼吸相同。
c. 产物：丙酮酸、少量ATP。
第二阶段：丙酮酸继续分解阶段。
a. 发生部位：细胞质基质。
b. 过程：在不同酶的催化下，丙酮酸继续分解产生酒精和二氧化碳或乳酸，并释放出少量能量。
c. 产物：酒精和二氧化碳或乳酸，少量能量。
最常见的无氧呼吸发生在微生物身上，常常称为“发酵”，如酒精发酵和乳酸发酵。人和高等动物细胞内也有类似乳酸发酵的过程。
人在剧烈运动时，或从平原进入高原时，身体的局部组织缺氧，产生的丙酮酸不能及时进入线粒体进行有氧氧化，于是丙酮酸可以通过乳酸发酵的途径进行无氧呼吸。无氧呼吸只能形成少量ATP，与有氧呼吸相比相差很大。
有条件的学校，老师可以进一步分析无氧呼吸产生的乳酸的去路，以便加深学生对这一过程的理解。例如，无氧呼吸产生的乳酸最终可以进入肝脏，在那里形成丙酮酸再次进入线粒体参与有氧氧化；同时产生的乳酸进入血液中还可以进一步刺激呼吸，加快氧气的供应等。
三、有氧呼吸和无氧呼吸的异同。
有氧呼吸
无氧呼吸
呼吸场所
是否需O2
分解产物
释放能量
联系
四、细胞呼吸原理的应用。对照书P95——96实例引导学生讨论并提出自己的观点。
1.用透气纱布或“创口贴”包扎伤口：增加通气量，抑制破伤风杆菌的无氧呼吸
2.酿酒时 早期通气：促进酵母菌的有氧呼吸，利于菌种繁殖
后期密封：促进酵母菌的无氧呼吸，利于产生酒精
3.食醋、味精制作：向发酵罐中通入无菌空气，促进醋酸杆菌、谷氨酸棒状杆菌进行有氧呼吸
①促进作物根细胞呼吸作用，有利于主动运输，为矿质元素吸收提供能量
4.中耕松土 ②促进土壤中硝化细菌的硝化作用，有利于NH3→NO3-，从而提高土壤肥力
③抑制反硝化细菌的反硝化作用，防止NO3-→N2，导致土壤氮元素流失
5.稻田定期排水：促进水稻根细胞的有氧呼吸
陆生植物长期水淹会烂根的原因：根细胞在缺氧条件下无氧呼吸产生酒精有毒害作用
6.提倡慢跑：促进肌细胞有氧呼吸，防止无氧呼吸产生乳酸使肌肉酸胀
（100m跑：磷酸肌酸供能；400m跑：无氧呼吸供能；马拉松跑：有氧呼吸供能）
7.蔬菜、水果保鲜的条件：低温、低氧、高CO2浓度、适当的湿度
（抑制细胞呼吸，减少有机物消耗）
粮食种子的贮藏条件： 低温、低氧、高CO2浓度、干燥
（降低呼吸作用，减少有机物消耗）
五、影响呼吸速率的外界因素：
1.温度
温度影响呼吸作用，主要是通过影响呼吸酶的活性来实现的。温度过低或过高都会影响细胞正常的呼吸作用。在一定温度范围内，温度越低，细胞呼吸越弱；温度越高，细胞呼吸越强。
2.氧气
氧气充足，则无氧呼吸将受抑制；氧气不足，则有氧呼吸将会减弱或受抑制。土壤中空气的多少影响根系的吸收，若进行无氧呼吸，产生过多酒精，还可能导致根部细胞坏死。
3.CO2：CO2是呼吸作用的产物，对细胞呼吸有抑制作用。
4.水分：在一定范围内，呼吸速率随含水量的增加而加快，随含水量的减少而减慢。
六、总结。
重点小结有氧呼吸和无氧呼吸的过程。
七、布置作业。
P96练习
八、板书设计。
（一）有氧呼吸
1、概念
2、过程
⑴C6H12O62C3H4O3＋4H]＋能量 （细胞质的基质）
⑵2C3H4O3＋6H2O6CO2＋20H]＋能量 （线粒体）
⑶6CO2＋24H] 12H2O＋能量 （线粒体）
总反应式：C6H12O6＋6O26CO2＋6H2O＋能量
（二）无氧呼吸
1、概念
2、过程
⑴与有氧呼吸完全相同。
⑵生成乳酸或酒精和CO2。
总反应式：C6H12O62C3H6O3＋能量
C6H12O62C2H5OH＋2CO2＋能量
3、发酵
（三）有氧呼吸与无氧呼吸的异同。
有氧呼吸
无氧呼吸
呼吸场所
是否需O2
分解产物
释放能量
联系
（四）细胞呼吸原理的应用。
（五）细胞呼吸的影响因素。
八、课后反思
通过对酵母菌细胞呼吸方式的探究让学生亲身感受有氧和无氧条件下的细胞呼吸，从物质和能量变化的角度理解细胞呼吸，包括有氧呼吸、无氧呼吸，同时掌握呼吸作用的过程及原理，以及在生活中的应用，这样达到调动学生自主学习的积极性。