陜西省石泉縣高中生物 第四章 細胞的物質(zhì)輸入和輸出 4.3 細胞呼吸教案 新人教版必修1.doc

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細胞呼吸 課標依據(jù) 模塊選取了細胞生物學方面的最基本的知識，是學習其他模塊的基礎。它還反映了細胞生物學研究的新進展及相關的實際應用。通過本模塊的學習，學生將在微觀層面上，更深入地理解生命的本質(zhì)。了解生命的物質(zhì)性和生物界的統(tǒng)一性，細胞生活中物質(zhì)、能量和信息變化的統(tǒng)一，細胞結(jié)構(gòu)與功能的統(tǒng)一，生物體部分和整體的統(tǒng)一等，有助于辯證唯物主義自然觀的形成。學習細胞的發(fā)現(xiàn)、細胞學說的建立和發(fā)展等內(nèi)容，有助于學生對科學過程和本質(zhì)的理解。 教師在教學中要組織好各種觀察、實驗等探究性學習活動，幫助學生增加感性認識，克服對微觀結(jié)構(gòu)認識的困難，使學生領悟科學研究的方法并習得相關的操作技能。結(jié)合生物個體水平的知識、化學和物理學知識以及學生的生活經(jīng)驗，突破學習難點。鼓勵學生搜集有關細胞研究和應用方面的信息，進行交流，以豐富相關知識，加深對科學、技術、社會相互關系的認識。 教材分析 本節(jié)課介紹了細胞呼吸的兩種方式，有氧呼吸和無氧呼吸，以及一個探究實驗，酵母菌的呼吸方式，還有細胞呼吸的實際運用。這是對于上節(jié)課講過的直接能源物質(zhì)ATP的來源補充，也是高考的重點內(nèi)容。 學情分析 本節(jié)課需要學生掌握多個有機化學方程式，包括方程式的配平，高一學生還沒有學習過有機化學，對于他們來說，記憶很困難。 三維目標 知識與能力 1.說出線粒體的結(jié)構(gòu)和功能。 2.說明有氧呼吸和無氧呼吸的異同。 過程與方法 1.說明細胞呼吸的原理，并探討其在生產(chǎn)和生活中的應用。 2.進行酵母菌細胞呼吸方式的探究。 情感態(tài)度與價值觀 了解呼吸方式對于現(xiàn)實生活的影響，培養(yǎng)學生在現(xiàn)實生活中積極思維。 教學重難點 教學重點 有氧呼吸的過程及原理。 教學難點 （1）細胞呼吸的原理和本質(zhì)。 （2）探究酵母菌細胞的呼吸方式。 教法 與 學法 多媒體課件，學生自主討論。 教學資源 教 學 活 動 設 計 師生活動 設計意圖 批注 第一課時 新課導入 回顧ATP的生理功能，糖類、脂肪被細胞分解后把能量儲存在ATP的高能磷酸鍵中。提出問題：有機物進入細胞后以什么方式分解的呢？在體外，有機物與氧氣發(fā)生燃燒反應，放出大量能量。而生物學家發(fā)現(xiàn)，有機物在細胞內(nèi)也是通過復雜的氧化反映產(chǎn)生能量的。 問題探討 1.兩者的共同點是：都是物質(zhì)的氧化分解過程；都能產(chǎn)生二氧化碳等產(chǎn)物，并且都釋放出能量。 2.不能。否則，組成細胞的化合物會迅速而徹底地氧化分解，能量會迅速地全部釋放出來，細胞的基本結(jié)構(gòu)也就會遭到徹底的破壞。 3.在無氧條件下，細胞能夠通過無氧呼吸來釋放能量。但是，無氧呼吸比有氧呼吸釋放的能量要少許多。 引出細胞呼吸的概念 有機物在細胞內(nèi)經(jīng)過一系列的氧化分解，生成二氧化碳或其他產(chǎn)物，釋放出能量并生成ATP的過程 探究酵母菌細胞呼吸的方式 （問題如：為什么選用酵母菌作為實驗材料，而不選用小白鼠等；NaOH溶液的作用是什么） 總結(jié)出結(jié)論：細胞呼吸分為有氧呼吸和無氧呼吸。引導學生說出酵母菌的有氧呼吸產(chǎn)生CO2；無氧呼吸產(chǎn)生酒精和CO2 酵母菌是一種單細胞真菌，在有氧無氧條件下都能生存，屬于兼性厭氧菌，因此便于用來研究細胞的不同呼吸方式。比如平時我們吃的饅頭、面包之所以松軟多孔，就是因為在和面時加入了酵母菌，經(jīng)發(fā)酵產(chǎn)生的氣體遇熱膨脹所致。 有氧呼吸 于絕大多數(shù)生物來說，有氧呼吸是細胞呼吸的主要形式，這一過程必須有氧的參與。有氧呼吸的主要場所是線粒體。 1.復習線粒體的結(jié)構(gòu) 師：線粒體有哪些結(jié)構(gòu)與呼吸作用相適應？ 生：線粒體具有內(nèi)、外兩層膜，內(nèi)膜的某些部位向線粒體的內(nèi)腔折疊形成嵴，嵴使內(nèi)膜的表面積大大增加。嵴的周圍充滿了液態(tài)的基質(zhì)。線粒體的內(nèi)膜和基質(zhì)中含有許多種與有氧呼吸有關的酶。 2.有氧呼吸的過程 （１）教師：引導學生，回顧初中學過的有關呼吸的知識，在討論中板書有氧呼吸的反應式。即 C6H12Ｏ6＋Ｏ2CO2＋H2Ｏ＋能量 教師：呼吸作用是怎樣進行的呢? 學生：閱讀課本P93～P94相關內(nèi)容。 教師：有氧呼吸的全過程十分復雜，可以概括地分為三個階段，每個階段的反應都有相應的酶催化。 關于呼吸作用過程的教學，可對照圖（圖5－9）講解，在講解中講清以下幾點： ①首先應指出，下面以葡萄糖為例講述呼吸作用過程。其他有機物也可以通過呼吸作用氧化分解。 階段 物質(zhì)變化 場所 第一階段 1分子葡萄糖分解為2分子丙酮酸 產(chǎn)生少量[H]，釋放少量能量 細胞質(zhì)基質(zhì) 第二階段 丙酮酸和水徹底分解成CO2和[H]釋放少量能量 線粒體基質(zhì) 第三階段 [H]與O2結(jié)合成水，釋放大量能量 線粒體內(nèi)膜 （2）在整理出三個階段后，根據(jù)學生狀況，進一步分析以下幾點： ①引導學生，將呼吸作用的反應式配平 即C6H12Ｏ6＋6O26CO2＋6H2Ｏ＋能量 配平過程中，提問，呼吸作用產(chǎn)生的H2O中的O，來自哪種原料?（學生回答出：來自O2），接著提出，消耗6分子的O2應該產(chǎn)生12個分子的H2O，可是，如果形成12分子的H2O，又需要24個H，一分子的C6H12Ｏ6，只有12個H，差12個H來自哪里?最后指出，呼吸作用還消耗水。因而呼吸作用的反應式應改為： C6H12Ｏ6＋6Ｏ2＋6H2O6CO2＋12H 2Ｏ＋能量才能反映其本質(zhì)。解決了這一環(huán)節(jié)，其他物質(zhì)的來龍去脈就可迅速解釋清楚。 ②分析呼吸作用過程中的能量問題。 學生：閱讀課本P94小字。 教師：1 mol的葡萄糖徹底氧化分解成二氧化碳和水，釋放出2 870 kJ的能量，其中1 161 kJ左右的能量被ADP捕獲，儲存在ATP中（約38 mol的ATP）?？梢?，呼吸過程中釋放的能量，只有40％儲存在ATP中，用于推動其他生命活動。其余以熱的形式散失了。因此，在有些情況下，如新鮮蔬菜、糧食等保存，通過控制呼吸速率，可減少有機物的消耗。 （3）線粒體是呼吸作用的主要場所。 教師：為什么說線粒體是呼吸作用的主要場所？ 學生：呼吸作用的三個階段，后兩個階段都是在線粒體中進行的。另外，從能量角度看，在細胞質(zhì)的基質(zhì)中進行的第一步產(chǎn)生4 mol的ATP，其余34 mol的ATP是在線粒體中產(chǎn)生的。因此，線粒體是呼吸作用的主要場所。 大部分以熱能的形式散失（恒溫動物，用來維持體溫） 能量變化： （2870 kJ/mol） 小部分轉(zhuǎn)移到ATP中（穩(wěn)定的化學能 活躍的化學能）(1161 kJ/mol 40.5%) 播放多媒體課件觀看有氧呼吸全過程 3.歸納有氧呼吸概念 教師：請同學們歸納有氧呼吸的概念。 學生：有氧呼吸是指細胞在氧的參與下，通過多種酶的催化作用，把葡萄糖等有機物徹底氧化分解，產(chǎn)生二氧化碳和水，釋放能量，生成許多ATP的過程。 第二課時 無氧呼吸 教師：除前節(jié)課我們探究過的酵母菌以外，還有許多細胞在缺氧條件下也可以進行無氧呼吸，無氧呼吸的過程又是怎樣的呢？ 學生：閱讀課本P94～P95相關內(nèi)容。 教師：無氧呼吸的第一階段與有氧呼吸的第一階段是否相同？ 學生：無氧呼吸的第一階段與有氧呼吸的第一階段是相同的。 教師：接下來兩者有何不同？ 學生：在有氧的情況下，丙酮酸進入線粒體繼續(xù)氧化分解，脫下的氫與氧氣結(jié)合而消耗，即進行有氧呼吸；在無氧情況下，則在細胞質(zhì)的基質(zhì)中，在酶的作用下，利用第一階段脫下的氫，把丙酮酸還原成酒精或乳酸。因此，兩種呼吸作用是在丙酮酸后分道揚鑣的。 教師：請學生寫出有關化學方程式： C6H12O62C3H6O3（乳酸）＋少量能量 C6H12Ｏ62C2H5OH（酒精）＋2CO2＋少量能量 教師：兩種呼吸作用，有何共同點？ 學生：兩種呼吸作用，不僅在過程上有共同點，而且都具有分解有機物，釋放能量，產(chǎn)生ATP的本質(zhì)。 教師：兩種呼吸作用，放出的能量有何不同？為什么？ 學生：無氧呼吸，由于沒有徹底分解有機物，所以釋放的能量少，合成ATP少。因此，利用有機物分解獲得ATP的效率低。 教師：無氧呼吸是否有害？ 學生：由于無氧呼吸產(chǎn)生的小分子有機物，如酒精和乳酸，在細胞中大量積累，對細胞有毒害。因此大多數(shù)生物不能長時間用無氧呼吸維持生命，澇田時應及時排水就是這個道理。 教師：無氧呼吸是否有利？ 學生：生物體或部分器官組織在缺氧條件下，作為有氧呼吸的補充，是生物的適應性的表現(xiàn)（舉例）。 教師：在遠古時期，地球的大氣中沒有氧氣，那時微生物的呼吸是無氧呼吸。隨著大氣中出現(xiàn)了氧氣，細胞內(nèi)出現(xiàn)了有氧呼吸的酶類，在無氧呼吸的基礎上發(fā)展出有氧呼吸。由于有氧呼吸比無氧呼吸優(yōu)越，有氧呼吸逐漸成為絕大多數(shù)生物的主要呼吸形式，但還保留無氧呼吸的能力，使生物體或部分器官組織在缺氧條件下，作為有氧呼吸的補充，是生物的適應性的表現(xiàn)（舉例）。 有些微生物，至今仍只在無氧的條件下生活。人類在生活和生產(chǎn)中，對其有很多利用 （舉例）。 播放多媒體課件觀看無氧呼吸全過程。 階段 變化 場所 第一階段 1分子葡萄糖分解為2分子丙酮酸 產(chǎn)生少量[H]，釋放少量能量 細胞質(zhì)基質(zhì) 第二階段 丙酮酸在不同酶的催化下，分解成酒精和二氧化碳，或者轉(zhuǎn)化成乳酸 細胞質(zhì)基質(zhì) 酶 C6H12O6 2C3H6O3(乳酸)+少量能量 （馬鈴薯塊莖，肌細胞，玉米胚，甜菜塊根，乳酸菌） 酶 C6H12O6 2C2H5OH+2CO2+少量能量 （大部分高等植物，酵母菌） 能量變化：大部分以熱能的形式散失；小部分轉(zhuǎn)移到ATP中（196.65 61.08 31%） 注意：為什么無氧呼吸有兩種方式；為什么無氧呼吸釋放的能量少。 2.歸納無氧呼吸概念 教師：參照有氧呼吸的概念，用準確而精練的語言概括無氧呼吸的定義。 學生：一般是指細胞在無氧條件下,通過酶的催化作用，把葡萄糖等有機物分解為不徹底的氧化產(chǎn)物，同時釋放少量能量的過程。 3.發(fā)酵 無氧呼吸如果不用于高等動植物和人體，而用于微生物則叫做發(fā)酵。需要指出的是，工業(yè)上所說的發(fā)酵，并非完全是無氧的，如醋酸發(fā)酵就是需要氧的。 旁欄思考題 提示：一般來說，如果無氧呼吸產(chǎn)生的乳酸或酒精過多，會對細胞產(chǎn)生毒害。酵母菌在無氧以及其他條件適合的情況下，隨著發(fā)酵產(chǎn)物（如酒精）的增多，營養(yǎng)物質(zhì)的減少以及pH發(fā)生變化等的影響，它的繁殖速率逐漸下降，死亡率逐漸上升，酒精發(fā)酵最終就會停止。其他的例子如用乳酸桿菌使牛奶發(fā)酵形成酸牛奶，最終情況也是這樣。 影響有氧呼吸的因素及其在生產(chǎn)實踐中的應用 ．內(nèi)因—遺傳因素（決定呼吸酶的種類和數(shù)量） (1）不同的植物呼吸速率不同； (2)同一植物不同發(fā)育時期呼吸速率不同； (3)同一植物不同器官呼吸速率不同。 呼吸速率的比較：陽生植物大于陰生植物，幼苗期大于成熟期，生殖器官大于營養(yǎng)器官。 2．外因—環(huán)境因素 (1)溫度 在一定范圍內(nèi)，隨溫度升高呼吸速率逐漸加強，超過最適溫度，隨溫度升高，呼吸酶的活性逐漸減弱，呼吸速率逐漸下降，甚至完全停止。 應用：生產(chǎn)上常利用這一原理在低溫下儲存蔬菜、水果，在大棚蔬菜的栽培過程中夜間適當降溫，降低呼吸作用減少有機物的消耗，提高產(chǎn)量。 (2)氧氣的濃度 氧氣濃度：氧氣濃度為零時，無氧呼吸最強，有氧呼吸速率為零。隨氧氣濃度的增大，無氧呼吸逐漸被抑制，有氧呼吸不斷加強，當氧氣濃度達到一定值后，隨氧氣濃度增大，有氧呼吸不再加強（受呼吸酶數(shù)量的影響）。如圖所示。 應用：生產(chǎn)中常利用降低氧的含量能夠抑制呼吸作用減少有機物消耗這一原理來延長蔬菜、水果保鮮時間。 (3)二氧化碳的濃度 增加二氧化碳的濃度對細胞呼吸有明顯的抑制效應（從化學平衡的角度得到解釋）。在蔬菜水果保鮮中，增加二氧化碳的濃度也具有良好的保鮮效果。 應用：如在冬天，北方地區(qū)常用地窖來儲存大白菜，在冬季地窖里的溫度比外界要高一些，一般不會結(jié)冰；地窖的口基本是密封的，地窖中的大白菜進行細胞呼吸．消耗掉地窖中的大量氧氣，地窖中氧氣的含量下降，二氧化碳的含量上升，。這兩個因素都會使細胞呼吸速率下降，延長大白菜的保鮮時間。 (4）含水量 在一定范圍內(nèi)，細胞呼吸強度隨含水量的增加而加強，隨含水量的減少而減弱（即自由水含量增加時，代謝旺盛）。 應用：種子在貯藏時，必須降低含水量，使種子呈風于狀態(tài)（使細胞呼吸降至最低，以減少有機物的消耗）。如果種子中含水量過多，細胞呼吸加強，使種子堆溫度上升，反過來又進一步促進種子的呼吸。 （5）生產(chǎn)實踐中的其他應用 ①、合理灌溉、帶土移栽等都是為了保證細胞正常的呼吸。 中耕松土的好處：增加土壤中的氧氣含量，從而促進根細胞的呼吸，有利于根對礦物質(zhì)的吸收；促進硝化細菌的繁殖，使土壤中的NH4+轉(zhuǎn)變?yōu)镹O3-，提高土壤肥力。 ②在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，為了使有機物向著人們需要的器官積累，常把下部變黃的、已無光合能力、仍然消耗養(yǎng)分的枝葉去掉，使光合作用的產(chǎn)物更多地轉(zhuǎn)運到有經(jīng)濟價值的器官中去。 回顧舊知識，受教師的問題所引導，進入新課。 對實驗的設計、結(jié)果進行交流和表達，并回答老師和其他學生提出的問題 回答問題（線粒體） 觀察線粒體的結(jié)構(gòu)，并回答相關問題，并把多個問題的答案進行整合，得出線粒體適應有氧呼吸功能的結(jié)構(gòu)。 學生閱讀相關內(nèi)容，填寫表格，并進行分組討論后，分別講述有氧呼吸三個階段。 比較兩者的區(qū)別 分析有機物產(chǎn)生的熱能的生理意義。 當堂檢測 有效練習 1. 有氧呼吸分三個階段,三個階段的共同特點是都有能量的釋放,但釋放能量最多的是________;在線粒體中進行的是第________階段;第____階段需要O2,氧的作用是________;第____階段產(chǎn)生[H]最多；丙酮酸是第___階段的產(chǎn)物。 2. 現(xiàn)有甲酵母菌進行有氧呼吸,乙酵母菌進行發(fā)酵,若它們消耗等量的葡萄糖,則它們放出CO2 和吸收的O2之比是 ( ) A.3:1 B.1:2 C.4:3 D.2:3 3. 下列5支試管中分別含有不同化學物質(zhì)和活性酵母菌細胞制備物。在適宜溫度條件下，會產(chǎn)生CO2的試管有 （ ） ①葡萄糖+已破裂的細胞 ②葡萄糖+線粒體③丙酮酸+線粒體 ④葡萄糖+細胞質(zhì)基質(zhì)（隔絕空氣） ⑤丙酮酸+細胞質(zhì)基質(zhì)（隔絕空氣） A.①③④⑤ B.①②④⑤ C.①③④ D.②③④ 作業(yè)布置 課時作業(yè)12 板書設計 有氧呼吸 場所 物質(zhì)轉(zhuǎn)化 無氧呼吸 場所 物質(zhì)轉(zhuǎn)化 教學反思 第一課時 給第一個班上課時間，有些內(nèi)容講解的太快，學生沒有機會練習，而且還拖堂了，這嚴重說明了我教學內(nèi)容安排的太多了，什么都想給學生講，反而教學環(huán)節(jié)完成的不是很好。加入了學生自學的環(huán)節(jié)，并且在這個過程當中注意以討論環(huán)節(jié)來調(diào)動學生的積極性，上課的過程中也適當?shù)膶⒁恍W生感興趣的事情來吸引學生的注意力。 第二課時 課堂讓學生各抒己見，激素間的相互作用時學生積極主動地交流和匯報，充分發(fā)揮了學生的主體作用。這節(jié)課的內(nèi)容重在分析和聯(lián)系，因此，在教學過程中教師應盡量引導學生進行思考，通過學生的歸納總結(jié)得出的內(nèi)容來帶出新的概念，我發(fā)現(xiàn)學生不會應用導學案進行更多的學習和總結(jié)。 備注