資源簡介

第五章 細胞的能量供應和利用
第3節 細胞呼吸的原理和應用
一、教學目標的確定
根據普通高中生物學課程標準的內容要求，學生在學完本節課后，能“說明生物通過細胞明吸將儲存在有機分子中的能量轉化為生命動可以用的能量”。讓學生從物質和能量的視角分析呼吸作用的過程，既加深對細胞結構的理解，又對學生后續學習光合作用、生態系統中能量流動與物質循環等知識具有啟發作用。學生已經在初中階段對胞呼吸中分解有機物、釋放能量等知識有初步了解，但本節內容有一定抽象性且具體過程比較復條學生需要克服對微結構認識的困難，結合化學和物理學相關知識，完成各種觀察、實驗等探究性學習活動。結合課標要求、教材內容和學生情況，確定如下教學目標
1.通過設計和實施應用控制變量法探究母菌呼吸方式的實驗，總結細胞吸的類型
2.通過對有氧呼吸相關實驗的資料分析，明有氧呼吸過程中物質與能量的變化
3.通過表格歸納，厘清有氧呼吸與無氧呼吸過程的異同，歸細胞呼吸的概，說明細胞呼吸的意義。
4.關注細胞呼吸原理在生產生活實際中的應用。
二、教學設計思路
本節課的教學設計貫穿著物質與能量觀，從燃燒葡萄糖現象引入讓學生直感受劇烈的氧化分解中物質與能量的變化;學生探討母菌細胞呼吸的方式，認識到有氧呼吸和無氧呼吸的條件和產物，為有氧呼吸和無氧呼吸的學習打下基礎;通過資料分析，讓學生自主構建細胞吸的過程場所，物質變化與能量轉化:與燃燒迅速釋放能量進行比較，細胞呼吸逐釋放能量以產生多種代謝產物，讓學生從物質和能量的角度更好地理解細胞呼吸的過程與意義。針對本節課學生容易產生“呼吸作用就是分解有機物產生二氧化和水”“線粒體分解萄糖產生二氧化碳和水”“有氧呼吸與無氧呼吸的產物都不相同”等錯誤概念，鼓勵學生使用表格比較“who(反應物)、 where(場所)、how(過程)、what(產物)、why(意義)的方式，梳理概念各之間的內在聯系，加深對概念的理解。此外，胞呼吸與學生的目常生活聯系緊密，通過現象分析、遷移應用，探討細胞呼吸原理指導生產生活實際，培養學習興趣、科學思以及社會責任感
三、教學實施的程序
導入，展示生活中的食物圖片，提出問題:回顧舊知識
1:生物體生命活動的能源物質，主要能源物質是什么
2:生物體生命活動中最常利用的能源物質是什么
3:生物新陳代謝所需能量的直接來源是什么
大家知道，有機物在體外燃燒可以釋放出其中的能量。那么，有機物中的能量在體內怎樣才能釋放出來呢
(回答:有機物必需分解才能釋放其中的能量。)
如同我們生活的環境一樣，細胞要生活在常溫常壓下，這就意味著在細胞內葡萄糖不可能通過燃燒釋放出能量。在細胞中應該有一個類似葡萄糖燃燒的過程，可以將葡萄糖分子中的能量釋放出來，但又不傷及細胞。又由于生命活動是持續不斷的，需要葡萄糖將儲存的能量逐步地、緩慢地釋放，隨時被細胞利用。這就是細胞的呼吸作用。也叫做細胞呼吸
(一)細胞呼吸的概念
指有機物在細胞內經過一系列的氧化分解，生成二氧化碳或其他物，釋放出能量并生成ATP的過程
（二）細胞呼吸的類型
1.有氧呼吸
(1)主要場所:線粒體
(2)過程
請觀察，第一階段的變化
提問:這個階段的物質變化是什么 (回答:一分子的葡萄糖分解成兩分子的丙酮酸，在分解過程中產生少量的還原型[H]和少量ATP。)
提問:這個階段的能量變化是什么 (回答:釋放出少量的能量提問:這個階段在哪兒進行 (回答:細胞質基質。)
再觀察:第二階段的變化提問:這階段的物質變化是什么
(回答:丙酮酸在水的參與下，經過一系列的反應，徹底分解為二氧化碳和還原型氫，產生少量ATP。)
提問:這個階段的能量變化是什么 (回答:釋放出少量的能量。提問:這一步在細胞內的什么部位進行 (回答:線粒體基質中進行。)
再觀察:第三階段的變化
提問:這個階段的物質變化是什么 (回答:前兩個階段產生的氫經過一系列的反應，與氧結合形成水。)
提問:這個階段的能量變化是什么 (回答:釋放大量的能量。)提問:這個階段在細胞中的什么部位進行 (回答:在線粒體內膜中進行。)
根據有氧呼吸過程示意圖，請一位同學寫出有氧呼吸的總反應式
(學生完成反應式后提示學生:找出反應物產物、反應條件、能量總變化。)
請同學們討論后自己總結出有氧呼吸的概念。(提示學生:①條件:需氧參加，多種酶參與。②場所:主要在線粒體中進行。③物質變化:有機物徹底氧化分解成元機物。④能量變化:釋放大量能量。)
(回答:有氧呼吸是指細胞在氧的參與下，通過酶的催化作用，把糖類等有機物徹底氧化分解，產生出二氧化碳和水，同時釋放出大量能量的過程。)
小結:從物質變化角度來看，有氧呼吸是有機物在分解過程中產生二氧化碳和氫，氫與氧結合生成水，即有機物最終徹底氧化分解成二氧化碳和水,從能量變化角度來看，有氧呼吸是在有機物逐步分解中使貯存于有機物中的能量逐步轉移到ATP中，一部分能量則以熱能的形式散失。這一變化過程與有機物的體外燃燒是有區別的。在生物體內1mo1葡萄糖徹底氧化分解后，共釋放2870KJ的能量，其中有1161KJ左右的能量轉移到ATP中，其余的能量以熱能的形式散失
講述:生物進行呼吸作用的主要形式是有氧呼吸，如果在無氧或缺氧的條件下能不能進行呼吸作用呢 科學家通過研究發現，生物體內的細胞在無氧條件下能進行無氧呼吸。無氧呼吸在生物界中的存在也較為廣泛高等植物在水淹的情況下，可以進行短時間的無氧呼吸，將葡萄糖分解為酒精和二氧化碳，并且釋放出少量的能量。
提問:根據以上的例子，你能解釋蘋果儲藏久了為什么會有酒味嗎 (回答:蘋果在儲藏過程中進行無氧呼吸產生了酒精，所以聞起來有酒味。)
講述:一些植物無氧呼吸時可產生酒精，還有一些高等植物的某些器官如馬鈴薯塊莖、甜菜塊根等在進行無氧呼吸時可以產生乳酸。植物體內能進行無氧呼吸，動物體內是否也能進行無氧呼吸呢
可以，但是高等動物的無氧呼吸只能發生在局部或某些組織、器官因為，如果動物機體全身缺氧就會導致動物室息，甚至死亡。動物的無氧呼吸只是局部的暫時現象。比如:高等動物和人體在劇烈運動時，盡管呼吸運動和血液循環都大大加強了，但是仍然不能滿足骨骼肌對氧的需要，這時骨骼肌細胞內就會出現無氧呼吸。高等動物和人體的無氧呼吸會產生乳酸，使機體有酸脹的感覺。
有些細菌可以進行乳酸發酵。酸牛奶、泡菜及青貯飼料就是根據這個原理制做的。酵母菌在缺氧的條件下，可以將有機物分解成酒精和氧化碳。這在釀酒業有著廣泛的應用。
提問:這些生物進行無氧呼吸的實例，說明了生物與環境之間存在著什么關系
(回答:生物進行無氧呼吸，以適應缺氧的環境條件，體現生物對環境的適應性。)
提問:通過上述實例，你能說出無氧呼吸產物有哪些物質嗎 (回答:酒精和二氧化碳或乳酸。)
這些產物是如何產生的呢 我們繼續學習無氧呼吸的過程。講述:無氧呼吸的全過程，可以分為兩個階段。第一階段與有氧呼吸的第一階段完全相同。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，或者分解成乳酸。每個化學反應都是由不同的酶來催化的。請同學們根據無氧呼吸過程總結無氧呼吸反應式。(提問學生:找出反應物、產物、反應條件、能量變化。教師引導學生完善反應式。)
講述:無氧呼吸的兩個階段都是在細胞質基質中進行的。
學生討論:歸納無氧呼吸概念。從條件、物質變化和能量變化給學生以提示
(回答:無氧呼吸是指細胞在無氧條件下，通過酶的催化作用，把葡萄糖等有機物質分解成為不徹底的氧化產物，同時釋放出少量能量的過程。)
小結:
從物質變化角度看:有機物在無氧條件下被分解為不徹底的氧化產物。
從能量變化角度看:由于產物中還貯存著許多能量，所以釋放的能量少。如1mo1葡萄糖在分解成乳酸后，共放出196.65KJ的能量，其中有61.08KJ的能量儲存在ATP中，其余的能量都以熱能的形式散失了。與有氧呼吸相比，無氧呼吸釋放的能量要少得多。
提問:生物體處于長期缺氧的狀態能否生存 為什么
(回答:不能，因為生物體無氧呼吸比有氧呼吸釋放的能量少得多不足以維持生物體生命活動所需能量，所以，生物體長期處于缺氧狀態不能生存。)
講述:從生物進化的角度來看:在地球形成的初期，原始的大氣中沒有氧，那時的微生物適應在無氧的條件下生活，所以這些微生物體內缺乏氧化酶類，至今仍只能在無氧的條件下生活。隨著地球上綠色植物的出現，大氣中出現了氧，于是也出現了體內具有有氧呼吸酶系的好氧微生物。可見，有氧呼吸是在無氧呼吸的基礎上發展而成的。盡管現今生物體的呼吸形式主要是有氧呼吸，但仍保留有無氧呼吸的能力。生物體的無氧呼吸不但說明生物的適應性，也說明無氧呼吸是一種原始的呼吸類型。
提問:呼吸作用的實質是什么 (回答:分解有機物，釋放能量。)
(四)細胞呼吸的意義
提問:呼吸作用對生物體本身有什么意義
(回答:為生物體各項生命活動提供能量。為體內其他化合物的合成提供原料。)
講述:呼吸作用釋放出來的能量，只有儲存在ATP中，并且在酶的作用下，才能使ATP水解釋放出其中的能量，用于生物體的各項生命活動。如細胞分裂、植株生長、礦質元素的吸收、肌肉收縮、神經沖動的傳導等。在呼吸過程中所產生的一些中間產物，可以成為合成體內一些重要化合物的原料。如:葡萄糖分解時的中間產物丙酮酸是合成氨基酸的原料。

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