人教课标实验版-分子与细胞-细胞的能量供应和利用-第３节ＡＴＰ的主要来源－细胞呼吸微课

《ATP的主要来源——细胞呼吸》教学设计一、教学目标的确定课程标准的具体内容标准中，与本节有关的表述是：“说明细胞呼吸，探讨其原理的应用”；在相应的活动建议中，列入了“探究酵母菌的呼吸方式”。结合教材内容，可见本节内容在知识目标和能力目标上的要求是比较高的，知识方面要达到理解水平，能力方面要能够设计和实施探究酵母菌的呼吸方式的探究实验。二、教学设计思路对生物体的呼吸作用，学生并不陌生。通过初中阶段的学习，学生已经知道呼吸作用的本质是细胞内的有机物氧化分解释放能量。但是，有机物是怎样氧化分解并释放能量的？这一过程与有机物在生物体外的燃烧有什么不同（后者也是氧化分解并释放能量）？这一过程必须要有氧的参与吗？在无氧条件下能不能进行？这些问题学生并不清楚，可利用学生已有的知识和经验，创设新的问题情境，激发学生的探究欲望。然后让学生探究酵母菌的呼吸方式。以上内容可用1课时。第2课时主要进行知识性内容的教学。关于细胞呼吸的概念，应注意指出它与平常所说的“呼吸”不同，后者是指气体交换。关于有氧呼吸的过程，可以讲授法为主，适当采用直观教学手段，说明有氧呼吸三个阶段的发生部位、过程和产物，特别要对氧的作用和ATP的形成作重点讲解。关于无氧呼吸，可先让学生回忆自己所做酵母菌呼吸方式的探究，讨论无氧呼吸的条件和产物。再让学生回忆剧烈运动后肌肉酸痛的经历，引导他们尝试从细胞呼吸的角度分析原因，在此基础上教师指出无氧呼吸还可以生成乳酸。这样学生对无氧呼吸的原料和产物都比较清楚了，可出示无氧呼吸的总反应式。关于无氧呼吸两个阶段的发生部位、过程和产物，可以讲授法为主进行教学，特别要明确指出无氧呼吸是有机物不彻底的氧化分解、释放能量的效率低等特点。无氧呼吸的定义由学生自己总结，教师做补充。上述内容的教学完成之后，让学生联系实际分析细胞呼吸原理的应用。可先让学生阅读教材“资料分析”中所提供的资料，讨论这些事例中包含哪些有关细胞呼吸的原理，然后再展开联想，列举生产和生活中应用细胞呼吸原理的其他事例，并进行解释。这一部分内容的学习，既是知识的巩固和迁移的过程，又是体现科学、技术和社会相互关系，体现生物学知识的价值的过程。三、教学实施的程序教学内容我们知道，物质的燃烧需要氧气，发现这一现象的是法国化学家拉瓦锡。拉瓦锡还曾经把生物的呼吸作用比作碳和氢的缓慢燃烧过程。拉瓦锡的这一说法有道理吗？呼吸作用能够像燃料燃烧那样剧烈吗？葡萄糖是细胞中的主要能源物质，在前面的学习中我们已经认识到这一点，细胞的生命活动离不开能量，许多化学反应都需要耗能，葡萄糖作为主要能源物质是怎样被细胞利用的呢？如同我们生活的环境一样，细胞要生活在常温、常压下，这就意味着在细胞内葡萄糖不可能通过燃烧释放出能量。在细胞中应该有一个类似葡萄糖燃烧的过程，可以将葡萄糖分子中的能量释放出来，但又不伤及细胞。又由于生命过程是持续不断的，需要葡萄糖将储存的能量逐步地、缓慢地释放，随时地被细胞利用。科学家发现在细胞中的确存在这样的过程，这就是细胞的呼吸作用。“呼吸作用”与我们通常了解的“呼吸”是一回事吗？问问学生是否知道呼吸与呼吸作用的区别，是否将呼吸与呼吸作用相等同？（可以带学生回忆人体呼吸的过程，让学生比较呼吸与呼吸作用的不同。）其实“呼吸作用”并非我们学习过的“呼吸”，我们熟悉的“呼吸”指的是人和动物体与外界进行的气体交换过程。而“呼吸作用”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，因此也叫做“细胞呼吸”。正是因为所有生物的细胞都具备这一功能，才能保证所有生物正常的生命活动。“呼吸”与“呼吸作用”的现象和本质是有所区别的。首先通过酵母菌的探究活动，同学们发现了酵母细胞可以利用环境中的葡萄糖进行生命活动，而且这个过程在有氧气和无氧气的环境下都能完成，这说明气体的交换并非细胞呼吸的本质。细胞呼吸的实质是有机物的氧化分解，能量的释放和利用。有机物在体外燃烧时，其中储存的能量是一次性全部释放出来的，并且以光和热的形式表现出来。这就相当于放在高处的大石块，由于本身的重量和所在的高度具有了很大的势能。若石块从高处直接落下来，势能会迅速地转变成动能释放出来，产生强大的冲击力。而细胞的生命过程所需的能量需要不断地释放出来，需要随时补充给细胞。这就像放在高处的石块必须经过许多台阶缓缓滚动到最低层，将能量一点点释放出来一样，只有这样释放出来的能量才能被有效地、充分地利用。发生在细胞内的细胞呼吸无论是在有氧条件下还是在无氧条件下，其过程的进行均是如此。细胞呼吸是一个由多种酶参与催化，多步骤的过程。细胞呼吸通常是在有氧的情况下进行的，但是某些细胞也可以在无氧的环境下进行呼吸。在有氧条件下，细胞中的有机物会彻底氧化分解成为无机物，自然会放出全部的能量。无氧条件下，细胞中的有机物降解成为其他的有机物，释放出一部分能量。总之，通过有机物的氧化分解，释放能量，被细胞利用，生命过程得以正常进行。这便是细胞呼吸的实质所在。那么以上这样两个过程又是如何发生的呢？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。它的总化学反应式是：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。此处一定要让学生理解有氧呼吸的中间过程和中间产物，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。它的总反应式是：C6H12O6

6CO2+2C2H5OH（酒精）+少量能量C6H12O62C3H6O3（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。学习了细胞呼吸之后可以让学生自己设计一个比较表，比较有氧呼吸和无氧呼吸的异同，在这个过程中帮助学生梳理概念，理解细胞呼吸的原理。可以鼓励一部分学有余力的学生讨论ATP与细胞呼吸的关系，比如可以让这部分学生进一步了解ATP在能量储存和释放中扮演的角色；了解ATP与生命活动的密切关系；了解ATP与酶