2019版 沪科教版 高中生物学 必修1 分子与细胞《第四章 细胞的生存需要营养物质和能量》大单元整体教学设计2020课标

版沪科教版高中生物学必修1分子与细胞《第四章细胞的生存需要营养物质和能量》大单元整体教学设计[2020课标]一、内容分析与整合二、《普通高中生物学课程标准（2017年版2020年修订）》分解三、学情分析四、大主题或大概念设计五、大单元目标叙写六、大单元教学重点七、大单元教学难点八、大单元整体教学思路九、学业评价十、大单元实施思路及教学结构图十一、大情境、大任务创设十二、单元学历案十三、学科实践与跨学科学习设计十四、大单元作业设计十五、“教-学-评”一致性课时设计十六、大单元教学反思一、内容分析与整合（一）教学内容分析《细胞的生存需要营养物质和能量》是2019版沪科教版高中生物学必修1《分子与细胞》第四章的教学内容。本章内容围绕细胞的生存需求，详细阐述了细胞如何获取营养物质、如何进行能量转换和利用，以及细胞如何通过物质交换和信息交流来维持其生命活动。本章内容涵盖了以下几个方面：质膜参与物质交换和信息交流：离子和小分子以穿膜运输方式进出细胞，包括被动运输（自由扩散和协助扩散）和主动运输。大分子以囊泡转运方式进出细胞，包括胞吞和胞吐。细胞通过质膜进行信息交流，包括细胞间的直接接触、信号分子的传递等。酶是细胞生化反应的催化剂：酶具有高效性和专一性等特点，能够显著加速生物化学反应的速率。绝大多数酶是蛋白质，少数酶是RNA。酶活性受到环境因素（如pH和温度）的影响。ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质：ATP是一种高能化合物，其结构特点使其易于水解并释放大量能量。ATP与ADP可以相互转化，形成细胞内能量的动态平衡。光能的捕获、转换和储存：光合作用的探究历程，包括光合作用的基本过程、光反应和暗反应。叶绿体从太阳光中捕获能量，并将其转换为化学能储存在有机物中。光合作用受环境因素影响，如光照强度、温度、二氧化碳浓度等。细胞能量的供应和利用：细胞呼吸包括有氧呼吸和无氧呼吸两种方式。有氧呼吸通过糖类的彻底氧化分解释放大量能量，无氧呼吸则产生较少的能量。细胞呼吸过程中，化学能被转化为细胞可以利用的能量（ATP）。（二）单元内容分析本单元内容结构清晰，逻辑严密，从细胞获取营养物质和能量的基本方式入手，逐步深入到细胞内部能量转换和利用的具体机制。各部分内容既相对独立，又相互关联，共同构成了细胞生存和生命活动的基础。质膜参与物质交换和信息交流：这部分内容主要介绍了细胞与外界环境进行物质交换和信息交流的方式。通过穿膜运输和囊泡转运，细胞能够获取所需的营养物质和排出代谢废物。细胞间的信息交流也是维持多细胞生物体正常生理功能的重要基础。酶是细胞生化反应的催化剂：酶作为生物体内的催化剂，在细胞代谢过程中起着至关重要的作用。通过加速化学反应的速率，酶使得细胞能够在短时间内完成大量的生化反应，从而维持其正常的生命活动。酶的高效性和专一性也为其在生物体内的广泛应用提供了可能。ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质：ATP作为细胞内的直接能源物质，其结构和功能特点使其成为细胞内能量转换和利用的关键分子。通过ATP与ADP的相互转化，细胞能够实现能量的储存和释放，从而满足各种生命活动的需求。光能的捕获、转换和储存：这部分内容主要介绍了植物细胞如何通过光合作用将光能转换为化学能并储存在有机物中。光合作用是地球上最重要的化学反应之一，它不仅为植物自身提供了生长和发育所需的能量和营养物质，也为整个生态系统的能量流动和物质循环提供了基础。细胞能量的供应和利用：细胞呼吸是细胞获取能量的主要方式之一。通过有氧呼吸和无氧呼吸两种方式，细胞能够将糖类等有机物彻底或不完全氧化分解，从而释放能量并生成ATP。这些能量随后被细胞用于各种生命活动，如物质合成、主动运输、肌肉收缩等。（三）单元内容整合本单元内容整合的关键在于将各部分内容有机地联系在一起，形成一个完整的知识体系。具体来说，可以从以下几个方面进行整合：物质交换与能量转换的关系：细胞通过质膜与外界环境进行物质交换，获取所需的营养物质和排出代谢废物。这些营养物质在细胞内通过酶催化的生化反应被转化为细胞能够直接利用的能量形式（ATP）。细胞内的能量转换过程也离不开物质交换的支持，如ATP与ADP的相互转化就需要依赖特定的酶和底物。信息交流与生命活动的调控：细胞间的信息交流是维持多细胞生物体正常生理功能的重要基础。通过信号分子的传递和接收，细胞能够感知外界环境的变化并作出相应的反应。这些反应往往涉及到细胞内能量代谢和物质合成的调整，从而实现对生命活动的精准调控。光合作用与细胞呼吸的互补性：光合作用和细胞呼吸是细胞内两个重要的能量转换过程。光合作用将光能转换为化学能并储存在有机物中，为细胞提供了生长和发育所需的能量和营养物质。而细胞呼吸则通过氧化分解有机物释放能量并生成ATP，为细胞的各种生命活动提供动力。这两个过程在细胞内相互补充、相互促进，共同维持着细胞的生存和生命活动。酶与ATP在细胞代谢中的作用：酶和ATP在细胞代谢过程中起着至关重要的作用。酶作为催化剂能够显著加速生物化学反应的速率，提高细胞代谢的效率。而ATP则作为细胞内的直接能源物质为各种生命活动提供动力。这两个因素相互关联、相互依存，共同构成了细胞代谢的基础。通过以上整合方式，可以将本单元内容有机地联系在一起，形成一个完整的知识体系。这有助于学生更好地理解细胞生存和生命活动的基本原理和机制。二、《普通高中生物学课程标准（2017年版2020年修订）》分解高中生物学学科核心素养是生物学课程育人价值的集中体现，是学生通过生物学课程学习而逐步形成的正确价值观、必备品格和关键能力。根据《普通高中生物学课程标准（2017年版2020年修订）》，高中生物学学科核心素养主要包括生命观念、科学思维、科学探究和社会责任四个方面。以下是对这四个方面的具体分解：（一）生命观念生命观念是指对观察到的生命现象及相互关系或特性进行解释后的抽象，是人们经过实证后的观点，是能够理解或解释生物学相关事件和现象的意识、观念和思想方法。在《细胞的生存需要营养物质和能量》这一单元中，生命观念主要体现在以下几个方面：结构与功能观：细胞作为生物体结构和生命活动的基本单位，其结构特点决定了其功能特性。例如，质膜的选择透过性使其能够控制物质进出细胞，维持细胞内环境的相对稳定；叶绿体的特殊结构使其能够捕获光能并进行光合作用等。物质与能量观：细胞内的生命活动离不开物质和能量的支持。通过物质交换和能量转换，细胞能够获取所需的营养物质和能量，维持其正常的生命活动。例如，细胞通过质膜进行物质交换获取营养物质和排出代谢废物；通过光合作用和细胞呼吸进行能量转换获取能量等。进化与适应观：细胞内的生命活动是在长期进化过程中逐渐形成的，具有高度的适应性和可塑性。例如，植物细胞通过光合作用适应光照环境获取能量；动物细胞通过细胞呼吸适应无氧环境获取能量等。稳态与平衡观：细胞内的生命活动需要维持在一个相对稳定的状态下才能正常进行。例如，细胞内环境的pH值、温度、渗透压等都需要维持在一定的范围内才能保证细胞的正常代谢和生命活动。在本单元的教学中，教师应引导学生通过观察、实验、探究等活动，深入理解细胞的结构和功能关系、物质和能量转换过程、进化和适应机制以及稳态和平衡原理等生命观念，帮助学生形成科学的自然观和世界观。（二）科学思维科学思维是指尊重事实和证据，崇尚严谨和务实的求知态度，运用科学的思维方法认识事物、解决实际问题的思维习惯和能力。在《细胞的生存需要营养物质和能量》这一单元中，科学思维主要体现在以下几个方面：归纳与概括：通过对细胞生存和生命活动相关现象的观察和分析，归纳出一般性的规律和原理。例如，通过观察不同物质进出细胞的方式和速率，归纳出细胞质膜的选择透过性特点；通过探究光合作用和细胞呼吸的过程和机制，概括出细胞内能量转换和利用的基本规律等。演绎与推理：根据已知的生物学原理和规律，推导出新的结论或预测新的现象。例如，根据酶的高效性和专一性特点，推导出酶在细胞代谢过程中的重要作用；根据光合作用和细胞呼吸的基本原理，预测不同环境条件下植物的生长状况和能量代谢情况等。模型与建模：通过构建数学模型、物理模型或概念模型等方式，对细胞生存和生命活动的相关现象和机制进行描述和解释。例如，通过构建渗透系统模型描述细胞通过质膜与外界环境进行物质交换的过程；通过构建光合作用和细胞呼吸的概念模型解释细胞内能量转换和利用的机制等。批判性思维：对已有的生物学理论和观点进行批判性分析和评价，提出自己的见解和看法。例如，对光合作用和细胞呼吸的机制和原理进行深入探讨和分析，提出可能的改进和完善方案；对细胞生存和生命活动的相关现象和机制进行质疑和反思，提出新的问题和研究方向等。在本单元的教学中，教师应注重培养学生的科学思维能力，引导学生运用归纳与概括、演绎与推理、模型与建模、批判性思维等方法认识事物、解决实际问题。通过设计探究性学习活动、组织小组讨论和交流等方式，激发学生的思维活力和创新精神，培养学生的科学素养和探究能力。（三）科学探究科学探究是指能够发现现实世界中的生物学问题，针对特定的生物学现象，进行观察、提问、实验设计、方案实施以及对结果的交流与讨论的能力。在《细胞的生存需要营养物质和能量》这一单元中，科学探究主要体现在以下几个方面：观察与提问：引导学生对细胞生存和生命活动的相关现象进行细致观察，并提出有针对性的问题。例如，观察不同物质进出细胞的现象并提出关于细胞质膜选择透过性的问题；观察光合作用和细胞呼吸的过程并提出关于细胞内能量转换和利用的问题等。实验设计与实施：指导学生根据提出的问题设计实验方案并进行实施。例如，设计实验探究不同环境条件下植物光合作用的速率和效率；设计实验探究酶活性受温度、pH等因素影响的规律和机制等。数据分析与处理：引导学生对实验数据进行收集、整理和分析，得出科学结论。例如，对光合作用实验数据进行处理和分析得出不同光照条件下植物光合作用的速率和效率；对酶活性实验数据进行处理和分析得出酶活性受温度、pH等因素影响的规律和机制等。交流与讨论：组织学生对实验结果进行交流和讨论，分享自己的见解和看法。通过小组讨论、班级汇报等方式促进学生之间的交流与合作，提高学生的表达能力和团队协作能力。在本单元的教学中，教师应注重培养学生的科学探究能力，引导学生通过观察、提问、实验设计、方案实施以及对结果的交流与讨论等方式发现现实世界中的生物学问题并寻求解决方案。通过设计探究性学习活动、提供必要的实验材料和设备等方式支持学生的探究活动，激发学生的探究兴趣和创新精神。（四）社会责任社会责任是指基于生物学的认识，参与个人与社会事务的讨论，作出理性解释和判断，解决生产生活问题的担当和能力。在《细胞的生存需要营养物质和能量》这一单元中，社会责任主要体现在以下几个方面：健康生活方式：引导学生认识到健康生活方式对维持细胞生存和生命活动的重要性。例如，通过讲解光合作用和细胞呼吸的原理和机制帮助学生理解食物中的营养物质如何被细胞吸收和利用；通过讲解酶在消化过程中的作用帮助学生理解饮食习惯对健康的影响等。环境保护意识：引导学生认识到环境保护对维持生态平衡和生物多样性的重要性。例如，通过讲解光合作用在生态系统中的重要作用帮助学生理解植物在维持生态平衡中的关键作用；通过讲解细胞呼吸过程中产生的废物对环境的影响帮助学生理解人类活动对环境的负面影响等。科学伦理观念：引导学生认识到科学伦理在生物学研究中的重要性。例如，在讲解酶的应用时介绍酶工程在医药、食品等领域的应用及其可能带来的伦理问题；在讲解光合作用的应用时介绍转基因作物在农业生产中的应用及其可能带来的生态风险等问题。社会议题参与：鼓励学生关注社会议题并参与相关讨论和决策过程。例如，组织学生参与关于转基因作物安全性的讨论活动；组织学生参与关于环境保护和可持续发展的公益活动等。在本单元的教学中，教师应注重培养学生的社会责任感，引导学生将所学的生物学知识应用于解决实际问题中。通过组织社会实践活动、开展科普宣传活动等方式提高学生的社会参与度和责任感，培养学生的公民意识和社会担当。教师还应注重培养学生的批判性思维和创新能力，引导学生对科学伦理和社会议题进行深入思考和理性判断。学情分析在高中生物学教学中，了解学生的学习背景、知识基础、认知能力和学习障碍对于设计有效的教学方案至关重要。以下是对2019版沪科教版高中生物学必修1《第四章细胞的生存需要营养物质和能量》的学情分析，涵盖已知内容分析、新知内容分析、学生学习能力分析以及学习障碍突破策略。（一）已知内容分析生物学基础知识：学生在初中阶段已经学习了生物学的基础知识，包括细胞的结构、生物体的基本组成元素、生物体内的物质和能量转换等。这些基础知识为学生进一步学习细胞如何获取和利用营养物质和能量提供了必要的背景。化学与物理知识：高中生物学的学习往往需要借助化学和物理学的知识。例如，学生在化学课上学习了物质的分子结构、化学键的形成与断裂、化学反应的类型等，这些知识对于理解酶的作用机制、ATP的结构与功能等至关重要。物理课上的热力学原理也有助于学生理解能量转换的过程。科学探究方法：通过初中阶段的科学学习，学生已经掌握了一些基本的科学探究方法，如观察、实验、测量、记录数据、分析结果等。这些技能为学生进行生物学实验和探究活动奠定了基础。信息技术应用：随着信息技术的普及，学生已经具备一定的信息素养，能够使用计算机和网络进行信息检索、数据处理和分析。这有助于学生在生物学学习中利用现代技术手段，提高学习效率。（二）新知内容分析质膜的物质交换与信息交流：学生将学习质膜如何作为细胞的边界，控制物质进出细胞，并通过信号分子实现细胞间的信息交流。这包括离子和小分子的穿膜运输（被动运输和主动运输）、大分子的囊泡转运以及细胞间的信号传导机制。酶的作用机制：学生将深入了解酶作为生物催化剂的高效性和专一性特点，以及酶如何受到环境因素（如pH和温度）的影响。学生还将学习酶在细胞代谢中的重要作用，以及如何通过实验探究酶的催化特性。ATP的结构与功能：学生将学习ATP作为细胞内的直接能源物质，如何通过ATP与ADP的相互转化，为细胞的各种生命活动提供能量。学生还将了解ATP在细胞内的合成途径和利用方式。光合作用与细胞呼吸：学生将详细学习光合作用的过程和机制，包括光能的捕获、转换和储存，以及光合作用的产物和影响因素。学生还将学习细胞呼吸的两种主要方式（有氧呼吸和无氧呼吸），以及细胞如何通过呼吸作用将有机物氧化分解，释放能量。细胞能量的供应和利用：学生将理解细胞如何通过光合作用和呼吸作用获取能量，并将这些能量转化为细胞可以利用的形式（如ATP）。学生还将学习细胞如何利用这些能量进行各种生命活动，如物质合成、细胞分裂、肌肉收缩等。（三）学生学习能力分析观察与分析能力：高中生已经具备较强的观察和分析能力，能够通过实验观察细胞的结构和功能，以及物质在细胞内的运输和转化过程。学生还能够运用所学知识对实验现象进行分析和解释。实验操作能力：通过初中阶段的科学学习，学生已经掌握了一些基本的实验操作技能，如使用显微镜观察细胞、使用试管进行化学反应等。这些技能为学生进行高中生物学实验提供了基础。逻辑思维与推理能力：高中生已经具备较强的逻辑思维和推理能力，能够运用所学知识进行问题分析和解决。例如，学生可以通过分析酶的结构和特性，推理出酶在细胞代谢中的作用机制。自主学习能力：随着信息技术的普及和教育理念的更新，高中生已经逐渐具备较强的自主学习能力。他们能够利用网络资源进行信息检索和学习，同时也能够根据自己的学习进度和需求进行自我调节和学习计划的制定。（四）学习障碍突破策略加强概念理解：针对学生在理解生物学概念时可能遇到的困难，教师可以通过讲解、示范、实验等多种方式，帮助学生加深对生物学概念的理解。例如，在讲解酶的作用机制时，教师可以通过实验演示酶如何催化化学反应，并引导学生观察和分析实验现象。提高实验操作技能：针对学生在实验操作过程中可能遇到的问题，教师可以通过演示、指导、练习等多种方式，提高学生的实验操作技能。例如，在进行显微镜观察实验时，教师可以先演示如何正确使用显微镜，并引导学生练习观察细胞的结构和功能。培养逻辑思维与推理能力：针对学生在逻辑思维和推理方面可能存在的不足，教师可以通过问题引导、案例分析、讨论交流等多种方式，培养学生的逻辑思维与推理能力。例如，在分析光合作用的过程和机制时，教师可以引导学生思考光能是如何被捕获、转换和储存的，并引导学生推理出光合作用的产物和影响因素。激发学习兴趣与动机：针对学生在学习兴趣和动机方面可能存在的问题，教师可以通过创设情境、引入实例、展示成果等多种方式，激发学生的学习兴趣和动机。例如，在讲解细胞呼吸的过程和机制时，教师可以引入人体运动、发酵酿酒等实例，引导学生思考细胞呼吸在日常生活中的应用和意义。提供个性化学习支持：针对不同学生的学习需求和水平差异，教师可以提供个性化的学习支持。例如，对于学习基础较弱的学生，教师可以提供额外的辅导和练习；对于学习兴趣浓厚的学生，教师可以引导他们进行更深入的探究和学习。教师还可以利用网络平台和资源，为学生提供更加便捷和个性化的学习支持。通过学情分析，教师可以更加全面地了解学生的学习背景、知识基础、认知能力和学习障碍，从而制定更加有效的教学方案。在教学过程中，教师可以采取多种策略和方法来帮助学生克服学习障碍、提高学习效果和兴趣。四、大主题或大概念设计本单元的大主题设计为“细胞的生命活动：物质、能量与信息的动态平衡”。围绕这一主题，通过深入研究细胞的生存需求，包括营养物质和能量的获取、转换与利用，以及细胞间的信息交流，旨在帮助学生理解细胞作为生命基本单位的复杂性和动态性。本单元将探讨以下几个大概念：细胞是生命活动的基本单位：细胞通过质膜进行物质交换和信息交流，维持其内部环境的稳定。细胞内的能量转换与利用：酶和ATP在细胞内能量转换和利用过程中起关键作用。光合作用与细胞呼吸：光合作用捕获光能并将其转换为化学能，而细胞呼吸则利用这些化学能驱动细胞的生命活动。细胞间的信息交流：细胞通过信号分子和受体进行信息交流，协调生命活动。五、大单元目标叙写高中生物学学科核心素养：（一）生命观念：学生能够理解细胞是生物体结构与功能的基本单位，认识到细胞通过物质交换、能量转换和信息交流维持其生命活动。学生能够阐述光合作用和细胞呼吸的基本原理，理解它们在生物界能量流动中的重要作用。学生能够运用结构与功能相适应的观念，解释细胞各组分在物质运输、能量转换和信息交流中的作用。（二）科学思维：学生能够基于生物学事实和证据，运用归纳与概括、演绎与推理等方法，分析细胞生命活动的规律和机制。学生能够通过模型与建模，理解细胞内物质运输、能量转换和信息交流的过程。学生能够批判性地分析科学实验数据，评价实验设计的合理性和结论的可靠性。（三）科学探究：学生能够针对细胞生命活动的具体问题，设计并实施探究实验方案，收集和分析实验数据，得出结论。学生能够运用科学探究的基本方法，如观察、测量、实验、记录等，探究细胞内的物质运输、能量转换和信息交流过程。学生能够在探究过程中，与他人合作，交流实验设计和结果，共同解决问题。（四）社会责任：学生能够基于生物学知识，关注生物技术的发展和应用对人类社会和环境的影响，形成科学的价值观和态度。学生能够参与有关生物科学的社会议题讨论，运用生物学原理和方法，提出解决实际问题的建议。学生能够形成健康文明的生活方式，远离不良生活习惯，如滥用药物等，保护自身健康。六、大单元教学重点细胞质膜的物质交换和信息交流功能：重点阐述离子和小分子通过穿膜运输方式进出细胞的过程和机制。详细介绍大分子通过囊泡转运方式进出细胞的过程和意义。分析细胞通过质膜进行信息交流的方式及其在生命活动中的作用。酶在细胞生化反应中的催化作用：阐述酶具有高效性和专一性等特点，理解酶在细胞生化反应中的关键作用。介绍绝大多数酶是蛋白质，理解酶的化学本质和催化机制。通过实验探究酶催化的高效性、专一性和环境因素对酶活性的影响。ATP在细胞生命活动中的能量转换作用：阐述ATP是一种高能化合物，理解其在细胞生命活动中的直接能源作用。详细介绍ATP与ADP的相互转化过程及其在能量供应中的意义。通过实验探究ATP在细胞生命活动中的应用和影响因素。光合作用和细胞呼吸的过程和机制：阐述光合作用的探究历程和叶绿体从太阳光中捕获能量的过程。介绍光能的转换和储存机制及其在生物界能量流动中的作用。分析光合作用受环境因素的影响及其调控机制。阐述细胞呼吸包括有氧呼吸和无氧呼吸的过程和机制。介绍化学能转化为细胞可以利用的能量的过程及其在生命活动中的作用。七、大单元教学难点细胞质膜的物质交换和信息交流机制的深入理解：学生需要理解离子和小分子通过穿膜运输方式进出细胞的具体过程和机制，这需要一定的生物化学知识和细胞生物学背景。大分子通过囊泡转运方式进出细胞的过程相对复杂，学生需要掌握囊泡的形成、转运和融合等过程。细胞通过质膜进行信息交流的方式涉及信号分子和受体的相互作用，学生需要理解信号转导的复杂过程。酶催化作用的高效性和专一性的实验探究：学生需要设计并实施实验方案，探究酶催化的高效性和专一性，这需要一定的实验技能和科学探究能力。环境因素对酶活性的影响涉及多种因素的综合作用，学生需要理解这些因素之间的相互作用和调控机制。ATP与ADP的相互转化过程及其在能量供应中的意义：学生需要理解ATP与ADP的相互转化过程及其在细胞生命活动中的能量供应作用，这需要一定的生物化学知识和能量代谢背景。ATP在细胞生命活动中的应用涉及多种生理过程，学生需要理解这些生理过程与ATP供应之间的关系。光合作用和细胞呼吸的过程和机制的深入理解：光合作用和细胞呼吸的过程相对复杂，涉及多种生物化学反应和调控机制，学生需要掌握这些反应和机制的基本原理。光合作用受环境因素的影响涉及多种因素的综合作用，学生需要理解这些因素对光合作用效率和产量的影响及其调控机制。细胞呼吸包括有氧呼吸和无氧呼吸两种过程，学生需要理解这两种过程的区别和联系及其在生命活动中的作用。八、大单元整体教学思路一、引言在《普通高中生物学课程标准（2017年版2020年修订）》的指导下，本单元《细胞的生存需要营养物质和能量》的教学旨在通过一系列的教学活动，引导学生深入理解细胞如何获取、转换和利用能量，以及细胞内外物质交换和信息交流的基本机制。本单元教学内容涵盖了质膜的物质交换功能、酶在细胞生化反应中的作用、ATP作为细胞直接能源物质的角色、光合作用的探究、光能的捕获与转换、细胞呼吸的类型与能量转换等多个方面。通过本单元的学习，学生将形成对细胞生存所需营养物质和能量过程的全面认识，进而提升生物学学科核心素养。二、教学目标设定（一）生命观念结构与功能观：学生能够理解细胞的结构（如质膜、细胞器）与其功能（如物质交换、能量转换）之间的密切关系。例如，通过构建渗透系统模型，理解质膜的选择透过性在物质交换中的作用；通过探究光合作用的过程，理解叶绿体结构与其捕获光能、转换并储存能量的功能之间的关系。物质与能量观：学生能够认识到细胞内的生命活动伴随着物质与能量的转化。例如，理解光合作用中光能转换为化学能储存在有机物中，以及细胞呼吸过程中有机物氧化分解释放能量的过程。稳态与平衡观：学生能够理解细胞通过内外物质交换和信息交流维持其内部环境的稳态。例如，理解细胞通过质膜上的离子通道和转运蛋白调节细胞内外离子浓度平衡，以及通过细胞呼吸和光合作用维持能量供应的平衡。进化与适应观：学生能够认识到细胞生存所需营养物质和能量的获取机制是生物进化的结果，是生物适应环境的重要体现。例如，理解光合作用作为植物细胞获取能量的主要方式，是植物适应陆地环境、进行自养生活的重要进化特征。（二）科学思维归纳与概括：学生能够基于生物学事实和证据，归纳概括出细胞生存所需营养物质和能量获取与利用的基本规律。例如，通过总结不同物质进出细胞的方式（被动运输、主动运输、胞吞胞吐），概括出细胞质膜在物质交换中的选择透过性特点。演绎与推理：学生能够运用科学原理和方法，对细胞生存过程中的物质与能量转化现象进行推理和预测。例如，根据酶的高效性和专一性特点，推理出酶在细胞生化反应中的催化作用，以及影响酶活性的因素（如pH、温度）如何影响细胞内的生化反应速率。模型与建模：学生能够通过构建模型来模拟和解释细胞生存过程中的物质与能量转化现象。例如，通过构建渗透系统模型，模拟细胞通过质膜与周围环境进行物质交换的过程；通过构建光合作用模型，模拟光能转换为化学能的过程。批判性思维：学生能够对生物学问题进行分析和评价，提出自己的见解和解决方案。例如，在分析光合作用受环境因素影响时，学生能够批判性地思考不同环境因素（如光照强度、二氧化碳浓度）对光合作用速率的影响，并提出提高农作物产量的合理建议。（三）科学探究问题发现：学生能够敏锐地发现与细胞生存所需营养物质和能量获取与利用相关的生物学问题。例如，在观察植物细胞质壁分离和复原现象时，学生能够发现问题并提出假设：为什么植物细胞在高浓度蔗糖溶液中会发生质壁分离？实验设计：学生能够根据科学原理和方法，设计并实施探究细胞生存过程中物质与能量转化现象的实验。例如，设计实验探究不同pH和温度条件下酶的活性变化，或者设计实验探究不同光照强度和二氧化碳浓度对光合作用速率的影响。数据收集与分析：学生能够准确收集实验数据，并运用科学方法对数据进行分析和处理。例如，通过数据采集器记录光合作用实验中的二氧化碳浓度变化曲线，并运用数据分析软件对曲线进行分析和解读。结果交流与讨论：学生能够以科学、准确的语言将实验结果进行交流和讨论，提出自己的见解和解决方案。例如，在小组汇报中分享自己设计的实验方案、实验过程和实验结果，并与同学们讨论实验中的问题和改进方案。（四）社会责任环保意识：学生能够认识到细胞生存所需营养物质和能量的获取与利用过程对环境的影响，树立环保意识。例如，在理解光合作用和细胞呼吸过程中，学生能够认识到植物通过光合作用吸收二氧化碳、释放氧气对维持大气中氧气和二氧化碳平衡的重要性；同时认识到人类活动对环境的影响（如温室气体排放）可能破坏这种平衡。健康生活方式：学生能够运用生物学知识指导自己的健康生活方式。例如，在理解细胞呼吸过程中能量释放与利用的机制后，学生能够认识到合理膳食、适量运动对维持身体健康的重要性；同时认识到不良生活习惯（如熬夜、暴饮暴食）可能对身体健康产生负面影响。社会议题参与：学生能够关注与细胞生存所需营养物质和能量获取与利用相关的社会议题，并运用生物学知识参与讨论和决策。例如，在理解光合作用受环境因素影响后，学生能够关注全球气候变化对农业生产的影响，并提出合理的应对措施和建议；同时能够参与讨论转基因作物的安全性问题，并运用生物学知识进行分析和评价。科学传播与普及：学生能够运用生物学知识向他人传播和普及科学知识，提高公众的科学素养。例如，在理解酶在细胞生化反应中的作用后，学生能够向家人和朋友介绍酶在日常生活中的应用（如加酶洗衣粉、消化酶补充剂等），并解释其科学原理和作用机制。三、教学内容与教学活动设计（一）课题研究——构建渗透系统模型教学内容：离子和小分子以穿膜运输方式进出细胞；大分子以囊泡转运方式进出细胞。教学活动设计：实验探究：指导学生利用卵壳膜、铁架台和杠杆等制作渗透装置，模拟细胞通过质膜与周围环境进行物质交换的过程。通过观察不同浓度蔗糖溶液中卵壳膜两侧液面的变化，理解渗透作用的原理和条件。模型构建：引导学生构建渗透系统模型，包括半透膜、溶液池和渗透压计等部分。通过模型构建过程，加深学生对渗透作用原理的理解，并训练学生的模型与建模能力。讨论与交流：组织学生讨论渗透作用在农业生产中的应用（如农作物施肥过量导致“烧苗”现象的原因及解决措施），以及渗透作用在医学领域的应用（如人工肾的工作原理）。通过讨论与交流活动，提高学生的批判性思维和问题解决能力。（二）第一节质膜参与物质交换和信息交流教学内容：离子和小分子以穿膜运输方式进出细胞；大分子以囊泡转运方式进出细胞；细胞通过质膜进行信息交流。教学活动设计：实验观察：指导学生使用显微镜观察植物细胞的质壁分离和复原现象，理解植物细胞通过质膜与周围环境进行物质交换的过程。同时观察不同植物细胞在相同条件下的质壁分离程度差异，探讨细胞液浓度对质壁分离现象的影响。案例分析：通过案例分析探讨大分子物质（如分泌蛋白）通过囊泡转运方式进出细胞的过程。引导学生分析分泌蛋白在细胞内合成、加工、转运和分泌的过程及其调控机制，加深对细胞内膜系统结构和功能的理解。小组讨论：组织学生小组讨论细胞通过质膜进行信息交流的方式及其生物学意义。引导学生分析激素、神经递质等信号分子在细胞间信息交流中的作用及其调控机制；同时探讨细胞间信息交流异常对生物体健康的影响（如自身免疫病的发生机制）。（三）第二节酶是细胞生化反应的催化剂教学内容：酶具有高效性和专一性等特点；绝大多数酶是蛋白质。教学活动设计：实验探究：指导学生设计并实施实验探究酶催化的高效性和专一性特点。例如通过比较过氧化氢酶与无机催化剂（如FeCl3）催化过氧化氢分解的速率差异来探究酶的高效性特点；通过探究不同pH和温度条件下酶活性的变化来探究酶的专一性特点及其对环境因素的敏感性。理论讲解：结合实验探究结果和生物学原理向学生讲解酶的结构与功能关系、酶的催化机制及其影响因素（如pH、温度、抑制剂等）。同时介绍酶在生物体内的广泛应用（如工业生产、医疗诊断等）及其对人类社会的贡献。案例分析：通过案例分析探讨酶在特定生理过程（如糖酵解、柠檬酸循环等）中的作用及其调控机制。引导学生分析酶如何参与细胞内的生化反应过程并维持其有序进行；同时探讨酶缺陷性疾病（如乳糖不耐受症）的发生机制及其治疗措施。（四）第三节ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质教学内容：ATP是一种高能化合物；ATP与ADP可以相互转化。教学活动设计：理论讲解：结合ATP的分子结构示意图向学生讲解ATP的高能磷酸键特点及其在细胞内的合成与分解过程（即ATP与ADP的相互转化）。同时介绍ATP在细胞内的分布、浓度及其调节机制对维持细胞生命活动的重要性。实验探究：指导学生设计并实施实验探究ATP在细胞内的合成与分解过程及其影响因素（如底物浓度、酶浓度等）。例如通过测定不同底物浓度下ATP的合成速率来探究底物浓度对ATP合成过程的影响；通过测定不同酶浓度下ATP的分解速率来探究酶浓度对ATP分解过程的影响。案例分析：通过案例分析探讨ATP在特定生理过程（如肌肉收缩、神经传导等）中的作用及其调控机制。引导学生分析ATP如何为肌肉收缩提供能量并维持其持续进行；同时探讨ATP在神经传导过程中的作用及其与神经递质释放的关系。（五）第四节光能的捕获、转换和储存教学内容：光合作用的探究历程；叶绿体从太阳光中捕获能量；光能的转换和储存；光合作用受环境因素影响。教学活动设计：历史回顾：通过历史回顾向学生介绍光合作用的探究历程及其重要发现（如普里斯特利的实验、萨克斯的实验等）。引导学生分析这些实验对理解光合作用过程的重要性及其科学意义。实验探究：指导学生设计并实施实验探究叶绿体从太阳光中捕获能量的过程及其影响因素（如光照强度、光照波长等）。例如通过测定不同光照强度下光合作用的速率来探究光照强度对光合作用过程的影响；通过测定不同光照波长下光合作用的速率来探究光照波长对光合作用过程的影响。模型构建：引导学生构建光合作用模型来模拟光能转换为化学能的过程。通过模型构建过程加深学生对光合作用原理的理解并训练其模型与建模能力。同时组织学生讨论光合作用模型在农业生产中的应用（如提高农作物产量的措施）及其科学意义。案例分析：通过案例分析探讨光合作用受环境因素影响的表现及其调控机制。引导学生分析不同环境因素（如温度、二氧化碳浓度等）对光合作用速率的影响及其调控机制；同时探讨如何利用这些影响因素来提高农作物的产量和质量。（六）第五节细胞能量的供应和利用教学内容：细胞呼吸包括有氧呼吸和无氧呼吸；化学能转化为细胞可以利用的能量。教学活动设计：理论讲解：结合有氧呼吸和无氧呼吸的过程示意图向学生讲解细胞呼吸的类型及其特点。同时介绍有氧呼吸和无氧呼吸在细胞内的分布、速率及其调节机制对维持细胞生命活动的重要性。实验探究：指导学生设计并实施实验探究有氧呼吸和无氧呼吸的过程及其产物（如二氧化碳、酒精等）。例如通过测定不同条件下酵母菌呼吸产生的二氧化碳和酒精的量来探究有氧呼吸和无氧呼吸的过程及其产物差异；通过测定不同条件下植物细胞呼吸产生的能量来探究细胞呼吸速率与能量供应的关系。小组讨论：组织学生小组讨论细胞呼吸在生物体内的应用及其生物学意义。引导学生分析细胞呼吸如何为生物体提供能量并维持其生命活动；同时探讨细胞呼吸异常对生物体健康的影响（如癌症的发生机制）及其治疗措施。案例分析：通过案例分析探讨细胞呼吸在特定生理过程（如肌肉运动、种子萌发等）中的作用及其调控机制。引导学生分析细胞呼吸如何为肌肉运动提供能量并维持其持续进行；同时探讨种子萌发过程中细胞呼吸速率的变化及其影响因素（如温度、湿度等）。四、教学评估与反馈在教学过程中，采用多种评估方式对学生的学习成果进行评估和反馈。包括课堂表现评估（如参与讨论、回答问题等）、实验报告评估（如实验设计、数据收集与分析等）、作业评估（如课后习题、案例分析等）以及单元测试评估（如选择题、填空题、简答题等）。通过这些评估方式，及时了解学生的学习情况和掌握程度，并根据评估结果调整教学策略和方法以提高教学效果。鼓励学生进行自我评价和同伴评价，培养他们的自我反思能力和批判性思维能力。通过自我评价和同伴评价活动，让学生更加深入地了解自己的学习情况并发现自身存在的问题和不足；同时通过与同学们的交流和讨论分享学习经验和解决问题的方法以提高自己的学习效率和质量。五、总结与展望通过本单元的教学实践，学生将形成对细胞生存所需营养物质和能量获取与利用过程的全面认识，并提升生物学学科核心素养。在未来的教学实践中，我们将继续深化对课程标准和教材内容的理解与研究，不断优化教学策略和方法以提高教学效果和质量。同时关注生物学领域的最新研究成果和发展动态，将新知识、新技术引入课堂以拓宽学生的视野和知识面。通过不断努力与创新，为学生的全面发展奠定坚实的生物学基础。九、学业评价一、教学目标设定根据《普通高中生物学课程标准（2017年版2020年修订）》的要求，结合2019版沪科教版高中生物学必修1《分子与细胞》第四章《细胞的生存需要营养物质和能量》的教学内容，设定以下教学目标：生命观念：学生能够理解细胞是生物体结构与生命活动的基本单位，形成结构与功能相适应的观念。学生能够认识到细胞通过质膜进行物质交换和信息交流的重要性，理解细胞内外环境的动态平衡。学生能够阐明光合作用和细胞呼吸过程中物质与能量的转换机制，形成物质与能量观。科学思维：学生能够基于生物学事实和证据，运用归纳与概括、演绎与推理等方法，探讨细胞生命活动的规律。学生能够运用模型与建模的方法，模拟细胞内外物质交换和信息交流的过程，加深对生物学概念的理解。学生能够批判性地分析科学实验数据，评价实验设计的合理性和实验结果的可信度。科学探究：学生能够针对细胞生命活动的特定问题，设计并实施探究实验方案，如实记录实验数据并进行分析。学生能够运用科学方法和技术手段，观察、测量和分析细胞内外物质交换和信息交流的现象。学生能够在小组合作中，积极参与探究过程，与他人交流实验设计和结果，共同解决问题。社会责任：学生能够关注生物学技术在农业生产、环境保护等领域的应用，理解其对人类社会的影响。学生能够基于生物学知识，参与讨论和解决与生物学相关的社会热点问题，如环境保护、食品安全等。学生能够养成健康文明的生活方式，如合理饮食、适量运动等，关注个人健康与社会福祉。二、学习目标设定理解细胞结构与功能的关系：学生能够描述细胞的基本结构，包括质膜、细胞核、细胞器等，并理解它们在细胞生命活动中的作用。学生能够阐明质膜的选择透过性，理解其在物质交换和信息交流中的重要性。掌握物质交换和信息交流的方式：学生能够举例说明离子和小分子物质通过穿膜运输方式进出细胞的过程，包括被动运输和主动运输。学生能够了解大分子物质通过囊泡转运方式进出细胞的过程，如胞吞和胞吐。学生能够概述细胞通过质膜进行信息交流的方式，包括信号分子的识别与响应。探究酶的作用特性：学生能够通过实验探究酶的高效性和专一性等特点，理解酶在细胞生化反应中的催化作用。学生能够阐明绝大多数酶是蛋白质，理解酶的化学本质。理解ATP在细胞生命活动中的作用：学生能够解释ATP是一种高能化合物，理解其在细胞生命活动中的直接能源作用。学生能够阐述ATP与ADP的相互转化过程，理解细胞内能量的动态平衡。探究光合作用的机制：学生能够通过实验探究光合作用的探究历程，理解叶绿体从太阳光中捕获能量的过程。学生能够说明光能的转换和储存机制，理解光合作用在生物界能量流动中的重要性。学生能够探究光合作用受环境因素的影响，理解光照强度、温度、二氧化碳浓度等因素对光合作用的影响。理解细胞呼吸的过程：学生能够说明细胞呼吸包括有氧呼吸和无氧呼吸两种方式，理解其在细胞能量供应中的作用。学生能够阐述化学能转化为细胞可以利用的能量的过程，理解细胞呼吸在细胞生命活动中的重要性。三、评价目标设定（一）生命观念评价指标：学生是否能够运用结构与功能相适应的观念，解释细胞内外物质交换和信息交流的过程。学生是否能够运用物质与能量观，分析光合作用和细胞呼吸过程中物质与能量的转换机制。学生是否能够运用稳态与平衡观，理解细胞内外环境的动态平衡对细胞生命活动的重要性。评价方式：通过课堂讨论和小组活动，观察学生是否能够运用生命观念解释细胞生命活动的现象和规律。通过课后作业和测验，评估学生是否能够运用生命观念解决与细胞生命活动相关的问题。（二）科学思维评价指标：学生是否能够基于生物学事实和证据，运用归纳与概括、演绎与推理等方法，探讨细胞生命活动的规律。学生是否能够运用模型与建模的方法，模拟细胞内外物质交换和信息交流的过程，加深对生物学概念的理解。学生是否能够批判性地分析科学实验数据，评价实验设计的合理性和实验结果的可信度。评价方式：通过实验设计和实施过程，观察学生是否能够运用科学思维方法解决实验中的问题。通过课堂讨论和小组活动，评估学生是否能够运用科学思维方法分析生物学现象和规律。通过课后作业和测验，考察学生是否能够运用科学思维方法解决与细胞生命活动相关的问题。（三）科学探究评价指标：学生是否能够针对细胞生命活动的特定问题，设计并实施探究实验方案。学生是否能够运用科学方法和技术手段，观察、测量和分析细胞内外物质交换和信息交流的现象。学生是否能够在小组合作中，积极参与探究过程，与他人交流实验设计和结果，共同解决问题。评价方式：通过实验设计和实施过程，观察学生是否能够按照科学探究的基本步骤进行实验。通过实验报告和展示，评估学生是否能够准确地记录和分析实验数据，得出合理的结论。通过小组合作和讨论过程，观察学生是否能够积极参与探究过程，与他人合作解决问题。（四）社会责任评价指标：学生是否能够关注生物学技术在农业生产、环境保护等领域的应用，理解其对人类社会的影响。学生是否能够基于生物学知识，参与讨论和解决与生物学相关的社会热点问题。学生是否能够养成健康文明的生活方式，关注个人健康与社会福祉。评价方式：通过课堂讨论和小组活动，观察学生是否能够运用生物学知识分析和解决社会热点问题。通过课后作业和调查报告，评估学生是否能够运用生物学知识提出解决社会问题的建议。通过日常行为观察和反馈，了解学生是否能够养成健康文明的生活方式，关注个人健康与社会福祉。四、学业评价实施（一）课堂评价观察记录：在课堂讨论和小组活动中，观察并记录学生的参与情况、思维过程和表达能力。评估学生是否能够运用生命观念、科学思维、科学探究和社会责任等核心素养解决问题。即时反馈：在课堂讨论和小组活动中，及时给予学生反馈，指出其优点和不足，提出改进建议。鼓励学生积极参与课堂讨论，勇于提出问题和表达自己的观点。（二）作业评价作业设计：设计具有针对性和层次性的作业题目，涵盖本章节的所有教学内容和核心素养要求。作业题目应注重实践性和探究性，鼓励学生运用所学知识解决实际问题。作业批改：认真批改学生的作业，评估其掌握情况和思维能力。给予针对性的反馈和建议，帮助学生改进学习方法和提高思维能力。（三）测验评价测验设计：设计涵盖本章节所有教学内容和核心素养要求的测验题目。测验题目应注重考察学生的理解能力和应用能力，避免死记硬背。测验实施：按照测验计划和要求进行测验实施，确保测验的公正性和有效性。认真分析和总结测验结果，了解学生的学习情况和掌握程度。（四）项目评价项目设计：设计具有探究性和实践性的项目任务，如构建渗透系统模型、探究光合作用的影响因素等。项目任务应注重培养学生的创新能力和实践能力，鼓励学生运用所学知识解决实际问题。项目实施：指导学生按照项目计划和要求进行项目实施，提供必要的支持和帮助。观察并记录学生的实施过程、思维过程和创新能力。项目展示：组织学生进行项目展示和交流，评估其项目成果和创新能力。给予针对性的反馈和建议，鼓励学生不断改进和创新。五、学业评价反思反思教学过程：反思教学过程中是否充分落实了生命观念、科学思维、科学探究和社会责任等核心素养的要求。分析教学过程中存在的问题和不足，提出改进建议和优化措施。反思学业评价：反思学业评价过程中是否全面、客观、公正地评估了学生的学习情况和掌握程度。分析学业评价过程中存在的问题和不足，提出改进建议和优化措施。反思学生发展：反思学生在学业评价过程中是否得到了全面的发展和提升。分析学生发展的差异性和个性化需求，提出针对性的指导和支持措施。通过本次学业评价的实施和反思，旨在全面了解学生的学习情况和掌握程度，促进学生的全面发展和提升。也为教师改进教学方法和优化教学策略提供有益的参考和借鉴。十、大单元实施思路及教学结构图一、大单元实施思路本大单元《细胞的生存需要营养物质和能量》的实施思路，旨在通过一系列精心设计的教学活动，引导学生深入理解细胞如何获取营养物质和能量，以及这些过程在细胞生存和生命活动中的重要性。实施过程将紧密围绕高中生物学学科核心素养的四个方面——生命观念、科学思维、科学探究和社会责任，通过理论讲授、实验操作、讨论交流等多种教学方式，促进学生全面发展。具体实施思路如下：情境导入：通过生活实例或科学史故事，引入细胞生存所需营养物质和能量的主题，激发学生的学习兴趣和探究欲望。知识讲授：系统讲解细胞获取营养物质和能量的基本过程，包括质膜参与物质交换和信息交流、酶催化反应、ATP作为直接能源物质、光合作用捕获光能以及细胞呼吸等关键概念。实验操作：组织学生进行实验操作，如构建渗透系统模型、观察植物细胞的质壁分离和复原、探究酶催化的高效性和专一性、提取和分离叶绿体色素、探究光合作用受环境因素影响等，通过动手实践加深对理论知识的理解。讨论交流：引导学生围绕实验现象和理论问题进行讨论交流，鼓励学生提出自己的见解和疑问，通过思维碰撞促进科学思维的发展。总结提升：在单元教学结束后，组织学生进行总结反思，梳理所学知识点和实验技能，形成完整的知识体系，并引导学生将所学知识应用于解决实际问题，提升社会责任感。评价反馈：通过课堂表现、实验操作、作业练习、测试等多种方式，全面评价学生的学习效果，及时反馈评价结果，帮助学生查漏补缺，提高学习效果。二、教学目标设定（一）生命观念结构与功能观：学生能够理解细胞的结构与其功能之间的紧密联系，如质膜的选择透过性保证了细胞对营养物质的吸收和对有害物质的排斥；叶绿体的结构使其能够捕获光能并进行光合作用。物质与能量观：学生能够认识到物质和能量是生命活动的基础，细胞通过一系列复杂的生化反应获取能量和营养物质，维持其生命活动。进化与适应观：学生能够理解细胞获取营养物质和能量的机制是生物在进化过程中逐渐形成的，这些机制使生物能够更好地适应环境。稳态与平衡观：学生能够理解细胞通过调节物质和能量的进出，维持其内部环境的稳态和平衡，这是细胞正常生命活动的基础。（二）科学思维归纳与概括：学生能够通过对实验现象的观察和分析，归纳出细胞获取营养物质和能量的基本规律。演绎与推理：学生能够根据所学理论知识，演绎推理出细胞在不同环境条件下获取营养物质和能量的可能方式。模型与建模：学生能够构建渗透系统模型等，通过模型来模拟和解释细胞获取营养物质和能量的过程。批判性思维：学生能够批判性地评价他人的观点和实验结果，提出自己的见解和疑问。创造性思维：学生能够运用所学知识，创造性地设计实验方案或解决实际问题。（三）科学探究提出问题：学生能够围绕细胞获取营养物质和能量的主题，提出具有探究价值的问题。设计方案：学生能够根据探究问题，设计合理的实验方案，包括实验目的、实验材料、实验步骤和预期结果等。实施方案：学生能够按照实验方案，独立或合作完成实验操作，记录实验数据。分析结果：学生能够运用所学知识，对实验数据进行分析处理，得出实验结论。交流讨论：学生能够与他人交流实验结果和心得体会，讨论实验过程中遇到的问题和解决方案。（四）社会责任健康文明生活方式：学生能够认识到合理膳食、适量运动等健康生活方式对细胞获取营养物质和能量的重要性，树立健康文明的生活方式。环境保护意识：学生能够理解环境污染对生物体获取营养物质和能量的影响，树立环境保护意识，积极参与环保行动。社会责任担当：学生能够运用所学知识，关注社会热点议题，如食品安全、环境污染等，积极参与社会讨论，为解决问题贡献自己的力量。三、教学结构图++|细胞的生存需要营养物质和能量|++|++++|质膜参与物质交换|酶是细胞生化反应||和信息交流|的催化剂|++++||++++++|离子和小分子||酶的高效性和|绝大多数酶是||穿膜运输||专一性等特点|蛋白质|++++++||++++++|质壁分离|大分子以囊泡|探究酶催化|提取和分离||和复原|转运方式进出|高效性和专|叶绿体色素|+++|一性||||+++++|观察实验|构建模型|分析结果|+++++|++|ATP是驱动细胞生命||活动的直接能源物质|++|+++|ATP是一种高能|ATP与ADP可以||化合物|相互转化|+++|+++|探究ATP的|分析ATP与||生理作用|ADP的转化|+++|++|光能的捕获、转换||和储存|++|++++++|光合作用的|叶绿体从太阳光|光能的转换和|光合作用受||探究历程|中捕获能量|储存|环境因素影响|++++++|+++|细胞能量的供应||和利用|+++|++++++|细胞呼吸包括|化学能转化为||有氧呼吸和|细胞可以利用||无氧呼吸|的能量|++++++四、具体教学实施步骤（一）情境导入（1课时）引入主题：通过展示一些生物体获取营养物质的图片或视频，如植物的光合作用、动物的摄食行为等，引导学生思考生物体是如何获取营养物质和能量的。提出问题：引导学生提出与细胞获取营养物质和能量相关的问题，如“细胞是如何吸收营养物质的？”“细胞如何获取能量以维持其生命活动？”等。引入新课：简要介绍本单元的学习内容和目标，激发学生的学习兴趣和探究欲望。（二）质膜参与物质交换和信息交流（3课时）离子和小分子以穿膜运输方式进出细胞（1课时）知识讲授：讲解质膜的选择透过性、被动运输（自由扩散和协助扩散）和主动运输的基本概念。实验操作：组织学生进行观察植物细胞的质壁分离和复原实验，引导学生观察细胞液泡的大小和颜色变化，理解植物细胞发生渗透作用的原理。讨论交流：引导学生围绕实验现象进行讨论交流，如“为什么植物细胞在高浓度蔗糖溶液中会发生质壁分离？”“质壁分离复原的过程是怎样的？”等。总结提升：总结离子和小分子以穿膜运输方式进出细胞的基本规律，强调质膜的选择透过性在细胞物质交换中的重要性。大分子以囊泡转运方式进出细胞（1课时）知识讲授：讲解大分子物质和颗粒物质不能以穿膜运输方式进出细胞的原因，以及胞吞和胞吐的基本过程。构建模型：引导学生构建胞吞和胞吐的模型，通过模型来模拟和解释大分子物质进出细胞的过程。讨论交流：组织学生讨论胞吞和胞吐在细胞生命活动中的作用和意义，如“胞吞和胞吐在细胞摄取营养物质和排出废物中的作用是什么？”等。总结提升：总结大分子以囊泡转运方式进出细胞的基本规律，强调胞吞和胞吐在细胞物质交换中的重要性。细胞通过质膜进行信息交流（1课时）知识讲授：讲解细胞间信息交流的基本方式，包括直接接触、通过化学信号分子传递信息等。案例分析：通过分析一些具体的生物学案例，如激素调节、神经调节等，引导学生理解细胞间信息交流的过程和意义。讨论交流：组织学生讨论细胞间信息交流在生物体生命活动中的作用和意义，如“细胞间信息交流是如何调节生物体生命活动的？”等。总结提升：总结细胞通过质膜进行信息交流的基本规律，强调细胞间信息交流在生物体生命活动中的重要性。（三）酶是细胞生化反应的催化剂（2课时）酶具有高效性和专一性等特点（1课时）知识讲授：讲解酶的基本概念、高效性和专一性等特点。实验操作：组织学生进行探究酶催化的高效性和专一性实验，如比较过氧化氢酶和无机催化剂Fe³⁺催化过氧化氢分解的速率等。讨论交流：引导学生围绕实验现象进行讨论交流，如“为什么酶具有高效性和专一性？”“酶催化反应的条件是什么？”等。总结提升：总结酶具有高效性和专一性等特点的基本规律，强调酶在细胞生化反应中的重要性。绝大多数酶是蛋白质（1课时）知识讲授：讲解酶的化学本质，强调绝大多数酶是蛋白质。案例分析：通过分析一些具体的生物学案例，如胃蛋白酶、胰蛋白酶等，引导学生理解酶在生物体生命活动中的作用和意义。讨论交流：组织学生讨论酶在生物体生命活动中的具体应用和前景，如“酶在工业生产、医疗保健等领域的应用前景如何？”等。总结提升：总结绝大多数酶是蛋白质的基本规律，强调酶在生物体生命活动中的重要作用。（四）ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质（2课时）ATP是一种高能化合物（1课时）知识讲授：讲解ATP的基本概念、结构和功能。案例分析：通过分析萤火虫发光等生物学案例，引导学生理解ATP在生物体生命活动中的作用和意义。讨论交流：组织学生讨论ATP在生物体生命活动中的具体应用和前景，如“ATP在肌肉收缩、神经传导等生命活动中的作用是什么？”等。总结提升：总结ATP是一种高能化合物的基本规律，强调ATP在驱动细胞生命活动中的重要性。ATP与ADP可以相互转化（1课时）知识讲授：讲解ATP与ADP相互转化的过程和意义。实验操作：组织学生进行探究ATP与ADP相互转化的实验，如观察肌肉收缩时ATP的消耗和再合成等。讨论交流：引导学生围绕实验现象进行讨论交流，如“ATP与ADP相互转化的过程是怎样的？”“这个过程在细胞生命活动中有什么意义？”等。总结提升：总结ATP与ADP可以相互转化的基本规律，强调这个过程在驱动细胞生命活动中的重要性。（五）光能的捕获、转换和储存（3课时）光合作用的探究历程（1课时）知识讲授：讲解光合作用的探究历程，包括海耳蒙特实验、萨克斯实验、恩格尔曼实验等。案例分析：通过分析这些经典实验，引导学生理解光合作用的基本过程和机制。讨论交流：组织学生讨论光合作用在生物体生命活动中的重要性和意义，如“光合作用是如何为生物体提供能量的？”“光合作用对环境有什么影响？”等。总结提升：总结光合作用的探究历程和基本规律，强调光合作用在生物体生命活动中的重要作用。叶绿体从太阳光中捕获能量（1课时）知识讲授：讲解叶绿体的结构和功能，强调叶绿体在光合作用中的作用。实验操作：组织学生进行提取和分离叶绿体色素的实验，引导学生观察叶绿体色素的种类和颜色。讨论交流：引导学生围绕实验现象进行讨论交流，如“叶绿体色素在光合作用中有什么作用？”“不同植物叶绿体色素的种类和含量有何差异？”等。总结提升：总结叶绿体从太阳光中捕获能量的基本规律，强调叶绿体在光合作用中的重要性。光能的转换和储存（1课时）知识讲授：讲解光能在光合作用中的转换和储存过程，包括光反应和暗反应两个阶段。案例分析：通过分析光合作用的具体过程，引导学生理解光能在光合作用中的转换和储存机制。讨论交流：组织学生讨论光合作用在生物体生命活动中的具体应用和前景，如“如何提高光合作用效率以提高农作物产量？”等。总结提升：总结光能在光合作用中的转换和储存基本规律，强调光合作用在生物体生命活动中的重要作用。光合作用受环境因素影响（课外探究）布置任务：布置学生课外进行探究光合作用受环境因素影响的任务，如观察不同光照强度、温度、二氧化碳浓度等条件下植物光合作用的变化。数据收集：引导学生收集实验数据，并进行分析处理。报告撰写：要求学生撰写实验报告，总结实验过程和结果。分享交流：组织学生进行实验报告的分享交流，互相学习借鉴。（六）细胞能量的供应和利用（2课时）细胞呼吸包括有氧呼吸和无氧呼吸（1课时）知识讲授：讲解细胞呼吸的基本概念、有氧呼吸和无氧呼吸的过程和特点。实验操作：组织学生进行探究酵母菌细胞呼吸方式的实验，引导学生观察酵母菌在不同条件下的呼吸产物。讨论交流：引导学生围绕实验现象进行讨论交流，如“有氧呼吸和无氧呼吸的过程有何不同？”“细胞呼吸在生物体生命活动中有什么作用？”等。总结提升：总结细胞呼吸包括有氧呼吸和无氧呼吸的基本规律，强调细胞呼吸在生物体生命活动中的重要性。化学能转化为细胞可以利用的能量（1课时）知识讲授：讲解化学能在细胞呼吸中的转化过程和意义。案例分析：通过分析一些具体的生物学案例，如人体运动时的能量供应等，引导学生理解化学能在细胞呼吸中的转化机制。讨论交流：组织学生讨论化学能在细胞呼吸中的具体应用和前景，如“如何提高细胞呼吸效率以提高生物体能量供应？”等。总结提升：总结化学能转化为细胞可以利用的能量的基本规律，强调这个过程在生物体生命活动中的重要性。（七）总结提升与拓展延伸（1课时）总结提升：引导学生对本单元所学内容进行总结反思，梳理所学知识点和实验技能，形成完整的知识体系。拓展延伸：引导学生将所学知识应用于解决实际问题，如分析环境污染对生物体获取营养物质和能量的影响、探讨如何提高农作物光合作用效率以提高产量等。评价反馈：通过课堂表现、实验操作、作业练习、测试等多种方式，全面评价学生的学习效果，及时反馈评价结果，帮助学生查漏补缺，提高学习效果。通过以上具体教学实施步骤，旨在全面达成本单元的教学目标，提升学生的生物学学科核心素养。十一、大情境、大任务创设一、教学目标设定根据《普通高中生物学课程标准（2017年版2020年修订）》的要求，结合2019版沪科教版高中生物学必修1《分子与细胞》第四章《细胞的生存需要营养物质和能量》的教学内容，本章节的教学目标设定如下：（一）生命观念结构与功能观：学生能够理解细胞的结构与其功能之间的紧密联系，如质膜的选择透过性保证了细胞对营养物质的吸收和对有害物质的排斥；叶绿体的结构使其能够捕获光能并进行光合作用。物质与能量观：学生能够认识到物质和能量是生命活动的基础，细胞通过一系列复杂的生化反应获取能量和营养物质，维持其生命活动。进化与适应观：学生能够理解细胞获取营养物质和能量的机制是生物在进化过程中逐渐形成的，这些机制使生物能够更好地适应环境。稳态与平衡观：学生能够理解细胞通过调节物质和能量的进出，维持其内部环境的稳态和平衡，这是细胞正常生命活动的基础。（二）科学思维归纳与概括：学生能够通过对实验现象的观察和分析，归纳出细胞获取营养物质和能量的基本规律。演绎与推理：学生能够根据所学理论知识，演绎推理出细胞在不同环境条件下获取营养物质和能量的可能方式。模型与建模：学生能够构建渗透系统模型等，通过模型来模拟和解释细胞获取营养物质和能量的过程。批判性思维：学生能够批判性地评价他人的观点和实验结果，提出自己的见解和疑问。创造性思维：学生能够运用所学知识，创造性地设计实验方案或解决实际问题。（三）科学探究提出问题：学生能够围绕细胞获取营养物质和能量的主题，提出具有探究价值的问题。作出假设：基于所学知识和观察结果，学生能够作出合理的假设。制定计划：学生能够设计并实施探究实验，包括确定实验变量、控制无关变量、选择实验材料等。实施实验：学生能够按照实验计划进行操作，收集数据。分析结果：学生能够运用数学方法对实验数据进行处理和分析，得出实验结论。交流讨论：学生能够与他人交流实验结果和心得体会，讨论实验过程中遇到的问题和解决方案。（四）社会责任健康文明生活方式：学生能够认识到合理膳食、适量运动等健康生活方式对细胞获取营养物质和能量的重要性，树立健康文明的生活方式。环境保护意识：学生能够理解环境污染对生物体获取营养物质和能量的影响，树立环境保护意识，积极参与环保行动。社会责任担当：学生能够运用所学知识，关注社会热点议题，如食品安全、环境污染等，积极参与社会讨论，为解决问题贡献自己的力量。二、大情境、大任务创设（一）大情境设定在广阔的自然界中，生物体为了生存和繁衍，必须不断地从外界环境中获取营养物质和能量。细胞作为生物体的基本结构和功能单位，其获取营养物质和能量的过程复杂而精妙。本章将带领学生走进细胞的世界，探究细胞如何通过各种方式获取营养物质和能量，以及这些过程在细胞生存和生命活动中的重要性。通过一系列精心设计的实验和活动，学生将深入理解细胞的结构与功能、物质与能量、进化与适应、稳态与平衡等生命观念，培养科学思维和科学探究能力，同时增强社会责任感。（二）大任务创设任务一：构建渗透系统模型，探究细胞获取水分和营养物质的机制1.任务背景细胞为了维持其正常的生命活动，需要从外界环境中获取水分和营养物质。质膜作为细胞的边界，具有选择透过性，能够控制物质进出细胞。为了探究细胞获取水分和营养物质的机制，我们可以构建一个渗透系统模型来模拟这一过程。2.任务目标通过构建渗透系统模型，理解质膜的选择透过性在细胞物质交换中的重要性。探究渗透作用发生的过程和需要的条件。运用模型与建模的科学思维方法，解决实际问题。3.任务内容准备材料：卵壳膜、铁架台、杠杆、蔗糖溶液、清水、漏斗、注射器、烧杯等。构建模型：利用上述材料制作一个渗透装置，模拟细胞发生渗透作用的过程。观察记录：观察并记录不同浓度蔗糖溶液与清水之间渗透现象的发生情况。分析讨论：归纳渗透作用发生的条件和规律，讨论质膜的选择透过性在细胞物质交换中的作用。4.任务评价通过观察记录和分析讨论，评价学生对渗透作用原理和质膜选择透过性的理解程度。通过构建的渗透系统模型的科学性和严谨性，评价学生的模型与建模能力。任务二：探究酶的特性，理解细胞生化反应的催化机制1.任务背景细胞内的生化反应需要酶的催化才能高效进行。酶作为一种生物催化剂，具有高效性和专一性等特点。为了探究酶的特性，我们可以设计一系列实验来观察酶在不同条件下的催化效率。2.任务目标通过实验探究酶的高效性和专一性等特点。理解酶在细胞生化反应中的催化机制。培养归纳与概括、演绎与推理等科学思维能力。3.任务内容准备材料：新鲜鸡肝研磨液（含过氧化氢酶）、FeCl3溶液（无机催化剂）、H2O2溶液、蒸馏水、数据采集器、相对压强传感器等。实验设计：设计三组实验，分别比较酶与普通催化剂（FeCl3）的催化效率、不同条件下酶的催化效率以及pH和温度对酶活性的影响。实验操作：按照实验设计进行操作，记录实验数据。数据分析：运用数学方法对实验数据进行处理和分析，绘制曲线图或柱状图。结论讨论：根据实验结果得出结论，讨论酶的特性及其在细胞生化反应中的作用。4.任务评价通过实验操作和数据分析，评价学生对酶特性的理解程度。通过结论讨论和实验报告的撰写，评价学生的科学思维和科学探究能力。任务三：探究ATP的生理作用，理解细胞能量的供应和利用机制1.任务背景ATP是细胞内的重要能量分子，为细胞的各种生命活动提供能量。为了探究ATP的生理作用，我们可以设计一系列实验来观察ATP在不同条件下的转化和利用情况。2.任务目标通过实验探究ATP的生理作用。理解细胞能量的供应和利用机制。培养模型与建模、批判性思维等科学思维能力。3.任务内容准备材料：ATP溶液、ADP溶液、Pi（无机磷酸）溶液、酶（如肌酸激酶）、数据采集器、荧光分光光度计等。实验设计：设计两组实验，分别探究ATP在酶催化下的水解反应和合成反应。实验操作：按照实验设计进行操作，记录实验数据。数据分析：运用数学方法对实验数据进行处理和分析，绘制曲线图或柱状图。模型构建：根据实验结果构建ATP与ADP相互转化的模型。结论讨论：根据实验结果和模型构建得出结论，讨论ATP在细胞能量供应和利用中的作用。4.任务评价通过实验操作和数据分析，评价学生对ATP生理作用的理解程度。通过模型构建和结论讨论，评价学生的模型与建模能力和批判性思维。任务四：探究光合作用的机理，理解细胞如何捕获和转换光能1.任务背景光合作用是植物细胞捕获和转换光能的重要过程，为植物的生长和发育提供能量和营养物质。为了探究光合作用的机理，我们可以设计一系列实验来观察光合作用在不同条件下的发生情况。2.任务目标通过实验探究光合作用的机理。理解细胞如何捕获和转换光能。培养科学探究能力和团队合作精神。3.任务内容准备材料：绿色植物叶片（如菠菜叶）、无水乙醇（或丙酮）、碳酸钙粉、层析液、剪刀、研钵、漏斗、烧杯、滴管、培养皿、圆形滤纸、小试管、试管架、毛细吸管、尼龙布、脱脂棉、量筒、天平、药匙等。实验设计：设计三组实验，分别探究光合作用的探究历程、叶绿体从太阳光中捕获能量的过程以及光能的转换和储存情况。实验操作：按照实验设计进行操作，包括叶绿体色素的提取和分离、光合作用速率的测定等。数据分析：运用数学方法对实验数据进行处理和分析，绘制曲线图或柱状图。结论讨论：根据实验结果得出结论，讨论光合作用在植物生长和发育中的作用。团队合作：在实验过程中加强团队合作，共同解决遇到的问题。4.任务评价通过实验操作和数据分析，评价学生对光合作用机理的理解程度。通过结论讨论和实验报告的撰写，评价学生的科学探究能力和团队合作精神。任务五：探究细胞呼吸的方式和过程，理解细胞如何利用有机物释放能量1.任务背景细胞呼吸是细胞利用有机物释放能量的重要过程，为细胞的各种生命活动提供能量。为了探究细胞呼吸的方式和过程，我们可以设计一系列实验来观察细胞呼吸在不同条件下的发生情况。2.任务目标通过实验探究细胞呼吸的方式和过程。理解细胞如何利用有机物释放能量。培养科学探究能力和创新意识。3.任务内容准备材料：酵母菌粉、葡萄糖溶液、石蜡油、锥形瓶、带导管的双孔橡皮塞、500mL烧杯、10mL注射器、温度计、数据采集器、二氧化碳传感器、磁力搅拌器等。实验设计：设计两组实验，分别探究酵母菌在有氧和无氧条件下的呼吸方式。实验操作：按照实验设计进行操作，记录实验数据。数据分析：运用数学方法对实验数据进行处理和分析，绘制曲线图或柱状图。结论讨论：根据实验结果得出结论，讨论细胞呼吸在生物体生命活动中的作用。创新意识：鼓励学生设计新的实验方案来探究细胞呼吸的其他方面。4.任务评价通过实验操作和数据分析，评价学生对细胞呼吸方式和过程的理解程度。通过结论讨论和创新意识的评价，评价学生的科学探究能力和创新意识。通过以上五个大任务的创设和实施，学生将深入理解细胞获取营养物质和能量的过程及其重要性，培养科学思维和科学探究能力，同时增强社会责任感。这些任务不仅涵盖了本章的主要教学内容，还注重学生的实践能力和创新能力的培养，符合《普通高中生物学课程标准（2017年版2020年修订）》的要求。十二、单元学历案（一）单元主题与课时单元主题：细胞的生存需要营养物质和能量课时设计：第1课时：情境导入与质膜参与物质交换和信息交流概述第2课时：离子和小分子以穿膜运输方式进出细胞第3课时：大分子以囊泡转运方式进出细胞第4课时：细胞通过质膜进行信息交流第5课时：酶是细胞生化反应的催化剂（酶的高效性和专一性）第6课时：绝大多数酶是蛋白质第7课时：ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质（ATP的高能特性）第8课时：ATP与ADP的相互转化第9课时：光能的捕获、转换和储存（光合作用的探究历程）第10课时：叶绿体从太阳光中捕获能量第11课时：光能的转换和储存第12课时：光合作用受环境因素影响第13课时：细胞能量的供应和利用（细胞呼吸概述）第14课时：细胞呼吸包括有氧呼吸和无氧呼吸第15课时：化学能转化为细胞可以利用的能量第16课时：总结提升与拓展延伸（二）学习目标教学目标：本单元通过一系列精心设计的教学活动，旨在引导学生深入理解细胞如何获取营养物质和能量，以及这些过程在细胞生存和生命活动中的重要性。具体教学目标如下：（一）生命观念结构与功能观：学生能够理解细胞的结构与其功能之间的紧密联系，如质膜的选择透过性保证了细胞对营养物质的吸收和对有害物质的排斥；叶绿体的结构使其能够捕获光能并进行光合作用。物质与能量观：学生能够认识到物质和能量是生命活动的基础，理解细胞通过调节物质和能量的进出维持稳态与平衡。稳态与平衡观：学生能够理解细胞通过调节物质和能量的进出，以