5.3 细胞呼吸的原理和应用 教学设计 【新教材】人教版(2019)高中生物必修一

第五章 细胞的能量供应和利用

第3节 细胞呼吸的原理和应用

一、教学目标的确定

根据普通高中生物学课程标准的内容要求，学生在学完本节课后，能“说明生物通过细胞明吸将储存在有机分子中的能量转化为生命动可以用的能量”。让学生从物质和能量的视角分析呼吸作用的过程，既加深对细胞结构的理解，又对学生后续学习光合作用、生态系统中能量流动与物质循环等知识具有启发作用。学生已经在初中阶段对胞呼吸中分解有机物、释放能量等知识有初步了解，但本节内容有一定抽象性且具体过程比较复条学生需要克服对微结构认识的困难，结合化学和物理学相关知识，完成各种观察、实验等探究性学习活动。结合课标要求、教材内容和学生情况，确定如下教学目标

1.通过设计和实施应用控制变量法探究母菌呼吸方式的实验，总结细胞吸的类型

2.通过对有氧呼吸相关实验的资料分析，明有氧呼吸过程中物质与能量的变化

3.通过表格归纳，厘清有氧呼吸与无氧呼吸过程的异同，归细胞呼吸的概，说明细胞呼吸的意义。

4.关注细胞呼吸原理在生产生活实际中的应用。

二、教学设计思路

本节课的教学设计贯穿着物质与能量观，从燃烧葡萄糖现象引入让学生直感受剧烈的氧化分解中物质与能量的变化;学生探讨母菌细胞呼吸的方式，认识到有氧呼吸和无氧呼吸的条件和产物，为有氧呼吸和无氧呼吸的学习打下基础;通过资料分析，让学生自主构建细胞吸的过程场所，物质变化与能量转化:与燃烧迅速释放能量进行比较，细胞呼吸逐释放能量以产生多种代谢产物，让学生从物质和能量的角度更好地理解细胞呼吸的过程与意义。针对本节课学生容易产生“呼吸作用就是分解有机物产生二氧化和水”“线粒体分解萄糖产生二氧化碳和水”“有氧呼吸与无氧呼吸的产物都不相同”等错误概念，鼓励学生使用表格比较“who(反应物)、 where(场所)、how(过程)、what(产物)、why(意义)的方式，梳理概念各之间的内在联系，加深对概念的理解。此外，胞呼吸与学生的目常生活联系紧密，通过现象分析、迁移应用，探讨细胞呼吸原理指导生产生活实际，培养学习兴趣、科学思以及社会责任感

三、教学实施的程序

导入，展示生活中的食物图片，提出问题:回顾旧知识

1:生物体生命活动的能源物质，主要能源物质是什么?

2:生物体生命活动中最常利用的能源物质是什么?

3:生物新陈代谢所需能量的直接来源是什么?

大家知道，有机物在体外燃烧可以释放出其中的能量。那么，有机物中的能量在体内怎样才能释放出来呢?

(回答:有机物必需分解才能释放其中的能量。)

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。又由于生命活动是持续不断的，需要葡萄糖将储存的能量逐步地、缓慢地释放，随时被细胞利用。这就是细胞的呼吸作用。也叫做细胞呼吸

(一)细胞呼吸的概念

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物，释放出能量并生成ATP的过程

（二）细胞呼吸的类型

1.有氧呼吸

(1)主要场所:线粒体

(2)过程

请观察，第一阶段的变化

提问:这个阶段的物质变化是什么?(回答:一分子的葡萄糖分解成两分子的丙酮酸，在分解过程中产生少量的还原型[H]和少量ATP。)

提问:这个阶段的能量变化是什么?(回答:释放出少量的能量提问:这个阶段在哪儿进行?(回答:细胞质基质。)

再观察:第二阶段的变化提问:这阶段的物质变化是什么?

(回答:丙酮酸在水的参与下，经过一系列的反应，彻底分解为二氧化碳和还原型氢，产生少量ATP。)

提问:这个阶段的能量变化是什么?(回答:释放出少量的能量。提问:这一步在细胞内的什么部位进行?(回答:线粒体基质中进行。)

再观察:第三阶段的变化

提问:这个阶段的物质变化是什么?(回答:前两个阶段产生的氢经过一系列的反应，与氧结合形成水。)

提问:这个阶段的能量变化是什么?(回答:释放大量的能量。)提问:这个阶段在细胞中的什么部位进行?(回答:在线粒体内膜中进行。)

根据有氧呼吸过程示意图，请一位同学写出有氧呼吸的总反应式

(学生完成反应式后提示学生:找出反应物产物、反应条件、能量总变化。)

请同学们讨论后自己总结出有氧呼吸的概念。(提示学生:①条件:需氧参加，多种酶参与。②场所:主要在线粒体中进行。③物质变化:有机物彻底氧化分解成元机物。④能量变化:释放大量能量。)

(回答:有氧呼吸是指细胞在氧的参与下，通过酶的催化作用，把糖类等有机物彻底氧化分解，产生出二氧化碳和水，同时释放出大量能量的过程。)

小结:从物质变化角度来看，有氧呼吸是有机物在分解过程中产生二氧化碳和氢，氢与氧结合生成水，即有机物最终彻底氧化分解成二氧化碳和水,从能量变化角度来看，有氧呼吸是在有机物逐步分解中使贮存于有机物中的能量逐步转移到ATP中，一部分能量则以热能的形式散失。这一变化过程与有机物的体外燃烧是有区别的。在生物体内1mo1葡萄糖彻底氧化分解后，共释放2870KJ的能量，其中有1161KJ左右的能量转移到ATP中，其余的能量以热能的形式散失

讲述:生物进行呼吸作用的主要形式是有氧呼吸，如果在无氧或缺氧的条件下能不能进行呼吸作用呢?科学家通过研究发现，生物体内的细胞在无氧条件下能进行无氧呼吸。无氧呼吸在生物界中的存在也较为广泛高等植物在水淹的情况下，可以进行短时间的无氧呼吸，将葡萄糖分解为酒精和二氧化碳，并且释放出少量的能量。

提问:根据以上的例子，你能解释苹果储藏久了为什么会有酒味吗?(回答:苹果在储藏过程中进行无氧呼吸产生了酒精，所以闻起来有酒味。)

讲述:一些植物无氧呼吸时可产生酒精，还有一些高等植物的某些器官如马铃薯块茎、甜菜块根等在进行无氧呼吸时可以产生乳酸。植物体内能进行无氧呼吸，动物体内是否也能进行无氧呼吸呢?

可以，但是高等动物的无氧呼吸只能发生在局部或某些组织、器官因为，如果动物机体全身缺氧就会导致动物室息，甚至死亡。动物的无氧呼吸只是局部的暂时现象。比如:高等动物和人体在剧烈运动时，尽管呼吸运动和血液循环都大大加强了，但是仍然不能满足

骨骼肌对氧的需要，这时骨骼肌细胞内就会出现无氧呼吸。高等动物和人体的无氧呼吸会产生乳酸，使机体有酸胀的感觉。

有些细菌可以进行乳酸发酵。酸牛奶、泡菜及青贮饲料就是根据这个原理制做的。酵母菌在缺氧的条件下，可以将有机物分解成酒精和氧化碳。这在酿酒业有着广泛的应用。

提问:这些生物进行无氧呼吸的实例，说明了生物与环境之间存在着什么关系?

(回答:生物进行无氧呼吸，以适应缺氧的环境条件，体现生物对环境的适应性。)

提问:通过上述实例，你能说出无氧呼吸产物有哪些物质吗?(回答:酒精和二氧化碳或乳酸。)

这些产物是如何产生的呢?我们继续学习无氧呼吸的过程。讲述:无氧呼吸的全过程，可以分为两个阶段。第一阶段与有氧呼吸的第一阶段完全相同。第二阶段: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。每个化学反应都是由不同的酶来催化的。请同学们根据无氧呼吸过程总结无氧呼吸反应式。(提问学生:找出反应物、产物、反应条件、能量变化。教师引导学生完善反应式。)

讲述:无氧呼吸的两个阶段都是在细胞质基质中进行的。

学生讨论:归纳无氧呼吸概念。从条件、物质变化和能量变化给学生以提示

(回答:无氧呼吸是指细胞在无氧条件下，通过酶的催化作用，把葡萄糖等有机物质分解成为不彻底的氧化产物，同时释放出少量能量的过程。)

小结:

从物质变化角度看:有机物在无氧条件下被分解为不彻底的氧化产物。

从能量变化角度看:由于产物中还贮存着许多能量，所以释放的能量少。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的能量储存在ATP中，其余的能量都以热能的形式散失了。与有氧呼吸相比，无氧呼吸释放的能量要少得多。

提问:生物体处于长期缺氧的状态能否生存?为什么?

(回答:不能，因为生物体无氧呼吸比有氧呼吸释放的能量少得多不足以维持生物体生命活动所需能量，所以，生物体长期处于缺氧状态不能生存。)

讲述:从生物进化的角度来看:在地球形成的初期，原始的大气中没有氧，那时的微生物适应在无氧的条件下生活，所以这些微生物体内缺乏氧化酶类，至今仍只能在无氧的条件下生活。随着地球上绿色植物的出现，大气中出现了氧，于是也出现了体内具有有氧呼吸酶系的好氧微生物。可见，有氧呼吸是在无氧呼吸的基础上发展而成的。尽管现今生物体的呼吸形式主要是有氧呼吸，但仍保留有无氧呼吸的能力。生物体的无氧呼吸不但说明生物的适应性，也说明无氧呼吸是一种原始的呼吸类型。

提问:呼吸作用的实质是什么?(回答:分解有机物，释放能量。)

(四)细胞呼吸的意义

提问:呼吸作用对生物体本身有什么意义?

(回答:为生物体各项生命活动提供能量。为体内其他化合物的合成提供原料。)

讲述:呼吸作用释放出来的能量，只有储存在ATP中，并且在酶的作用下，才能使ATP水解释放出其中的能量，用于生物体的各项生命活动。如细胞分裂、植株生长、矿质元素的吸收、肌肉收缩、神经冲动的传导等。在呼吸过程中所产生的一些中间产物，可以成为合成体内一些重要化合物的原料。如:葡萄糖分解时的中间产物丙酮酸是合成氨基酸的原料。