探究酵母菌细胞呼吸的方式
“探究酵母菌细胞呼吸的方式”的教学设计
1． 教材分析
1.1在教材中的地位与作用
通过对酵母菌细胞呼吸的方式的探究实验，增加学生对细胞呼吸的感性认识，可以为学习比较抽象的细胞呼吸过程打下基础。第一课时“探究酵母菌细胞呼吸的方式”在本模块中具有承上启下的重要作用，在学习了“细胞的能量通货—ＡＴＰ”基础上进一步研究细胞能量供应，有助于学生进一步理解第三章细胞器线粒体的功能；同时与生物选修１《生物技术实践》和选修3《现代生物科技专题》的诸多专题都有密切联系。
1.2教学目标
知识目标：理解细胞呼吸的方式为有氧呼吸和无氧呼吸两种；能够说出有氧呼吸和无氧呼吸的条件和生成产物；理解对比实验是科学探究中常用的方法之一。
能力目标：尝试联系现实生活提出问题；熟练掌握探究实验的基本步骤，讨论并设计出可行的探究实验方案。
情感、态度与价值观目标：在实验的设计过程中培养学生敢于质疑、用于创新的科学精神；引导学生认识细胞呼吸产物酒精对细胞的伤害，确定积极的生活态度和形成健康的生活方式。
1.3重点与难点
新课程提出了“注重与现实生活的联系”和“倡导探究性学习”的基本理念，“分子与细胞”模块教材共安排4个探究实验，“探究酵母菌细胞呼吸的方式”是必修一教材中安排的第三个探究实验，教材的整体意图是逐步提高学生的科学探究能力。因而确定“联系现实生活提出问题、作出假设、设计可行的实验方案”为这节课的重点和难点。
1.4设计思路
基于上面的思考，按照探究式教学模式，设计了如下的教学思路：从生活实例入手，创造情境、导入新课 组织学生设计并进行探究实验 共同探讨，归纳细胞呼吸方式、条件和产物 改进实验。
2． 学情分析
2.1已有基础：
学生在初中阶段学习过有关绿色植物和人体的呼吸作用以及细菌、真菌与食品制作的关系等基础知识，有一些相关的生活经验；在必修一模块中已经学习过两个探究实验，具备了一定的自主、合作、探究学习的能力和一定的实验操作技能。
这个探究实验的难度比较大，学生一般对其中某些原理和检测的方法不甚了解。但是学生一般都亲身经历过或是看过米酒的制作以及做泡菜、做酸奶等与发酵有关的活动。对学生来说，所有这些知识、经验和技能都是十分宝贵的。
2.2不足之处
虽然教材对提出问题和设计实验这两个步骤提供了必要的参考案例和参考资料，但是由于本节探究实验所处的教学时间一般是11月底或12月初，气温比较低，因而酵母菌细胞呼吸现象不够明显。另外实验材料的选择和实验装置的选用和连接，也极大的考验了学生的化学实验能力。
3． 教法
教师充当指导者、组织者，采用启发式教学，设置一定的梯度，引导学生设计实验改进实验，学生合作交流最终完成实验并得出结论。
4． 学法
《生物课程标准》中明确指出：探究是学生认识生命世界、学习生物课程的有效方法之一。本节课主要运用自主、合作、探究式学习方法，让学生更好的参与到教学过程中，调动学生的积极性和主动性。
5． 教学过程
教学步骤 |
教师的引导和组织 |
学生活动 |
教学意图 |
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1.设置情境，导入新课 |
展示家庭米酒制作的图片，讨论以下问题：为什么要给酿酒的缸盖上厚厚的嫁衣？在实际酿制过程中，还要在米饭中央挖一个深深的洞，这又是为什么？在打开盖之后，我们还能看见不断有泡泡冒出，这又是怎么回事呢？ |
学生讨论回答酿制米酒中的一系列问题后，让学生根据酿酒情境中的细节对酵母菌细胞呼吸的条件、产物等进行推理。 |
建立在学生已有知识和生活经验上，教师从新的角度提出新的问题，并引导学生根据观察的现象作出合理的假设。 |
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2.提出探究问题 |
对酿制米酒的原料、条件、细节处理进行分析后，确定酵母菌确实可以进行细胞呼吸，并有相应的产物。然后，对酵母菌的结构以及如何检测CO2和酒精方法进行简要的介绍。引导学生对酵母菌细胞呼吸的条件进行假设。 |
学生根据自己的生活经验，讨论酵母菌是否进行细胞呼吸以及细胞呼吸的条件。 |
引导学生大胆假设，培养学生根据现象提出假设的发散思维能力。 |
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3.作出假设 |
教师对小组作出的假设进行分析评价归纳。教师指出作出假设可能正确也可能不正确，都需要通过实验来验证。 |
提出四种假设：在有氧条件下，酵母菌可以进行细胞呼吸；在无氧条件下，酵母菌可以进行细胞呼吸；在有氧和无氧条件下，酵母菌都可以进行细胞呼吸；在有氧和无氧条件下，酵母菌都不可以进行细胞呼吸。让学生根据各个小组讨论后的假设进行讨论，选择其中一个进行探究。 |
帮助学生进一步熟练掌握科学探究的一般步骤。 |
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4.制定实验方案 |
帮助学生回忆科学探究的一般步骤后，明确在提出问题、作出假设后需要通过实验来验证假设。由于高一学生的实验能力有限，先给学生一些装置图进行连接以降低设计实验的难度。
在学生分析出各装置作用后，引导学生思考还有哪些装置可以达到相同或更好的效果。 |
根据学生对装置进行连接，判断正确与否并说明理由。讨论归纳出各装置的作用后，各小组对本组设计的实验装置连接中仍然存在问题的，学生再分组讨论后改进，从而确定本组的实验方案。有的小组提出有氧装置可以充入O2或直接制O2；有的小组提出无氧装置可以充入N2或CO2，以及滴加石蜡油或是植物油等措施。 |
帮助学生迁移有关生物学和化学知识，根据反应的条件合理选择实验用具。为下面的实验设计做好知识铺垫。 对学生提出的方案中的正确与否不立即回答，让学生带着问题去实验，在实验的过程中让学生尝试摸索。 在整个探究讨论的过程中，学生积极思考，并不断创新。 |
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5.实施实验方案 |
教师组织学生按照小组讨论后的方案进行分组实验。指导学生注意实验方案要易于操作。在学生实验过程中及时引导学生分析在实验中出现的问题。 |
小组按照各自的实验方案依次找到实验用品，连接实验装置，小组内分工，遇到问题及时讨论并记录，观察实验现象并记录。 |
培养学生的合作探究能力。 |
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6.分析结果并进行交流 |
实验结束后，教师提醒学生将实验的实际结果与预测结果进行比较。引导学生分析如何控制有氧和无氧条件的措施，比较哪些方法既严谨又易于操作。对实验现象不明显的小组实验引导全班共同探讨以下问题：为什么没有观察到预期的现象，是方案设计有问题，还是实验操作的问题，还是反应条件的问题，如何改进？ |
学生进行成果展示，各小组分享经验。总结出如何控制有氧和无氧条件的有效易行措施。提出一些优化反应条件的措施，以加快实验反应速度。 |
在分享成果的同时，重组教学设计方案，获得效果更加明显的设计方案。 |
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7.得出结论并予以评价 |
通过前面的探究，让学生总结得出结论，为下节课学习细胞呼吸的具体过程做好知识的铺垫。 |
学生总结实验结论：在有氧和无氧条件下，酵母菌都能进行细胞呼吸。并且两种条件下都能产生CO2，但是量不同，在无氧条件下还可以产生酒精。 |
使学生明确科学探究的一般步骤以及设计实验应遵循的基本原则；在培养学生探究意识的同时，进一步提高他们的生物科学素养。 |
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6．板书设计
探究酵母菌细胞呼吸的方式
一、提出问题
二、作出假设
1．在有氧条件下，酵母菌可以进行细胞呼吸；
2．在无氧条件下，酵母菌可以进行细胞呼吸；
3．在有氧和无氧条件下，酵母菌都可以进行细胞呼吸；
4．在有氧和无氧条件下，酵母菌都不可以进行细胞呼吸。
三、设计实验
1．原则 对照原则
单一变量原则
2．变量 自变量
因变量
无关变量
3．实验过程
有氧呼吸： 2 1 3
无氧呼吸： 5 3
四、进行实验
五、观察现象
六、得出结论：酵母菌既能进行有氧呼吸，也能进行无氧呼吸。
7．实验创新
改进一：对有氧实验装置进行了改进，提高了供氧的量和速度，使有氧装置现象明显。
将空气中氧气含量测定的实验装置改进成了装置如图1所示制备氧气的装置。同时再加入过氧化氢溶液后滴入10滴质量分数为3.5%的FeCl3溶液和适量的新鲜肝脏研磨液，也可对该装置进行水浴加热。加无机催化剂和酶以及加热可以看情况进行，总之，就是为了在短时间内能生成足够的氧气通入到酵母菌培养液中。这样有氧装置就不需要再除去空气中的CO2了，整个装置如图2所示。
改进二：对无氧装置进行了改进，使锥形瓶B瓶的酵母菌进行无氧呼吸。
人教版教材中，无氧装置的锥形瓶B瓶中还有空气，那么无氧装置如果不放置一段时间待氧气耗尽，学生在课堂上分组实验时其实无氧装置中的酵母菌是先进行有氧呼吸后才进行无氧呼吸。因而，我们考虑部分同学两个装置中澄清石灰水的混浊程度相似可能就是这样引起的。结合了苏教版普通高中《分子与细胞》（必修一）第4章第3节“影响酵母菌无氧呼吸的因素”中提供的装置后，对人教版教材中的无氧呼吸装置稍加改变，即在酵母菌培养液表面滴入植物油或是石蜡油以隔绝空气中的氧气，这样就不需要等空气中的氧气耗尽再进行实验了。
改进三：控制无关变量，增加对照组，使实验现象更加快速明显。
由于无氧装置的装有盛有澄清石灰水的锥形瓶不仅左侧与酵母菌培养液相连而且右侧也与空气相连，没有排除空气中对澄清石灰水的影响，所以装有澄清石灰水锥形瓶混浊并不能说明无氧条件酵母菌也能产生CO2。因而我们增加了一组装置进行对照如图3。C瓶放入与B瓶等量的配置好的葡萄糖溶液，没有酵母菌。这样改进后实验装置中的澄清石灰水的混浊程度为：3＞4，由于3瓶的混浊程度大于4瓶，可以得出结论：无氧条件下酵母菌能产生CO2。
改进四：优化反应条件，加快实验反应速度。
为了加快反应的进行，在课堂上5分钟内就能出现明显的现象，我们可以分别在1、A、B、C瓶均进行水浴加热。这样保证了无关变量不仅相同且适宜，加速反应的进行，课堂实验效果快且明显。选用干酵母替代新鲜食用酵母菌加快发酵时间。玻璃导管间用乳胶管相连，这样便于学生对装置进行连接时方便移动。
通过这节“探究酵母菌细胞呼吸的方式”的实验课，引导学生在实验中探究，在探究中思考，在思考中生成。有利于学生们将已经学过的知识与新的知识重新整合形成新的知识和能力，让学生学会关注实验细节，提高实验效益，增强了实验的趣味性和操作性，培养了学生的分析能力，推动了科学素养的形成。