“細胞呼吸原理的應用”教學設計和實踐

摘 要 通過相關教學實驗、教學環節的設計安排及教學過程的實施，讓學生進一步加深對細胞呼吸原理的理解，在學生學習掌握細胞呼吸過程、理解細胞呼吸原理的基礎上，展示細胞呼吸原理在生產生活實踐中的應用，實現科學、技術、社會的有機統一。

關鍵詞 教學設計 教學實踐 細胞呼吸 生物學教學

中圖分類號 G633.91 文獻標識碼 B

1 教材分析與教學策略

“細胞呼吸原理的應用”涉及對細胞呼吸原理的理解，在學生學習掌握細胞呼吸過程、理解呼吸原理的基礎上，展示細胞呼吸原理在生產實踐中的應用。教材中通過“放眼社會——細胞呼吸和發酵技術”一段內容，將細胞呼吸和現代生物技術結合起來，通過對農業中一些生產實踐措施的學習，使學生懂得細胞呼吸在農業生產中應用的重要性，在糧食、蔬菜、水果貯藏、環境保護等方面的重要性，實現了科學、技術、社會的有機統一。

教育過程就是讓學生在知識、能力、情感、態度與價值觀等層次上得到綜合全面的發展，就知識層面上講，不能讓學生僅成為知識的接受“桶”，更重要的是讓學生獲得學習知識的方法策略，使學生能夠主動地、不斷地更新知識，實現知識層面上的與時俱進；同時在能力培養上也應加強學生獲取知識和應用知識的能力。教學這部分內容時教師可充分發揮學生學習的主體性地位，引導學生通過上網查閱、檢索報刊雜志、社會實踐等途徑收集相關信息，通過課堂交流、討論學習，教師與學生的合作總結，達到培養學生自主性學習的目的，并為將來的終身學習打下基礎，從而更好地實現新課標要求。

2 教學目標

2．1 知識目標

說明細胞呼吸的原理和意義，了解其在生產和生活中的應用（通過實驗，探討酵母菌細胞的呼吸方式）。

2．2 能力目標

通過將細胞呼吸原理應用于生產生活實踐的學習，落實科學、技術、社會相互關系的教育目標，培養學生收集信息、處理信息的能力，培養學生發散思維能力和自主學習知識的能力；通過交流，培養學生的表達交流能力，提高學生應用所學知識解決實際問題的能力。

2．3 情感、態度與價值觀目標

通過設計相應的活動，讓學生去體驗、培養，激發興趣，引起他們對社會、科學、環境、生活等問題的關注。

3 教學重點與難點

3．1 重點

細胞呼吸原理的應用。

3．2 難點

對現代發酵技術的理解。

4 教學過程設計

課前，教師準備好多媒體課件，準備一瓶制好的酒釀，幾天前分發給學生小組酒釀藥，讓學生請教家長或其他人，學習制作酒釀，探討酵母菌在釀酒中的細胞呼吸方式，布置學生查閱細胞呼吸原理應用的相關知識，準備在課堂上進行交流討論學習。

4．1 創設教學情景，激發學生學習興趣

上課鈴響，師生互行禮。教師：平時我們可能都吃過哈密瓜，但你們可能沒有思考過哈密瓜為何這么甜？有哪位同學能解釋嗎？學生們由于學過了光合作用和細胞呼吸相關知識，課前又有了一定的準備，紛紛舉手發言回答：有的說與光合作用有關，有的說與細胞呼吸有關，有的說與光合作用和細胞呼吸都有關系，還有的說與氣溫、日照的長短也有關系。對于學生們的不同回答，教師給予贊許的眼神，對他們的回答做出肯定或解釋，指出哈密瓜為何這么甜是由于出產地新疆獨特的氣候條件決定的，新疆日照長，光合作用時間長，由于晝夜溫差大，細胞呼吸消耗有機物少，糖分積累多而引起。

通過這一特定事例結合學生的生活經驗展開，將有利于激發學生的學習興趣，激活學生的科學思維，進而提高課堂教學的有效性。

4．2 細胞呼吸原理的應用

教師：細胞呼吸進行的場所在哪里？影響細胞呼吸的因素有哪些？（學生思考后回答，場所為細胞質基質和線粒體，影響因素有溫度、氧氣、CO₂濃度等。）細胞呼吸對生物體來說有何意義呢？（學生思考回答：細胞呼吸為生物體生命活動提供能量，為生物體的各種有機物之間的相互轉化提供重要的中間產物。）

教師指出：細胞呼吸的原理在生產實踐中有廣泛的應用，如人們日常生活中每逢婚喪喜事，都要擺酒席，無酒不成席，你們知道酒是怎么來的嗎？酒與酒釀一樣嗎？請同學展示自己制作的酒釀。教師再讓學生品嘗自已制好或買來的酒釀（必須是安全的）。然后讓學生介紹自己是如何制作的？（學生品嘗后討論交流，有的與自己制作的對比，說他的酒釀變黃，有的說他的酒釀有點酸、不甜，有的有濃密的酒香味且很甜，學生紛紛提出質疑，為什么會產生不同的結果呢？通過制作，培養了學生的動手實踐能力，通過交流，培養了學生質疑、發散思維的能力、社會交往與語言表達交流的能力，與其他同學合作學習的能力，同時也能引領學生進一步去探究，探究始于質疑。）

師總結：聽了同學們的介紹，我們明白了酒釀的大致制作過程，制作是否成功與糯米飯的蒸制、灑水拌藥、控溫保溫等措施有密切關系。其作用的微生物主要是酵母菌，它是一種兼性厭氧型微生物，在適宜條件下酵母菌前期主要進行有氧呼吸，大量增殖，通過代謝產生二氧化碳和水等成分，由于水的產生，造成缺氧環境，使酵母菌轉入以厭氧呼吸為主，產生酒精和二氧化碳。

師：其實酒和酒釀是有區別的，酒釀是基質（這里指糯米飯）在微生物（主要是酵母菌）的作用下（發酵）而形成的，主要由酒渣、糖、乙醇、水等物質組成。而酒是通過上述發酵過程作用到一定時期，再通過一定方法（如蒸餾）提取出主要成分乙醇兌制而成的，它主要是由乙醇和水組成。酒和酒釀的制作都經歷了一個發酵過程。

教師用多媒體展示工業用發酵罐示意圖，指導學生閱讀教材第71頁“細胞呼吸與發酵技術”。

教師指出，微生物或其他生物的細胞在有氧或無氧條件下繁殖或積累其代謝產物的過程都稱為發酵。現代發酵技術將微生物學、生物化學和化學工程學等的基本原理有機結合，在發酵罐中充分利用微生物或其他生物的代謝活動來生產各種有用的物質。

投影：利用麥芽、葡萄、糧食和酵母菌以及發酵罐等，在控制通氣的條件下，可以生產各種酒；利用淀粉、醋酸桿菌或谷氨酸棒狀桿菌以及發酵罐，在控制通氣的條件下，可以生產食醋或味精。

此外，應用發酵技術生產青霉素、鏈霉素、紅霉素等數百種抗生素，此外結合基因工程技術，利用發酵技術可大量生產干擾素、胰島素、生長激素等藥物，生產預防瘧疾、狂犬病、脊髓灰質炎等的疫苗，還生產醬油、單細胞蛋白等發酵產品。

（有關發酵工程技術，這里不多強調，以后繼續學習時，教師可要求學生課后通過互聯網進一步查閱相關資料。）

師：上述生產過程中，應用了細胞呼吸原理的哪些方面呢？

學生思考討論，說法不一。最后，教師指出需氧型微生物和厭氧型微生物對氧的需求不同；不同微生物的代謝產物也有所不同；有些微生物在有氧條件下的呼吸產物與無氧條件下的呼吸產物也不同。

教師展示多媒體課件圖片：

材料一：包扎傷口時，需用透氣的消毒紗布或松軟的創可貼等敷料。

材料二：花盆里的土壤板結后，空氣不足，會影響根系生長，需要及時松土透氣。

材料三：稻田也需要定期排水，否則水稻幼根會因缺氧而變黑、腐爛。

討論：分析上述材料，說明上述現象又是如何利用細胞呼吸原理的呢？

學生經過討論后紛紛發言，教師與學生共同總結：

材料一：用透氣的消毒紗布或松軟的創可貼等敷料，主要是為了防止厭氧性微生物如破傷風桿菌的大量繁殖而引起破傷風。因為在通氣的條件下，傷口處有足夠的氧氣，可抑制厭氧型病原微生物的繁殖。

材料二與材料三：在有氧條件下，根細胞可進行需氧呼吸，保證根細胞進行各項生命活動的能量需求。植物在缺氧條件下進行無氧呼吸產生酒精，對根細胞有毒害作用。

師問：有人認為，食物只要存放在冰箱中就不會變質了，你對這一看法有什么不同意見？

由于這一問題都非常貼近學生的生活，學生因此很感興趣，都紛紛發表自已的看法，絕大多數同學都認為依然會變質。

師問：那是什么原因造成的呢？

學生思索，討論交流，這有助于培養學生的發散思維能力，合作學習的能力。

教師與學生一起總結：冰箱中貯存食品可使食品貯存時間稍長些而不變質，但不可能一直不變質，由于有的微生物在零下低溫的環境中依然能生存，因此冰箱中即使在冷凍條件下，也存在微生物的活動。低溫只不過降低了微生物細胞內酶的活性，使細胞呼吸減弱，代謝活動慢，但仍舊能進行細胞呼吸，分解有機物，產生代謝產物，從而使食品腐敗變質。

師：對于一些熟食品，除了保存在冰箱中，還可采用哪些方法來延長保質期？與細胞呼吸原理有何關系？

生：滅菌、除氧（真空包裝）、低溫、干燥等；消除或降低微生物的細胞呼吸。

師：除了上述事例外，請同學們再舉例說明生產生活中還有哪些應用細胞呼吸原理的事例？

學生們積極思索。

生1：水稻生產中的適時露田和曬田等措施的實質就是為了改善土壤通氣條件以增強根系的細胞呼吸。

師：對，通過上述措施，可促進根系呼吸，為植物主動吸收礦質營養提供更多的能量，同時也為細胞的分裂、植株的生長和發育等提供能量和各種原料，有助于水稻長得根深葉茂。

生2：糧食貯藏、果蔬保鮮貯藏時，要注意降低溫度和保持干燥，以降低細胞呼吸，減少有機物的消耗，延長保存期限。

師：對，但同學們思考一下，該生說法上有哪些不妥的地方呢？

學生們積極思索，有人指出，果蔬保鮮貯存時，還應避免水分過多的散失，以免降低品質，農貿市面上水果蔬菜批發商批發出售的水果蔬菜往往都用塑料袋包裹，目的是為了減少水分的損失，使品質不致下降。

師：對，其中還有什么奧秘呢？

生：不解。

師：除了上述目的外，我們知道，細胞呼吸會產生CO₂，高濃度的CO₂會抑制細胞呼吸，從而減少有機物的消耗。如：果農和菜農將采摘的水果和蔬菜放在地窖中，可較長時間保存，是由于地窖中透氣性差，由于水果、蔬菜的細胞呼吸，窖內CO₂濃度增大，O₂濃度下降，致使細胞呼吸受到抑制，代謝速率降低，有機物的分解速率降低，保存的時間可長些。

師：為了保存鮮果，也可通過充氮、降溫等措施抑制細胞呼吸。請同學們舉例說說看。

學生討論，翻閱課文資料等參考書籍。

生：如蘋果、梨、柑、橘等果實在0~1℃時可貯藏幾個月不壞；荔枝一般只能短期保鮮，但采用低溫速凍等方法可保鮮6~8個月。

師：投影，展示一幅當地夏末拍攝的茄子照片，上有許多黃化葉，大部葉子被蟲咬食幾乎只剩下葉脈，如何利用細胞呼吸原理采取相應措施，使茄子復蘇，爭取秋季多結果？

在教師的引導下，學生討論得出：采取中耕松土施肥、摘除老葉、黃化葉、過度蟲傷葉等措施。

師：其實，細胞呼吸原理的應用，還有很多例子，如盆栽花卉在晚上放在臥室是否科學？外出早鍛煉是選擇日出前還是日出后更為科學？……

4．3 歸納小結

通過本節內容的學習，使學生更進一步加深了對細胞呼吸原理的理解，使他們對細胞呼吸原理在生產、生活等方面的應用有了一個更為明確具體的認識，它與人們的生活息息相關，使他們懂得應該認真學習生物科學知識，并將所學知識應用到生產實踐活動中，更好地服務于社會。

通過總結，讓學生明確科學技術就是生產力，激發學生學習生物科學的熱情和興趣，體現出新課程標準的理念，使新課程三維目標真正落到實處。

4．4 布置作業

為了拓寬知識面，教師布置學生課余時間走訪污水處理廠，利用所學細胞呼吸的知識原理以及其他相關知識原理，對工廠排放的有機污水及城鎮居民排放的生活污水是如何處理的，你能否提出一些其他的好建議？以此寫一篇小論文。

5 教學反思

本案例設計能貼近學生的生活實際，既能發揮城里學生的知識見解，又兼顧到農村學生，通過學生課外相關實驗的探究，有助于使學生更進一步地理解細胞呼吸的原理及類型，通過課外資料的查閱，課堂的討論交流、師生的共同對話以及貼近學生生活實際的例子，活躍了課堂氣氛，激發了學生的學習興趣和求知欲望，讓學生能感受到學習生物科學的樂趣及其重要性。同時，也讓學生參與到社會中，去接觸社會，學到書本上無法學到的東西，培養了學生收集信息、處理信息的能力、動手實踐能力、社會交往能力，以及發散思維能力和自主學習知識的能力，通過交流培養學生的表達交流能力，以及應用所學知識解決實際問題的能力，實現科學、技術、社會的有機統一，使新課標要求中的“知識目標、能力目標、情感態度與價值觀”三維目標較好地達成。