新教材理念下基于鄉土資源的“無氧呼吸”教學設計

陸海英

（上海市奉賢區教育學院 上海 201499）

非統編教材滬科版高中《生物學》以發展學生生物學學科核心素養為目標，以生物學大概念為載體，注重學科概念在生產生活中的應用。新教材在板塊設計上，有“小金魚”欄目，激發學生探究活動；有“廣角鏡”拓展學生視野；有“生物學與社會”引導學生關注社會和生活；有“探究活動”培養學生探究和創新能力。在必修1第四章“細胞代謝”第三節“細胞通過分解有機分子獲取能量”中，“小金魚”欄目設計了“探究不同供氧環境下酵母菌的呼吸方式”，引導學生去探究有氧呼吸和無氧呼吸。

本課時內容包括探究不同供氧環境下酵母菌的呼吸方式、無氧呼吸過程和無氧呼吸在生活中應用等。上海市奉賢區有神仙酒廠。而此課時內容與實際生活聯系密切，教師充分利用區域鄉土資源，組織學生參觀神仙酒廠，使學生了解神仙酒廠釀酒的流程和操作，并以此情境貫穿本課時的教學。

1 教學目標

①通過對“探究不同供氧環境下酵母菌的呼吸方式”實驗的觀察、分析和討論，概述無氧呼吸過程中的物質變化和能量轉化，形成物質與能量觀、結構與功能觀。

②通過無氧呼吸過程的建構，基于實驗結果，采用推理與演繹等適當的科學思維方法揭示無氧呼吸的過程與機制，并選用恰當的方式表達、闡明其內涵。

③通過奉賢區神仙酒廠的實地參觀，能夠提出清晰的、有價值的、可探究的生命科學問題，并能查閱資料，設計實驗方案。

④舉例說出生活中細胞無氧呼吸實例，并能利用細胞無氧呼吸原理解釋和解決生活中的相關問題。

2 教學過程

2.1 實地參觀，自主質疑

教師利用學工學農等機會，帶領學生實地參觀奉賢區的神仙酒廠。參觀前，學生要準備學習單，用以在參觀中記錄神仙酒釀制過程中不理解的問題。參觀后，學生提出了很多問題：①為什么用酵母菌釀酒，原理是什么？②釀酒時為什么要蒸糧呢？③攤糧時原料內拌酒曲為什么事先要測量溫度?④過30 min后原料入池，為什么要蓋上幾層塑料薄膜及厚厚的泥土？然后，查閱資料，思考這些問題。

課上，教師引導學生將圍繞這些問題進行探究和學習，從而培養學生的觀察能力和自主質疑的能力，培養學生科學探究和科學思維能力。

2.2 實驗探究，解決問題

針對學生的疑問，教師準備了酵母菌液、乳酸桿菌液、質量分數為5%的葡萄糖溶液、石蠟油、CO2傳感器、酒精檢測儀等。首先，以“為什么用酵母菌釀酒，原理是什么？”問題為例，引導學生探究酵母菌/乳酸桿菌的呼吸方式和產物（表1）。

表1 酵母菌/乳酸桿菌不同氧氣情況下反應產物探究

接著，再針對學生質疑的其他問題，教師引導學生分組設計實驗，完成實驗探究。例如，針對釀酒廠在釀酒時蒸糧的原因，教師引導學生設計收集瓶E，混合加入酵母液和乳酸桿菌液，其余設計與表1中的B瓶相同，最終檢測酒精的含量。針對攤糧時原料內拌酒曲事先要測量溫度的原因，學生增加收集瓶F，加入試劑與表1中B瓶相似，在0℃冰浴，用CO2傳感器檢測和酒精檢測儀檢測。針對“過30 min后原料入池，為什么要蓋上幾層塑料薄膜及厚厚的泥土？”問題，學生增加收集瓶G，在表1中B瓶基礎上進行修改，先通過氣體后，再用石蠟油進行密封；最終比較兩個瓶中酒精的產生量。學生通過基礎實驗的操作，改進實驗方案的設計、實施和數據記錄，利用實驗解決實際問題，培養了科學探究和科學思維能力。

2.3 反思過程，建構概念

在多個探究實驗過程結束后，教師要引導學生交流實驗結果，并促進學生嘗試對自主質疑的問題進行解答。在表1的A瓶中，學生會發現，酵母菌在無氧的情況下可以產生CO2和酒精，在有氧的情況下能產生CO2和水，乳酸桿菌是否有氧條件下均不能產生酒精。學生從而可以建構“不是所有微生物都能用于釀酒”，即使能夠釀酒也需要保持無氧狀態。在表1的B瓶中，學生發現，當有乳酸桿菌混入時，酒精含量明顯下降，且有不同的產物出現，大大影響了酒的質量。在表1的C瓶中，學生發現，0℃時，產生的CO2和酒精量很少，因此猜測可能是低溫抑制了酶的活性。表1中D瓶的實驗結果顯示，先通入氣體，在進行密封，產生的酒精量更多。通過4個探究實驗，聯系教材內容，學生建構酵母菌無氧呼吸過程、條件和產物等，并反思在實驗過程中的經驗和不足。學生在實驗探究基礎上，分析實驗結果，反思實驗過程，解答自主質疑的問題，建構科學概念，有利于對科學概念的理解和遷移。

2.4 建構結構圖，遷移應用

教師引導學生，將無氧呼吸過程納入到“酶”“ATP”“有氧呼吸”等認知系統中，從而將無氧呼吸過程納入到原有的認知結構（圖1）。并注重使學生學習遷移運用，聯系學生的生活，促進學生思考與解釋：①發酵除了在釀酒得到應用外，你能舉出更多的有關發酵在生活中應用的實例嗎？②劇烈運動后有什么感覺，為什么會有這樣的感覺？③一場洪水將植物根部淹沒；十多天以后，洪水才慢慢退去。請思考，洪水退去后，植物會出現什么后果？為什么？

圖1 概念結構圖

教師將無氧呼吸概念納入學生原有認知結構，將生物學概念進行結構化處理，培養學生利用結構化的概念解決生活中真實情境的問題。

3 教學反思

本節課聚焦新教材無氧呼吸概念，充分利用鄉土資源——奉賢區神仙酒廠，通過學生對神仙酒廠的參觀，提出問題，課堂教學圍繞學生的問題進行實驗探究。由于解決的是學生提出的問題，并利用實驗探究的方法進行，學生自主性被激發，表現出很高的熱情。在結構化知識遷移應用中，學生能夠在教師提供情境下，提出新的情境應用。利用鄉土資源進行課堂實踐是新教材試用的一個探索，希望為新教材真正實施提供參考。