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摘 要 在“ATP的主要来源——细胞呼吸”一课中,为了充分挖掘教学素材,融入6幅改编图片丰富学生“自学”资源;结合问题设计递进引导,通过“互学、领学”构建问题式课堂,强化了细胞呼吸核心概念,突破了呼吸过程的学习难点;最后得出“ATP的主要来源是细胞呼吸”的结论。这样设计教学,增强了课堂的任务性,提高了课堂的师生互动性。
关键词 教学设计 反思 细胞呼吸 ATP的主要来源
中图分类号 G633.91 文献标志码 B
1 教材分析
“ATP的主要来源——细胞呼吸”是人教版普通高中生物课程必修1第五章第三节的内容。细胞呼吸是细胞新陈代谢的基本内容之一,它涵盖了胞内物质、能量代谢,紧密联系了“酶”和“ATP”,指明了“光合作用”形成糖类的部分去向。本节阐述了细胞呼吸、有氧呼吸、无氧呼吸、细胞呼吸原理及应用4个板块的内容,呈现了“有氧呼吸过程图解”,补充实验“探究酵母菌细胞呼吸的方式”,涉及较多概念性知识和过程性知识,要求学生能理解有氧呼吸、无氧呼吸的过程,能将细胞呼吸原理在生产和生活中进行应用。
2 设计思路
“ATP的主要来源——细胞呼吸”是对ATP主要来源的总体评价,这需要学生仔细思辨、反复理解才能认同。思辨可借助若干问题作为载体,问题可从充分挖掘教学素材而生。对此,笔者基于问题进行本课的教学设计,突出“问题”层次性:学生“自学”时,能够“发现问题”;“互学”时,希翼“解决问题”;“领学”时,围绕“新生问题,提升认知”。如此,学习过程“以问题为核心不断答疑、生疑、再答疑”,顺道“解决问题”,最终形成细胞呼吸的具体过程、核心概念,得到“ATP的主要来源是细胞呼吸”的结论。
3 教学目标
(1) 知识目标:简述有氧呼吸和无氧呼吸过程;说出酵母菌细胞呼吸方式;说出细胞呼吸原理在生产和生活中的应用。
(2) 能力目标:能从反应条件、物质变化、能量变化、物质量变化4个角度认识化学反应;尝试寻找关键词;学会提取信息、梳理信息、培养简化文本、化文为图。
(3) 情感、态度与价值观目标:感悟生活的美好;认同思考和发现的重要性;明白知识从生活中来又服务于生活的道理。
4 教学重点与难点
(1) 说明有氧呼吸和无氧呼吸的过程。
(2) 能理解ATP的主要来源是细胞呼吸。
5 教学过程
5.1 视频导入
教师播放“发酵历史”视频,引导学生初步了解以下内容:公元前6000年,古巴比伦人掌握“发酵酿造啤酒”技术;公元前4000年,埃及人学会了用“发酵法”制造面包;殷商时期,中国人掌握了“酿酒”技术;秦汉时期,学会了制酱;周朝时期,学会了制醋。
播放完视频后,教师提问:(1) 视频中反复出现了一个关键词,请找出来。(2) 怎么理解发酵?(3) 在生活中,发酵处处可见,如市场上售卖安琪酵母(课件出示图片),用来发面。发面后,面团松软,为什么?面团偶有酸味,为什么?发酵与细胞呼吸之间有怎么样的关系?
学生学情:能指出视频中的关键词是“发酵”,知道面团松软是因为产生了气体。但不知道产生的气体是什么及发酵是怎么一回事。
教师补充“发酵”在生活上的其他应用,及点明“发酵”与呼吸作用的联系:发酵是微生物的呼吸作用。
教师继续追加问题,引发学生的“头脑风暴”:取一部分发酵液,用乙醇和丙酮处理其中的酵母细胞,将它们杀死,发现处理后的发酵液仍然保持发酵能力,为什么?
学生纷纷进行思考,此时教师不急于解释,为后文发酵相关知识的拓展做好情境铺垫。
5.2 引导学生自学,理解“细胞呼吸”核心概念
待学生的“头脑风暴”过后,教师引导学生阅读教材“细胞呼吸”相关板块寻找答案,之后抛出两组问题(多媒体投影),引导学生自学。
第1组问题:(1) 找出细胞呼吸概念关键词,它们各自在一个化学反应式中对应意义是什么?怎么理解氧化分解?(2) 怎么理解有机物?有机物是指前面学过的四类(核酸、蛋白质、糖类、脂质)吗?(3) 细胞呼吸有哪些类型?(此组问题主要用于解读“细胞呼吸”概念)
第2组问题:(1) 生活中常使用“呼吸”一词。这里的“呼吸”指的是什么?(2) 你能否结合初中生物教材中的“呼吸全过程”(图1),標出你认为的“呼吸”对应范围。(3) 呼吸作用仅发生在肺里吗?(4) O2进入肺后最终去哪了?CO2从哪儿来?(此组问题主要用于寻找“呼吸”与“呼吸作用”的关系)
学生讨论并交换意见后,知道“有机物”是反应物(底物)是提供能量的物质,如糖类、脂肪;“细胞内”是场所;“酶”是反应条件;“CO2或其他产物”是生成物(产物);“ATP”是能量;细胞呼吸有两种方式:有氧呼吸和无氧呼吸。但对于“有机物能否判断为蛋白质、核酸”疑惑不解、各执一词,且以为“呼吸”就是呼气和吸气。
上述学情表明学生已完成“自学”和“互学”,暴露“细胞呼吸概念”思维盲区:不理解“氧化分解”的含义,不明白“ATP”是作为物质还是能量,无法区分物质变化和能量变化,不清楚细胞呼吸、呼吸作用与呼吸有何异同,不理解“呼吸”的含义,误以为呼吸作用仅仅发生在肺里。
这些学情正是教师教学的入手点及学生“领学”提升的好素材。
教师补充:“氧化分解”是一种化学方应类型,包含氧化还原反应和分解反应两种;ATP不是能量,是产物,虽含2个高能磷酸键,但它是大部分细胞主要能源物质,故ATP视为产物。能量变化为释放能量。除了糖类、脂肪可释放能量外,还有蛋白质,作为生命活动特殊能源。核酸不能提供能量,一般用作遗传物质。学生口中“呼吸”即肺通气,不完整。以人为例,所谓“呼吸”指人体从周围环境吸入O2,同时呼出CO2的过程。它包括3个层次:肺通气(外呼吸);气体在血液中的运输(体内运输);呼吸作用(内呼吸)。细胞呼吸与呼吸作用实质相同,都是细胞内的有机物发生氧化分解,释放能量形成ATP的过程。 5.3 学生互学,教师领学,突破“有氧呼吸”学习难点
葡萄糖是细胞内的主要能源,也是有氧呼吸和无氧呼吸最常利用的物质。教师先展示“葡萄糖的有氧呼吸过程”(图2),然后再将其转化到一个具体的细胞内(图3),最后以1 mol葡萄糖的有氧呼吸为例,引导学生思考以下两组问题。
第一组问题:
(1) 请说出细胞膜、细胞核、细胞质、线粒体的位置。线粒体外膜、内膜、嵴、线粒体基质分别在哪?
(2) 有氧呼吸共3个阶段,在图3中用①②③表示,说出各个阶段的发生场所。讨论每个阶段的物质变化及数量变化,并写在括号内。
(3) 有氧呼吸离不开O2,但真正需要O2的是在第几阶段?若把O2中O用18O标记,18O最先出现在哪个物质?(突破学生“物质变化”学习难点)
第二组问题:
(4) 1 mol葡萄糖经有氧呼吸释放能量为2 870kJ,其中只有1 161kJ左右的能量储存在ATP,其余的能量去哪了?由此说明释放的能量有哪些去向?
(5) 细胞生命活动所需的能量,大约有95%来自线粒体,因此有氧呼吸的主要场所是哪里?
(6) 写出有氧呼吸的总反应式。与化学反应式对比,总结生物反应式写法如何?
(7) 说出有氧呼吸的关键词,使用这些关键词,给有氧呼吸下定义(解决学生“能量变化”的学习困难)。
学生在完成两组“互学”问题的过程中产生新困惑:[H]是什么?有何作用?它和以前接触的H、H 、H2有何区别?虽然教材中“有氧呼吸过程图解”的物质改变一目了然,但学生不明白如何计算物质摩尔数,对于有氧呼吸总反应式出现“ 能量”的理解出现争论,不清楚是“ATP”或是“热能”还是“ATP 热能”。学生的这些新困惑是问题式课堂真正的动力。
教师随即分析学情,找准“下手点”:“有氧呼吸过程图解”从四个角度梳理:物质变化、能量变化、反应条件以及反应类型,见表1。不难发现物质数量变化、反应类型在表中依然没有解决。究其原因,就是[H]作用和它作为“中间产物”的地位问题没有厘清,出现了“知识断点”。对此,教师教学的“下手点”即解决[H]和“中间产物”的疑问。
教师“领学”提升:[H]不是H和H ,而是一种化合物NADH,具有还原性,作为还原剂。O2作为氧化剂,这为“反应类型是氧化还原反应”做了提示。第一阶段和第二阶段生成[H],都是氧化还原反应。从C6H12O6最终变成了CO2来看,属于分解反应。综上所述,有氧呼吸反应类型为氧化分解,与前文细胞呼吸反应类型一致。
教师接着介绍“中间产物”,为“书写总反应式”和“能量逐步释放”搭桥铺路。有氧呼吸是一系列连续反应,不是一个化学反应。以丙酮酸为例,丙酮酸既是有氧呼吸第一阶段产物,也是第二阶段底物,像丙酮酸这样,还有[H],都属于中间产物。每一阶段由专门的酶(可用酶1、酶2、酶3表示)催化,且前一阶段反应产物是后一阶段反应底物,因此葡萄糖逐步分解,能量逐步释放。释放的能量一部分以熱能形式散失,其余的在有关酶催化下被ADP接受,与磷酸结合,生成ATP。
5.4 检测基础,“领学”拔高,突破“无氧呼吸”学习难点
第一组问题(检测基础):
(1) 在有O2的情况下,细胞有氧呼吸释放能量,形成ATP。在没有O2或O2不足的条件下,细胞怎样解决ATP供应?
(2) 据图4,无氧呼吸包括2个阶段,在图4中用①②表示,讨论每个阶段发生场所、物质变化、能量变化,在图5括号内写出。
(3) 写出无氧呼吸总反应式。
(4) 同是无氧呼吸第二阶段,为何丙酮酸被还原的产物不同?能否举例说明哪种生物进行酒精发酵,哪种生物进行乳酸发酵?有没有一种生物既进行酒精发酵又进行乳酸发酵,试举例说明。
(5) 仿照有氧呼吸,给无氧呼吸下定义:无氧呼吸一般指在 的条件下,通过 的催化,把葡萄糖等有机物分解成为
,同时释放 的过程。
学生“互学”后,会生疑:据有氧呼吸[H]作用,提示两种无氧呼吸反应类型均为氧化分解,却无法说出丙酮酸被分解为不同产物的原因,亦不能说出氧化分解的异同。
诸如此类就是知识缝隙,教师找出后,应见缝插针,从“能量释放多少和去路”入手,设计第2组问题。
第二组问题(“领学”拔高):
(1) 以乳酸发酵为例,每消耗1 mol葡萄糖释放能量为196.65 kJ,其中只有61.08 kJ左右的能量储存在ATP中,其余的能量去哪了?以酒精发酵为例,每消耗1 mol葡萄糖释放的能量为225.9 kJ,其中只有61.08 kJ左右的能量储存在ATP中,其余的能量去哪了?无氧呼吸第二阶段释放能量了吗?
(2) 与有氧呼吸释放能量2870 kJ相比,二者释放能量相差如此之大,这对于理解氧化分解有何意义?差值部分能量储存在哪?
(3) 说出哪些过程能形成ATP?在ADP转化成ATP过程中,所需能量从哪里来呢?
教师补充表2:由于酶种类不同(用酶a、酶b、酶c表示),丙酮酸被还原的产物不同,生成酒精和CO2或生成乳酸,不会有生物二者兼而有之。酒精发酵适用于大多数植物、酵母菌;乳酸发酵适用于大部分动物和乳酸菌。与有氧呼吸相比,无氧呼吸释放能量较少,说明有氧呼吸氧化分解彻底,无氧呼吸氧化分解不彻底,大部分能量储存在有机物中。
归纳小结:
(1) 细胞呼吸主要方式:有氧呼吸。
(2) 判断氧化分解彻底与否的依据:观察产物是否均为无机物。
(3) 形成ATP的过程(图6)主要有3条:① 有氧呼吸;② 无氧呼吸;③ 光合作用。
相应的,在ADP转化成ATP过程中,所需的能量来自有机物中的化学能或光能。对于动物、人、真菌和大多数细菌来说,均来自细胞呼吸作用有机物分解所释放的能量;对于绿色植物来说,除了依赖呼吸作用所释放的能量外,叶绿体进行光合作用将ADP转化为ATP。因此ATP的主要来源是细胞呼吸。
5.5 提问结课
酵母菌是引课素材,教师继续寻找挑战点进行结课,做到首位呼应。
教师结课提问:
(1)酵母菌在有氧和无氧条件下都能生存,酵母菌细胞呼吸方式是什么?
(2) 回到课前“头脑风暴”:取一部分发酵液,用乙醇和丙酮处理其中的酵母细胞,将它们杀死,发现处理后的发酵液仍然保持发酵能力,为什么?
(3) 某小组在注射器中加入3mL含酵母菌培养液,吸入9 mL空气后加塞密封,一段时间后,发现针管内的气体体积增加。为什么?
6 教学反思
本节课涉及较多的概念性知识和过程性知识,夹杂推理分析,课堂处理很有难度。教师应在不照搬教材情况下进行重构:切块、分层同时推进。切为3块,分别是细胞呼吸、有氧呼吸、无氧呼吸,每1块以组织若干问题分层推进。
“视频导入”引课,带出关键词“发酵”,为细胞呼吸概念寻找关键词做好思维内动,亦为“结课”做好首尾呼应,做到了用一个观察点抓住一节课。
自制6张图是3块相应线索,也是教学特色。学生初步阅读教材建立认知后,借助图形二次建构,为快速“理解文本”搭建支架。特别是有位学生分析有氧呼吸总反应式时,提到:“释放的能量怎么理解?是ATP还是热能还是ATP和热能二者总和?”这些问题让教师始料不及,而这就是问题带来的生产力。学生在问题式课堂中互疑互解、互帮互学,逐渐形成严谨思维,不仅在学而且在用,是学以致用的典型结合。
有氧呼吸过程是重点,亦是难点。以问题递进式推进,使组织课堂、观察课堂的视角由“个体认知”上升为“集体对话”,把课堂变成学生交互的舞台,增进了生生互动、师生互动,塑造了鲜活的课堂。特别是在处理图3和图5过程中,学生多次板演,出现多次“学习断点”“知识缝隙”,为教师找出学习困难“及时搭桥”,也为学生在解决问题过程中生成新问题“铺路”,这样“问题中再生问题”的方式使问题生成及时、鲜活、有力,从而突破有氧呼吸,最终使学生认同“ATP的主要来源是细胞呼吸”。实践证明,问题式课堂教学效果良好,深受学生欢迎。
关键词 教学设计 反思 细胞呼吸 ATP的主要来源
中图分类号 G633.91 文献标志码 B
1 教材分析
“ATP的主要来源——细胞呼吸”是人教版普通高中生物课程必修1第五章第三节的内容。细胞呼吸是细胞新陈代谢的基本内容之一,它涵盖了胞内物质、能量代谢,紧密联系了“酶”和“ATP”,指明了“光合作用”形成糖类的部分去向。本节阐述了细胞呼吸、有氧呼吸、无氧呼吸、细胞呼吸原理及应用4个板块的内容,呈现了“有氧呼吸过程图解”,补充实验“探究酵母菌细胞呼吸的方式”,涉及较多概念性知识和过程性知识,要求学生能理解有氧呼吸、无氧呼吸的过程,能将细胞呼吸原理在生产和生活中进行应用。
2 设计思路
“ATP的主要来源——细胞呼吸”是对ATP主要来源的总体评价,这需要学生仔细思辨、反复理解才能认同。思辨可借助若干问题作为载体,问题可从充分挖掘教学素材而生。对此,笔者基于问题进行本课的教学设计,突出“问题”层次性:学生“自学”时,能够“发现问题”;“互学”时,希翼“解决问题”;“领学”时,围绕“新生问题,提升认知”。如此,学习过程“以问题为核心不断答疑、生疑、再答疑”,顺道“解决问题”,最终形成细胞呼吸的具体过程、核心概念,得到“ATP的主要来源是细胞呼吸”的结论。
3 教学目标
(1) 知识目标:简述有氧呼吸和无氧呼吸过程;说出酵母菌细胞呼吸方式;说出细胞呼吸原理在生产和生活中的应用。
(2) 能力目标:能从反应条件、物质变化、能量变化、物质量变化4个角度认识化学反应;尝试寻找关键词;学会提取信息、梳理信息、培养简化文本、化文为图。
(3) 情感、态度与价值观目标:感悟生活的美好;认同思考和发现的重要性;明白知识从生活中来又服务于生活的道理。
4 教学重点与难点
(1) 说明有氧呼吸和无氧呼吸的过程。
(2) 能理解ATP的主要来源是细胞呼吸。
5 教学过程
5.1 视频导入
教师播放“发酵历史”视频,引导学生初步了解以下内容:公元前6000年,古巴比伦人掌握“发酵酿造啤酒”技术;公元前4000年,埃及人学会了用“发酵法”制造面包;殷商时期,中国人掌握了“酿酒”技术;秦汉时期,学会了制酱;周朝时期,学会了制醋。
播放完视频后,教师提问:(1) 视频中反复出现了一个关键词,请找出来。(2) 怎么理解发酵?(3) 在生活中,发酵处处可见,如市场上售卖安琪酵母(课件出示图片),用来发面。发面后,面团松软,为什么?面团偶有酸味,为什么?发酵与细胞呼吸之间有怎么样的关系?
学生学情:能指出视频中的关键词是“发酵”,知道面团松软是因为产生了气体。但不知道产生的气体是什么及发酵是怎么一回事。
教师补充“发酵”在生活上的其他应用,及点明“发酵”与呼吸作用的联系:发酵是微生物的呼吸作用。
教师继续追加问题,引发学生的“头脑风暴”:取一部分发酵液,用乙醇和丙酮处理其中的酵母细胞,将它们杀死,发现处理后的发酵液仍然保持发酵能力,为什么?
学生纷纷进行思考,此时教师不急于解释,为后文发酵相关知识的拓展做好情境铺垫。
5.2 引导学生自学,理解“细胞呼吸”核心概念
待学生的“头脑风暴”过后,教师引导学生阅读教材“细胞呼吸”相关板块寻找答案,之后抛出两组问题(多媒体投影),引导学生自学。
第1组问题:(1) 找出细胞呼吸概念关键词,它们各自在一个化学反应式中对应意义是什么?怎么理解氧化分解?(2) 怎么理解有机物?有机物是指前面学过的四类(核酸、蛋白质、糖类、脂质)吗?(3) 细胞呼吸有哪些类型?(此组问题主要用于解读“细胞呼吸”概念)
第2组问题:(1) 生活中常使用“呼吸”一词。这里的“呼吸”指的是什么?(2) 你能否结合初中生物教材中的“呼吸全过程”(图1),標出你认为的“呼吸”对应范围。(3) 呼吸作用仅发生在肺里吗?(4) O2进入肺后最终去哪了?CO2从哪儿来?(此组问题主要用于寻找“呼吸”与“呼吸作用”的关系)
学生讨论并交换意见后,知道“有机物”是反应物(底物)是提供能量的物质,如糖类、脂肪;“细胞内”是场所;“酶”是反应条件;“CO2或其他产物”是生成物(产物);“ATP”是能量;细胞呼吸有两种方式:有氧呼吸和无氧呼吸。但对于“有机物能否判断为蛋白质、核酸”疑惑不解、各执一词,且以为“呼吸”就是呼气和吸气。
上述学情表明学生已完成“自学”和“互学”,暴露“细胞呼吸概念”思维盲区:不理解“氧化分解”的含义,不明白“ATP”是作为物质还是能量,无法区分物质变化和能量变化,不清楚细胞呼吸、呼吸作用与呼吸有何异同,不理解“呼吸”的含义,误以为呼吸作用仅仅发生在肺里。
这些学情正是教师教学的入手点及学生“领学”提升的好素材。
教师补充:“氧化分解”是一种化学方应类型,包含氧化还原反应和分解反应两种;ATP不是能量,是产物,虽含2个高能磷酸键,但它是大部分细胞主要能源物质,故ATP视为产物。能量变化为释放能量。除了糖类、脂肪可释放能量外,还有蛋白质,作为生命活动特殊能源。核酸不能提供能量,一般用作遗传物质。学生口中“呼吸”即肺通气,不完整。以人为例,所谓“呼吸”指人体从周围环境吸入O2,同时呼出CO2的过程。它包括3个层次:肺通气(外呼吸);气体在血液中的运输(体内运输);呼吸作用(内呼吸)。细胞呼吸与呼吸作用实质相同,都是细胞内的有机物发生氧化分解,释放能量形成ATP的过程。 5.3 学生互学,教师领学,突破“有氧呼吸”学习难点
葡萄糖是细胞内的主要能源,也是有氧呼吸和无氧呼吸最常利用的物质。教师先展示“葡萄糖的有氧呼吸过程”(图2),然后再将其转化到一个具体的细胞内(图3),最后以1 mol葡萄糖的有氧呼吸为例,引导学生思考以下两组问题。
第一组问题:
(1) 请说出细胞膜、细胞核、细胞质、线粒体的位置。线粒体外膜、内膜、嵴、线粒体基质分别在哪?
(2) 有氧呼吸共3个阶段,在图3中用①②③表示,说出各个阶段的发生场所。讨论每个阶段的物质变化及数量变化,并写在括号内。
(3) 有氧呼吸离不开O2,但真正需要O2的是在第几阶段?若把O2中O用18O标记,18O最先出现在哪个物质?(突破学生“物质变化”学习难点)
第二组问题:
(4) 1 mol葡萄糖经有氧呼吸释放能量为2 870kJ,其中只有1 161kJ左右的能量储存在ATP,其余的能量去哪了?由此说明释放的能量有哪些去向?
(5) 细胞生命活动所需的能量,大约有95%来自线粒体,因此有氧呼吸的主要场所是哪里?
(6) 写出有氧呼吸的总反应式。与化学反应式对比,总结生物反应式写法如何?
(7) 说出有氧呼吸的关键词,使用这些关键词,给有氧呼吸下定义(解决学生“能量变化”的学习困难)。
学生在完成两组“互学”问题的过程中产生新困惑:[H]是什么?有何作用?它和以前接触的H、H 、H2有何区别?虽然教材中“有氧呼吸过程图解”的物质改变一目了然,但学生不明白如何计算物质摩尔数,对于有氧呼吸总反应式出现“ 能量”的理解出现争论,不清楚是“ATP”或是“热能”还是“ATP 热能”。学生的这些新困惑是问题式课堂真正的动力。
教师随即分析学情,找准“下手点”:“有氧呼吸过程图解”从四个角度梳理:物质变化、能量变化、反应条件以及反应类型,见表1。不难发现物质数量变化、反应类型在表中依然没有解决。究其原因,就是[H]作用和它作为“中间产物”的地位问题没有厘清,出现了“知识断点”。对此,教师教学的“下手点”即解决[H]和“中间产物”的疑问。
教师“领学”提升:[H]不是H和H ,而是一种化合物NADH,具有还原性,作为还原剂。O2作为氧化剂,这为“反应类型是氧化还原反应”做了提示。第一阶段和第二阶段生成[H],都是氧化还原反应。从C6H12O6最终变成了CO2来看,属于分解反应。综上所述,有氧呼吸反应类型为氧化分解,与前文细胞呼吸反应类型一致。
教师接着介绍“中间产物”,为“书写总反应式”和“能量逐步释放”搭桥铺路。有氧呼吸是一系列连续反应,不是一个化学反应。以丙酮酸为例,丙酮酸既是有氧呼吸第一阶段产物,也是第二阶段底物,像丙酮酸这样,还有[H],都属于中间产物。每一阶段由专门的酶(可用酶1、酶2、酶3表示)催化,且前一阶段反应产物是后一阶段反应底物,因此葡萄糖逐步分解,能量逐步释放。释放的能量一部分以熱能形式散失,其余的在有关酶催化下被ADP接受,与磷酸结合,生成ATP。
5.4 检测基础,“领学”拔高,突破“无氧呼吸”学习难点
第一组问题(检测基础):
(1) 在有O2的情况下,细胞有氧呼吸释放能量,形成ATP。在没有O2或O2不足的条件下,细胞怎样解决ATP供应?
(2) 据图4,无氧呼吸包括2个阶段,在图4中用①②表示,讨论每个阶段发生场所、物质变化、能量变化,在图5括号内写出。
(3) 写出无氧呼吸总反应式。
(4) 同是无氧呼吸第二阶段,为何丙酮酸被还原的产物不同?能否举例说明哪种生物进行酒精发酵,哪种生物进行乳酸发酵?有没有一种生物既进行酒精发酵又进行乳酸发酵,试举例说明。
(5) 仿照有氧呼吸,给无氧呼吸下定义:无氧呼吸一般指在 的条件下,通过 的催化,把葡萄糖等有机物分解成为
,同时释放 的过程。
学生“互学”后,会生疑:据有氧呼吸[H]作用,提示两种无氧呼吸反应类型均为氧化分解,却无法说出丙酮酸被分解为不同产物的原因,亦不能说出氧化分解的异同。
诸如此类就是知识缝隙,教师找出后,应见缝插针,从“能量释放多少和去路”入手,设计第2组问题。
第二组问题(“领学”拔高):
(1) 以乳酸发酵为例,每消耗1 mol葡萄糖释放能量为196.65 kJ,其中只有61.08 kJ左右的能量储存在ATP中,其余的能量去哪了?以酒精发酵为例,每消耗1 mol葡萄糖释放的能量为225.9 kJ,其中只有61.08 kJ左右的能量储存在ATP中,其余的能量去哪了?无氧呼吸第二阶段释放能量了吗?
(2) 与有氧呼吸释放能量2870 kJ相比,二者释放能量相差如此之大,这对于理解氧化分解有何意义?差值部分能量储存在哪?
(3) 说出哪些过程能形成ATP?在ADP转化成ATP过程中,所需能量从哪里来呢?
教师补充表2:由于酶种类不同(用酶a、酶b、酶c表示),丙酮酸被还原的产物不同,生成酒精和CO2或生成乳酸,不会有生物二者兼而有之。酒精发酵适用于大多数植物、酵母菌;乳酸发酵适用于大部分动物和乳酸菌。与有氧呼吸相比,无氧呼吸释放能量较少,说明有氧呼吸氧化分解彻底,无氧呼吸氧化分解不彻底,大部分能量储存在有机物中。
归纳小结:
(1) 细胞呼吸主要方式:有氧呼吸。
(2) 判断氧化分解彻底与否的依据:观察产物是否均为无机物。
(3) 形成ATP的过程(图6)主要有3条:① 有氧呼吸;② 无氧呼吸;③ 光合作用。
相应的,在ADP转化成ATP过程中,所需的能量来自有机物中的化学能或光能。对于动物、人、真菌和大多数细菌来说,均来自细胞呼吸作用有机物分解所释放的能量;对于绿色植物来说,除了依赖呼吸作用所释放的能量外,叶绿体进行光合作用将ADP转化为ATP。因此ATP的主要来源是细胞呼吸。
5.5 提问结课
酵母菌是引课素材,教师继续寻找挑战点进行结课,做到首位呼应。
教师结课提问:
(1)酵母菌在有氧和无氧条件下都能生存,酵母菌细胞呼吸方式是什么?
(2) 回到课前“头脑风暴”:取一部分发酵液,用乙醇和丙酮处理其中的酵母细胞,将它们杀死,发现处理后的发酵液仍然保持发酵能力,为什么?
(3) 某小组在注射器中加入3mL含酵母菌培养液,吸入9 mL空气后加塞密封,一段时间后,发现针管内的气体体积增加。为什么?
6 教学反思
本节课涉及较多的概念性知识和过程性知识,夹杂推理分析,课堂处理很有难度。教师应在不照搬教材情况下进行重构:切块、分层同时推进。切为3块,分别是细胞呼吸、有氧呼吸、无氧呼吸,每1块以组织若干问题分层推进。
“视频导入”引课,带出关键词“发酵”,为细胞呼吸概念寻找关键词做好思维内动,亦为“结课”做好首尾呼应,做到了用一个观察点抓住一节课。
自制6张图是3块相应线索,也是教学特色。学生初步阅读教材建立认知后,借助图形二次建构,为快速“理解文本”搭建支架。特别是有位学生分析有氧呼吸总反应式时,提到:“释放的能量怎么理解?是ATP还是热能还是ATP和热能二者总和?”这些问题让教师始料不及,而这就是问题带来的生产力。学生在问题式课堂中互疑互解、互帮互学,逐渐形成严谨思维,不仅在学而且在用,是学以致用的典型结合。
有氧呼吸过程是重点,亦是难点。以问题递进式推进,使组织课堂、观察课堂的视角由“个体认知”上升为“集体对话”,把课堂变成学生交互的舞台,增进了生生互动、师生互动,塑造了鲜活的课堂。特别是在处理图3和图5过程中,学生多次板演,出现多次“学习断点”“知识缝隙”,为教师找出学习困难“及时搭桥”,也为学生在解决问题过程中生成新问题“铺路”,这样“问题中再生问题”的方式使问题生成及时、鲜活、有力,从而突破有氧呼吸,最终使学生认同“ATP的主要来源是细胞呼吸”。实践证明,问题式课堂教学效果良好,深受学生欢迎。