高中生物人教版 (2019)必修1《分子与细胞》第3节 细胞呼吸的原理和应用教案设计

第五章  细胞的能量供应和利用

第三节  细胞呼吸的原理和应用

一、学习目标\教学目标

1.分析细胞呼吸和有机燃料燃烧产生能量过程的不同，理解细胞呼吸的本质。

2.概述有氧呼吸的三个阶段，写出有氧呼吸的反应式。

二、教学重难点

教学重点

1.有氧呼吸的过程、理解细胞呼吸的原理在生产和生活中的应用。

2.有氧呼吸的过程及其特点。

教学难点

有氧呼吸的过程、细胞呼吸的原理。

三、教学方法

讲授、演示、视频播放、小组讨论。

四、教学过程

【新课导入：情景设置，导入新课】

观看视频《细胞呼吸》，通过视频了解细胞呼吸相关知识，激发学生的求知欲和学习兴趣。

【新课讲授】

小组讨论，问题探究：通过问题探究，小组讨论调动学生的积极性和主动性。

提问：人通过什么途径产生ATP？

学生回答：呼吸作用。

归纳细胞呼吸：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产物，释放出能量并生成ATP的过程。

小组讨论，问题探讨

酵母菌细胞富含蛋白质，可以用作饲料添加剂。在培养酵母菌用作饲料添加剂时，要给培养装置通气或进行振荡，以利于酵母菌大量繁殖。在利用酵母菌生产葡萄酒时，却需要密封发酵。

1.都是培养酵母菌，为什么有的需要通气，有的却需要密封？

提示：通气可以给酵母菌提供呼吸需要的氧气，利于酵母菌进行旺盛的细胞分裂；密封则是避免空气进入，便于酵母菌在无氧条件下分解有机物产生酒精。

2.为什么通气有利于酵母菌大量繁殖？

提示：在有氧条件下，酵母菌分解营养物质释放的能量多，这些能量可以为酵母菌细胞进行物质代谢和细胞分裂提供充足的动力。

3.在密封发酵时，酵母菌将有机物转化为酒精对它自身有什么意义？

提示：密封发酵时，酵母菌将有机物转化为酒精的同时，能为自己的生命活动提供少量能量。

4.做馒头和酿酒时所需要的条件有什么不同？

提示：酵母菌可以分解面粉中的葡萄糖，产生二氧化碳，二氧化碳是气体，遇热膨胀而形成小孔，使得馒头或面包暄软多空；酿酒把米中的淀粉转化成葡萄糖，酵母菌在无氧的条件下，再把葡萄糖分解成酒精和二氧化碳。

一、细胞呼吸的方式

提问：细胞呼吸是否都需要氧呢？生物在有氧和无氧条件下是否都能进行细胞呼吸？

播放视频《探究酵母菌细胞呼吸的方式》

知识点梳理：

1.提出问题：酵母菌在有氧和无氧条件下都能进行细胞呼吸吗？产物分别是什么？

2.作出假设

（1）有氧、无氧条件下都能进行细胞呼吸；

（2）有氧条件下产生CO₂，无氧条件下能产生酒精。

3.设计实验（实验步骤）

①本实验的自变量和因变量分别是什么？有哪些无关变量？

【自变量】：氧气的有无。

【因变量】：细胞呼吸的产物（酒精、CO2）。

【无关变量】：酵母菌培养液的浓度、体积、温度、PH等。

②如何设置实验组呢？

4.实验结果

CO2的检测：澄清的石灰水或者溴麝香草酚蓝水溶液（由蓝变绿再变黄）

酒精的检测：橙色的重铬酸钾溶液在酸性条件下与酒精发生反应，变成灰绿色。

5.实验结论

结论是什么？

教师：通过视频的观看以及酵母菌细胞呼吸方式的分析，总结细胞呼吸的方式。

学生：细胞呼吸可分为有氧呼吸和无氧呼吸两种类型。

二、有氧呼吸

仔细阅读教材，观看视频，思考并回答以下问题：

（1）以葡萄糖为例，尝试分析有氧呼吸过程总共分为几个阶段？

（2）每个阶段的反应过程是怎样的？发生场所在哪里？能量的产生情况如何？

（3）CO2在哪个阶段产生？

（4）O2在哪个阶段被消耗？

（5）分析产物CO2中“O”的来源，以及反应物O2中“O”的去向

播放视频《有氧呼吸的过程》

学生：观看视频，回答以上问题。

提示：

（1）3个阶段。

（2）第一阶段：1个葡萄糖分子分解成2分子丙酮酸，产生少量[H]，并且释放出少量的能量。这一阶段不需要氧的参与，反应场所是细胞质基质。

第二阶段：丙酮酸和水彻底分解成二氧化碳和[H]，并释放出少量的能量。这一阶段不需要氧直接参与，反应场所是线粒体基质。

第三阶段：前两阶段产生的[H]，经过一系列的化学反应，与氧结合形成水，同时释放出大量的能量。这一阶段需要氧的参与，反应场所是线粒体内膜。

（3）第二阶段。

（4）第三阶段。

（5）产物CO2中“O”来源与反应物葡萄糖和水中的“O”，反应物O2中“O”的去向是产物水中的“O”。

知识点梳理：（图解有氧呼吸过程）

阅读教材，观看视频，完成表格

小组讨论，问题探究

1.在细胞内，1 mol葡萄糖彻底氧化分解可以释放出2870 kJ的能量，可使977.28 kJ左右的能量储存在ATP中，其余的能量则以热能的形式散失掉了。请你计算一下，有氧呼吸的能量转化效率大约是多少，这些能量大约能使多少ADP转化为ATP?

提示：有氧呼吸的能量转化效率大约为34%。结合上一节所学内容，1mol ATP分子的高能键含有30.54 kJ的能量，因此，1 mol葡萄糖能够使32 mol ADP分子转化为ATP分子。

2.与燃烧迅速释放能量相比，有氧呼吸是逐级释放能量的，这对于生物体来说具有什么意义?

提示：燃烧是一种迅速释放能量的过程，而有氧呼吸过程则是逐步缓慢释放能量，这种方式保证有机物中的能量得到最充分的利用，主要表现在两个方面：可以使有机物中的能量逐步地转移到ATP中；能量缓慢有序地释放，有利于维持细胞的相对稳定状态。

3.在细胞内1 mol葡萄糖释放2870 kJ的能量，可使977.28 kJ左右的能量储存在ATP中，其余的能量（1892.72 kJ）则以热能的形式散失散失掉了。

（1）请计算一下，有氧呼吸的能量转化效率大约是多少？（34%）

（2）这些能量大约能使多少ADP转化为ATP？（32 mol）

（3）与燃烧迅速释放能量相比，有氧呼吸是逐渐释放能量的，这对于生物体来说，具有什么意义？

提示：使有机物中的能量可以逐步转移到ATP中；有利于维持细胞相对稳定的状态。

三、无氧呼吸

仔细阅读教材，观看视频，小组讨论，问题探究

知识点梳理：（图解有氧呼吸及无氧呼吸的过程，引导学生根据表格归纳无氧呼吸的相关知识，并完成表格）

小组讨论，比较有氧呼吸与无氧呼吸的异同

师生共同总结：

（结合问题探究以及对有氧呼吸和无氧呼吸的分析，引导学生概括细胞呼吸的概念和意义）

细胞呼吸概念：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产物，释放能量并生成ATP的过程。

细胞呼吸意义：（1）为生物体的生命活动提供能量。

（2）生物体代谢的枢纽（如丙酮酸）。

四、细胞呼吸原理的应用

教师：展示各种各类的图片，请你说说其中的原理；并总结影响细胞呼吸的因素有哪些？

师生共同总结影响细胞呼吸的因素。

1.温度

通过影响___呼吸酶的活性__来影响呼吸速率。与温度影响酶___催化效率_的曲线特征一致。

2.氧气浓度

直接影响__呼吸速率__和___呼吸性质___；

氧气的存在对无氧呼吸有___抑制作用_____。

展示曲线图，引导学生分析曲线及各点所代表的含义，并完成计算题。

        曲线1                       曲线2

曲线1：A点只进行无氧呼吸；B点无氧呼吸消失点；C点呼吸作用最低点。

【计算】

氧气浓度为5时无氧呼吸和有氧呼吸消耗的葡萄糖之比？

曲线2：D点只进行无氧呼吸；E点无氧呼吸消失点。

【计算】

氧气浓度为10时无氧呼吸和有氧呼吸消耗的葡萄糖之比？

3.二氧化碳

作为呼吸产物，根据化学平衡，CO2浓度高会抑制___细胞呼吸___的进行；

4.含水量

自由水含量越多，代谢越____旺盛____，细胞呼吸____越强____。

细胞呼吸类型的判断

经典题型：液滴移动问题

结果预测和结论：

a.若装置一中的液滴_____________，装置二中的液滴_____________，则说明种子只进行有氧呼吸；

b.若装置一中的液滴_____________，装置二中的液滴_____________，则说明种子只进行无氧呼吸；

c.若装置一中的液滴_____________，装置二中的液滴_____________，则说明种子既进行有氧呼吸又进行无氧呼吸。

a.左移    不动；      b. 不动     右移；        c.左移     右移

【课堂练习】

1.在有氧呼吸过程中，进入细胞的氧将（　   ）

①与氢结合生成水　②与碳结合生成二氧化碳　③在线粒体中被消耗　④在线粒体与细胞质基质中被消耗

A.①④      B.②③      C.①③     D.②④

提示：在有氧呼吸过程中，进入细胞的氧在有氧呼吸的第三阶段被用于氧化有氧呼吸第一、二阶段产生的[H]，这一步是在线粒体内膜上进行的。

2.将酵母菌进行离心处理，然后在有氧的条件下进行以下模拟实验，最终能产生CO2和H2O的试管是（　   ）

A.甲、乙    B.乙、丙    C.甲、丙    D.丙、丁

提示：产生CO2和H2O的细胞呼吸是有氧呼吸，未离心处理的酵母菌可以进行有氧呼吸，分解葡萄糖产生CO2和H2O；线粒体中可进行有氧呼吸的第二、三阶段，需要的反应物是丙酮酸。因此，试管乙和丙中能产生CO2和H2O。

3.下列关于细胞呼吸的说法中，不正确的是（　   ）

A.细胞呼吸是重要的放能反应

B.细胞呼吸是细胞中有机物的一系列氧化分解过程

C.细胞呼吸是细胞内有机物“缓慢燃烧”的过程

D.细胞呼吸是细胞与环境间的气体交换

提示：细胞呼吸是指生物体内的有机物在细胞内经过一系列的氧化分解，最终生成二氧化碳或其他产物，并且释放出能量的总过程，D错误。

五、板书设计：

第三节  细胞呼吸的原理和应用

一、细胞呼吸的方式

1.概念

2.探究酵母菌的呼吸方式

二、有氧呼吸

1.概念

2.主要场所

3.化学反应式

4.过程

三、无氧呼吸

1.概念

2.主要场所

3.化学反应式

4.过程

四、影响细胞呼吸的因素

温度、氧浓度、二氧化碳浓度、含水量