备课素材：“探究酵母菌细胞呼吸的方式”实验科学探究教学设计--高一上学期生物人教版必修1

“探究酵母菌细胞呼吸的方式”实验科学探究教学设计

“探究酵母菌细胞呼吸的方式”是高中生物学必修一的一个重要探究实验。

      1．整合内容本身和学习过程

首先利用学生亲身经历过的事实创设问题情境；然后，对学生科学分组和分工，使各小组做到合理搭配，分工细致、职责分明；再利用学生初中阶段学过呼吸作用的知识作为认知基础，充分挖掘教材内容，引导学生根据课本知识，主动探究酵母细胞的呼吸方式。教师所设计的问题应该由浅入深、由易到难、层层递进，为学生提供活跃创造性思维的载体，令学生“身临其境”。教师也可以利用学生自己产生的疑问来设计教学。例如，学生在认知过程中的猜想和假设——酵母菌有氧呼吸除了有CO2产生还有其他物质产生吗?学生的深层思考——酵母菌有氧呼吸和无氧呼吸产生的CO2到底谁多谁少?学生在探究和问题再生的过程中所得到的思维结果——其他生物无氧呼吸也产生酒精吗?学生在原有的思维基础上获得更多的发展空间——是否还有其他的方法来检测CO2和酒精?这样既关联到核心知识，又关联到核心思想方法，更关联到学生发展的核心素养。

2．批判性地学习知识和思想

如果上述带有一定难度的问题介于学生现有水平和可能的发展水平两者之间的最近发展区，又符合学生的认知习惯，就能调动学生探究的积极性，发挥其潜能。教师基于实验原理，提出问题，引导学生小组进行合作：怎么鉴定有无CO2产生?如何比较CO2产生的多少?重铬酸钾溶液检测酒精在其他酸性条件下也变成灰绿色?引导学生，思考实验材料与实验试剂的选择以及实验装置的设计：为什么选择单细胞的酵母菌?怎么配制酵母菌培养液?怎样保证酵母菌在整个实验过程中能保持活性?为什么选择糖类最合适?糖类中为什么选择葡萄糖更好?你可以设计出比教材所示的更简便实用的实验装置吗?各学习小组讨论实验步骤，构建自己的见解，在各种观点之间建立多元联接。此时，教师适时地补充问题：①本实验的自变量是什么?因变量是什么?无关变量又是什么?②设置几组实验?哪个是实验组?哪个是对照组?③怎样控制有氧和无氧的条件?学生在理解事物的基础上不断地质疑辨析，在质疑辨析中加深对深层知识和复杂概念的理解，并把它们纳入原有的认知结构中，顺利进行下一个发展区，进而更主动地参与学习和构建知识的过程。

3．实现知识的同化和顺应

进入实验室，学生在活动过程中又不断地调整原有认知结构：

有的学生用温水活化酵母菌；有的学生在各瓶中依次加入特定的溶液和活化好的酵母菌菌种；有的学生按照教材的设计来连接组装实验装置；有的学生接通通气泵的电源开始实验；有的学生观察记录实验过程中现象；有的学生检测酒精生成；有的学生思考两种呼吸的化学方程式书写⋯⋯各成员自觉地把探究过程中的发现与自己的预测或猜想进行对照，互帮互学、主动发现并提出新的探究问题，迸出了创新的火花，手脑结合在形成技能素养的同时内化形成知识、积极思维，使探究活动不断向深层次发展，并对建构产生的结果进行重新审视、分析、调整，同时主动地对新知识作出理解和判断，运用原有的知识经验对新概念(原理)或问题进行分析、鉴别、评价，形成自我对知识

的理解，建构新的认知序列。

4．创造性地解决现实问题

组长代表本组汇报探究过程、结果和自我评价，成员1评价其

他小组的优点，成员2评价其他小组的有待改进的地方，成员3对其他小组提出改进意见和建议⋯⋯各小组在如此充分的交流中，既能在对自己有更深层了解的同时及时发现同学的闪光点，也能在密切了解与同伴合作关系的同时认同团队的力量，更能充分发展表达能力、交流能力、逻辑思维能力。教师对学生的汇报与交流要进行总结、肯定、论证和升华，引导他们完善进一步的探究设计。

教师根据学生的问题预设问题、设计情境，可提供资料、材料设备等方法来解决学生问题：①通过在学习任务单上提供酵母菌和线粒体的知识来激活学生的前概念。②用真空袋分别装一块加发酵粉的面团(留有空气)和一块没加发酵粉的面团(不留空气)来针对有氧呼吸过程中水的生成，进而让学生尝试建构酵母菌细胞呼吸的方程式。③运用计算机数据采集系统，自动迅速地采集并记录锥形瓶溶液中溶解氧、空间中的CO2和O2浓度数值，然后用Excel软件和Origin软件作溶解氧、CO2以及O2浓度的变化曲线，准确分析在有氧呼吸过程中O2消耗量与CO2产生量之间的固定关系，进而让学生领会有氧呼吸化学方程式的变化实质。④创设问题情境(有三支试管，A试管中含有细胞质基质，B试管中仅含线粒体，C试管中既有细胞质基质又有线粒体)，要求学生分析真核生物有氧呼吸的主要场所里，再引导学生根据物质守恒定律和同位素标记法进而构建有氧呼吸过程图以及元素的来龙去脉，这样就从模式生物的研究来理解细胞生物学的基本原理。⑤通过资料收集和利用教材资源，促进学生结合生产生活实际，探讨细胞呼吸原理在生产生活实践中的运用，并引导学生透彻地分析其中的实例，拓宽其视野(无氧呼吸中还有乳酸发酵)。

教学反思

生物学是一门以观察和实验为基本研究方法的自然科学，而科学探究更是一项促进深度学习的实践活动。教师应把本该在实验室学习的时间还给学生，重组教学资源，优化科学探究的过程，从教室走进实验室、从教师演示实验到学生分组实验、从理论探究到实际操作、从课堂教学走向课外实践，积极引导学生把握实验常规，训练提高实验技能和操作能力，锻炼个人独立思考的能力。教师要引导学生对实验进行整体分析、系统思考和综合体验，并能有效开展科学探究来补充、延伸课堂教学的时空，形成一定的科学探究能力和科学态度与价值观，培养学生运用结论进行分析问题、拓展知识、解决现实问题等方面的创新能力，并把探究活动推向常态化，使学生在享受探究乐趣的同时，逐渐增强实验中自发的探究动机，让知识在探究中获得新生，让能力在探究中得到提高，让情感在实际问题情境和人际交往中逐渐升华。

教师要摒弃说教，抓住合作的时机，让学生有效地参与科学探究、开展真讨论，说出自己的想法。然后，学生在小组内进行纠正和整合，并分配任务、相互合作来完成。感受学习中的合作也是学习的一部分，不仅学会了合作的方法，还培养了合作的能力，提高将来适应和参与社会的能力。在激励教育过程中，基础好的学生会尽力帮助组内的其他成员，而基础较差的学生则会变压力为动力，使小组内出现互动、互助、互勉、互进的局面，全面提升学生的整体素质。教师要注意加强指导，使学生的合作与探究更科学。例如，到各个小组中进行引导，引导他们如何帮助同伴、如何倾听同伴的发言、如何共同讨论、如何相互交流，以及协调小组成员间的分歧和归纳小组成员的观点等方面。教师要注意把握学生的探究和讨论方向，在此过程中逐步实现了师生互动、生生互动的多元互动方式，不仅利于教师的引导，而且可以培养及强化学生的合作精神和合作意识。

 “探究酵母菌细胞呼吸的方式”实验教学内容是基于核心概念“细胞的生存需要能量和营养物质”下的四级概念“有氧呼吸和无氧呼吸”，是整个高中生物学科结构的主干部分，是人们认识客观世界的基础。学生参与了实验的全过程，能正确使用一般的实验器具，学会检测酒精、二氧化碳等细胞呼吸产物的方法，提高了运用语言表达、信息分享与合作的能力；并且就探究过程不断修正、完善和发展，使探究活动不断向深层次迈进。学生的思维活动贯穿在探究的全过程：通过分类，概述酵母菌细胞的呼吸方式；通过比较，学会控制自变量，观察和检测因变量的变化，以及设置对照组和重复实验；通过综合，说出细胞呼吸原理在农业生产和日常生活中的应用；通过理解抽象的

细胞代谢概念，体会细胞是生命活动的基本单位；通过归纳，从微观层面把握生命的本质，体会生命的奇妙，形成知识的衔接与过渡，构建完整的知识框架，实现从知识广度的量变到思维广度的质变，获得更多发展空间。