《必修一分子與細(xì)胞》第5章第3節(jié)“ATP的主要來(lái)源細(xì)胞呼吸”

1、.基于STEM理念的酵母菌呼吸作用方式的改進(jìn)與探究STEM教育是基于真實(shí)問(wèn)題的工程式探究性學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生利用不同學(xué)科的知識(shí)和聯(lián)絡(luò)，進(jìn)步綜合運(yùn)用知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的才能。根據(jù)?普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)?教學(xué)過(guò)程重理論中讓學(xué)生在形成生物學(xué)核心素養(yǎng)的同時(shí)，能用科學(xué)的觀點(diǎn)、知識(shí)、思路和方法，面對(duì)或解決現(xiàn)實(shí)生活中的某些問(wèn)題。要達(dá)成這樣的課程目的，就要高度關(guān)注教學(xué)過(guò)程中的理論經(jīng)歷，強(qiáng)調(diào)學(xué)生學(xué)習(xí)的過(guò)程是主動(dòng)參與的過(guò)程，老師既要讓學(xué)生參與動(dòng)手活動(dòng)，又要讓學(xué)生積極地融入涉及動(dòng)腦的環(huán)節(jié)；通過(guò)探究類(lèi)學(xué)習(xí)活動(dòng)或完成工程學(xué)任務(wù)，加深學(xué)生對(duì)生物學(xué)概念的理解，提升應(yīng)用知識(shí)的才能；要適當(dāng)?shù)貙⒖鐚W(xué)科知識(shí)和技能融入理論活動(dòng)，特別是將

2、“科學(xué)、技術(shù)、工程學(xué)和數(shù)學(xué)STEM整合到理論活動(dòng)中，以適應(yīng)在教學(xué)中對(duì)超越學(xué)科本身知識(shí)和才能的要求。基于新課程標(biāo)準(zhǔn)和STEM理論我設(shè)計(jì)了本節(jié)實(shí)驗(yàn)探究，我將從教學(xué)設(shè)計(jì)、教學(xué)施行、教學(xué)反思三個(gè)方面呈現(xiàn)本節(jié)教學(xué)內(nèi)容。一、教學(xué)設(shè)計(jì)包括：教材分析、學(xué)情分析、教學(xué)目的、教學(xué)思路。1、教材分析 本實(shí)驗(yàn)屬于人教版高中生物學(xué)?必修一分子與細(xì)胞?第5章第3節(jié)“ATP的主要來(lái)源細(xì)胞呼吸中的一個(gè)重要探究性實(shí)驗(yàn)。本實(shí)驗(yàn)作為細(xì)胞呼吸一節(jié)內(nèi)容的一大重點(diǎn)，不僅可以幫助高一學(xué)生體驗(yàn)探究實(shí)驗(yàn)的一般過(guò)程：提出問(wèn)題作出假設(shè)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)施行實(shí)驗(yàn)得出結(jié)論表達(dá)交流，使學(xué)生通過(guò)本實(shí)驗(yàn)來(lái)理解自然界生物的呼吸方式以及呼吸原理在消費(fèi)生活理論中的運(yùn)用，也

3、為學(xué)生學(xué)習(xí)選修1“果酒的制作等實(shí)驗(yàn)奠定根底，從而將必修內(nèi)容和選修內(nèi)容有機(jī)結(jié)合起來(lái)。但本實(shí)驗(yàn)在各學(xué)校的開(kāi)設(shè)率并不高，在本校實(shí)驗(yàn)教學(xué)中也只有個(gè)別老師嘗試?yán)谜n本提供的裝置給學(xué)生進(jìn)展演示實(shí)驗(yàn)。究其原因主要是因?yàn)楹臅r(shí)長(zhǎng)，現(xiàn)象不明顯。2、學(xué)情分析： 才能根底，我校大多數(shù)學(xué)生具備主動(dòng)學(xué)習(xí)和自主探究的才能，學(xué)生的實(shí)驗(yàn)思維能力較強(qiáng)，有利用STEM教育理念的探究和試用。知識(shí)根底，學(xué)生在初中和高一階段對(duì)線粒體的構(gòu)造和功能，細(xì)胞的呼吸作用都有了一定的知識(shí)儲(chǔ)藏。但對(duì)酵母菌呼吸作用的產(chǎn)物及檢測(cè)現(xiàn)象仍沒(méi)有直觀的感受。相關(guān)題目中有關(guān)酵母菌呼吸方式的裝置設(shè)置的作用及呼吸方式的判斷有待于解決。3、教學(xué)目的：基于以上教材分析及學(xué)

4、情分析，根據(jù)新課程標(biāo)準(zhǔn)中提出的生物學(xué)科核心素養(yǎng)，我提出了以下三維教學(xué)目的：知識(shí)目的：1探究酵母菌產(chǎn)生CO2和酒精的條件及方式2掌握相關(guān)物質(zhì)鑒定的一般方法才能目的：1學(xué)習(xí)并掌握科學(xué)探究方法，開(kāi)展初步的科學(xué)探究才能2學(xué)會(huì)探究實(shí)驗(yàn)的一般步驟，學(xué)會(huì)比照實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)方法3培養(yǎng)將“科學(xué)、技術(shù)、工程學(xué)和數(shù)學(xué)STEM整合到理論活動(dòng)中來(lái)解決實(shí)際問(wèn)題的才能情感態(tài)度價(jià)值觀目的：1通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)的不斷深化探究，養(yǎng)成務(wù)實(shí)的科學(xué)態(tài)度，體會(huì)科學(xué)史不斷探究的過(guò)程2體驗(yàn)科學(xué)與生活的互相關(guān)系，認(rèn)同“科學(xué)本質(zhì)上是一種解決問(wèn)題的活動(dòng)本節(jié)實(shí)驗(yàn)將通過(guò)問(wèn)題啟發(fā)和任務(wù)驅(qū)動(dòng)式教學(xué)方法，引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)討論、合作、探究的方式來(lái)打破教學(xué)重點(diǎn)和教學(xué)難點(diǎn)； 教

5、學(xué)重點(diǎn)：引導(dǎo)學(xué)生探究實(shí)驗(yàn)，改進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置優(yōu)化實(shí)驗(yàn)方案 體驗(yàn)酵母菌細(xì)胞呼吸方式并分析細(xì)胞呼吸產(chǎn)物及檢測(cè)方法 教學(xué)難點(diǎn)：設(shè)計(jì)并施行探究實(shí)驗(yàn)改進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置優(yōu)化實(shí)驗(yàn)方案 單因子變量原那么中自變量與無(wú)關(guān)變量的辨析及控制 4、教學(xué)思路通過(guò)生活中的發(fā)酵現(xiàn)象和酵母菌與乳酸菌代謝類(lèi)型的比較聯(lián)絡(luò)呼吸作用鋪墊知識(shí)導(dǎo)入新課。學(xué)生通過(guò)預(yù)習(xí)課本實(shí)驗(yàn)，進(jìn)展教材實(shí)驗(yàn)探究發(fā)現(xiàn)原實(shí)驗(yàn)裝置存在的問(wèn)題，通過(guò)STEM理論引導(dǎo)學(xué)生改進(jìn)方向進(jìn)展實(shí)驗(yàn)裝置改進(jìn)，達(dá)成才能目的打破重難點(diǎn)；學(xué)生通過(guò)改進(jìn)的實(shí)驗(yàn)裝置在課堂由學(xué)生分組施行實(shí)驗(yàn)，通過(guò)產(chǎn)物檢測(cè)判斷酵母菌呼吸作用方式，得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論達(dá)成知識(shí)目的；實(shí)驗(yàn)完畢后學(xué)生提出質(zhì)疑，進(jìn)展思路引導(dǎo)通過(guò)改進(jìn)裝置進(jìn)一步

6、探究，考慮探究過(guò)程中的問(wèn)題并改善實(shí)驗(yàn)方案，達(dá)成情感態(tài)度價(jià)值觀目的。二、教學(xué)施行1、課前預(yù)實(shí)驗(yàn)和裝置改進(jìn)的探究學(xué)生利用教材原實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)置了兩組比照實(shí)驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)4h后溴麝香草酚藍(lán)水溶液仍無(wú)明顯變黃。學(xué)生通過(guò)考慮討論和分析，通過(guò)原實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)展實(shí)驗(yàn)存在的問(wèn)題主要是耗時(shí)長(zhǎng)，現(xiàn)象不明顯，主要表達(dá)在以下四個(gè)方面1裝置方面：裝置氣密性差，試劑用量大2自變量設(shè)置：氧氣供給困難，無(wú)氧條件難以控制3無(wú)關(guān)變量控制：培養(yǎng)液成分干擾酒精檢測(cè)4因變量檢測(cè)：CO2和酒精檢測(cè)現(xiàn)象不明顯基于以上4點(diǎn)問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生利用科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)的根本理論和原理，通過(guò)考慮、討論和查閱相關(guān)論文來(lái)改進(jìn)設(shè)備、改進(jìn)氧氣供給方式、改進(jìn)酵母菌

7、的培養(yǎng)條件、改進(jìn)檢測(cè)培養(yǎng)液配方和用量，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造熱情。學(xué)生通過(guò)改進(jìn)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案，創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)備，主要做了以下五個(gè)方面的改進(jìn)。改進(jìn)一：裝置改進(jìn)用不同體積的注射器代替錐形瓶，用醫(yī)用采血管連接，制成簡(jiǎn)易裝置，既節(jié)省試劑用量，又保證氣體控制。改進(jìn)二：氧氣供給用之前學(xué)過(guò)的FeCl3催化H2O2的分解10mLH2O2+0.5mLFeCl3自制氧氣為酵母菌提供純氧，或直接用氧氣袋為酵母菌呼吸作用提供純氧改進(jìn)三：酵母菌的濃度用量和條件嘗試不同的酵母菌濃度和用量對(duì)反響速率的影響，為了防止葡糖糖對(duì)酒精檢測(cè)的干擾，最終確定用8g酵母菌+80mL水不加葡糖糖，15mL酵母菌液38水浴20min改進(jìn)四：CO2檢測(cè)方法

8、 改變傳統(tǒng)的利用澄清石灰水的檢測(cè)方法，利用課本提到的溴麝香草酚藍(lán)水溶液可以更加直觀快速的看到CO2的檢測(cè)現(xiàn)象由藍(lán)變綠再變黃，查閱文獻(xiàn)配置合理的檢測(cè)液濃度0.1g溴麝香草酚藍(lán)+100mL自來(lái)水 加稀氨水調(diào)藍(lán)色 2mLCO2+2mL檢測(cè)液即可看到由藍(lán)變綠再變黃的過(guò)程。改進(jìn)五：酒精的檢測(cè)方案 嘗試水浴蒸餾方法直接將酒精蒸餾出進(jìn)展檢測(cè)，防止其他無(wú)關(guān)變量的干擾，結(jié)果蒸餾出的酒精含量很少，無(wú)法進(jìn)展鑒定，即使用純酒精進(jìn)展蒸餾，效果仍不明顯。因此采用1.5mL培養(yǎng)液離心，0.5mL的上清液+1mL的酸性重鉻酸鉀中，即可鑒定出明顯現(xiàn)象。2、課上實(shí)驗(yàn)施行和教學(xué)目的的達(dá)成 通過(guò)預(yù)實(shí)驗(yàn)小組同學(xué)改進(jìn)的實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)展課上，

9、在實(shí)驗(yàn)操作之前確認(rèn)探究性實(shí)驗(yàn)的一般步驟：1提出問(wèn)題2作出假設(shè)3設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)4實(shí)驗(yàn)施行5得出結(jié)論理解比照實(shí)驗(yàn)的設(shè)置原那么和本卷須知：?jiǎn)我蛔兞吭敲?，注意自變量的設(shè)置，因變量的檢測(cè)和無(wú)關(guān)變量的控制。實(shí)驗(yàn)原理： 1酵母菌是單細(xì)胞真菌屬于兼性厭氧菌。進(jìn)展有氧呼吸產(chǎn)生水和CO2 ，無(wú)氧呼吸產(chǎn)生酒精和CO2 。2CO2的檢測(cè)方法 a、CO2使澄清石灰水變渾濁 b、CO2使溴麝香草酚藍(lán)水溶液由藍(lán)變綠再變黃3酒精的檢測(cè) 橙色的重鉻酸鉀溶液在酸性下與酒精發(fā)生反響，變成灰綠色。 由預(yù)實(shí)驗(yàn)小組同學(xué)演示改進(jìn)裝置的使用原理和方法，各小組開(kāi)場(chǎng)進(jìn)展實(shí)驗(yàn)。記錄結(jié)果，得出結(jié)論：反響20min后可以明顯看到無(wú)氧組有1-2mL的氣體產(chǎn)

10、生，并且近間隔 觀察注射器內(nèi)無(wú)氧呼吸有大量氣泡產(chǎn)生，說(shuō)明無(wú)氧呼吸也有氣體生成。有氧組注入的氣體體積不變，分析原因是因?yàn)橛醒鹾粑a(chǎn)生的CO2與生成的O2的量一樣。酒精檢測(cè)結(jié)果顯示，有氧組培養(yǎng)液不能使酸性的重鉻酸鉀發(fā)生灰綠色的反響，而無(wú)氧組離心和未離心的培養(yǎng)液均可使檢測(cè)液變成灰綠色，并用純酒精進(jìn)展對(duì)照。最終得出結(jié)論：酵母菌既可進(jìn)展有氧呼吸又可進(jìn)展無(wú)氧呼吸，有氧呼吸和無(wú)氧呼吸均可產(chǎn)生CO2，而只有無(wú)氧呼吸可以產(chǎn)生酒精。3、課后提出問(wèn)題進(jìn)一步拓展探究 學(xué)生在課上實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中提出了以下三方面的問(wèn)題是否可以定量分析有氧呼吸產(chǎn)生的CO2和消耗的O2的量？ 可否認(rèn)量分析有氧和無(wú)氧呼吸產(chǎn)生的CO2的比值？ 無(wú)氧

11、呼吸產(chǎn)生酒精會(huì)不會(huì)對(duì)酵母菌的繼續(xù)呼吸產(chǎn)生抑制？針對(duì)以上問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生利用改進(jìn)的實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)展進(jìn)一步的探究。問(wèn)題一：定量分析CO2的含量問(wèn)題方法1、用NaOH去除混合氣體中CO2 方法2、嘗試用CO2傳感器對(duì)CO2進(jìn)展定量分析方法1結(jié)果根本符合預(yù)期，而方法二由于學(xué)生沒(méi)有探究傳感器的密閉性的問(wèn)題，只檢測(cè)到有氧呼吸中CO2的上升趨勢(shì)。問(wèn)題二：無(wú)氧呼吸后酒精對(duì)酵母菌無(wú)氧呼吸是否有抑制作用學(xué)生設(shè)置了三組實(shí)驗(yàn)進(jìn)展探究，分別為對(duì)照組，加1mL酒精，加2mL酒精，相當(dāng)于設(shè)置了5度和10度的酒精濃度，實(shí)驗(yàn)結(jié)果無(wú)明顯差異，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)存在問(wèn)題，需要進(jìn)一步查閱資料完善實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和方案。三、教學(xué)反思基于STEM理念引導(dǎo)學(xué)生探究活動(dòng)，整個(gè)實(shí)驗(yàn)探究過(guò)程是由學(xué)生通過(guò)合作討論自主探究的形式，綜合利用各學(xué)科的知識(shí)來(lái)解決實(shí)際的問(wèn)題，改進(jìn)了實(shí)驗(yàn)裝置。通過(guò)實(shí)驗(yàn)裝置的改進(jìn)，全體學(xué)生都能在一課時(shí)內(nèi)完成整個(gè)探