《必修一分子与细胞》第5章第3节“ATP的主要来源细胞呼吸”.docx

1、基于STEM理念的酵母菌呼吸作用方式的改进与探究STEM教育是基于真实问题的项目式探究性学习，培养学生利用不同学科的知识和联系，提高综合运用知识解决实际问题的能力。根据普通高中生物学课程标准教学过程重实践中让学生在形成生物学核心素养的同时，能用科学的观点、知识、思路和方法，面对或解决现实生活中的某些问题。要达成这样的课程目标，就要高度关注教学过程中的实践经历，强调学生学习的过程是主动参与的过程，教师既要让学生参与动手活动，又要让学生积极地融入涉及动脑的环节；通过探究类学习活动或完成工程学任务，加深学生对生物学概念的理解，提升应用知识的能力；要适当地将跨学科知识和技能融入实践活动，特别是将“科学

2、、技术、工程学和数学”（STEM）整合到实践活动中，以适应在教学中对超越学科本身知识和能力的要求。基于新课程标准和STEM理论我设计了本节实验探究，我将从教学设计、教学实施、教学反思三个方面呈现本节教学内容。一、教学设计包括：教材分析、学情分析、教学目标、教学思路。1、教材分析 本实验属于人教版高中生物学必修一分子与细胞第5章第3节“ATP的主要来源细胞呼吸”中的一个重要探究性实验。本实验作为细胞呼吸一节内容的一大重点，不仅可以帮助高一学生体验探究实验的一般过程：提出问题作出假设设计实验实施实验得出结论表达交流，使学生通过本实验来理解自然界生物的呼吸方式以及呼吸原理在生产生活实践中的运用，也为

3、学生学习选修1“果酒的制作”等实验奠定基础，从而将必修内容和选修内容有机结合起来。但本实验在各学校的开设率并不高，在本校实验教学中也只有个别老师尝试利用课本提供的装置给学生进行演示实验。究其原因主要是因为耗时长，现象不明显。2、学情分析： 能力基础，我校大多数学生具备主动学习和自主探究的能力，学生的实验思维能力较强，有利用STEM教育理念的探索和试用。知识基础，学生在初中和高一阶段对线粒体的结构和功能，细胞的呼吸作用都有了一定的知识储备。但对酵母菌呼吸作用的产物及检测现象仍没有直观的感受。相关题目中有关酵母菌呼吸方式的装置设置的作用及呼吸方式的判断有待于解决。3、教学目标：基于以上教材分析及学

4、情分析，依据新课程标准中提出的生物学科核心素养，我提出了以下三维教学目标：知识目标：（1）探究酵母菌产生CO2和酒精的条件及方式（2）掌握相关物质鉴定的一般方法能力目标：（1）学习并掌握科学探究方法，发展初步的科学探究能力（2）学会探究实验的一般步骤，学会对比实验的设计方法（3）培养将“科学、技术、工程学和数学”（STEM）整合到实践活动中来解决实际问题的能力情感态度价值观目标：（1）通过对实验的不断深入探究，养成求实的科学态度，体会科学史不断探索的过程（2）体验科学与生活的相互关系，认同“科学本质上是一种解决问题的活动”本节实验将通过问题启发和任务驱动式教学方法，引导学生通过讨论、合作、探究

5、的方式来突破教学重点和教学难点； 教学重点：引导学生探究实验，改进实验装置优化实验方案 体验酵母菌细胞呼吸方式并分析细胞呼吸产物及检测方法 教学难点：设计并实施探究实验改进实验装置优化实验方案 单因子变量原则中自变量与无关变量的辨析及控制 4、教学思路通过生活中的发酵现象和酵母菌与乳酸菌代谢类型的比较联系呼吸作用铺垫知识导入新课。学生通过预习课本实验，进行教材实验探究发现原实验装置存在的问题，通过STEM理论引导学生改进方向进行实验装置改进，达成能力目标突破重难点；学生通过改进的实验装置在课堂由学生分组实施实验，通过产物检测判断酵母菌呼吸作用方式，得出实验结论达成知识目标；实验结束后学生提出质

6、疑，进行思路引导通过改进装置进一步探究，思考探究过程中的问题并改善实验方案，达成情感态度价值观目标。二、教学实施1、课前预实验和装置改进的探究学生利用教材原实验装置设置了两组对比实验，结果发现实验4h后溴麝香草酚蓝水溶液仍无明显变黄。学生通过思考讨论和分析，通过原实验装置进行实验存在的问题主要是耗时长，现象不明显，主要体现在以下四个方面（1）装置方面：装置气密性差，试剂用量大（2）自变量设置：氧气供应困难，无氧条件难以控制（3）无关变量控制：培养液成分干扰酒精检测（4）因变量检测：CO2和酒精检测现象不明显基于以上4点问题，引导学生利用科学、技术、工程和数学的基本理论和原理，通过思考、讨论和查

7、阅相关论文来改进设备、改良氧气供应方式、改良酵母菌的培养条件、改良检测培养液配方和用量，激发学生的创造热情。学生通过改进实验设计方案，创新实验设备，主要做了以下五个方面的改进。改进一：装置改进用不同体积的注射器代替锥形瓶，用医用采血管连接，制成简易装置，既节省试剂用量，又保证气体控制。改进二：氧气供应用之前学过的FeCl3催化H2O2的分解10mLH2O2+0.5mLFeCl3自制氧气为酵母菌提供纯氧，或直接用氧气袋为酵母菌呼吸作用提供纯氧改进三：酵母菌的浓度用量和条件尝试不同的酵母菌浓度和用量对反应速率的影响，为了避免葡糖糖对酒精检测的干扰，最终确定用8g酵母菌+80mL水(不加葡糖糖），1

8、5mL酵母菌液38水浴20min改进四：CO2检测方法 改变传统的利用澄清石灰水的检测方法，利用课本提到的溴麝香草酚蓝水溶液可以更加直观快速的看到CO2的检测现象由蓝变绿再变黄，查阅文献配置合理的检测液浓度0.1g溴麝香草酚蓝+100mL自来水 加稀氨水调蓝色 2mLCO2+2mL检测液即可看到由蓝变绿再变黄的过程。改进五：酒精的检测方案 尝试水浴蒸馏方法直接将酒精蒸馏出进行检测，避免其他无关变量的干扰，结果蒸馏出的酒精含量很少，无法进行鉴定，即使用纯酒精进行蒸馏，效果仍不明显。因此采用1.5mL培养液离心，0.5mL的上清液+1mL的酸性重铬酸钾中，即可鉴定出明显现象。2、课上实验实施和教学

9、目标的达成 通过预实验小组同学改进的实验装置进行课上，在实验操作之前确认探究性实验的一般步骤：（1）提出问题（2）作出假设（3）设计实验（4）实验实施（5）得出结论了解对比实验的设置原则和注意事项：单一变量原则，注意自变量的设置，因变量的检测和无关变量的控制。实验原理： （1）酵母菌是单细胞真菌属于兼性厌氧菌。进行有氧呼吸产生水和CO2 ，无氧呼吸产生酒精和CO2 。（2）CO2的检测方法 a、CO2使澄清石灰水变浑浊 b、CO2使溴麝香草酚蓝水溶液由蓝变绿再变黄（3）酒精的检测 橙色的重铬酸钾溶液在酸性下与酒精发生反应，变成灰绿色。 由预实验小组同学演示改进装置的使用原理和方法，各小组开始进

10、行实验。记录结果，得出结论：反应20min后可以明显看到无氧组有1-2mL的气体产生，并且近距离观察注射器内无氧呼吸有大量气泡产生，说明无氧呼吸也有气体生成。有氧组注入的气体体积不变，分析原因是因为有氧呼吸产生的CO2与生成的O2的量相同。酒精检测结果显示，有氧组培养液不能使酸性的重铬酸钾发生灰绿色的反应，而无氧组离心和未离心的培养液均可使检测液变成灰绿色，并用纯酒精进行对照。最终得出结论：酵母菌既可进行有氧呼吸又可进行无氧呼吸，有氧呼吸和无氧呼吸均可产生CO2，而只有无氧呼吸可以产生酒精。3、课后提出问题进一步拓展探究 学生在课上实验的过程中提出了以下三方面的问题是否可以定量分析有氧呼吸产生

11、的CO2和消耗的O2的量？ 可否定量分析有氧和无氧呼吸产生的CO2的比值？ 无氧呼吸产生酒精会不会对酵母菌的继续呼吸产生抑制？针对以上问题，引导学生利用改进的实验装置进行进一步的探究。问题一：定量分析CO2的含量问题方法1、用NaOH去除混合气体中CO2 方法2、尝试用CO2传感器对CO2进行定量分析方法1结果基本符合预期，而方法二由于学生没有探究传感器的密闭性的问题，只检测到有氧呼吸中CO2的上升趋势。问题二：无氧呼吸后酒精对酵母菌无氧呼吸是否有抑制作用学生设置了三组实验进行探究，分别为对照组，加1mL酒精，加2mL酒精，相当于设置了5度和10度的酒精浓度，实验结果无明显差异，实验设计存在问题，需要进一步查阅资料完善实验设计和方案。三、教学反思基于STEM理念引导学生探究活动，整个实验探究过程是由学生通过合作讨论自主探究的模式，综合利用各学科的知识来解决实际的问题，改进了实验装置。通过实验装置的改进，全体学生都能在一课时内完成整个探究实验活动，使全体学生都能在课堂探究过程中体验酵母菌的有氧呼吸和无氧呼吸过程，并且对产物进行检测。通过课后学生提出的问题利用改进装置进一步探究，使学生体会到了科学探究的乐趣，体会到了科学史发展过程中的艰辛和不易，提高了学生的生物学科素养。学生在探究过程中，掌握了科学探究的基本思路和方法，提高实践能力；在探究中，乐于并善于团队合作，勇于创新。