科学前沿 组装细胞公开课教案（教学设计）

《探究酵母菌的细胞呼吸》说课稿

尊敬的各位评委，老师们，大家好!我是韩璐，来自渭南高级中学。今天我说课的题目是探究酵母菌的细胞呼吸方式。首先，这是人教版高中生物必修一一个探究性的实验。那我想的第一个问题就是，为什么本节实验要探究，而不是直接演示或验证。我想原因就在：要让学生通过科学探究活动，训练科学思维、体会生命观念，从而能在自己的生活中将生物学知识加以应用推广，加强社会责任。要实现这四个维度的生物学核心素养，我主要在实验中关注两点：1.实验教学的引导探究。2.个性发展的自主探究。本着这一理念，我设计了这节课，现在我将通过以下几方面来进行说课。

一．教材分析

1.

课标要求：人教版高中生物必修一明确要求学生通过探究酵母菌的细胞呼吸真切地体会细胞物质和能量的变化，感受生命的本质，这也是达成必修一整体课程目标的重要环节，因此课标在活动建议中做出了具体要求。

2.教材对于本实验的内容做出了具体的描述，取材容易，但作为学生实验来讲，它耗时长，装置连接复杂，有氧、无氧条件难以控制，所以学生很难利用一节课时间完成自主探究。

二．学情分析

1.学生在知识方面已有一定的基础和铺垫。

2.实验能力方面，缺乏独立探究能力，所以本节实验采取小组合作、探究学习的模式，利用学生的差异，通过任务驱动来体验、学习、自主获得新知。

依据课标的具体要求，结合我对教材和学生的分析，我制定了以下教学目标：

三.实验教学目标

学生通过课前发面实验，提出问题并能够假设出酵母菌细胞呼吸的方式及产物。

学生通过阅读课本，能准确说出“探究酵母菌细胞呼吸的方式”的实验原理。

学生通过对实验方案的讨论、实施等环节，提高实验操作、设计及探究的能力。

最终目标就是实现核心素养的提升。

为了实现以上教学目标，我做出了引入创新，并引导学生对教材中的实验加以改进。

四.

实验创新和改进

1.引入生活化的体验探究

—

发面实验

课前布置学生分别在有氧、无氧条件下发面，如图1、图2所示。

2.学生对实验材料的优化

材料的更换，源于实验中酒精的检测过程，学生发现持续通氧的情况下依然检测到重铬酸钾的颜色变化，可并没有闻到酒味，因此发现了材料的两方面问题：

2.1选用无添加剂的啤酒酵母

很多改进方法中选择了超市中购买的高活性干酵母，其活性高，实验效果明显，我们学生刚开始也是选择的安琪酵母，但通过查阅资料，发现其中含有的某种食品添加剂是可以和重铬酸钾反应的，因此我们更换为无添加剂的啤酒酵母；

2.2采用蔗糖溶液代替葡萄糖溶液

葡萄糖是还原糖，其醛基能被酸性重铬酸钾氧化，发生变色反应，故改为非还原性的蔗糖。

3．改良酵母菌培养液配方

教材原配方是“将10 g新鲜食用酵母溶于240 mL质量分数5%的葡萄糖溶液中”，这个配方所需的培养时间较长。经反复实验，将配方改为“先将20g无添加剂的干酵母溶于300 mL 25 ℃左右温水中活化约10 min，再取60mL上述活化液与15 mL质量分数为5%的蔗糖溶液混合”。这一改良使二氧化碳的检测只需十几分钟就能完成。

4.学生对实验装置的改进

4.1改进有氧条件、无氧条件的控制方法

有氧条件是用FeCl3 催化H2O2连续供氧的方法代替教材橡皮球或气泵的间歇式供氧方式（如图3所示）。而无氧条件要通过放置6-8小时来实现，还不能保证完全无氧。学生想到了油封的方法来快速制造无氧条件，他们认为石蜡油更稳定。

4.2二氧化碳量的检测

澄清石灰水对二氧化碳量的检测带有很强的主观性，不够准确，很难区分。所以一致认为使用传感器更好。传感器的使用要保证整个装置的密封性，装置的设计也是数字化探究中很重要的一个环节，我引导学生动脑设计。学生想到了他们平时经常玩的黏土，结果证明它的密封性非常好，使有氧装置实现了通气的同时保证密封。玩以致用，完成了装置设计。

4.3 大量气泡污染传感器

学生实验过程中发现尤其是有氧组由于释放了大量二氧化碳导致气泡量非常大，会污染传感器，数据一度降为0，于是同学们想到平常生活中倒啤酒后如果给杯中放一根筷子，气泡就会很快消失，所以他们在瓶内放置了一根塑料棒，阻断气泡的效果非常好。学生结合生活常识，巧妙的解决了难题。

4.4改变酒精的检测方式

用数字酒精检测仪代替重铬酸钾浓硫酸溶液检测酒精（如图5、图6所示）。

五．实验器材

（一）实验材料和试剂

安琪高活性干酵母，无添加剂的啤酒，葡萄糖，蔗糖，10%过氧化氢溶液，三氯化铁，液态石蜡，澄清石灰水，轻质黏土

（二）实验仪器和用具

（1）仪器：吹气式数字酒精检测仪。CO2 传感器，数据采集

（2）用具：分液漏斗，广口瓶（与分液漏斗匹配），150mL锥形瓶，双孔塑料塞（带进、出玻璃管，与150mL锥形瓶匹配），单孔塑料塞（带进玻璃管，与150mL锥形瓶匹配），塑料软管，电子称，酒精灯，铁架台，石棉网。

六.实验原理/设计思路

（一）课前实验方法设计

分别使用约80g适量温水活化约5g食用酵母后，混入约180g面粉，揉成2个光滑面团。将面团压薄分装在2个塑料袋内，一个充满空气不密封（有氧组，如图1所示），另一个排净空气扎紧袋口（无氧组，如图2所示）。两个面团放在相同且适宜的环境中发酵40～50 min。

（二）课堂实验方法设计

（1）自变量控制方法。有氧条件：用FeCl3催化H2O2

连续供氧。无氧条件：用液态石蜡铺在酵母菌培养液表面隔绝空气。

（2）因变量检测方法。使用传感器检测CO2，。用吹气式数字酒精检测仪检测酒精，含酒精的气体从吹气孔进入检测仪，检测仪会在LED显示屏上显示出气体酒精含量。

七．教学内容

（1）课前实验以任务卡的形式布置学生发面任务，要求每位同学按任务卡提示分别在有氧、无氧条件下发面，通过看面团体积变化、扒开面团看内部形态、闻面团气味等环节，记录实验现象，拍照，供第2天上课展示。

（2）课堂实验学生以小组为单位设计实验，讨论实验方案的不足并尝试改进和创新实验，利用改进后的教材实验装置，进一步探究酵母菌呼吸产物。

下面我将过程做一简介：

八．实验教学过程

（一）提出问题

生活中蒸馒头、酿酒都会用到酵母菌，酵母菌在当中分别起了什么作用？

（二）作出假设

首先让学生汇报发面实验结果，如图7、图8所示。结果显示，有氧组面团体积增大，内部充满气体，呈蜂窝状，面团变湿。无氧组面团体积略增大，内部也有

气体，似蜂窝状，打开塑料袋有酒味。说明有氧组和无氧组都产生了气体，且有氧组比无氧组多；有氧组可能产生了水，无氧组可能产生了酒精。

学生根据以上结果作出假设：

（1）酵母菌有氧呼吸产生了CO2

和水；酵母菌无氧呼吸产生了CO2

和酒精。

（2）酵母菌有氧呼吸比无氧呼吸产生的CO2

多。

（三）设计实验

1．组织学生设计实验方案

设计要点：

（1）怎样控制自变量（有氧、无氧条件的控制）？

（2）怎样检测因变量（CO2、酒精的检测）？

要求：学生以小组为单位讨论5min，设计并画出实验装置图。

2．评价并改进实验方案

绝大多数学生设计的方案与教材实验方案类似（如图9所示）。

于是，笔者引导学生讨论实验方案的不足，并尝试改进和创新实验。

（1）控制自变量（有氧条件、无氧条件）方法的改进。

对于有氧条件，学生根据刚学过的酶的相关实验联想到，用FeCl3催化H2O2制造纯氧：将H2O2放在分液漏斗中，通过控制活塞实现对装置连续、匀速供氧（如图10所示）。对于无氧条件，学生受化学实验启发，提出在酵母菌培养液表面铺一层液态石蜡来隔绝空气（如图11所示）。

（2）检测因变量方法的改进。

实验中酒精的检测过程，学生发现持续通氧的情况下依然检测到重铬酸钾的颜色变化，可并没有闻到酒味，通过查阅资料，酒精与重铬酸钾的浓硫酸溶液的反应并不是特性反应，遇酸性重铬酸钾变成灰绿色的还有其他含有还原性羟基的有机物，如葡萄糖。此外，文献显示，实验用酵母菌在固定化生产过程中添加了山梨醇酐单硬脂酸酯（SMS），因SMS含有3个羟基，也能使酸性重铬酸钾变成灰绿色。笔者针对上述情况做了验证实验，结果发现，葡萄糖、酵母菌溶液均能使酸性重铬酸钾变成灰绿色（如图12所示），严重干扰了实验。

因此发现了材料的两方面问题：高活性干酵母，其活性高，实验效果明显，我们学生刚开始也是选择的安琪酵母，但通过查阅资料，发现其中含有的某种食品添加剂是可以和重铬酸钾反应的，因此我们更换为无添加剂的啤酒酵母；葡萄糖是还原糖，其醛基能被酸性重铬酸钾氧化，发生变色反应，故改为非还原性的蔗糖。

紧接着又有学生提出有没有其他方法可以定量检测酒精？一位同学想到，可以用交警检测酒驾所用的吹气式数字酒精检测仪。这种检测仪内有酒精传感器，当气体从吹嘴进入，10 s后LTD屏会显示出气体的酒精含量。为保证短时间内有足够的气体进入吹嘴，测试前需对酵母菌培养液加热，加速酒精挥发，测试方

法如图5、图6所示。特别要注意的是，应先让酵母菌溶液在常温下反应15～20min，待CO2 检测完成后，再加热约1min，最后连接数字酒精检测仪进行检测。

又有同学提出澄清石灰水对二氧化碳量的检测带有很强的主观性，不够准确，很难区分。所以一致认为使用传感器更好。传感器的使用要保证整个装置的密封性，装置的设计也是数字化探究中很重要的一个环节，我引导学生动脑设计。学生找来了孔径合适的锥形瓶，并用压强传感器测试了其密封性，还想到了他们平时经常玩的黏土，结果证明它的密封性非常好，使有氧装置实现了通气的同时保证密封。玩以致用，完成了装置设计。

（3）无关变量的控制

教材原配方是“将10 g新鲜食用酵母溶于240 mL质量分数5%的葡萄糖溶液中”，这个配方所需的培养时间较长。经反复实验，将配方改为“先将20g无添加剂的干酵母溶于300 mL 25 ℃左右温水中活化约10 min，再取60mL上述活化液与15 mL质量分数为5%的蔗糖溶液混合”。这一改良使二氧化碳的检测只需十几分钟就能完成。

（四）进行实验

学生实验过程中发现尤其是有氧组由于释放了大量二氧化碳导致气泡量非常大，会污染传感器，数据一度降为0，于是同学们想到平常生活中倒啤酒后如果给杯中放一根筷子，气泡就会很快消失，所以他们在瓶内放置了一根塑料棒，阻断气泡的效果非常好。学生结合生活常识，巧妙的解决了难题。

学生以小组为单位进行实验。结果显示，有氧组和无氧组都有二氧化碳的产生，并且有氧产生的二氧化碳更多。用数字酒精检测仪测出酵母菌有氧呼吸产物中不含酒精，无氧呼吸产物中含酒精。整个实验可在20min左右完成。

（五）得出结论

学生得出结论：

（1）酵母菌有氧呼吸产物有水和CO2；无氧呼吸产物有酒精和CO2

。

（2）相同时间内有氧呼吸产生CO2比无氧呼吸多。

最后教师引导学生进行反馈评价，组内评价各小组成员的表现，总结本次合作过程中做的比较好的方面。利用电子白板组间交换共享数据，相互评价，进行误差分析，促进共同提高，最后教师肯定同学们本次探究活动的表现，并提出进一步可探究的问题。

实验做完了，得到了结论，但学生探索之心不灭，有学生设计出了新的装置进行酵母菌呼吸方式的再探究。将酵母菌培养液两等分，一分连接CO2传感器，一分连接溶解氧传感器，两个传感器共同连接于一个数据采集器，使电脑上同时显现出氧气和CO2的变化，我赞不绝口，进而将数据投影到大屏，请大家分享数据共同分析，屏幕上出现了与我们原有认知相矛盾的实验结果，氧气下降到一定程度不再下降，而不是被酵母菌一直消耗降为0。这种矛盾激发了学生更激烈的讨论，他们认为可能酵母菌不会利用过低浓度的氧气。再通过教师提问，教材上原有的抽象知识“酵母菌是兼性厌氧菌”变成了活生生的数据，进而内化为学生的自主认知。

九．实验效果评价

1.反应条件控制严格，设计更加严谨

2.从定性到定量，结果一目了然

3.传统实验与数字化实验相结合，技术和思维相结合

传统实验中的锥形瓶、导管和数字化实验相结合，使实验课成为技术和思维的融合，综合多元化评价，最终实验课不光有技术和思维，也有情感和温度。

4.结果分析中发现新问题，不断探究中提高素养

最深的感触就是，我的大胆放手，给了学生更大的思维空间。从材料选择，到装置设计，再到结果分析、发现新的问题、再探究，都是学生自主完成，老师引导。学生利用理性思维完成了一项完整的科学探究活动，真正实现了科学素养的提升。

感谢各位评委老师的聆听，欢迎批评指正！