潘玲

摘 要：在“探究酵母菌细胞呼吸的方式”一节中运用ATDE教学理念，以教师演示实验为依托，在教学过程中通过连串式的问题情境在分析探究结果的过程中，主动架构核心概念，通过分组实验让学生动手、动脑，在思维上参与课题，活化课堂，并着力培养学生的生物学核心素养。

关键词：呼吸作用；细胞呼吸；有氧；无氧；酒精检测仪

一、教学理念

本节课运用ATDE教学理念。

ATDE教学理念，是“问（Asking）、想（Thinking）、做（Doing）、评（Evaluation）”教学理念的简称，其环节设置遵循问题解决的过程，而且不同环节中渗透着培养学生科学思维的思想。“问”，教师通过问题引导学生进行思考，提供给学生发展创造性思维和提出问题的机会；“想”，教师展示一系列问题后，鼓励学生自由联想、发散思维，以发展学生的创造性思维；“做”，教师利用不同活动形式让学生在实际活动中找到解决问题的方案；“评”，学生在评价交流中对不同的观点进行批判性思考，经历不同思维的碰撞后，促进学生高阶思维能力的发展。

二、教学内容分析

（一）新课标要求

《普通高中生物学课程标准》（2017年版2020年修订）指出，学生应该在学习过程中，能够针对生物学现象进行观察、提问、实验设计、方案实施以及对结果的交流和讨论，逐步培养科学探究能力，能够基于生物学事实和证据运用归纳与概括、批判性思维等方法，阐释生命现象及规律，从而逐步发展科学思维[1]。

“探究酵母菌细胞呼吸的方式”是人教版高中生物学必修1《分子与细胞》第5章第3节“细胞呼吸的原理和应用”中“探究·实践”内容，通过实验设计、实施并对实验现象的分析得出细胞呼吸的方式，旨在通过对比实验让学生掌握细胞呼吸的相关知识，培养学生的科学探究与科学思维素养。

但在实际的教学中，由于实验装置连接复杂，实验耗时长，以及实验操作难度较大等原因，学生实施有困难[2]。在教学过程中，笔者引导学生做“向石灰水吹气”的实验，明确呼吸作用产生的二氧化碳来自细胞，结合面包制作及酿酒的生活实例，引导学生提出酵母菌在有氧和无氧条件下细胞呼吸产物的探究性实验的实验方案设计，并在课堂上进行学生小组实验，分析实验现象总结得出结论。教师通过对教材中的实验装置、检测手段等进行优化并进行教学，解决了该实验的上述问题，并培养了学生生物学学科核心素养。

（二）教学内容分析

通过上一节《细胞的能量货币——ATP》的学习，学生知道细胞呼吸是ATP的主要来源。那么，细胞呼吸过程是如何将储存在有机物中的能量释放出来并转化为ATP中活跃的化学能的呢？在引出细胞呼吸的原理之前，课本利用酵母菌来探究细胞呼吸的方式，这就是本节学习的内容。可见，本节课是酶与ATP内容的延续与深化，是细胞物质与能量代谢的主要内容，能够帮助学生认识细胞生命活动过程中贯穿着的物质与能量变化。同时，细胞呼吸与光合作用一起实现了能量的输入、转化、散失，是细胞内的基本代谢过程，是细胞基础功能之一，是个体层次、生态系统层次上物质与能量变化的基础和保障。因此，本节课是学生形成物质与能量观的重要内容。

（三）学情分析

学生已经学习过细胞中的有机物、线粒体的作用、酶、ATP，知道糖类是主要的供能物质，线粒体是有氧呼吸的主要场所，细胞呼吸是ATP的重要来源，细胞中的化学反应需要酶的催化，酶具有高效性和专一性、作用条件温和等，这些都是本节内容的知识基础。

从核心素养角度看，学生已经参與过“比较过氧化氢在不同条件下的分解”等多个实验，具备设计对照实验、控制单一变量等探究能力；在前面几章的学习中，也多次从结构与功能相适应的角度进行探讨，认同分子、细胞层面存在结构与功能的适应性。

三、教学目标

（一）科学探究：探究酵母菌细胞呼吸的方式，设计并实施实验方案，进一步学会控制自变量、观察和检测因变量。

（二）科学思维：在设计实验方案、分析实验结果过程中，培养学生科学思维和科学探究能力。

（三）生命观念：通过课堂小游戏“向盛有澄清石灰水的烧杯中吹气”，让学生体会气体交换的生命现象。

（四）社会责任：通过分析酵母菌发酵在生产、生活中的应用，养成关注社会的责任意识。

四、教学重难点

（一）教学重点：（1）设计并完善实验方案；（2）分析酵母菌两种细胞呼吸类型的条件和产物。

（二）教学难点：实验设计中控制自变量，观察并检测因变量的变化。

（三）教法、学法：

教法：讲授法、演示法、实验法、讨论法等。

学法：观察法、合作探究法等。

（四）教学准备：

教师：课件、学生导学案、酵母菌细胞呼吸装置、安琪酵母4包、5%葡萄糖溶液、10%氢氧化钠溶液，澄清石灰水、溴麝香草酚蓝水溶液、酸性重铬酸钾等探究实验用品。

学生：酵母菌细胞呼吸改进装置（100ml锥形瓶、气球）、澄清石灰水、酒精检测仪。

五、教学过程设计

通过设置课前小游戏——向盛有澄清石灰水的烧杯中吹气，澄清石灰水变浑浊，引导学生思考使澄清石灰水变浑浊的CO2是怎么产生的，激发学生从现象寻找本质的动力。接下来教师引导学生学习呼吸作用的实质，知道呼吸作用就是细胞呼吸，指细胞中有机物的氧化分解，并释放能量，从而得出本节课研究的对象是细胞。该用什么细胞作为研究对象呢，人的细胞显然不行，离体后很快死亡，有没有一种生物是由一个细胞组成，在有氧的条件下可以生存，在无氧的条件下也可以生存，如果有的话用来做研究材料最好不过了，就可用来探究细胞在有氧和无氧的条件下有机物氧化分解分别生成了什么。学生立刻想到酵母菌，教师引导学生思考发面和酿酒时酵母菌细胞呼吸的产物，从而引出本节主题——探究酵母菌细胞呼吸的方式。教师通过演示实验酵母菌在有氧和无氧条件下的细胞呼吸，得出在有氧的条件下，澄清石灰水很快变浑浊，在无氧的条件下澄清石灰水变浑浊的速度慢。橙色的重铬酸钾在酸性条件下与酒精反应变成灰绿色，在检测两个装置是否都生成酒精时，有氧和无氧条件下溶液都变成灰绿色，由于葡萄糖也能与酸性重铬酸钾发生颜色反应，所以在短时间内（葡萄糖没有被消耗完的情况下）此方式是行不通的，从而引出学生分组实验，用酒精检测仪测酒精。通过学生自己动手操作，最后得出酵母菌在有氧的条件下产生了大量的CO2，在无氧条件下产生了CO2和酒精的结论。

设计意图：通过学生做“向石灰水吹气”的实验，明确呼吸作用是指细胞呼吸，同时激发学习兴趣，设问引导学生思考。

（一）创设情境，提问并做出假设

教师课件展示用酵母菌发面和本校学生果酒制作的照片，并提问：发面、酿酒分别在密闭还是“有痒”的条件下进行？在这样的条件下酵母菌细胞呼吸的产物有哪些呢？引导学生从教材实验大标题“探究酵母菌细胞呼吸的方式”确定为“探究有氧和无氧条件下酵母菌细胞呼吸产物”的探究内容上来。

结合上面的三个实例，学生知道酵母菌细胞呼吸产生二氧化碳、酒精。教师设疑：二氧化碳、酒精是在有氧还是无氧条件下产生的？还是有氧条件产生二氧化碳，无氧产生酒精？还有哪些可能？鼓励学生大胆猜想，并展示学生提出的所有可能。

设计意图：针对教师提出的问题，教师鼓励学生，并给予学生充足的时间，发散思维、充分联想，以教材中的背景材料为出发点，驱动学生的想象。学生根据现象提出需要探究的问题，让学生主动参与到教学中，体现学生的主体地位，培养学生分类与比较能力。

（二）设计实验，优化实验装置及实施实验

教师引导学生通过思考，按照探究性实验的一般设计流程，参照教材中的问题探讨如何设置自变量、检测因变量，控制无关变量，之后经过总结把实验思路（总体方案）确定为：分别给酵母菌提供有氧和无氧的条件，一段时间后检测是否含酒精、CO2。

为了节省课堂时间，教师按照教材“参考资料”提供的装置和资料进行演示实验，发现有氧条件和无氧条件下的两支试管都变成灰绿色（一支深一支浅）。教师设疑：为何两支试管都变色？引导学生结合教材资料分析现象：葡萄糖也能与酸性重铬酸钾发生反应发生颜色变化，在课堂有限的时间内两支试管中的葡萄糖可能没有消耗完所致。然后引导学生联系生活，找到快速检测酒精含量的装置（仪器）——酒驾酒精检测仪。同时教师说明教材中的装置连接较多，气密性检查较烦琐，进而展示优化后的实验装置：将气球套在培养液锥形瓶的瓶口，作为无氧组，烧杯一组不套气球作为有氧组。先测烧杯组（有氧组），再测锥形瓶组（无氧组），如果先测无氧组，无氧组的酒精会残留在检测仪上，测有氧组时也会得出读数。

然后教师引导每个学习小组分别设置无氧组和有氧组：分别将2克酵母菌倒入50ml的锥形瓶和50ml的烧杯中，再分别倒入30毫升42℃的温水配置5%葡萄糖溶液（经过笔者多次的摸索实验，发现购买的酵母菌发酵适宜温度是42℃），将气球套在锥形瓶的瓶口，作为无氧组，烧杯一组不套气球作为有氧组；将两个瓶子静置在桌面，几分钟后观察气球的变化。（观察的过程中如果气泡过多，适当震荡一下，以防烧杯组中气泡过多阻断空气，进行无氧呼吸）

待气球膨胀后分别测两个装置的酒精含量，取下气球的同时用酒精检测仪快速对准锥形瓶口，先测烧杯组（有氧组），再测锥形瓶组（无氧组），测完有氧组后一名同学把无氧组的气球取下来套在一支事先准备好的盛有5ml澄清石灰水的试管口上，将试管倒立让石灰水进到气球里，再倒回来，观察石灰水的变化情况。另一名同学快速用酒精检测仪对准锥形瓶口，测无氧组的酒精含量。

设计意图：确定实验探究内容后，引导学生设计实验方案，并细化实验步骤，培养学生运用科学方法解决问题的科学探究能力；通过优化实验装置及产物检测手段，提升学生批判性思维能力；通过小组实验的实施，锻炼学生实践能力，掌握科学探究的思路和方法，培养团结协作意识。

设计意图：通过对有氧和无氧条件两个对比实验的实验结果进行分析得出结论，培养学生基于生物学事实和证据运用归纳与概括的方法，阐释酵母菌细胞呼吸的现象及规律，从而发展其科学思维。

六、教学评价设计

本节课教师运用“ATDE”教学理念，让学生经过认真思考、反复讨论后提出问题，然后对问题进行合理评价，之后对问题做出合理的假设，并进行实验设计及根据实验现象来验证假设的正确。从而使学生感悟实验的科学性、严谨性，来提升学生生物学核心素养中分析与比较分类、分析与综合、批判性思维的科学思维和科学探究能力。

七、教学反思

课前设计小游戏不仅能激发学生兴趣和求知欲，实验中让学生主动参与实验的设计和改良，自主探究、自主演示，激发了学生的创新思维和探究热情，课中的学生分组实验帮助学生完成从对知识的初步认识和理解升华到对知识的综合理解与应用，从而真正地转化为能力和素养。

探究酵母菌细胞呼吸方式是细胞呼吸一节中非常重要的一个探究实验，由于实验方案存在实验所需时间较长、药品和器材准备困难、可操作性低等问题，笔者在处理教材中的实验时只能以演示的方式进行。但为了达到新课改理念的要求，使课堂更活跃更具吸引力，笔者增设了两个学生分组实验。一个是课前小游戏——向盛有澄清石灰水的烧杯中吹气，澄清石灰水变浑浊的现象从而达到引发学生思考，激发学生学习兴趣，感知生命现象的目的。另一个是学生自己动手用酒精检测仪测有氧组和无氧组中的酒精含量，体验交警叔叔的工作，并从中学会控制变量，通过观察现象得出结论，增强课堂趣味的目的。

结束语

演示实验几乎没有教师在课堂上做过，操作难度太大，这只是教材中比较理想的一个实验，为了上好这节课笔者前前后后共发酵了20多次，就为了找准酵母菌发酵的最适温度，以便达到最好的课堂效果。这节课比较成功的地方首先是演示时有氧装置那边接通澄清石灰水后很快变浑浊，无氧这边明显要慢得多。课堂演示实验达到了预期，这就要求严格把握好酵母菌发酵的时间和温度。检测酒精也很顺利，无氧装置出现了明显的灰绿色，有氧装置也出现了较浅的灰绿色，本来有氧呼吸就没有产生酒精，怎么会变色，这时就要带着学生分析原因，原因很多种：1.本来酵母菌培养液就是乳白色，加入橙色重铬酸钾后二者的混合色；2.课前加入的葡萄糖培养液没有消耗完，葡萄糖溶液与重铬酸钾反应也会变成灰绿色；3.有氧装置这边在培养过程中产生的气泡太多堵住瓶口，导致缺氧进行无氧呼吸产生酒精。既然此方法行不通，同学们能想到什么方法检测酒精吗？引导学生思考警察叔叔是怎样测酒驾的，从而引出分组实验。笔者的思路是：实验中不用教材里的锥形瓶，使用50ml的烧杯和50ml的小锥形瓶分别作为有氧组和无氧组，1个气球、分装好的各2克的酵母菌、一瓶42℃5%的葡萄糖溶液、一支试管、一瓶澄清的石灰水即可。学生按照实验前发的学案操作步骤，在2分钟内就可以完成。接着，学生观察套在锥形瓶上气球的变化，一开始瘪瘪的气球耷拉在瓶口，4分钟的时间里，气球在慢慢膨胀，最后会昂首挺胸地立在试管口上。在这个过程中，学生非常兴奋，迫不及待想测量锥形瓶和烧杯里的酒精产生情况。学生测完有氧组后，接下来的操作：往另外1支洁净试管中注入5毫升的澄清石灰水，然后将气球从锥形瓶口取下（不要把气球中的气体泄漏），快速套到试管口上，这时让学生把气球中的气体挤入试管中，学生立刻可以看到澄清的石灰水变浑浊，这就证明了气球中的气体是二氧化碳。同时，学生把气球从盛有酵母菌的锥形瓶上取下来时，浓浓的酒味就冒了出来，学生马上明白酵母菌在消耗完氧气后进行无氧呼吸，不仅产生二氧化碳，而且同时产生了酒精。也可以用酒精测试仪检测，发现有氧那边没有读出数值，说明有氧呼吸没有产生酒精。整个实验10分钟内可以完成，可以随堂做，实验现象明显。既培养了学生分工合作的能力，又培养了他们观察分析问题的能力，同时又营造了课堂氛围。

参考文献

[1]中華人民共和国教育部.普通高中生物学课程标准（2017年版2020年修订）[S].北京：人民教育出版社，2020：4-5.

[2]戴凝，邓连芳.“探究酵母菌细胞呼吸方式”实验的困境及改进[J].生物学教学，2021（11）：51-53.