人教版（2019）高中生物必修一 第5章《细胞的能量供应和利用》单元解读课件

这是一份人教版（2019）高中生物必修一 第5章《细胞的能量供应和利用》单元解读课件，共33页。

第5章 细胞的能量供应和利用第一部分课标解读通过比较酶与激素等物质的异同，类比具有专一性的物质，建立起辩证统一和普遍联系的观念。运用结构与功能观分析ATP的结构与功能；运用物质与能量观分析细胞呼吸类型和过程。运用结构与功能观和物质与能量观分析光合作用的过程。通过光合作用和细胞呼吸的物质和能量转化关系，建立物质与能量观和普遍联系的观点。通过分析与酶有关的曲线，培养学生利用数形结合分析生物学问题的思维习惯。通过对细胞呼吸方式的判断，培养对问题进行推理，并做出合理判断的能力。通过分析C3、C5等物质变化和影响光合作用的曲线，培养学生能用文字、图表及数学模型准确描述生物学知识的能力。通过对影响光合作用环境因素的曲线分析，培养运用模型构建准确描述生物学知识的能力。通过与酶有关的实验设计与分析，培养对实验现象和结果进行解释、分析和处理的能力，及对实验方案的评价能力。通过“探究酵母菌细胞呼吸方式”的实验，掌握对生物学问题进行初步探究的能力。分析色素提取与分离过程与结果。第二部分学习目标1.通过对酶催化作用具体实例的讨论，说明酶在细胞代谢中的作用及酶的本质和特性。2.通过阅读分析“关于酶本质的探索”的资料，认同科学是在不断地探索和争论中前进的，伟大的科学家也会有认识上的局限性。3.通过相关的实验和探究，尝试控制自变量、观察和检测因变量，设置对照组和重复组。4.依据ATP的分子简式说出ATP的化学组成和特点。5.根据ATP与ADP的相互转化解释ATP在细胞生命活动中的作用。6.通过探究酵母菌的细胞呼吸方式，说出细胞呼吸的类型7.描述线粒体适于进行有氧呼吸的结构，说明有氧呼吸过程中物质与能量的变化。8.比较有氧呼吸与无氧呼吸的异同，阐明细胞呼吸的实质。9.探讨细胞呼吸原理在生产和生活中的应用。10.尝试提取和分离绿叶中的色素，简述绿叶中色素的种类及其功能。11.运用结构与功能相适应的观念，解释叶绿体适于进行光合作用的结构特点。12.通过对光合作用光反应阶段和暗反应阶段相关实验研究的思考和讨论，说明光合作用过程，并从物质与能量观视角，阐明光合作用原理，认同人类对光合作用的认识过程是逐步的、不断发展的。13.设计并实施实验，探究环境因素对光合作用强度的影响。第三部分内容分析学生在初中阶段学习了“消化酶对食物的消化”相关内容，做了“探究馒头在口腔中变化”的实验，对于“酶在温和的条件下促进化学反应的进行”已不陌生。学生做过“测量食物中的能量”的实验，学习了绿色植物的呼吸作用，以及人体内的能量来自细胞中有机物的氧化分解等基础知识，对于细胞的生活需要能量也有一定的了解。做了“观察叶片结构”的实验和“绿叶在光下制造有机物”的实验；观察了“光合作用释放氧气”的演示实验，对于光合作用的原料、场所、条件、产物已经相当清楚。 学生在本模块的学习中已用高倍显微镜观察了线粒体和叶绿体，尝试过建构真核细胞的三维结构模型，并学习了细胞中糖类和脂质等化合物、细胞中的无机物、细胞的基本结构以及细胞的主动运输等基础知识。这些知识，既是本章学习的基础，也可以在应用本章知识解决问题时进一步得到深化。 学生一般都有栽花种草的生活经验，有的学生还对农业生产上中耕松土有-定的感性认识，大致了解植物的生长需要有氧气，可以将有氧呼吸原理的学习与生产生活联系起来。学生亲身经历过或看到过做泡菜、做酸奶等与发酵有关的活动，对于无氧呼吸有一定的了解。初中物理课上学过的内能、能量转化和守恒等知识，初中化学课上学过的质量守恒、氧化还原反应等知识，都为理解细胞内物质变化与能量供应和利用打下了--定的基础。本章在本模块中具有承上启下的作用：学生可以进-一步理解为细胞膜行使主动运输功能提供的能量是从哪里来的，并且加深理解把叶绿体和线粒体分别比喻为植物细胞的“能量转化站"和所有细胞的“动力车间”的含义；便于学生加深领会活细胞之所以能够经历生长、增殖等生命历程，是与能量的供应和利用分不开的。必修2《遗传与进化》中有关“基因的表达”以及选择性必修1《稳态与调节》中有关“动物和人体生命活动的调节”等，实际上都是细胞在得到能量供应的情况下才能进行的生命活动。学习本章的内容，有助于学生对这两个必修模块中相关内容的理解。在选择性必修2《生物与环境》中，生态系统的物质循环与能量流动，是从宏观的视野上探讨生命系统的物质变化和能量转化，与本章内容互为补充，从不同层次和角度阐述了生命系统的物质和能量观。细胞内的物质变化和能量利用，离不开化学反应。细胞内化学反应不能像剧烈燃烧那样迅速释放能量，而是要在温和条件下进行。这样，就必须降低化学反应的活化能，显然，酶是细胞能量供应和利用不可或缺的生物催化剂，因而本章教材首先介绍酶。细胞内直接供能的物质是ATP，ATP是能量“货币”，ATP 的产生需要通过细胞内的化学反应来实现，因而第一节可以为本节打基础。在细胞呼吸、光合作用中，都涉及ATP的生成，ATP 的相关知识是学生学习细胞呼吸、光合作用的基础。因此，教材在第二节安排了关于ATP的内容。ATP的主要来源是细胞呼吸，顺理成章，在第三节安排细胞呼吸。细胞呼吸消耗的物质，最终来自光合作用产生的有机物，细胞所利用的能量，其源头是太阳能。由此，光合作用与细胞的能量供应和利用有着密切的关系。因此，本章第四节就带领学生一起追溯细胞能量的源头，追寻生物圈欣欣向荣的能量源泉。第四部分教学策略第1节 降低化学反应活化能的酶1.创设情境，导入新课酶与我们的生产生活实践关系密切，请学生举出生活中与酶有关的实例。体会酶与日常生活的紧密联系。展示图片多酶片、加酶洗衣粉……2.酶在细胞代谢中的作用“比较过氧化氢在不同条件下的分解”的实验说明，酶比无机催化剂具有更强的降低化学反应活化能的作用。实验前明确要求学生观察实验现象并进行比较；实验中要分析自变量、因变量和无关变量，组织学生讨论(1)如何判断过氧化氢被分解的快慢?(2)对实验结果分析①与1号试管相比，2号试管产生的气泡多，这一现象说明什么？②1、4号试管对照说明什么？③1、3、4(或3、4)号试管对照说明什么？(3)2号、3号、4号试管相比，哪支试管最终产生的氧气最多，为什么?实验结束后要结合教材图5-1，进行类比分析，让学生理解“降低活化能”的内涵。①表示无酶催化时反应进行所需要的活化能是 段。 ②表示有酶催化时反应进行所需要的活化能是 段。 ③表示酶降低的活化能是 段。 3.问题导向，阅读发现——酶的本质重视引导学生开展“关于酶本质的探索”资料分析的讨论活动。首先，要提醒学生注意我国历史上有关酶探索的资料（四千年前我国已掌握了酿酒技术和《康熙字典》对“酶”字的收录和解释），从中渗透民族自豪感；然后，要弄清楚科学家在研究的过程中所面临的真实问题，分析他们在对酶本质的认识上的贡献和缺憾，以及其中的不足如何启发后来者的研究和发现。最后要结合讨论题组织学生展开讨论，帮助学生建立起“大多数酶是蛋白质”的重要概念。4.探究对照，掌握——酶的特性通过“比较过氧化氢在不同条件下的分解”的实验和“酶的催化效率是无机催化剂107～1013倍”的证据，帮助学生形成酶具有高效性的认识。通过探究“淀粉酶对淀粉和蔗糖的水解”实验，让学生形成酶具有专一性的认识通过“锁匙”类比“底物与酶”的关系，让学生理解复杂.多样的生命活动为什么可以有条不紊地进行，帮助学生形成“结构与功能相适应”的生命观念。一种酶只能催化一种或一类化学反应，而生命活动复杂多样，让学生以此推理得出“酶具有多样性”的结论。通过“相关信息”和“社会联系”栏日的资料分析，让学生感受酶促反应条件的“温和"。5.设计实验，训练思维——影响酶活性的条件 高度重视“影响酶活性的条件”的探究实验，这一内容所包含的实验方案设计、实验操作过程及实验结果分析，既是前面所学的“酶的作用与本质”知识的延续，又是理解影响光合作用和呼吸作用因素的基础，同时还可以训练学生的探究技能，并学习科学方法。因此，需要创造条件让学生亲自动手探究，有条件的学校可以进一步探究酶作用的适宜范围。 第2节 细胞的能量“货币”ATP1.创设情境，导入新课以教材“问题探讨”栏目的情境切入本课题，播放萤火虫发光的奥秘视频，引发学生思考问题:（1）萤火虫发光的生物意义是什么? （2）萤火虫为什么能发光?（3）萤火虫发光需要的能量从哪里来?2.ATP 的结构指导学生阅读教材，学习ATP的结构。任务一：结合资料，引导学生分析ATP的结构及特点。资料1　如图为ATP结构式： 引导学生思考以下问题：(1)图中①②③的结构分别代表什么？ (2)腺苷是由图中哪些结构组成的？ 结合问题探讨萤火虫发光需要什么呢？回顾细胞内哪些化合物可为细胞的生命活动提供能量。分析思考并归纳，主要能源物质是什么？主要储能物质是什么？糖类、脂肪这些物质能为萤火虫发光直接供能吗? 【探究活动】学生带着问题，以小组为单位进行实验探究。 实验材料：将离体荧光虫发光器研磨成粉末，然后制成荧光素试剂实验工具：烧杯、量筒、试管、玻璃棒等实验试剂：蒸馏水、脂肪溶液、葡萄糖溶液、ATP注射液等实验原理： 请同学们分组讨论完成实验 (用简笔画图示并配文字说明)。强调实验设计的对照、等量、单一变量原则。 3.资料分析，类比迁移——ATP与ADP的相互转化任务二：结合资料探讨ATP与ADP之间的相互转化。1.研究显示，一个成年人一天在静止状态下所消耗的ATP约有40 kg；在剧烈运动的状态下，每分钟约有0.5 kg的ATP转化为ADP。成人体内ATP总量约2～10 mg，在安静状态下，肌肉内ATP含量只能供肌肉收缩1～2 s。ATP含量很少，但需求量很大，ATP如何持续供能？请根据资料回答下列问题： 资料3　磷酸肌酸是一种高能磷酸化合物，它能在肌酸激酶的催化下将自身的磷酸基团转移到ADP分子中来合成ATP。研究者对蛙的肌肉组织进行短暂电刺激，检测对照组和实验组(肌肉组织用肌酸激酶阻断剂处理)肌肉收缩前后ATP和ADP的含量，结果如表所示。 4.联系实际，思考讨论——ATP 的利用联系物质合成、肌肉运动、大脑思考、电鳐发电、物质的主动运输、萤火虫发光等实际例子，让学生思考讨论ATP水解所释放能量的去处。教师要特别注意教材图5-7中ATP水解放出能量利用（促使主动运输中载体蛋白的磷酸化）的典型意义，这有助于第4章“主动运输”的学习。通过细胞中的吸能、放能反应与ATP合成、分解关系的讨论，让学生继续巩固本节重要概念——ATP是细胞能量“货币”。 第3节 细胞的能量“货币”ATP1.创设情境，导入新课利用做馒头这一学生熟悉的情境，展示发面过程面团的变化图片，提出问题: 发面中会有很多的小孔，保鲜膜上有水珠，而且在发面时，早期并没有酒味，而后期会有酒味。1.发面主要与什么微生物有关?2.面团上的小孔是怎么产生的呢?保鲜膜上为什么会有水珠?3.为什么早期没有酒味而后期会有酒味呢?4.酵母菌有氧呼吸和无氧呼吸产生的物质分别是什么呢?通过对问题的探讨导入对细胞呼吸的学习。 2.实验探究，分析讨论——酵母菌细胞呼吸的方式 探究酵母菌细胞呼吸的方式要注意解决的几个问题：控制酵母菌生活的有氧和无氧的环境；实验设计中的自变量、因变量和无关变量；实验条件的控制和对照实验的设计；酵母菌在有氧和无氧的环境条件下的产物及其检测。3.问题驱动，比较综合——有氧呼吸和无氧呼吸 采用图示教学，引导学生对整个有氧呼吸过程进行解构和整合，利用好教材中的细胞结构模式图，把每一个阶段的物质和能量变化对应到具体部位，最后再构建出有氧呼吸的总反应式。教师可以充分利用多媒体资源，呈现出细胞有氧呼吸过程中的物质和能量变化过程，在这个基础上，尝试让学生构建出有氧呼吸模式图I，最终整合后还可以用问题串的形式对诸如每一阶段的场所、反应物、生成物，以及能量变化等进行梳理。至于无氧呼吸过程，则可以引导学生通过类比分析的方式同样构建出模型，重点要放在对有氧呼吸和无有呼吸异同的比较上，通过分析有氧呼吸和无氧呼吸的共性，尝试归纳出细胞呼吸的概念，加深对“细胞呼吸是ATP的主要来源”这一概念的理解。4.联系社会，训练思维——细胞呼吸原理的运用  关于细胞呼吸原理在生活、生产上的应用事例很多，可以先让学生阅读课本中相关的图文资料，建议教师选取学生熟悉和有代表性的例子进行分析，说明事例中细胞呼吸原理的具体应用及意义再让学生列举生活、生产中的其他事例并能简要分析，从而认识到细胞呼吸与我们健康、生活、生产息息相关。从生活中遇到的实际问题出发，利用细胞呼吸原理加以解释，并能利用细胞呼吸原理，指导生产生活实际，这是培养学生的社会责任。教师还可以充分利用教材正文中“思维训练”栏目有关线粒体起源的内容，训练学生利用证据作出符合逻辑的推理能力，强化科学思维，加深对科学本质的认识，也可以结合教材“练习与应用”拓展题第2题，引导学生从进化的视角分析生物学问题。 第4节 细胞的能量“货币”ATP1.创设情境，导入新课展示诗歌及图片，提出问题导入光合作用有关色素的学习。《苏幕遮·怀旧》 宋代范仲淹 碧云天,黄叶地，秋色连波,波上寒烟翠。 山映斜阳天接水，芳草无情,更在斜阳外。 提出问题：绿叶中的色素有哪些?这些色素有什么作用呢?2.探究发现，自主建构——捕获光能的色素和结构 按照教材的实验方法步骤，指导学生完成“绿叶中色素的提取和分离实验”。实验结束后讨论教师设置的问题串，引导学生分析实验：为何选用新鲜的绿叶，否则会导致什么结果？研磨时加入二氧化硅和碳酸钙的作用是什么？滤纸条剪去两角的目的是什么？铅笔画一条细线的目的，滤液细线重复画两三次的目的是什么？层析时层析液为何不能没过滤液细线？滤纸条上得到几条色素带，其上下位置排序及颜色、宽窄如何？绿叶中的色素在层析液中溶解度大小排序如何？绿叶中的哪一种色素含量最多？如果滤纸条上没有色素带，可能的原因是什么？如果滤纸条上色素带颜色偏浅，可能的原因是什么？通过以上的问题分析，可引导学生将结果和实验操作相结合，阐明其因果联系，发展分析问题的能力。 针对实验结果显示的四条色素带的不同宽窄和颜色，提出现实生活中常见的问题“为什么正常情况下植物的叶片是绿色的？”“秋天树叶变黄，叶片中的色素发生了什么变化？”。组织学生阅读教材，回答上述问题，明确一般情况下，绿叶中色素的种类、颜色和含量。在此基础上，教师进一步提出“四种色素到底有什么作用？”引导学生阅读色素的吸收光谱图文资料，并分析植物工厂为什么不用绿光作为光源。 围绕“色素存在于细胞中什么部位”的问题，遵循宏观到微观的原则，引导学生从光学显微结构到亚显微结构认识叶绿体，知道色素存在于叶绿体类囊体的薄膜上，结合恩格尔曼实验，了解叶绿体吸收光能进行光合作用放氧的证据，并能解释叶绿体适于光合作用的结构：色素、相关的酶、基粒及其面积很大的类囊体膜。3.分析比较，突破难点——光合作用的原理（光反应和暗反应） 通过对初中知识及叶绿体结构与功能的回顾，让学生尝试描述光合作用过程中物质和能量的变化，引导学生回顾光合作用的定义，并写出光合作用的化学反应式。学生已经知道光合作用在叶绿体中进行，但对光合作用如何进行不清楚。因此，需要引导学生结合教材“探索光合作用原理的部分实验”的思考讨论活动进行分析：针对希尔反应，教师要引导学生分析该实验的材料、条件、处理措施及结果；针对鲁宾和卡门实验，要引导学生分析该实验的处理方法及结果，进一步提问“该实验的自变量、因变量是什么，可得出什么结论？”与希尔反应相呼应，让学生感悟科学研究的殊途同归；在了解了希尔反应的基础上，提出“叶绿体在光照下，除了有H2O分解为O2和NADPH，还有哪些物质和能量的变化？”引出阿尔农实验，说明叶绿体可以合成ATP。 通过以上的分析，教师可以引导学生总结：光合作用的过程分为两部分，一部分是在有光的条件下进行的，将水分解产生O2和NADPH、ATP，称为光反应；另一部分不需要光，将CO2转化为糖类等有机物，称为暗反应。光反应与暗反应相互联系，光反应为暗反应提供ATP和NADPH，暗反应为光反应提供ADP、Pi、NADP+。理解了暗反应的大致结果后，提问“CO2如何转化为糖类？发生了哪些物质和能量的变化”，引出卡尔文循环，教师补充实验背景：美国科学家卡尔文用"C标记的"CO，培养小球藻，每隔一定时间取样；用放射自显影技术追踪含"C的产物，根据其出现先后顺序，推测化学反应过程。在此基础上，教师总结：光合作用的光反应阶段，光能被叶绿体内类囊体上的色素捕获后，将水分解为O2，和[H]，形成ATP，从而将光能转化成ATP中活跃的化学能；[H]和ATP驱动在叶绿体基质中进行的暗反应，将CO2转化为储存化学能的糖类。4.设计实验，拓展探究——探究环境因素对光合作用强度的影响通过回顾光合作用的化学反应式，从光合作用的原料、条件、场所等方面，引导学生分析影响光合作用的因素有哪些，并对各种因素（内因和外因）进行总结，如内因有叶绿体的数量、叶绿素的含量、酶的多少等，外因有光照时间、光照强度、光的成分、CO，浓度、温度、水和矿质元素等，进而引出探究环境因素对光合作用强度影响的实验。在开展探究活动时，要引导学生讨论如下问题：如何测定光合作用强度？如何选择实验材料和确定变量？怎么设置对照组和实验组？实验的结果应该如何处理？在讨论上述问题的基础上，引导学生写出实验操作的步骤。