新教材理念下基于乡土资源的“无氧呼吸”教学设计

陆海英

（上海市奉贤区教育学院 上海 201499）

非统编教材沪科版高中《生物学》以发展学生生物学学科核心素养为目标，以生物学大概念为载体，注重学科概念在生产生活中的应用。新教材在板块设计上，有“小金鱼”栏目，激发学生探究活动；有“广角镜”拓展学生视野；有“生物学与社会”引导学生关注社会和生活；有“探究活动”培养学生探究和创新能力。在必修1第四章“细胞代谢”第三节“细胞通过分解有机分子获取能量”中，“小金鱼”栏目设计了“探究不同供氧环境下酵母菌的呼吸方式”，引导学生去探究有氧呼吸和无氧呼吸。

本课时内容包括探究不同供氧环境下酵母菌的呼吸方式、无氧呼吸过程和无氧呼吸在生活中应用等。上海市奉贤区有神仙酒厂。而此课时内容与实际生活联系密切，教师充分利用区域乡土资源，组织学生参观神仙酒厂，使学生了解神仙酒厂酿酒的流程和操作，并以此情境贯穿本课时的教学。

1 教学目标

①通过对“探究不同供氧环境下酵母菌的呼吸方式”实验的观察、分析和讨论，概述无氧呼吸过程中的物质变化和能量转化，形成物质与能量观、结构与功能观。

②通过无氧呼吸过程的建构，基于实验结果，采用推理与演绎等适当的科学思维方法揭示无氧呼吸的过程与机制，并选用恰当的方式表达、阐明其内涵。

③通过奉贤区神仙酒厂的实地参观，能够提出清晰的、有价值的、可探究的生命科学问题，并能查阅资料，设计实验方案。

④举例说出生活中细胞无氧呼吸实例，并能利用细胞无氧呼吸原理解释和解决生活中的相关问题。

2 教学过程

2.1 实地参观，自主质疑

教师利用学工学农等机会，带领学生实地参观奉贤区的神仙酒厂。参观前，学生要准备学习单，用以在参观中记录神仙酒酿制过程中不理解的问题。参观后，学生提出了很多问题：①为什么用酵母菌酿酒，原理是什么？②酿酒时为什么要蒸粮呢？③摊粮时原料内拌酒曲为什么事先要测量温度?④过30 min后原料入池，为什么要盖上几层塑料薄膜及厚厚的泥土？然后，查阅资料，思考这些问题。

课上，教师引导学生将围绕这些问题进行探究和学习，从而培养学生的观察能力和自主质疑的能力，培养学生科学探究和科学思维能力。

2.2 实验探究，解决问题

针对学生的疑问，教师准备了酵母菌液、乳酸杆菌液、质量分数为5%的葡萄糖溶液、石蜡油、CO2传感器、酒精检测仪等。首先，以“为什么用酵母菌酿酒，原理是什么？”问题为例，引导学生探究酵母菌/乳酸杆菌的呼吸方式和产物（表1）。

表1 酵母菌/乳酸杆菌不同氧气情况下反应产物探究

接着，再针对学生质疑的其他问题，教师引导学生分组设计实验，完成实验探究。例如，针对酿酒厂在酿酒时蒸粮的原因，教师引导学生设计收集瓶E，混合加入酵母液和乳酸杆菌液，其余设计与表1中的B瓶相同，最终检测酒精的含量。针对摊粮时原料内拌酒曲事先要测量温度的原因，学生增加收集瓶F，加入试剂与表1中B瓶相似，在0℃冰浴，用CO2传感器检测和酒精检测仪检测。针对“过30 min后原料入池，为什么要盖上几层塑料薄膜及厚厚的泥土？”问题，学生增加收集瓶G，在表1中B瓶基础上进行修改，先通过气体后，再用石蜡油进行密封；最终比较两个瓶中酒精的产生量。学生通过基础实验的操作，改进实验方案的设计、实施和数据记录，利用实验解决实际问题，培养了科学探究和科学思维能力。

2.3 反思过程，建构概念

在多个探究实验过程结束后，教师要引导学生交流实验结果，并促进学生尝试对自主质疑的问题进行解答。在表1的A瓶中，学生会发现，酵母菌在无氧的情况下可以产生CO2和酒精，在有氧的情况下能产生CO2和水，乳酸杆菌是否有氧条件下均不能产生酒精。学生从而可以建构“不是所有微生物都能用于酿酒”，即使能够酿酒也需要保持无氧状态。在表1的B瓶中，学生发现，当有乳酸杆菌混入时，酒精含量明显下降，且有不同的产物出现，大大影响了酒的质量。在表1的C瓶中，学生发现，0℃时，产生的CO2和酒精量很少，因此猜测可能是低温抑制了酶的活性。表1中D瓶的实验结果显示，先通入气体，在进行密封，产生的酒精量更多。通过4个探究实验，联系教材内容，学生建构酵母菌无氧呼吸过程、条件和产物等，并反思在实验过程中的经验和不足。学生在实验探究基础上，分析实验结果，反思实验过程，解答自主质疑的问题，建构科学概念，有利于对科学概念的理解和迁移。

2.4 建构结构图，迁移应用

教师引导学生，将无氧呼吸过程纳入到“酶”“ATP”“有氧呼吸”等认知系统中，从而将无氧呼吸过程纳入到原有的认知结构（图1）。并注重使学生学习迁移运用，联系学生的生活，促进学生思考与解释：①发酵除了在酿酒得到应用外，你能举出更多的有关发酵在生活中应用的实例吗？②剧烈运动后有什么感觉，为什么会有这样的感觉？③一场洪水将植物根部淹没；十多天以后，洪水才慢慢退去。请思考，洪水退去后，植物会出现什么后果？为什么？

图1 概念结构图

教师将无氧呼吸概念纳入学生原有认知结构，将生物学概念进行结构化处理，培养学生利用结构化的概念解决生活中真实情境的问题。

3 教学反思

本节课聚焦新教材无氧呼吸概念，充分利用乡土资源——奉贤区神仙酒厂，通过学生对神仙酒厂的参观，提出问题，课堂教学围绕学生的问题进行实验探究。由于解决的是学生提出的问题，并利用实验探究的方法进行，学生自主性被激发，表现出很高的热情。在结构化知识迁移应用中，学生能够在教师提供情境下，提出新的情境应用。利用乡土资源进行课堂实践是新教材试用的一个探索，希望为新教材真正实施提供参考。