高一生物细胞的能量供应和利用教材分析高一生物细胞的能量供应和利用教材分析
细胞作为最基本的生命系统，具有开放性。这就是说，细胞是一个开放的系统：不仅时刻与周围的环境进行物质交换，而且时刻从周围的环境中获取能量并利用这些能量维持自身的各项生命活动，从而体现出活细胞的特点。那么，细胞是怎样从外界获取并利用能量的呢？本模块在介绍了有关细胞对物质的输入和输出内容后，紧接着就引导学生学习有关能量如何输入细胞以及细胞如何利用这些能量的知识。
一、教学目的要求
知识方面：
1.说明酶在代谢中的作用、本质和特性。
2.解释ATP的分子组成和特点以及ATP在能量代谢中的作用。
3.简述线粒体的结构和功能，说明细胞呼吸的方式、原理和实质，探讨细胞呼吸原理的应用。
4.简述叶绿体的结构和功能，说明光合作用的原理和应用以及科学家对光合作用原理的认识过程，探究影响光合作用强度的环境因素。
情感态度价值观方面：
通过研究科学家对酶本质的探索历史以及对光合作用原理的探究历程，认同科学是在不断的观察、实验、探索和争论中前进的；认同科学家不仅要继承前人的科研成果，而且要善于吸收不同意见中的合理成分，还要具有质疑、创新和勇于实践的科学精神与态度。
能力方面：
1.进行有关的实验和探究，学会控制自变量、观察和检测因变量的变化，以及设置对照组与重复实验。
2.进行有关的实验和探究，学会提取、分离绿叶中的色素以及检测酒精、二氧化碳等细胞呼吸产物的方法。
3.在有关实验、资料分析、思考与讨论、探究等的问题讨论中，运用语言表达的能力以及分享信息的能力。
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二、教材内容的结构和特点
（一）教材内容的结构
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（二）教材内容的特点
本章的教材包括章首页、4节课文、2个实验、2个资料分析、3个探究、2个思考与讨论、1个“科学•技术•社会”，以及“本章小结”和本章的“自我检测”。
章的题图是光照下的一片绿叶，绿叶上有能以绿叶为食的蚱蜢，此外，绿叶上还画有叶绿体的亚显微结构模式图和光合作用过程的模式图解，图解突出了光合作用中ATP与ADP的相互转换。章题图右下方的一首诗，形象而贴切地点出了章题图的寓意：动植物的生命活动，全都离不开细胞对能量的获取与利用，而能量的最终来源则是光。题图上方的两段话，简明扼要地概括出了本章的主题。
第1节主要介绍了酶在细胞代谢中的作用、酶的本质以及酶的3个特性。本节在学生学习过初中生物学的基础上，创设了“问题探讨”的情境──200多年前科学家斯帕兰札尼有关探究鹰消化食物原理的著名实验，引导学生分析和讨论，从而进入对酶的作用及本质的学习。
关于酶在细胞代谢中的作用，教材重点安排学生做比较过氧化氢在不同条件下分解速率快慢的实验，引导学生自己得出结论，从而切身体会到酶具有很高的催化速率及其生理意义。在学生获得感性知识的基础上，教材利用卡通式插图、图解和文字叙述，指出酶能够显著降低化学反应所需的活化能。需要强调的是，教材结合这个实验，还要求学生体会什么是自变量、因变量、无关变量以及什么是对照实验。显然，这种编排有助于引导学生学会确认和控制变量，有助于培养学生的科学探究能力。
关于酶的化学本质，教材没有平铺直叙地讲述，而是引导学生对有关资料进行分析。需要指出的是，巴斯德和李比希等科学家的观点都有正确的成分，但限于各种原因又都不够全面、准确。随着科学技术的不断进步，后来的科学家对酶的本质不断获得新的研究成果。教材引导学生分析这些资料，这在培养学生继承、创新、务实和大胆实践等科学精神和态度方面，都具有重要的教育价值。至于酶的定义，教材要求学生在分析资料后自己进行归纳、总结和完善。这体现出教材在促进学生积极改变学习方式，力求培养学生主动建构知识的编写意图。本节资料分析后面的一段短文，同样是意在结合本节的有关知识，培养学生具备正确的科学精神和态度。
关于酶具有高效性，教材是引导学生回忆上一节的实验现象以及引导学生体会自己的生活经验后得出的。关于酶具有专一性，教材是通过举实例和打比喻得出的。关于酶的第三个特性，教材设计了一个学生事先探究哪些因素影响酶活性的实验，让学生在探究后得出结论。本探究的实验指导提供了相关的背景知识，目的是便于学生提出所需探究的问题。在学生探究的基础上，教材配合两个曲线图，概括出酶的作用条件较温和的结论。本节的“科学•技术•社会”，通过多个侧面，体现出酶与人类生活的密切关系，从而进一步开阔学生的眼界。
第2节主要介绍了ATP分子的组成和结构特点，ATP具有与ADP相互转化的特性，以及ATP在细胞生命活动中的作用等内容。本节的篇幅不很大，但有关的内容在后续内容中将多次涉及，所以十分重要。
本节的“问题探讨”，先引用了一首唐诗，然后引导学生对萤火虫体内什么物质会发光开展讨论，从而进入本节的学习。这种编排体现了教材激发学生的学习兴趣和渗透热爱自然和生命的情感教育的编写意图。关于ATP分子结构的特点，教材先结合前几章的知识，指出细胞内糖类、脂肪等有机物中都储存有大量的化学能，但是这些能量只有转移到ATP中才能被细胞利用。
关于ATP与ADP的相互转化，课文不仅讲述了ATP水解与合成的过程，讲述了这种相互转化是十分迅速的，而且讲述了这一特点所具有的重要生理意义，从而使学生进一步明确ATP是细胞维持各项生命活动所需能量的直接来源。关于ATP的形成途径，教材从动物和人以及绿色植物这两个方面进行了阐述。实际上，前者指的主要是氧化磷酸化，后者则包括氧化磷酸化和光合磷酸化。
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关于ATP的利用，教材要求学生利用以前学过的知识，对图5-7进行补充和完善，这显然有利于调动学生的学习积极性和主动参与的学习态度，有利于培养学生用准确的科学术语阐述观点和进行合作学习的能力。最后，本节用流通着的“能量货币”──能量“通货”，形象地对ATP进行了比喻，目的是加深学生对ATP的生理功能以及ATP与ADP相互转化特点的认识。
第3节《ATP的主要来源──细胞呼吸》，主要介绍了细胞呼吸的两种方式，它们的原理和大致过程，以及细胞呼吸原理在生活和生产中的应用。本节在学生学习了初中生物学的基础上，创设了拉瓦锡等科学家研究人的呼吸作用的“问题探讨”，引导学生通过分析呼吸作用与物质燃烧的异同点等问题，进入本节的学习。由于学生在初中阶段学习过有关绿色植物和人体的呼吸作用以及细菌、真菌与食品制作的关系等基础知识，所以，教材一开始就将概括性很强的细胞呼吸定义呈现给学生。
细胞呼吸是否全都需要氧的参与呢？教材以酵母菌为材料，设计了一个探究其呼吸方式到底有几种的实验。由于这个探究实验的难度比较大，学生一般对其中某些原理和产物的检测不甚了解，所以，教材对提出问题和设计实验这两个步骤提供了必要的参考案例和参考资料。需要说明的，教材通过这个探究实验，还介绍了什么是对比实验。对比实验是科学探究中常用的方法之一。显然，学生学会进行对比实验，有助于培养他们的科学探究能力。关于有氧呼吸与无氧呼吸的原理和大致过程，教材基本上维持《全日制普通高级中学教科书（必修）生物第一册》的编排顺序、叙述方式和难易程度。这里需要指出的有三点：一是本节结合有氧呼吸的原理和大致过程，介绍了有关线粒体结构和功能的基础知识；二是以旁栏──“相关信息”的形式，简介了有氧呼吸产生的［H］，实际上是指氧化型辅酶Ⅰ（NAD+）转化为还原型辅酶Ⅰ（NADH）的过程，其意图是在不增加学生学习难度的前提下，力求把有关问题叙述得更加清楚；三是图5-9中用三种颜色分别表示有氧呼吸的三个阶段，这样看起来更加一目了然。关于无氧呼吸的定义，教材提出让学生在学习了有关内容后，参照有氧呼吸的定义进行归纳和概括，这显然有利于加深学生对相关基础知识和结论的理解，同时也有助于培养学生主动参与学习的态度和用准确而简明的科学术语进行归纳和概括的能力。
关于细胞呼吸原理的应用，教材采取了引导学生分析有关资料和通过讨论及补充相关实例的形式，使学生理解其原理在日常生活和工农业生产中的应用，并培养学生根据相关科学原理举一反三地联系实际的能力。
第4节主要介绍了叶绿体内光合色素的种类、分布和作用，叶绿体的结构和功能，光合作用的探究历程，光合作用的过程和应用以及化能合成作用等知识。
一些蔬菜大棚和温室为什么采用的塑料薄膜或日光灯是红色或蓝色的，而不是绿色的？这是一个新奇而有趣的问题。本节教材的“问题探讨”从这里引出话题让学生讨论，可以激发学生的学习热情和想像力，从而很自然地进入本节第一部分教学内容的学习。
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关于绿叶中有哪些捕获光能的色素，教材是通过先引导学生做绿叶中色素的提取和分离的实验，然后进行归纳的。无水乙醇对人体没有毒性，而且实验效果与丙酮大致相同，所以，本实验的提取液改用无水乙醇。学生实验后，教材归纳出绿叶中捕获光能的色素有4种。那么，这些光合色素存在于植物细胞中的什么部位呢？教材接着介绍了有关叶绿体的基础知识。这里需要强调的有两点：一是叶绿体并非存在于所有的植物细胞中，而是只存在于植株的叶和嫩茎等绿色器官的一些细胞中；二是教材引导学生通过对有关资料的分析认识到，叶绿体不仅含有捕捉光能的4种色素，而且含有多种与光合作用有关的酶，并且具有在光合作用中释放氧气的特性，可见，叶绿体是绿色植物进行光合作用的场所。
关于光合作用的探究历程，本节在义务教育课程标准初中生物教学的基础上，在简述了普利斯特利的著名实验后，介绍了英格豪斯以及卡尔文等科学家历年来关于光合作用原理的主要研究成果。这有利于培养学生的科学精神和科学态度，有利于为讲述光合作用原理做好知识铺垫。课文还结合鲁宾、卡尔文等科学家的实验，介绍了同位素标记法这一生物科学领域经常使用的研究方法。
关于光合作用的过程，教材基本上维持了《全日制普通高级中学教科书（必修）生物第一册》的编排顺序、叙述方式和难易程度。这里需要指出的是，教材以旁栏──“相关信息”的形式，简介了水在光下分解成的［H］，实际上是指辅酶Ⅱ（NADP+）与电子和质子结合形成还原型辅酶Ⅱ（NADPH）的过程，其意图同样是在不增加学生学习难度的前提下，力求把有关问题叙述得更加清楚。
关于光合作用原理的应用，教材是在讲述了什么是光合作用强度后，通过引导学生做环境因素如何影响光合作用强度的探究实验来认识这一问题的。这个实验所探究的问题对于学生来说可能比较生疏，有一定的难度，教材为此提供了相关的提示和参考案例。
课程标准并没有要求讲述细胞的化能合成作用。教材简述化能合成作用的意图是适当开阔学生的知识面：简要介绍有关自养生物和异养生物的基础知识；让学生知道少数种类的细菌虽然没有叶绿素，但能利用环境中的化学能来制造有机物，它们也属于自养生物，从而对本章章题图中文字叙述的认识更加全面而深刻。
作者单位：人民教育出版社 课程教材研究所 生物课程教材研究开发中心
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