组别 探究实验名称 A 探究某种茅草根组织提取液制成的口服液中是否含有还原糖 B 探究某种在盐碱地生长的植物细胞液的浓度 C 探究洋葱根尖对于K+的吸收方式是被动运输还是主动运输 D 探究不同光照强度对植物光合作用速率的影响 E 探究酵母菌细胞呼吸的方式

探究酵母菌细胞呼吸方式模型的构建和迁移应用 苏州市教育科学研究院 马建兴

一、典例分析 例题1．酿酒、做面包都需要酵母菌。某同学想探究酵母菌的呼吸方式（是否在有氧和无氧条件下都能生存），于是进行了如下实验。 （1） 实验原理：酵母菌在有氧和无氧条件下都能生存，属于兼性厌氧微生物。 （2）作出假设： 。 （3）材料用具：新鲜的食用酵母菌、酵母菌培养液、澄清石灰水、橡皮球、玻璃导管数根、质量分数为10%的NaOH溶液等。 （4）实验步骤： 酵母菌在有氧和无氧条件下都能生存。

第二步：选择玻璃导管，将下图中的装置一、二中的锥形瓶分别进行连接。 取锥型瓶五个,其中两个分别装入等量的酵母菌培养液和新鲜的食用酵母,贴上标签,称之为A、D。另在B、E锥型瓶中加入等量的澄清的石灰水，C锥型瓶中加入足量的NaOH溶液。 第一步： 。 第二步：选择玻璃导管，将下图中的装置一、二中的锥形瓶分别进行连接。 将A放置一段时间后，再将装置一、二均置于相同适宜环境中，用气泵向C中不断通入空气，将二个装置再培养一段时间。 第三步： 。 第四步： 。 观察将B、E中澄清的石灰水是否变浑浊。各取2mLA、D中的酵母菌培养液，加入0.5mL的酸性重铬酸钾溶液，观察颜色变化。

（5）预测及结论： ① 。 ② 。 ③ 。 两组装置中石灰水都出现浑浊，说明酵母菌在有氧和无氧条件下都能进行呼吸 。 装置一中石灰水浑浊，装置二中不浑浊，说明酵母菌只能在无氧条件下进行呼吸。 装置一中石灰水不浑浊，装置二中浑浊，说明酵母菌只能在有氧条件下进行呼吸。

思考实验过程中遇到的几个问题： ①连接装置前，考虑对上图中A瓶该作了怎样的处理？为什么？ ②连接装置时，怎样才能更加安全?怎样提高装置的气密性？ ③若要检测细胞呼吸是否产生了酒精，具体操作是怎样的？你会吗？怎样注意实验安全？

进行实验

教材参考实验装置 澄清石灰水 酵母菌培养液 稀释的KMnO4 30%H2O2 NaOH溶液

再探究一： 有同学认为，在有氧呼吸实验装置中１０％的氢氧化钠溶液不能完全吸收二氧化碳，以致可能对实验结果有干扰，你同意吗？你如何避免这种可能性的发生，以保证实验更严谨？

再探究二： 有人认为：实验装置中酒精和二氧化碳的产生是葡萄糖水溶液之间的纯化学反应,你如何实验证明？ 假如认为实验装置中酒精和二氧化碳的产生是葡萄糖水溶液与酵母菌细胞之间某种(些)成分之间反应的产物，而与其他物质无关。又该如何证明？ 葡萄糖的水溶液 葡萄糖的水溶液

再探究三： 为了控制无氧呼吸实验装置中的氧气，对酵母菌培养瓶采取用Ｔ形夹夹住橡皮管的方法进行密封处理，结果发生了锥形瓶爆裂或橡皮塞被顶脱的现象，这是为什么呢？由此说明什么问题？

再探究四： 在某一次对有氧呼吸实验装置的操作中，将酵母菌培养液取样鉴定，鉴定出也含有酒精，这是为什么呢？如何改进实验操作？

二、归纳并建立“探究酵母菌细胞呼吸的方式”的模型

项目 装置一 装置二 实验原理 检测原理 自变量 因变量 观察指标 无关变量 酵母菌在有氧和无氧条件下都能生存 细胞呼吸产生的CO2可以使澄清的石灰水变浑浊，无氧呼吸产生的酒精可使酸性重铬酸钾溶液变灰绿色。 无氧 有氧 无氧呼吸 有氧呼吸 石灰水是否变浑浊,酸性重铬酸钾溶液变灰绿色 石灰水是否变浑浊 空气中的CO2是否能完全被吸收，装置气密性等

明确实验目的 探究酵母菌的呼吸方式 生物学原理：酵母菌在有氧和无氧条件下都能生存，属于兼性厌氧型微生物。 检测原理：细胞呼吸产生的CO2可以使澄清的石灰水变浑浊，无氧呼吸产生的酒精可使酸性重铬酸钾溶液变灰绿色。 理解实验原理 酵母菌在有氧、无氧条件下均能进行细胞呼吸（或其他合理假设）。 作出实验假设

Ⅰ.选择器材是关键。器材包括仪器、药品和该实验最佳的生物学材料。 Ⅱ.确定自变量。根据实验原理—“酵母菌在有氧和无氧条件下都能生存”，确定实验的自变量是培养液中O2的控制（是否无O2 /通入O2）。 Ⅲ. 控制好无关变量（同时考虑等量对照、条件适宜、重复实验等）。 Ⅳ. 确定观察指标项（由因变量能否直接被观察、测定来确定）。本实验中观察的是什么？ 设计实验步骤 由于自变量为培养液中O2的有无，因此可能的结果理论上有四种，但实际上酵母菌不可能不进行细胞呼吸，因此排除其在有氧、无氧条件下都不能进行细胞呼吸的假设，预测结果3种。 预测实验结果 完成实验分析数据 反思是对探究过程的再思考，既是对原有过程的总结，修正原有实验设计过程和设计思想，并进一步探究新的问题。 反思实验本身

提出问题，分析原理 作出假设 选择实验器材 设计实验步骤 完成实验，分析数据 预测实验结果 变量控制 对照组设置 探究酵母菌细胞呼吸的方式？ 酒精是酵母菌在什么条件产生的？酵母菌不同条件下呼吸产生的CO2是否一样多？ 无氧 CO2和酒精 产生 CO2 有氧 作出假设 选择实验器材 设计实验步骤 变量控制 对照组设置 完成实验，分析数据 预测实验结果 反思实验，再探究

三、建立探究的一般模型并迁移运用 (一) 探究性实验的一般模型 1.验证性实验与探究性实验

2.实验设计的基本步骤 随机分组 明确实验目的 操纵 实验变量 施加干扰 分析实验原理 设置对照 控制 设计实验步骤 无关变量 条件适宜 重复实验 预期实验结果 捕获 观察现象 反应变量 进行实验分析数据 测量数值 反思实验本身

3.实验变量的控制方法 ②检测反应变量的方法：根据实验原理和实验条件确定观察和测量的指标和方法。 ①操纵实验变量的方法：设法给研究对象施加干扰，造成实验对象的变化，从而使研究对象在被干扰状态中反映出某种现象和属性。 ②检测反应变量的方法：根据实验原理和实验条件确定观察和测量的指标和方法。 ③控制无关变量的方法：排除因实验对象的个体差异带来的影响；设法创造稳定的维持不变的相同条件进行对照，以抵消或排除这些因素对实验对象的干扰；设法提供适宜条件，以排除不利环境条件对实验对象的影响；重复实验，排除偶然因素的干扰，减少实验误差。

（二）随堂反馈:探究影响细胞呼吸方式的因素 例2：酵母菌在氧气充足条件下不能进行酒精发酵，有同学认为是氧气抑制了酵母菌无氧呼吸，也有同学认为是有氧呼吸产生的过量ATP抑制了酵母菌无氧呼吸。请设计实验探究酵母菌在氧气充足条件下不能进行无氧呼吸的原因。 （1）供选的实验试剂和用品： 锥形瓶、酵母菌细胞（试剂1）、质量分数5%的葡萄糖溶液、酵母菌破碎后经离心处理得到的只含有酵母菌细胞质基质的上清液（试剂2）和只含有酵母菌细胞器的沉淀物（试剂3）、ATP饱和溶液、蒸馏水、橡皮管夹若干、其他常用器材和试剂。 （2）完成下列实验步骤：

项目 装置A 装置B 装置C 实验原理 检测原理 自变量 因变量 观察指标 无关变量 二氧化碳能使澄清的石灰水变浑浊 对照组 ATP 无氧呼吸受到抑制时,不能产生将葡萄糖分解,产生CO2 二氧化碳能使澄清的石灰水变浑浊 对照组 ATP O2抑制 进行无氧呼吸 是否进行无氧呼吸 是否进行无氧呼吸 澄清石灰水变浑浊 澄清石灰水是否变浑浊 澄清石灰水是否变浑浊 试剂2、葡萄糖溶液等量，温度等条件适宜等

①取锥形瓶等连接成如下装置三套，依次编号为A、B、C。1号瓶锥形瓶中都加质量分数为10%的NaOH溶液，3号锥形瓶瓶中都加澄清的石灰水。 10mL的试剂2、10mL质量分数5%的葡萄糖溶液、2mL蒸馏水 ②A装置的锥形瓶2中加入 ； B装置的锥形瓶2中加入 ； C装置的锥形瓶2中加入 。 10mL的试剂2、10mL质量分数5%的葡萄糖溶液、2mLATP溶液 10mL的试剂2、10mL质量分数5%的葡萄糖溶液、2mL蒸馏水

③A、B、C三套装置均先持续通入氮气5min，去除锥形瓶中的氧气，再将A、B、C三套装置分别作如下处理： A套_________ ____， B套_______ _____， C套______ _______。 持续通入N2 持续通入N2 持续通入空气

若A套变浑浊，B套不变浑浊，C套变浑浊，则酵母菌无氧呼吸受ATP抑制，不受氧气抑制 ④将三套装置放在温度适宜（25～35℃）的相同条件下培养相同时间（8～10h）。 ⑤观察_____________________，判断是否进行无氧呼吸。 （3）预期实验结果并得出相应结论： ① ； ② ； ③ ； ④ 。 澄清石灰水是否变浑浊 若A套变浑浊，B套不变浑浊，C套变浑浊，则酵母菌无氧呼吸受ATP抑制，不受氧气抑制 若A套变浑浊，B套变浑浊，C套不变浑浊，则酵母菌无氧呼吸不受ATP抑制，受氧气抑制 若A套变浑浊，B套不变浑浊，C套不变浑浊，则酵母菌无氧呼吸既受ATP抑制，也受氧气抑制 若A套变浑浊，B套变浑浊，C套变浑浊，则酵母菌无氧呼吸不受ATP抑制，也不受氧气抑制

“探究酵母菌的细胞呼吸方式” 的模型构建与迁移运用 构建探究细胞呼吸方式的典型模型 模型的迁移运用 明确实验目的 理解实验原理 作出实验假设 设计实验步骤 完成实验 反思再探究 一定O2浓度条件下的细胞呼吸方式 探究环境因素对细胞呼吸速率的影响 探究被固定化酵母细胞的代谢效率 探究影响细胞呼吸方式的可能因素 控制自变量，观察因变量，重复实验 采集数据，分析得出结论

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