单元学历案
单元名称：细胞的生活需要营养物质和能量
教材：人教社2019版《普通高中教科书（生物学）》必修1《分子与细胞》
学段学科：高中生物
设计者：李金香名师工作室 龙显莉
一、你敢挑战吗？
尝试解释：植物根细胞主动运输吸收矿质元素所需能量最终来自什么能？其能量吸收、转化、利用过程是怎样的？
二、你需要学什么？
【内容概述】
【课时安排与核心素养指向】
大概念
重要概念
单元主要内容
指向核心素养
课时
细胞的生存需要能量和物质
物质通过被动运输、主动运输等方式进出细胞，以此维持细胞的正常代谢
被动运输
生命观念、科学探究、科学思维、社会责任
2
主动运输与胞吞胞吐
生命观念、科学思维、社会责任
1
细胞的功能绝大多数基于化学反应，这些反应发生在细胞的特定区域
降低化学反应活化能的酶
科学探究、科学思维、社会责任
3
细胞的能量“货币”——ATP
生命观念、科学思维、社会责任
1
细胞呼吸的原理和应用
生命观念、科学探究、科学思维、社会责任
2
光合作用与能量转化
生命观念、科学探究、科学思维、社会责任
3
三、你为什么要学？
细胞是生命系统最小的单位，细胞执行生命活动需物质基础，在这个开放的系统进行物质交换依赖于神奇的生命之膜——细胞膜，不同物质进出细胞膜的方式一致吗？物质交换时需要能量吗？能量从何而来呢？在生命系统里能量的最终来源是太阳能，物质为能量的载体，能量又驱动物质的转化，我们初中已经知道细胞呼吸和光合作用与能量的转换有关，本单元将帮助我们系统地梳理细胞能量的来源与去路，形成能量守恒的整体观，促进整体化学习。通过有趣的探究实验，你将学会科学的研究方法，体会到科学研究的乐趣。你将能利用所学知识科学地解释为什么提倡有氧运动，为什么要中耕松土等等生活现象。
四、你已经具备的基础
1.知识基础：本单元的知识与细胞膜的结构、细胞器等知识关联，从结构与功能观的视角理解不同物质进出细胞的方式由细胞膜结构决定，细胞中特定区域发生着特定的化学变化如光合作用、细胞呼吸；从物质与能量角度理解物质不断转化，能量也在细胞中流转，本单元将以初中知识（细胞呼吸和光合作用）为基础继续系统地学习细胞能量的供应和利用
2.能力基础：本单元存在大量的探究实验，充分训练我们的实践能力，学会控制变量法，掌握科学探究的一般方法；通过分析图表、资料，概括出相应概念并进行推理应用；知识间关联度增加，我们需对知识比较、归纳、总结、内化，增强相应知识应用的迁移能力。
3.可能的学习障碍：在科学探究过程中，自主提出问题、设计实验方案的能力较弱；将概念转化为数学模型分析时缺乏抽象思维；利用相应的知识解决实际问题时缺乏一定的迁移能力。
五、你将学会什么？
【学习情境-任务-活动】
【单元学习目标与学习评价目标】
（说明：以下应为表格，该平台不能上传表格）
单元学习大目标
单元学习子目标
单元学习评价目标
单元学习活动
学生活动的学历案片段
单元学习目标1：
基于探究实验和图文资料，理解物质通过被动运输、主动运输等方式进出细胞，以维持细胞的正常代谢，运用结构与功能观解释生活中的生命现象。
单元学习目标1—子目标1：
基于实验证据，观察比较的动植物细胞失水、吸水的现象，理解质膜的选择性与质壁分离与复原的关系，体会科学探究的一般思维，归纳总结水进出细的特点，建立结构功能观
能准确说出细胞在什么情况下失水和吸水；能准确辨析两种被动运输方式的异同
单元任务一、厘清不同物质跨膜运输的方式
活动1.1
探究水进出细胞的原理
活动1.1学习体验：
（引入）小组讨论：观察渗透现象，归纳渗透现象发生的条件是什么？
（探究）
1.观察水进出哺乳动物红细胞的现象，探究水进出哺乳动物红细胞的原理。
2.原生质层是否相当于一层半透膜？小组合作探究植物细胞的吸水和失水。
（解释）总结水分运输特点，建构被动运输概念
（精致）小组合作建构影响被动运输因素的数学模型
活动1.1学习评价：
测定提供的紫色洋葱鳞片叶表皮细胞的细胞液浓度相当于多少质量分数的蔗糖溶液，请书写实验思路
单元学习目标1—子目标2：
利用图文资料总结出其他营养物质进出的方式及意义，阐明质膜具有选择性，认同质膜的生命性。能正确判断、推理物质出入细胞的方式，发展科学思维，关注物质进出细胞异常引起的病症，加深对科学、技术的认识。
能列表比较物质进出细胞方式的异同；能在新情境中判定出物质的运输方式
活动2.1
认识其他营养物质进出细胞的方式
活动2.1学习体验：
（引入）回顾肠上皮细胞吸收水分的方式，思考肠上皮细胞吸收葡萄糖属于被动运输吗？
（探究）结合有关肠上皮细胞的图文资料，分析主动运输的特点；回顾分泌蛋白的相关知识，展示肠上皮细胞分泌肽酶等进行消化作用的资料，分析胞吞胞吐的作用方式特点
（解释）列表比较不同物质进出细胞方式的异同
（精致）阅读囊性纤维化、痢疾内变形虫吞噬人体细胞实例，分析主动运输、胞吞胞吐的意义
活动2.1学习评价：
分析突触结构中这些物质通过何种方式进出细胞。
单元学习目标2：
结合学科探究史和相应的探究实验，明确发生在细胞的特定区域的化学反应，这些反应往往贯穿着物质和能量的变化，形成物质和能量、结构和功能等生命观念
单元学习目标2—子目标1：通过探究“比较过氧化氢在不同条件下的分解”，明确酶在细胞代谢中的作用；通过阅读“关于酶本质的探究史”，说明绝大多数酶是一类催化生化反应的蛋白质，认同科学发现是众多科学家努力的结果，是在争论中推进；通过探究实验归纳总结酶的特性，掌握探究实验中控制变量的科学方法，发展科学探究思维
能根据史料准确归纳总结出酶的概念；学会设置对照试验，在探究实验中掌握自变量的设置，因变量的检测与观察，无关变量的控制；能准确地建构酶促反应影响因素的数学模型，能依据酶的特性解决实际问题
单元任务二、认识降低化学反应活化能的酶
活动2.1 探寻酶的作用
活动2.2“重走”酶本质的探索史
活动2.3 探究酶的特性和作用条
活动2.1学习体验：
（引入）演示葡萄糖燃烧的现象，葡萄糖在细胞中释放能量的方式与和体外燃烧有何区别？
（探究）小组合作：运用材料设计“比较过氧化氢在不同条件下的分解”实验，并完成实验操作；小组汇报实验结果，得出实验结论。
（解释）小组讨论：为什么说酶对于细胞内化学反应的顺利进行至关重要？
（精致）观看不同条件下H2O2分解的原理的动画，请依据此原理构建出不同条件下下H2O2分解的原理的数学模型
活动2.1学习评价：
1.你能准确阐述酶具有高效性的作用原理吗？
会 不会
活动2.2学习体验：
（引入）阅读关于酶本质的探索，完成概念图的填写
（探究）小组讨论：巴斯德和李比希之间出现争论对后人进一步研究酶的本质起到了什么作用；萨姆纳取得成功靠的是什么样的精神品质？
（解释）结合史料请你给酶下一个完整的定义
（精致）查阅资料，分享生活中酶的运用
活动2.2学习评价：
1.你能准确阐述酶的定义吗？
会 不会
2.知识检测：
请结合所学知识，设计实验检测某种酶结晶是不是蛋白质？
选择题：研究发现，人体内某种酶的主要作用是切割、分解细胞膜上的“废物蛋白”。下列有关叙述错误的是（ ）
A．该酶的空间结构由氨基酸的种类决定
B．同一种酶可存在于分化程度不同的活细胞中
C．“废物蛋白”被该酶切割过程中发生肽键断裂
D．“废物蛋白”分解产生的氨基酸可被重新利用
活动2.3学习体验：
（引入）阅读‘酶在生物净化污水中的作用’资料，思考：为何需多种酶处理？操作时为什么要控制温度、pH值？
（探究）小组合作：根据以上问题作出假设并设计实验，书写实验方案，小组互评补充完善最终方案
（解释）观看实验操作，依据实验结果，得出实验结论，构建出的数学模型并展示。
（精致）查阅资料，小组分享酶在生物净化污水中的优势和弊端。
活动2.3学习评价：
1.你能准确说出酶的特性吗？
会 不会
2.你掌握了探究实验的一般步骤吗，能正确设置自变量、控制无关变量，检测因变量吗？
会 不会
3.在工业上，大量使用酶后常与产物混合，往往会影响产品的纯度，且酶不能重复利用，请查阅资料寻找解决方法。
4.知识检测
（2021海南）某种酶的催化反应速率随温度和时间变化的趋势如图所示。据图分析，下列有关叙述错误的是（ ）
A．该酶可耐受一定的高温
B．在t1时，该酶催化反应速率随温度升高而增大
C．不同温度下，该酶达到最大催化反应速率时所需时间不同
D．相同温度下，在不同反应时间该酶的催化反应速率不同
单元学习目标2—子目标2：通过建构ATP的结构和ADP与ATP相互转换的模型，能解释ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质，加深认识生物界的统一性
能正确书写ATP的结构简式；能列举出细胞吸能反应和放能反应的实例，并阐明这些反应中ATP与ADP相互转化的关系
单元任务三、解释ATP是细胞的能量货币
活动3.1 认识ATP结构及功能
活动3.2 建构ATP与ADP相互转化模型
活动3.3 列举ATP的利用实例
活动3.1 学习体验：
（引入）1.观看不同试剂处理蛙腓肠肌收缩的视频，分析实验变量，得出实验结论
2.请阅读相关资料建构ATP的模型
活动3.1 学习评价：
你能正确书写ATP的结构简式吗？能否从结构分析ATP是一种高能磷酸化合物？
会 不会
活动3.2学习体验：
（探究）人类生命活动需要消耗大量的ATP，而ATP的含量却很少，这一矛盾是如何解决的？小组合作尝试建构ATP与ADP相互转化的模型，并展示
活动3.2学习评价：
1.你能正确构建出ATP与ADP相互转化的模型吗？
会 不会
2.知识检测：
选择题：（2021海南）研究人员将32P标记的磷酸注入活的离体肝细胞，1~2min后迅速分离得到细胞内的ATP。结果发现ATP的末端磷酸基团被32P标记，并测得ATP与注入的32P标记磷酸的放射性强度几乎一致。下列有关叙述正确的是（ ）
A．该实验表明，细胞内全部ADP都转化成ATP
B．32P标记的ATP水解产生的腺苷没有放射性
C．32P在ATP的3个磷酸基团中出现的概率相等
D．ATP与ADP相互转化速度快，且转化主要发生在细胞核内
活动3.3学习体验：
（解释）请建构ATP、ADP相互转化与吸能、放能反应的关系模型。解释ATP为什么是细胞的能量“货币”。
（精致）请列举出细胞吸能反应和放能反应的实例，并阐明这些反应中ATP与ADP相互转化的关系
活动3.3学习评价：
同样是能源物质，ATP与葡萄糖具有不同特点。请概括出ATP具有哪些特点？
单元学习目标2—子目标3：经历“探究酵母菌细胞呼吸的方式”实验，明确两种呼吸类型的产物；结合教材图文掌握有氧呼吸和无氧呼吸的过程特点，认识生物通过细胞呼吸将储存在有机分子的能量转化为生命活动可以利用的能量，树立物质能量观
能正确说出有氧呼吸和无氧呼吸的异同；能根据细胞呼吸原理科学解释生产、生活中的应用事例
单元任务四、认识细胞呼吸原理及应用
活动3.4学习体验：
（引入）展示研究成果：研究人员将蓝细菌植入大鼠心脏，光照之下蓝细菌凭借光合作用来维持心肌组织中的血氧平衡。有科学家提出异议：人的肌肉比老鼠要厚，光线不易深入到达细菌，由此推测可影响光合作用的因素有哪些？
（探究）小组合作：探究光照强度对光合作用强度；
（解释）试将实验结果建构出数学模型
（精致）查阅资料，分享光合作用在农业生产中的应用
活动3.4学习评价：
1.你能准确描述出不同环境因素对光合作用强度的影响吗？
会 不会
2.小组合作调查附近温室大棚为提高作物光合作用采取了什么措施，完成调查报告。
3.知识检测：
植物工厂是通过光调控和通风控温等措施进行精细管理的高效农业生产系统，常采用无土栽培技术。下列有关叙述错误的是（ ）
A. 可根据植物生长特点调控光的波长和光照强度
B. 应保持培养液与植物根部细胞的细胞液浓度相同
C. 合理控制昼夜温差有利于提高作物产量
D. 适时通风可提高生产系统内的CO2浓度
活动4.1探究酵母菌细胞呼吸的方式
活动4.2厘清细胞有氧呼吸和无氧呼吸的过程和特点
活动4.3利用细胞呼吸原理解释生活生产上的应用
活动4.1学习体验：
（引入）分享发面操作，回顾酵母菌的相关知识，试说出你关于酵母菌呼吸想深入了解的问题。
（探究）小组合作：针对提出的问题作出假设，设计实验，思考怎样控制自变量、无关变量，怎样检测因变量？
（解释）小组汇报实验结果，得出实验结论，建构反应方程式
（精致）分析资料：某实验室利用酵母发酵葡萄糖生成酒精的图表，总结获得较多酒精的操作
活动4.1学习评价：
知识检测：
（2021·广东高考真题）秸杆的纤维素经酶水解后可作为生产生物燃料乙醇的原料，生物兴趣小组利用自制的纤维素水解液（含5%葡萄糖）培养酵母菌并探究细胞呼吸（如图）。下列叙述正确的是（ ）
A．培养开始时向甲瓶中加入重铬酸钾以便检测乙醇生成
B．乙瓶的溶液由蓝色变成红色，表明酵母菌已产生了CO2
C．用甲基绿溶液染色后可观察到酵母菌中线粒体的分布
D．实验中增加甲瓶的酵母菌数量不能提高乙醇最大产量
活动4.2学习体验：
（引入）回顾线粒体的结构，试阐述为什么它是有氧呼吸的主要场所？
（探究）阅读细胞呼吸发现史料，尝试构建细胞呼吸的物理模型，并写出各细胞呼吸的化学方程式
（解释）试归纳总结细胞有氧呼吸、无氧呼吸的概念
活动3.2学习评价：
知识检测：
下列关于细胞呼吸的叙述，正确的是（）
A.有氧呼吸第一、二阶段产生的[H]数量相同
B.细胞呼吸的每一个阶段均需消耗ADP与Pi
C.无氧呼吸过程中葡萄糖释放的能量大多以热能散失
D.马铃薯叶肉细胞的线粒体内存在合成乳酸的相关酶
活动4.3学习体验：
（精致）查阅资料，分享细胞呼吸在生产生活中的其他应用
活动4.3学习评价：
1.你能用严谨的语言科学地解释有关细胞呼吸的应用吗？
会 不会
2.知识检测：（2021·湖南高考真题）下列有关细胞呼吸原理应用的叙述，错误的是（ ）
A．南方稻区早稻浸种后催芽过程中，常用40℃左右温水淋种并时常翻种，可以为种子的呼吸作用提供水分、适宜的温度和氧气
B．农作物种子入库贮藏时，在无氧和低温条件下呼吸速率降低，贮藏寿命显著延长
C．油料作物种子播种时宜浅播，原因是萌发时呼吸作用需要大量氧气
D．柑橘在塑料袋中密封保存，可以减少水分散失、降低呼吸速率，起到保鲜作用
单元学习目标2—子目标4：
通过“绿叶中色素的提取和分离”的探究实验并结合叶绿体的物理模型，说明植物细胞的叶绿体能从太阳光中捕获能量，形成结构与功能相适应的生命观念；结合“探究光合作用原理的实验”，归纳出在CO2和H2O转变为糖类的过程中，捕获的光能转换并储存为糖分子中的化学能并建构出光反应和暗反应的物理模型；通过“探究环境因素对光合作用强度的影响实验”，发展探究的科学思维和基于科学事实进行合理推测的能力；能根据光合作用原理解释农业生产的应用
能准确描述植物依靠哪些色素捕获光能，能正确指出适于光合作用的叶绿体的结构特点；能正确建构光合作用过程中物质、能量转化模型，并指出物质变化与能量转化的关系；能在具体情境中科学解释环境因素对光合作用的影响，能科学解释光合作用在生产生活中的应用
单元任务五、阐明光合作用过程中的能量转化
活动5.1
提取并分离绿叶中的色素
活动5.2
重温恩格尔曼实验并结合叶绿体结构模型，归纳叶绿体的功能
活动5.3
建构光合作用光反应、暗反应过程的模型
活动3.4
探究环境因素对光合作用强度的影响，熟悉光合作用的应用
活动5.1学习体验：
（引入）人体细胞呼吸消耗葡萄糖的能量最终来源于什么？观看植物工厂视频，植物工厂补充人工光源有什么好处？
（探究）小组合作探究实验：绿叶中色素的提取和分离，展示探究结果。
（解释）小组讨论：根据图文资料分析这四种色素对光吸收有什么差异？
（精致）小组讨论：海洋中的绿藻、褐藻、红藻的垂直分布与光能的捕获有关吗？
活动5.1学习评价：
收集资料写一篇短综述：与传统生产方式相比，植物工厂生产蔬菜等食物存在哪些利弊。
活动5.2学习体验：
（引入）观察叶绿体的光学显微镜、电子显微镜照片，讨论叶绿体结构为什么适于光合作用？
（探究）阅读恩格尔曼的两个实验，小组讨论叶绿体有什么功能？
（解释）总结叶绿体为什么适于光合作用?
（精致）小组合作建构叶绿体的物理模型并展示
活动5.2学习评价：
你能绘制出叶绿体的物理模型吗？
你能说出叶绿体适于光合作用的结构特点吗？
会 不会
活动5.3学习体验：
（引入）观看中国科学家首次在实验室合成淀粉的前沿科技，回顾光合作用的原料和产物
（探究）阅读探索光合作用原理的部分实验，小组合作利用科学家的研究结论建构能量与物质的转化关系
（解释）阅读资料归纳总结光合作用的光反应、暗反应的物质能量变化，建构物理模型
（精致）小组讨论：植物工厂为何精密控制光照和CO2？
活动5.3学习评价：
请建构某植物叶肉细胞光合作用与呼吸作用的物理模型
六、给你支招
【学习方法】
1、课前自主探究，上课前学生独立阅读课本，并完成学历案上能独立解决的问题。
2、小组合作探究实验，根据现象总结相关结论，小组间相互评价
3、动手建构模型，重视知识之间存在的联系
4、课堂展示：优秀个人或小组展示探究成果
5、对资料分析及探究，小组讨论归纳总结相应概念
6、结合练习学会概念的应用以解决实际问题
【学习资源推荐】
探究植物细胞吸水和失水实验https://www.zhihu.com/zvideo/1408495455508938752?utm_source=wechat_session&utm_medium=social&utm_oi=1158146683819917312
小肠上皮细胞吸收葡萄糖资料：https://www.sohu.com/a/504859338_121124303
主动运输、胞吞胞吐作用https://www.bilibili.com/video/BV1Ps411n7ub?spm_id_from=333.337.search-card.all.click
降低化学反应的酶的相关视频
https://mp.weixin.qq.com/s/oDzdESRSlif8ZGotuwpBWA
探究酵母菌细胞呼吸视频
https://mp.weixin.qq.com/s/XaDfBw-jqn0tcyCX4N-wuA
光合作用相关视频
https://mp.weixin.qq.com/s/5U4P8OVbXEz_NW8zQs0qDA
七、学后反思
1.请尝试建构出本主题单元的概念图（复述），并建立与以往知识的联系（关联）
2.请写下自己需要求助的困惑
3.分享自己何以学会的策略（请尝试总结本主题学习的思维方法）（关联）
4.通过本单元的学习，从物质能量观的角度说说你对细胞生命活动的理解（转化）