“生物选考 细胞呼吸”的变化——浙科版新旧教材比较

“细胞呼吸”的变化
浙江省桐庐中学潘炜
细胞呼吸是生物体最重要的新陈代谢，过程复杂和繁琐，有许多深奥、复杂的化学知识，不适合高中学生具体的学习。

从学习的认知规律考虑，知识的学习应从简单到复杂、从具体到抽象，这样有利于高中生的学习，也会将来继续深造学习打下基础。

相比旧版教材，浙科版新版教材的细胞呼吸内容有很大变化，内容呈现上进行了合理的精简，条理上增强了逻辑性，难度要求适当地降低了，从而增强了文本的可读性，更利于高中生的学习。

一、文本内容的精简化，突出主干知识
1.删除了原本“学科指导意见”就不作要求的“细胞呼吸从糖酵解开始”、“柠檬酸循环”、“课外读中的‘柠檬酸循环过程’”、“电子传递链”和“图3-17细胞呼吸与细胞代谢的关系图。

2.删除了“图3-13细胞呼吸的3个阶段图”，省去了“柠檬酸循环”和“电子传递链”的名称，进一步精简需氧呼吸过程。

3.删除了“乙醇发酵实验”演示实验。

4.删除了繁杂的“课外读：各种体育运动所花费的能量”中的“某些体育运动和日常生活的MET”
二、呈现逻辑的条理化，增强文本可读性
1.“通常所说的呼吸”与“细胞呼吸”的概念阐述，更有条理性
（1）旧版教材：通常所说的呼吸→呼吸的全过程→细胞呼吸概念及两种类型。

通常所说的呼吸阐述后，呈现“人体利用空气中的氧气做什么？人体呼出的二氧化碳是从哪里来的？气体交换过程与细胞呼吸有什么关系呢？”，接着“原来，人体吸入空气后，……”。

没有直接指明通常所说的呼吸与细胞呼吸的不同和关系，需要阅读者自己比较分析，增加了阅读难度。

（2）新版教材：呼吸与细胞呼吸：两者概念→两者关系→问题铺垫。

新教材一开始指出细胞呼吸与通常所说的呼吸是两个不同又相关的概念后，直接阐述呼吸与细胞呼吸的概念。

以“气体交换过程与细胞呼吸有什么关系？”问题形式呈现，然后阐述两者关系。

又以“细胞呼吸是在细胞的什么部位进行呢？细胞呼吸对细胞的生活的意义又是什么？”问题辅设，引导继续阅读。

2.需氧呼吸的阐述简洁明确，更有条理性
（1）需氧呼吸文本呈现顺序变的更合理
旧版教材：需氧呼吸总反应式→木头燃烧与需氧呼吸的比较→反应的实质→简述需氧呼吸的3个阶段→分别阐述三个阶段→小资料：需氧呼吸的意义。

新版教材：木头燃烧与需氧呼吸的比较→反应的实质→需氧呼吸的3个阶段→总述需氧呼吸的过程→小资料：需氧呼吸的意义，提出总反应式，按总→分→总的顺序。

（2）需氧呼吸过程的阐述更明确、逻辑性更强
①提出划分依据，“根据产物的性质和反应在细胞中发生的部位，将这个连续的过程划分为3个阶段”
②指明三个阶段发生的场所，让阅读者很清晰地知道。

同时删去了“嵴”的
有关阐述。

③物质变化和能量变化的阐述更明确
“在糖酵解的过程中，1个葡萄糖分子被分解成2个三碳化合物——丙酮酸和少量的氢（用[H]表示），分解过程中释放出少量能量，形成少量ATP。

丙酮酸是糖酵解的产物，葡萄糖分子中的绝大部分化学能仍存在于丙酮酸中。

”、“在糖酵解的过程中，1个葡萄糖分子被分解成2个三碳化合物——丙酮酸和少量的氢（用[H]表示），分解过程中释放出少量能量，形成少量ATP。

丙酮酸是糖酵解的产物，葡萄糖分子中的绝大部分化学能仍存在于丙酮酸中。

”、“前两个阶段产生的[H]经过线粒体内膜上电子传递链(electron transport chain)的传递，与氧结合生成水，产生大量ATP。

所以，需氧呼吸在最后一步才用到氧。

”、“需氧呼吸的过程是一个氧化还原反应。

在这个过程中，葡萄糖分子化学键所储存的能量(化学能)通过氧化还原作用释放出来。

部分能量合成ATP，用于各种生命活动”。

④删除和修改了一些内容，表述更严谨和科学
还删去了不明确的表述“一些特殊的分子携带氢原子进入下一阶段”、“特殊的氢和电子分别经过复杂的步骤传递给氧”。

“1个葡萄糖分子需氧呼吸大概可产生30个ATP“修改为“1个葡萄糖分子需氧呼吸一般可产生32个ATP”。

3.调整厌氧呼吸内容的阐述，简化了反应式
①调整厌氧呼吸内容的阐述
旧版教材：举例→简述厌氧呼吸过程→举例并分析→乳酸发酵→乙醇发酵实验→乙醇发酵→厌氧呼吸的意义
新版教材：删除前面的举例，将举例并分析提到前面，简化了文本的呈现，逻辑性更合理。

②反应式中删除了ADP和ATP的转化，简化了反应式，更有利于学习
③简化“课外读：各种体育运动所花费的能量”为“小资料：人体运动时骨骼肌的能量供应”，并提前至厌氧呼吸举例后，更符合阅读的认知顺序。

4.细胞呼吸意义的阐述更有条理性
“细胞呼吸是细胞代谢的中心”改为“细胞呼吸是细胞代谢的核心”，并提出了细胞代谢包括分解代谢和合成代谢，然后从分解代谢和合成代谢角度对细胞呼吸的意义进行了阐述，文本呈现的逻辑性和条理性更强。

三、增加了自主学习和自主探究的内容
（1）增加了“参与需氧呼吸的辅酶”，有利于学生自主学习，科学的认识[H]是复杂的化合物，进一步认识需氧呼吸是一个复杂的过程。

（2）增加了“探究酵母菌的呼吸方式”，不仅巧妙地串联了需氧呼吸和厌氧呼吸，更是培养和发展了学生的科学思维和科学探究能力。

以酵母菌为情境材料，只给出设计活动方案的一些指导性建议、注意事项，提供了所需的材料、试剂和用具说明，没有给出具体的实验步骤，这就需要学生通过讨论交流来确定实验的研究方案，从而很好地培养了学生“针对特定的生物学现象，进行观察、提问、实验设计、方案实施以及对结果的交流与讨论的能力”。

这样在科学探究中不仅可以增加对自然现象的好奇心和求知欲，掌握了科学探究的基本思路和方法，发展了科学思维能力，更是在探究中培养了创新能力和团队合作能力。

四、细胞呼吸的几个问题
1.1分子葡萄糖一般产生30个ATP，对吗？
需氧呼吸产生的ATP分子数因细胞而算，也因细胞的状态而不同，甚至可能少于28。

细胞中葡萄糖的完全氧化最多可产生32个ATP。

但是糖酵解发生于线粒体之外，NADH必须进入线粒体才能被氧化。

有的细胞要利用相当于2个ATP 的能量把2个NADH运入线粒体内，这样，所产生的ATP的总数就是30而不是32。

但是许多细胞利用的是不需利用能量的办法将NADH运入线粒体内，所以产生的ATP的总数仍是32。

2.厌氧呼吸第二阶段为什么不能合成ATP呢？
以乳酸型无氧呼吸为例，该过程能量变化可简要总结如下：
第一阶段：葡萄糖分解生成丙酸和NADH。

葡萄糖中的能量有四个去向：①储存在丙酮酸中；②转移到NADH中；③转移到ATP中；④以热能形式释放。

第二阶段：丙酮酸被NADH还原生成乳酸。

NADH作为还原剂，其中的能量
释放出来，一部分转移给丙酮酸转化成乳酸储存起来，一部分以热能形式释放。

有人认为丙酮酸被还原的过程中吸收了NADH中的能量，所以该阶段没有能量释放。

事实上，NADH中的能量只是部分转移到丙酮酸中生成乳酸，还有一部分能量被释放出来以热能形式散发掉，所以整个第二阶段过程是放能的。

细胞呼吸过程中ATP的合成分为底物水平磷酸化和氧化磷酸化两种情况。

厌氧呼吸第二阶段虽然存在自由能的释放，但为什么不能合成ATP呢？这是因为不存在底物水平磷酸化和氧化磷酸化，因此不能合成ATP。

除了转移到乳酸中的能量外，另有一部分能量样放后以热能形式散失。

这就不难理解，为什么在整个厌氧呼吸过程中释放的能量只有一部分储存在ATP中。

主要参考文献：
[1][美]B.艾伯茨 D.布雷等著丁小燕陈跃磊等译细胞生物学精要[M].北京：科学出版社，2019:8
[2]张胜秦磊主编高中生物疑点通[M].北京：中国科学技术大学出版社，2018：4
[3]中华人民共和国教育部普通高中生物学课程标准（2017年版）[M].北京：人民教育出版社，2018:1。