Giáo án Bài 1. Khái quát về trao đổi chất và chuyển hóa năng lượng

Huy động hiểu biết sẵn có của HS về việc sinh vật lấy vật chất, dùng năng lượng và thải sản phẩm; dẫn dắt vào khái niệm trao đổi chất và chuyển hóa năng lượng.

GV chiếu ba hình: một bạn đang ăn cơm, một cây xanh dưới ánh nắng, một ngọn đèn đang sáng. GV đặt câu hỏi: (1) Cơ thể bạn học sinh lấy những gì từ bữa ăn và thải ra những gì? (2) Năng lượng từ bữa ăn đi đâu? (3) Cây xanh lấy gì để lớn lên và tạo chất hữu cơ?

HS nêu được: cơ thể lấy chất dinh dưỡng và O₂, thải CO₂, nước tiểu, phân; năng lượng từ thức ăn được giải phóng, dùng cho hoạt động sống và một phần tỏa nhiệt. Cây lấy CO₂, nước, khoáng và năng lượng ánh sáng để tổng hợp chất hữu cơ. Từ đó HS hình thành khái niệm: trao đổi chất là quá trình thu nhận, biến đổi, vận chuyển và thải sản phẩm; chuyển hóa năng lượng là quá trình thu nhận, chuyển hóa, sử dụng và tỏa nhiệt.

Nêu được bản chất và cơ chế của trao đổi chất, chuyển hóa năng lượng; phân biệt sinh vật tự dưỡng và dị dưỡng; giải thích vì sao cây cần hô hấp.

HS làm việc nhóm 4 người, đọc mục “Bản chất và cơ chế” trong sách và hoàn thành Phiếu học tập số 1. Nhiệm vụ gồm: (a) kể tên các quá trình cơ thể thu nhận và thải; (b) hoàn thành bảng so sánh tự dưỡng và dị dưỡng; (c) giải thích vì sao cây vẫn cần hô hấp dù đã quang hợp.

• Các quá trình: thu nhận vật chất, biến đổi, vận chuyển và thải sản phẩm; năng lượng được thu nhận, chuyển hóa, sử dụng và tỏa nhiệt.
• Tự dưỡng: carbon lấy từ CO₂ (vô cơ); năng lượng từ quang năng hoặc hóa năng; ví dụ cây xanh quang tự dưỡng.
• Dị dưỡng: carbon lấy từ chất hữu cơ có sẵn; năng lượng từ chất hữu cơ; ví dụ động vật.
• Cây cần hô hấp để cung cấp ATP cho mọi hoạt động sống (kể cả ban đêm, khi không có ánh sáng); quang hợp chỉ tổng hợp chất hữu cơ, không thay thế hô hấp.
• Kết luận: ATP là nguồn năng lượng trực tiếp cho nhiều hoạt động tế bào.

Vận dụng được điều kiện đo cùng đơn vị, cùng khoảng thời gian khi đánh giá chuyển hóa; giải thích vì sao cân bằng vật chất không chứng minh cân bằng năng lượng.

HS làm việc theo nhóm 4 với Phiếu học tập số 2. Nhóm đọc mục “Vận dụng và giới hạn kết luận”, xét tình huống: một nhóm đo lượng thức ăn vào theo kilôgam mỗi ngày nhưng đo lượng phân thải theo gam mỗi tuần, rồi kết luận “cơ thể đã cân bằng vật chất và năng lượng”. Nhiệm vụ: (a) chỉ ra sai sót; (b) nêu điều kiện cần có khi so sánh đầu vào và đầu ra; (c) giải thích vì sao sơ đồ cân bằng vật chất không đủ để kết luận cân bằng năng lượng.

• Sai sót: đầu vào và đầu ra không cùng đơn vị, không cùng khoảng thời gian nên không so sánh được.
• Điều kiện: đo cùng đơn vị (ví dụ cùng kilôgam hoặc cùng đơn vị năng lượng) và cùng một khoảng thời gian (ví dụ cùng một ngày).
• Giải thích: năng lượng có thể tỏa nhiệt và không tuần hoàn kín như vật chất, nên sơ đồ cân bằng vật chất không chứng minh được cân bằng năng lượng.
• Kết luận kiểm tra: trước khi kết luận, phải đối chiếu đơn vị và thời gian của số liệu.

Củng cố khái niệm tự dưỡng, dị dưỡng, vai trò ATP, chức năng các quá trình trao đổi chất và cách tính tỉ lệ tích lũy năng lượng.

GV tổ chức trò chơi “Giơ thẻ nhanh”: lần lượt chiếu từng câu, HS giơ thẻ A, B, C hoặc “Đúng/Sai”, sau đó làm câu ghép quá trình và câu tính toán. Đề gồm:
(1) Carbon của cây quang tự dưỡng chủ yếu từ đâu? A. O₂; B. CO₂; C. Ánh sáng.
(2) Động vật thường thuộc nhóm nào? A. Quang tự dưỡng; B. Hóa tự dưỡng bắt buộc; C. Dị dưỡng.
(3) Năng lượng trực tiếp cho nhiều hoạt động tế bào? A. ATP; B. Cellulose; C. Nước cất.
(4) Hô hấp ở cây chỉ xảy ra khi có ánh sáng. Đúng hay Sai?
(5) Ghép quá trình với vai trò: Thu nhận thức ăn; Bài tiết; Hô hấp tế bào với các vai trò: A. Đầu vào vật chất; B. Loại sản phẩm chuyển hóa; C. Tạo ATP từ chuyển hóa.
(6) Một mô hình cơ thể nhận 100 đơn vị năng lượng, tích lũy 20 và dùng hoặc thải 80. Tỉ lệ tích lũy là bao nhiêu phần trăm?

Đáp án:
(1) B – CO₂ cung cấp nguyên tử C, ánh sáng cung cấp năng lượng.
(2) C – Động vật nhận carbon hữu cơ từ thức ăn.
(3) A – ATP ghép phản ứng sinh năng lượng với hoạt động cần năng lượng.
(4) Sai – Tế bào cây sống hô hấp cả ngày lẫn đêm.
(5) Thu nhận thức ăn – A; Bài tiết – B; Hô hấp tế bào – C. Thu nhận và thải ở cơ thể liên hệ với chuyển hóa trong tế bào.
(6) $20\%$ vì $\dfrac{20}{100} \times 100 = 20$; đơn vị chỉ có ý nghĩa trong mô hình.

Vận dụng kiến thức về tự dưỡng, vai trò ánh sáng, dự trữ và liên hệ tiêu hóa với hô hấp tế bào để giải thích hiện tượng thực tế.

GV nêu tình huống: một bác nông dân tưới nước và bón phân đầy đủ cho cây trồng trong nhà kín không có ánh sáng nên cây còi cọc, lá vàng. HS trả lời hai câu: (7) Vì sao tưới nước và bón khoáng không thay thế được ánh sáng cho cây xanh? (8) Giải thích liên hệ giữa tiêu hóa và hô hấp tế bào ở động vật. Hai câu này có thể hoàn thành tại lớp hoặc giao về nhà.

Gợi ý trả lời:
(7) Nước và khoáng cung cấp vật chất nhưng không cung cấp quang năng để tổng hợp chất hữu cơ; cây còn cần CO₂ và điều kiện thích hợp; chất dự trữ chỉ hỗ trợ tạm thời.
Thang điểm: phân biệt vật chất và năng lượng 0,5; vai trò ánh sáng 0,3; giới hạn dự trữ 0,2.
(8) Tiêu hóa tạo phân tử hấp thu như glucose và vận chuyển tới tế bào; hô hấp oxy hóa chất, chuyển một phần năng lượng sang ATP; tiêu hóa không đồng nghĩa toàn bộ năng lượng đã thành ATP.
Thang điểm: nguyên liệu 0,4; vận chuyển 0,2; ATP và phân biệt 0,4.