2022-2023学年高一上学期生物人教版（2019）必修1-5.2细胞的能量货币“ATP”教学设计

细胞的能量货币“ATP”教学设计
1.教材分析
细胞代谢能够进行既离不开酶的催化作用，又离不开能量的推动，ATP是生命活动的直接能源物质，ATP的来源是细胞呼吸，有机物中的能量根本是来源于光合作用，因此，对ATP的学习，有助于从能量转化角度将呼吸作用和光合作用联系起来。ATP的结构与前面所学的元素和化合物知识有一定的联系，同时ATP是模块二中将要重点学习的核苷酸的衍生物。本节内容与物理中能量的内容联系比较紧密。
2.学情分析
本节内容之前学生已学习了细胞新陈代谢的概念，生物催化剂-酶，生物体的物质、结构基础。
从学生的心理特点来看，高二学生具有一定的自学能力，对能引起他们思考的问题较感兴趣。
学生虽然具备一定知识基础、自学能力，但是学生的认识还需在课堂上统一、巩固，而且本节的重难点对学生还有较大的难度，还有着可拓展的空间，需要在资料补充、合作交流的过程中完成。
3.教学目标
① 通过探究活动，知晓 ATP 的功能，发展物质与能量观，提高实验探究能力；
② 利用纸片模型搭建ATP的结构，对应ATP功能，发展结构与功能观，提升建模、思辨等思维能力；
③ 分析 ATP－ADP 的循环及其对细胞供能的意义，提高问题解决能力，能运用归纳概括、批判性思维等科学思想探讨生命现象；
④ 通过认识医用ATP片剂理解ATP的重要意义，体验生物学原理在生产实践中的应用价值。
4．重点难点
教学重点：（1）ATP分子结构与高能磷酸键（2）ATP、ADP相互转化（3）ATP是细胞的能量通货
教学难点：（1）ATP、ADP相互转化（2）ATP是细胞的能量通货
解决途径：通过看图、写简式、分析各个字母符号含义，细化掌握“ATP分子结构与高能磷酸键”；通过小组讨论、实验设计、数据资料补充等方式，突破“ATP、ADP相互转化”和“ATP是细胞的能量通货”的两个重难点。
5.教学过程
5.1引入环节——创设情境，知情结合
教师以晋朝车胤囊萤的故事和杜牧的诗《秋夕》引入能量的话题，并展示古代战争“滚木雷石”防敌技术的图片，让学生思考萤火虫光能的来源，体会能量之间的相互转化，最终使学生理解化学能是细胞内最主要的能量形式。
核心素养指向点：荧光流溢的夏夜美景让学生感受生命的美感，了解生物特点，发展生命观念。
5.2探究环节——实验探究，引发新知
教师提出问题：萤火虫体内何种物质的化学能可直接转化为光能？是否是前面所学的能源物质——葡萄糖、贮能物质——脂肪？教师通过提供萤火虫发光的背景资料，课件展示实验材料（包括磨成粉末的萤火虫尾部发光器、葡萄糖溶液、油脂溶液、ATP溶液、试管等），为学生搭好脚手架后，再让其分组充分讨论，设计实验步骤。在教师的引导下，学生开展讨论，获得完善的实验步骤。教师展示实验结果的动画，表明只有加入ATP溶液的试管发出淡黄色的荧光。此时，学生讨论得出结论：ATP中的化学能可转化为光能。
核心素养指向点：通过提供资料，培养学生的实验设计与探究能力。问题的提出、资料的分析与讨论需要学生的质疑、综合分析、判断、归纳等科学思维能力。
5.3解释环节——深入会意，联系生活
掌握 ATP 的化学组成与结构是理解其功能的最佳途径，教师展示片剪好的分别代表腺嘌呤（正方形）、核糖（五边形）、磷酸基团（圆形）、普通磷酸键（加粗横线）、高能磷酸键（加粗波浪线）、能量（爆炸形）的纸片。各学习小组通过阅读教科书，讨论各成分之
间的连接顺序，派代表在黑板上搭建模型并讲解、分析结构特点。教师需进一步解释：普通磷酸键水解的自由能只有 2~5 kJ/mol，而高能磷酸键水解时释放的能量约为 30 kJ/mol，自由能高，易水解释放能量或转化成其他形式能量。接着，联系实际，展示购买的ATP 药剂，请学生朗读说明书中的药理作用，让学生直观体验。
核心素养指向点：运用“模型与建模”来探讨生命现象及规律是重要的科学思维，构建ATP的分子结构模型可解决认知与记忆难题。学生所形成的结构与功能观是：ATP 含高能磷酸键，易水解快速释放大量能量，所以是细胞内直接的能源物质。
5.4迁移环节——制造冲突，拓展外延
教师指出：成人体内ATP总量约为2 mg，只够剧烈运动时维持3 s，因此依赖于ATP与ADP分子之间的快速转化，ATP水解产生ADP，释放能量用于生命所需。而生物的呼吸作用与光合作用产生的能量可使ADP快速再生为ATP，二者不停转化且处于动态平衡之中。若ATP是小额钞票，葡萄糖则像大额钞票，脂肪似银行卡，蛋白质如不动产，它们氧化分解释放的能量，可通过ATP的合成与分解用于其他生命活动。由此，帮助学生理解ATP是细胞代谢的“能量通货”。
核心素养指向点：学生所形成的物质与能量观是：营养物质氧化分解产生能量，通过 ATP 用于各项生命活动，能源物质是细胞的生命燃料。教师利用类比思维方法，帮助学生快速把握ATP、葡萄糖、脂肪与蛋白质的关系。
5.5评价环节——开拓思维，学以致用
在《名侦探柯南》等悬疑片中会出现抑制 ATP 形成的氰化物等药品。教师可请学生联系电影，大胆思考ATP再生过程受阻的后果：氰化物的毒理在于阻挡ATP 的形成，使神经元等细胞的生理活动无法继续，人在3～6 min内就会失去知觉而死亡。由此，学生便能领会ATP对维持生命的重要性。最后，教师展示题目进行检测评价。
核心素养指向点：ATP与ADP的循环是细胞完成各项生命活动的保障，也是稳态的体现。因此，ATP合成受阻会有生命危险。这样可提高学生利用所学知识解决生活问题的能力，培养其社会责任感，关爱自己，关爱生命。
6.教学反思
以核心素养为导向的课堂教学是我国课程改革和教学实践中面临的全新课题与挑战。而5E教学模式注重科学探究，在帮助学生掌握知识、构建和运用科学概念的同时，强调提高学生质疑、思辨、推理等思维能力。其五大环节与核心素养的四个方面可以有多水平多层次的对接与挂钩，是实现课程目标的有效策略。