教学设计-细胞的能量“货币”ATP（表格版）

教学设计
基本信息
学 段 高中 学 科 生物
使用教材版本 人教版2019新教材
课题 细胞的能量“货币”ATP
课型 新授课 章/单元复习课 专题复习课 习题/试卷讲评课 学科实践活动课 其他
1.单元学习内容分析
(主要分析本课时所在单元内容结构和育人价值) 所在单元内容结构 本节位于必修1第5章——细胞的能量供应和利用。细胞内的物质变化和能量利用，离不开化学反应。细胞内化学反应不能像剧烈燃烧那样迅速释放能量，而是要在温和条件下进行。这样，就必须降低化学反应的活化能，显然，酶是细胞能量供应和利用不可或缺的生物催化剂，因而本章教材首先介绍酶。细胞内直接供能的物质是ATP, ATP 是能量“货币”，ATP的产生需要通过细胞内的化学反应来实现，因而第一节可以为本节打基础。在细胞呼吸、光合作用中，都涉及ATP的生成，ATP 的相关知识是学生学习细胞呼吸、光合作用的基础。因此，教材在第二节安排了关于ATP的内容。ATP的主要来源是细胞呼吸，顺理成章，在第三节安排细胞呼吸。细胞呼吸消耗的物质，最终来自光合作用产生的有机物，细胞所利用的能量，其源头是太阳能。由此，光合作用与细胞的能量供应和利用有着密切的关系。因此，本章第四节就带领学生--起追溯细胞能量的源头，追寻生物圈欣欣向荣的能量源泉。 育人价值 本章教材引导学生关注酶、细胞呼吸和光合作用的有关原理在生产、生活中的应用，引导学生尝试应用所学生物学知识解决生产、生活中的实际问题，关注生物科学技术与社会的关系。
2.本课时学习内容分析
(分析本课时学习内容在单元中的位置，核心内容对发展学生核心素养的功能价值分析；本课时内容组成要素及之间的关系；已学内容与本课内容的关联，等；可用结构图示呈现) 本节分析：本章首先介绍了酶，是细胞能量供应和利用不可或缺的生物催化剂，细胞内直接供能的物质是ATP，ATP是能量“货币”，ATP的产生需要通过细胞内的化学反应来实现，因而第1节可以为本节打基础。在细胞呼吸、光合作用中，都涉及ATP的生成，ATP的相关知识是学生学习细胞呼吸、光合作用的基础。ATP的主要来源是细胞呼吸，衔接第3节细胞呼吸。 价值分析：解释ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质，形成重要概念；在阐明细胞生命活动过程中，能够认识物质与能量变化的关系，构建物质能量观。
学习者分析
(学生与本课时学习相关的学习经验、知识储备、学科能力水平、学生兴趣与需求分析,学习本课时可能碰到的困难) 学生在初中就已经学习了细胞的生活需要能量，这些能量主要来自糖类物质的氧化分解。但是，学生尚不清楚在细胞中糖类不能直接为细胞的生命活动供能，糖类物质氧化分解所释放的能量必须先转移到ATP这种高能磷酸化合物中，然后才能被细胞的各种生命活动所利用。另外，学生由于化学部分暂未学习到化学键的稳定性、转移势能概念，因此可能在ATP水解释放能量理解上存在困难，教师在教学中要注意使用模型或动画，并配以通俗易懂的语言讲解帮助学生理解。
4.学习目标确定
(根据国家课程标准和学生实际，指向学科核心内容、学科思想方法、学科核心素养的发展进阶，描述学生经历学习过程后应达成的目标和学生应能够做到的事情) 1.通过发光实验和肌肉收缩实验，认同ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质； 2.观察ATP分子结构式，理解ATP是一种高能磷酸化合物，并依据ATP与ADP的迅速转化的特点，解释ATP作为直接能源的原因，认同ATP的结构与其功能相适应的生命观念； 3.理解ATP与ADP的迅速转化并处于动态平衡中，过程中伴随着能量的吸收和释放，初步形成稳态与平衡观。
5.学习重点难点
(明确提出重点内容和难点内容，并简述教学过程中强化重点和突破难点的策略) 重点：ATP的结构特点及其功能；ATP与ADP的相互转化；（策略：提供模型，通过模型建构理解ATP结构特点；播放视频，认识ATP功能特点） 难点：通过ATP的结构特点和与ADP相互转化的特点，解释ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质。（策略：补充事实资料，通过资料分析帮助学生理解转化）
6.教学准备
(教学需要的实物准备、教具与学具、PPT等) 制作ATP结构模型，补充关于电荷、化学键稳定性资料；制作PPT（包含萤火虫发光和肌肉收缩视频）
7.学习过程设计
教师活动学生活动教学环节一：（创设情境，提出核心问题1）教师行为1 （播放萤火虫发光视频，设问：萤火虫的发光原理是什么？（不需学生回答） 介绍萤火虫发光原理，指出这个过程需要消耗能量，引出本节课的核心问题1：“为发光直接提供能量的物质是什么？ ）学生行为1 （回忆并思考）。活动意图说明：与生活相关的问题可以引发学生的兴趣和求知欲。教学环节二：建构概念1：ATP是驱动生命活动的直接能源物质教师行为2 提问：我们学习过的能源物质有哪些？介绍实验：体外将荧光素和荧光素酶混匀，在试管中加入不同的能源物质，观察是否有萤火出现； 播放视频：体外将荧光素和荧光素酶混匀，在试管中加入不同的能源物质，观察是否有萤火出现 提问：该实验的自变量和因变量是什么？ 播放实验现象1； 提问：现象说明了什么？ 引导学生思考：还有其他的能源物质吗？ 另外，简单介绍ATP，播放“荧光素+荧光素酶在ATP处理下的发光情况”实验过程和结果； 提问：现象说明了什么？ 观看视频4“蛙腓肠肌在不同能源物质条件下的收缩情况”，回答问题：蛙腓肠肌收缩的直接能源物质是什么？ 展示宏观和微观的生命活动，物质合成、生物发电等图，这说明了什么？学生行为2 回忆所学能源物质及特点--糖类、脂肪等有机物； 观察视频1：回答问题自变量是能源物质种类，因变量是是否发光； 观看视频2，得出结论：脂肪和糖类不能为荧光素和萤火素酶的反应提供能量 回答问题：ATP能够为主动运输提供 观看实验视频3，得出结论ATP是萤火虫发光的直接能源物质； 总结归纳ATP是驱动生命活动的直接能源物质 活动意图说明：实验证据帮助学生理解ATP是驱动生命活动的直接能源物质教学环节三：建构概念2：ATP是一种高能磷酸化合物教师行为3 ATP为什么能作为肌肉收缩的直接能源物质呢？这与它的结构特点密不可分。 引导学生阅读课本P86第三段和旁栏的“相关信息”内容，思考以下问题： 1、ATP由哪些元素构成？ 2、ATP的化学组成？ 3.ATP的结构简式？ 4.从电荷的角度考虑，ATP具有怎样的特点？ 总结：磷酸基团都是带有负电荷的，所以两个相邻的磷酸基团之间会相互排斥，这就导致磷酸基团之间的化学键不稳定； 提供资料： a、β和γ表示ATP.上三个磷酸基团所处的位置(A-Pa~Pβ~Py)，现有甲、乙两组ATP溶液: ①甲组用32P标记ATP的β位的磷酸基团，②乙组用32P标记ATP的y位的磷酸基团 然后分别加入等量的ATP水解酶，短时间后迅速分离溶液中游离的磷酸基团，结果发现只有乙组中游离的磷酸基团带有放射性。 末端的磷酸基团，具有离开ATP分子与其他分子结合的趋势，在酶的作用下，末端磷酸基团会挟能量脱离ATP，即远离腺苷的磷酸键易断裂。 布置任务：写出ATP水解的过程；评价方程式，注意物质、能量以及酶 【小结】ATP储存活跃的化学能，易释放，适合做直接能源物质。学生行为3 思考并回答以上问题1-4： ATP由C、H、O、N、P元素构成，包括1分子腺嘌呤+1分子核糖+3分子磷酸基团，结构简式为A—P～P～P；ATP带负电，相互排斥； 根据资料得出结论：远离腺苷的磷酸键易断裂 根据主要的反应物和生成物写出反应； 活动意图说明 补充资料，并通过论证方式帮助学生建构概念：ATP储存活跃的化学能，易释放，适合做直接能源物质。 教学环节四：建构概念3：ADP与ADP能够相互转化教师行为4 细胞的生命活动需要不断消耗ATP。提出核心问题3：ATP如何保证细胞活动能够持续功能？（构建转化模型） 阅读以下资料：储量大还是可再生？ 一个成年人在静止的状态下，24 h内竟有40 kg的ATP发生转化；在剧烈运动的情况下，ATP的消耗约达0.5 kg/min。而人体中ATP的总量只有大约2mg,剧烈运动时只能维持3s。如何解决这一矛盾呢？ 结合ATP的水解过程，请同学们推测是否可能存在ATP的合成过程？ 在某细胞培养液中加入32P标记的磷酸分子，短时间内分离出细胞中的ATP，发现其含量变化不大，但部分ATP的末端磷酸基团已带上放射性标记。 这说明ADP可以合成ATP 学生任务：ATP的合成需要什么材料与条件呢？请写出其方程式。请另外一位同学评价方程式，注意酶的特异性； 资料：氰化钾中毒后人在3-6min内就会因为缺少能量而心脏停跳，呼吸麻痹而死。 提问：ADP与ATP的转化具有什么特点？ 提问：ADP转化成ATP的过程中，所需的能量从哪里来？ 展示转化模型，提问“联系上述转化模型，思考’ATP的合成和分解是否是可逆反应呢？’”引导学生从反应的能量来源、反应条件和反应场所等方面思考。 列表比较。 释放的能量如何应用于驱动生命活动？ 展示ATP参与钙离子主动运输的过程视频 【小结】ATP是一种高能磷酸化合物，末端的磷酸基团具有较高的转移势能，ATP水解释放的磷酸基团可以使蛋白质等分子磷酸化，空间结构发生变化，活性也被改变，从而参与各种化学反应。ATP储存活跃的化学能，易释放，适合做直接能源物质。学生行为4 根据资料得出结论ATP 能够合成，且水解和合成是时刻进行且保持平衡的； 尝试写合成反应；另一位同学评价反应方程； 总结和对比水解和合成反应的能量来源、反应条件和反应场所，得出结论不是可逆反应；、 根据资料：ATP与ADP的转化是时刻进行的，且处于动态平衡中。 活动意图说明 通过转化模型理解ATP能够通过高效的合成与水解维持平衡，保证持续功能。教学环节五：总结教师行为5 提问：细胞为什么不直接利用葡萄糖等有机物中的能量，而是要将能量转移至ATP中再利用？ 资料：1mol 葡萄糖在细胞中彻底氧化分解能释放出2870kJ的能量。1mol ATP水解释放30.54kJ的能量。钠钾泵运输一次所消耗的能量值与一个ATP分子相应； 【总结】放能反应释放的能量不能直接用于吸能反应，以化学能的形式储存在ATP的特殊化学键中，由ATP作为直接能源物质为：吸能反应提供能量。这就好比我们不能直接使用自己生产的物品去购买东西，而是使用现金来进行购物。因此ATP是细胞内流通的能量“货币”。学生行为5 总结：ATP储能少，活跃，易释放。活动意图说明 类比人类社会的货币，更好理解能量货币ATP的作用。总结本节课内容，明确重点。
8.板书设计
(呈现板书内容，说明板书与教学进程的结合)
9.作业与拓展学习设计
(符合学生对知识的巩固和迁移;预设学生完成情况) 介绍ATP荧光检测仪，解释其原理。 学生在查阅资料基础上，结合本节课所学，能够理解并解释其原理：利用了生物的ATP含量稳定且ATP是荧光能量来源，由于被测样本所含细菌等微生物的数量与所含的ATP值、以及ATP值与发光值之间存在一定的函数关系，因此通过检测发光值即能得到被测标本所含细菌等微生物含量。
10.教学反思与改进
(通过回顾学习过程和学习效果，描述学习的实际获得，进而分析目标达成情况，提出改进策略) 1.学生在初中就已经学习了细胞的生活需要能量，这些能量主要来自糖类物质的氧化分解。但是，学生尚不清楚在细胞中糖类不能直接为细胞的生命活动供能，ATP这种物质对于学生而言是较为陌生的， 所以如果直接高速学生ATP是直接供能物质，学生一般会怀疑。因此通过直观的实验让学生看到实验现象，获得实验证据是比较有效的方式，但是本部分设计了2个实验，较为冗余，删去一个青蛙肌肉收缩实验更恰当，课堂其他时间也更充裕； 2.ATP对于学生是陌生的物质，学生缺少高能磷酸化合物的基础，因此这部分的结构学习较为困难，在本节课中类比弹簧帮助学生理解更直观。在线下课可以通过制作或者展示模型的方式加深理解。 3.在教学前应该充分了解学生学情，学生知识水平及能力水平，并提前预设课堂问题及走向。