5.2 细胞的能量“货币”ATP 教学设计 高中生物学人教版（2019）必修1

高中生物教学设计
（人教版2019必修1 第5章 第2节）
细胞的能量“货币”ATP
一、核心素养融入
1. 生命观念：理解ATP作为直接能源物质的结构基础与功能特性，形成能量流动与转化的生命观念。
2. 科学思维：通过实验探究与数据分析，培养学生逻辑推理与模型建构能力。
3. 科学探究：设计对照实验验证ATP的供能机制，强化实验设计与分析能力。
4. 社会责任：结合ATP在医学与科技中的应用实例，感悟生物学对社会发展的贡献。
教学重难点分析
教学重点
1. ATP的分子组成、结构特点及高能磷酸键的特性。
2. ATP与ADP的相互转化机制及其在能量代谢中的作用。
3. ATP作为直接能源物质的生物学意义。
教学难点
1. 通过ATP水解与合成的动态平衡，解释其“能量货币”的实质。
2. 区分ATP与其他能源物质（如糖类、脂肪）的功能差异及联系。
教学流程设计
环节一：创新导入——情境激趣
活动设计：
1. 视频导入：播放“深海发光生物”的短视频（如荧光水母、发光乌贼），提问：
问题1：深海生物发光的意义是什么？
问题2：发光需要能量，这些能量直接来源于哪种物质？
学生讨论：推测可能与ATP有关，但需实验验证。
2. 类比启发：展示“货币流通”动画，类比“ATP是细胞内的能量货币”，引导学生思考：
问题链：货币如何循环使用？ATP如何实现能量的存储与释放？
设计意图：通过真实情境与生活类比，激发兴趣，引出核心问题。
环节二：探究新知——ATP的结构与功能
活动1：模型构建——ATP的分子组成
1. 任务驱动：
学案任务：结合教材与资料卡，完成ATP结构分析表。
组成成分 具体内容
中文名称 腺苷三磷酸
结构简式 A—P～P～P
元素组成 C、H、O、N、P
特殊化学键位置 高能磷酸键（～）
2. 模型展示：
3D动态模型演示ATP的分子结构，标注腺苷（A）、核糖、磷酸基团及高能磷酸键。
学生活动：用黏土或磁贴拼接ATP模型，强化结构记忆。
活动2：实验探究——ATP的直接供能作用
1. 实验设计：
材料：离体萤火虫发光器粉末、蒸馏水、葡萄糖溶液、ATP注射液、荧光素试剂。
步骤：
试管A：荧光素 + 蒸馏水 → 观察是否发光。
试管B：荧光素 + 葡萄糖 → 观察是否发光。
试管C：荧光素 + ATP → 观察是否发光。
结论：只有ATP能直接驱动发光，验证其直接供能作用。
2. 数据分析：
展示“ATP含量与肌肉收缩时间关系”图表（如图），引导学生分析ATP快速再生的必要性。
关键提问：若人体ATP总量仅2~10mg，如何满足剧烈运动的需求？
环节三：深度学习——ATP与ADP的转化机制
活动1：动态模型分析
1. 动画演示：
播放ATP水解与合成的动态过程，标注能量释放与储存的关键位点（γ位磷酸基团）。
反应式书写：
水解：ATP → ADP + Pi + 能量（30.54 kJ/mol）。
合成：ADP + Pi + 能量 → ATP。
2. 资料探究：
案例：对比实验组（肌酸激酶阻断剂处理）与对照组肌肉ATP含量变化（如表），分析磷酸肌酸在ATP再生中的作用。
组别 ATP含量变化 ADP含量变化
对照组 稳定 稳定
实验组 减少 增加
活动2：概念辨析——ATP循环的不可逆性
1. 小组讨论：
问题：ATP与ADP的转化是否是可逆反应？
结论：物质可逆，能量与酶不可逆，故整体不可逆。
环节四：拓展应用——ATP的利用与延伸
活动1：实例分析
1. 案例库：
吸能反应：主动运输（载体蛋白磷酸化）。
放能反应：肌肉收缩、神经冲动传导。
社会应用：ATP作为信号分子在神经传递中的作用（如疼痛信号传递）。
2. 模型完善：
展示“ATP能量流通”示意图（如图），学生补充吸能反应与放能反应的箭头方向。
活动2：跨学科延伸
1. 资料阅读：
NTP家族：GTP（蛋白质合成）、UTP（多糖合成）、CTP（磷脂合成）的直接供能作用。
科技前沿：ATP生物传感器在疾病检测中的应用。
环节五：巩固提升——分层练习
1. 基础题：
判断题：ATP水解释放的能量可直接用于细胞分裂。（×，需转化为其他形式）
2. 综合题：
分析线粒体疾病患者ATP合成障碍对细胞功能的影响。
3. 创新题：
设计实验验证“ATP的合成需要膜结构的参与”。
板书设计
第2节 细胞的能量“货币”ATP
1. ATP的结构
简式：A—P～P～P
组成：腺苷（A）+ 3磷酸基团
高能键：γ位磷酸键易断裂
2. ATP与ADP的转化
水解：ATP → ADP + Pi + 能量（供能）
合成：ADP + Pi + 能量 → ATP（储能）
特点：物质可逆，能量不可逆
3. ATP的利用
直接供能：主动运输、肌肉收缩
信号传递：神经递质作用
教学资源清单
1. 多媒体资源：ATP结构3D模型、动态转化动画、深海生物发光视频。
2. 实验材料：萤火虫发光器粉末、ATP注射液、荧光素试剂。
3. 学案工具：结构分析表、实验设计模板、能量流通模型图。
课时安排：1课时（45分钟）
设计特点：以问题驱动为主线，融合实验探究与模型建构，强化核心素养，注重科学思维的培养。