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
【教材分析】
人教版必修一第五章主要学习有关能量如何输入细胞，能量以什么形式存在以及细胞如何利用这些能量。第1节介绍的是能量代谢所需的生物催化剂—酶，第2节（本节）介绍的是直接能源物质－ATP，第3节和第4节介绍ATP的来源－光合作用和呼吸作用。所以本节课在本章学习中具有承上启下的重要作用：也可以帮助学生进一步理解只有在能量的供应下，细胞膜才能行使主动运输的功能；并且加深理解把叶绿体和线粒体分别比喻为植物细胞的“能量转换站”和所有细胞的“动力车间”的含义；便于加深领会活细胞之所以能够经历生长、增殖等生命历程与能量的供应和利用是分不开的。
【教学目标】
1.生命观念：认同ATP是一种高能磷酸化合物，储存着活跃的化学能，进而建立结构与功能相适应的观点；认同虽然不同细胞内ATP含量均极少，但ATP和ADP间迅速的相互转化可以保持细胞中ATP含量的相对稳定，建立稳态与平衡观；认同ATP和ADP两种物质间相互转化过程伴随着能量的转化；认识到ATP是植物、动物、微生物共有的能量“货币”。
2.科学思维：构建ATP和ADP相互转化的模型，掌握两者转化迅速，快速进行生理生化反应需要酶的参与。了解ATP和ADP相互迅速转化的过程中，物质是可以循环的，但能量和酶不同，能量不可循环利用，理解ATP和ADP相互转化不是可逆反应。
3.科学探究：通过小组合作、相互讨论尝试设计实验证明ATP而并非葡萄糖或脂肪是直接能源物质。
4.社会责任：结合实例，理解ATP的利用。
【教学重难点】
1.ATP的结构式、ATP与ADP相互转化的过程、ATP的利用（重点）
2.ATP与ADP相互转化的过程（难点）
【教学方法】
讨论法、比较法、归纳法等多种教学方法，帮助学生从认识细胞能量“货币”ATP，理解细胞内ATP与ADP的转化机制，结合前后内容为后期学习各种生命活动的奠定基础。
【教学过程】
知识点一：实验探究生命活动的直接能源物质
【情境导入】
学生欣赏“问题探讨”中华传统文化诗《秋夕》，教师引导学生通过阅读教材进行思考：
①萤火虫发光的生物学意义是什么？
②萤火虫体内有特殊的发光物质吗？
③在萤火虫发光的过程中存在能量的转化吗？
同学们都认同萤火虫发光过程存在能量的转化，那么萤火虫发光的直接供能物质是什么？
教师带领学生回顾前期学习的细胞内能源物质有哪些？
学生思考讨论后回答：糖类是细胞内的主要能源物质；脂肪是细胞内的重要储能物质；糖原是动物细胞特有的储能物质；淀粉是植物细胞特有的储能物质。
请同学们根据资料中给出的信息，观察实验，验证萤火虫的发光的直接能源物质是什么？
【任务】观察实验验证ATP为细胞的直接能源物质
教师提问：糖类（如葡萄糖）及脂肪能够为细胞提供能量吗？如何验证假设？实验是否需要设计单一变量？
①提出问题：探究萤火虫发光的直接供能物质是什么？
②作出假设：萤火虫发光的直接供能物质是ATP
③实验步骤设计和实施：小组讨论，设计实验步骤，对结果进行预设，进行实验。
④观察实验现象，得出结论：ATP是细胞的直接能源物质。
【得出结论】教师总结并说明这些物质都不能为萤火虫发光直接供能，从而得出结论细胞的直接能源物质是ATP。
知识点二：ATP是一种高能磷酸化合物
教师多媒体图片展示ATP的结构式，并提出问题，学生通过观察及阅读教材中回答问题。
1.ATP的组成元素是什么？中文名称是什么？结构简式如何书写？结构简式中各符号是什么意思？
2.ATP的A具体指什么结构，包含哪几部分，跟我们以前学过的A有什么区别？
3.ATP中特殊的化学键具有较高的转移势能为萤火虫发光提供能量，它是如何为萤火虫提供能量的？为什么说ATP是细胞内的一种高能磷酸化合物？
学生观察ATP的结构式，并进行小组讨论，得出答案：
1.ATP的组成元素：C、H、O、N、P；腺苷三磷酸；A代表腺苷、P代表磷酸基团、“－”代表普通的化学键、“～ ”代表特殊的化学键。
2.一分子的腺嘌呤和一分子的核糖构成了一分子的腺苷；以前学的A是代表腺嘌呤。
3.由于磷酸基团带负电荷而相互排斥等原因，使构成的特殊的化学键不稳定，磷酸基团之间的化学键用“～”符号表示，储存有较高的能量，所以是高能磷酸化合物。
教师总结并展示ATP高能磷酸键断裂情况，巩固结构与功能相适应的观点。
知识点三：ATP与ADP可以相互转化
【资料展示】
资料：一个成年人一天在静止状态下所消耗的ATP为48kg，而人体中ATP的总量只有约2mg，剧烈运动时只能维持3s。如何解决这一矛盾呢？学生阅读资料后在教师的引导下思考问题。得出ATP在细胞内含量很少但机体需求量很大的结论，这种能量供需矛盾解决的关键是ATP和ADP间进行迅速的相互转化，也就是ATP的和ADP的含量处于动态平衡之中。
【教师讲解】ATP在ATP水解酶的作用下水解，释放能量，转化为较ATP稳定的化合物——ADP，脱离下来的磷酸基团或其他分子结合使后者发生变化，或成为游离的磷酸，通过该过程，ATP为其他化学反应提供能量。由于ATP结构具有不稳定性，决定了ATP可以作为细胞内的直接能源物质。提问：ATP水解的产物包括哪些 能否写出ATP水解的反应式
【学生】ATP 酶 ADP+Pi+能量
【教师】那ATP的合成过程对应的反应式怎么写呢
【学生】ADP+Pi+能量 酶 ATP
【教师】ATP和ADP的相互转化是不是可逆反应？
【学生】学生讨论回答：不属于可逆反应，并给出原因。
【师生总结】
ATP与ADP的这种相互转化，时刻不停地发生并且处于动态平衡中，而且在所有生物的细胞内都是一样的，这也体现了生物界的统一性。
知识点四：ATP的利用
【资料展示】
出示利用ATP的生命活动的图片，总结ATP中的能量的转化过程。
【学生】
ATP中的能量 机械能
渗透能
化学能
电 能
光 能
【教师】ATP为主动运输供能过程（结合图片讲解ATP为主动运输功能）
参与Ca2+主动运输的载体蛋白是一种能催化ATP水解的酶。当膜内侧的Ca2+与其相应位点结合时，其酶活性就被激活了。
2.在载体蛋白这种酶的作用下，ATP分子的末端磷酸基团脱离下来与载体蛋白结合，这一过程伴随着能量的转移，这就是载体蛋白的磷酸化。
3.载体蛋白磷酸化导致其空间结构发生变化，使的结合位点转向膜外侧，将Ca2+释放到膜外。
4.吸能反应与ATP水解的反应相联系，由ATP水解提供能量。
【教师】那ATP的合成过程中需要的能量来自于哪呢
【学生】
【师生总结】能量通过ATP分子在吸能反应和放能反应之间流通，可以形象地把ATP比喻成细胞内流通的能量“货币”。
【板书设计】
5.2细胞的能量“货币”ATP
实验探究ATP是细胞的直接能源物质
ATP是一种高能磷酸化合物
ATP和ADP可以相互转化
ATP的利用
ATP中的能量 机械能
渗透能
化学能
电 能
光 能
【教学反思】
1.通过微课一探究细胞直接能源物质是什么的实验，要注重培养学生设计实验、分析实验、以及团结合作的能力。
2.在本节课的教学过程中，要遵循学生的认知规律，逐步引导学生认识ATP的结构和功能，解释ATP是细胞生命活动的直接能源物质。
3.在讲解ATP的结构时，要帮助学生增强感性认识，克服对微观结构认识的困难。