5.2 细胞的能量“通货”——ATP教学设计

第五章 细胞的能量供应和利用
第2节 细胞的能量“通货”——ATP
一、教材分析
本节内容对生物体的供能物质进行了说明，介绍了它的结构功能与转化。
二、教学目标与核心素养
1.通过逐层分析ATP的结构、ATP与ADP的相互转化，落实结构与功能观、物质与能量观、稳态与平衡观等生命观念。
2.通过实验设计、模型建构，运用分析、推理、归纳及概括等科学思维说出ATP是直接的能源物质，提升科学思维和科学探究能力。
3.通过解释荧光检测仪检测微生物的原理以及搜集资料尝试对ATP的药用机理的分析，用生物学知识解决实际问题，着重于落实社会责任。
三、教学重点与难点
1.教学重点
ATP化学组成的特点及其在能量代谢中的作用
2.教学难点
通过ATP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。
四、课时安排：1课时
五、教学方法：引导启发、合作探究
六、教具准备：课件
七、教学过程
【创设情境 导入新课】
每年315都会曝光很多食品问题，如老坛酸菜细菌超标引发很多健康问题，生活中我们如何通过快速检测食品、药品、水体中微生物残余量来判断卫生状况呢？我们可以用ATP荧光检测仪，利用“荧光素酶-荧光素体系”快速检测微生物。
ATP为什么能让荧光素发荧光呢？
【复习回顾】细胞中的能源物质有哪些？这些能源物质能否让荧光素发光呢？设计实验，探究荧光素发光的直接能源物质。
任务一：实验探究认识ATP的生理功能
通过引导学生回忆能源物质的种类，从而引导学生设计实验，来探究生命活动直接能源物质，设计实验之前，帮助学生明确实验设计原则，学生小组合作设计实验方案，在整个探究过程中，使学生树立严谨务实的科学态度，培养其科学思维和科学探究能力。
学生活动：小组讨论设计实验探究荧光素发光的直接能源物质，完成表格，用“√”选出各组所需物质。
播放实验视频，学生观看实验结果。
设疑：
1.本实验你能出什么结论？
2.荧光检测仪发光原理是什么？
设计意图：使学生树立严谨务实的科学态度，培养其科学思维和科学探究能力。
任务二：构建模型深入了解ATP的结构
从结构与功能的角度提出问题，为什么ATP能够被称作生命活动的直接能源物质呢？过渡到对ATP结构的探究，为解决这一问题，设置活动二，学生小组合作，利用手中的卡片，构建ATP分子结构模型。在此基础上，分别去掉一个、两个磷酸基团。
1.ATP的中文名称、组成元素、结构简式（各个部分代表什么）分别是什么？
2.ATP脱去一分子磷酸和脱去两分子磷酸得到的产物是什么？
3.为什么说它是一种高能磷酸化合物？
【设计意图】学生通过模型构建，加深对ATP分子结构的理解。
由于学生化学学习的滞后，对腺苷、腺嘌呤容易混淆，以及对特殊化学键的理解有一定困难，采用类比的方式，将特殊化学键类比成压缩的弹簧，内部是储存能量的，借此使学生认同ATP是一种高能磷酸化合物，通过学生展示结构模型直观了解ATP的分子结构，渗透结构与功能相统一的生命观念，提高学生归纳与总结的能力。
ATP是如何提供能量的呢？为解决这一问题，设置探究活动三ATP与ADP的相互转化。
任务三：完善模型理解ATP与ADP的相互转化
学生自主阅读两则资料，得出在细胞中ATP含量少，但是需求很大，归纳出ATP转化迅速的特点，且处于动态平衡中，培养学生的综合与分析能力，形成稳态与平衡的生命观念。
【资料分析】
资料1：成人体内ATP总量约2~10mg ，在人体安静状态时，肌肉内ATP含量只能供肌肉收缩1～2s所需的能量。
资料2：一个人在剧烈运动状态下，每分钟约有0.5kg的ATP分解释放能量，供运动所需。一个成年人在安静的状态下，24h内竟有40kg的ATP被水解。
1.资料1和资料2展示了在细胞内ATP的含量与消耗存在什么矛盾？如何解决这一矛盾？
2.为保证细胞能量持续供应，ATP与ADP转化有什么特点？
【完善模型】
学生完成ATP与ADP转化模型，并尝试用化学方程式表示转化过程。小组讨论以下问题：
1.ADP转化成ATP的能量从哪里来？
2.列表比较ATP的合成与分解、ATP与ADP的转化是可逆反应吗？
3.ATP水解释放的能量可用于哪些生命活动呢？
【学生活动】
小组合作完成表格，总结物质可逆能量不可逆，帮助学生形成物质与能量的生命观念，培养科学思维。
学生交流展示讨论结果，教师补充讲解，用多媒体展示ATP利用的五个实例。
ATP是如何供能的？以主动运输为例动画展示ATP的供能机制。为什么说ATP是细胞能量的货币？为解决这一问题，设置探究活动四--ATP是细胞能量的货币。
任务四：深化概念ATP是细胞的能量“货币”
设问：细胞中不断进行的各种化学反应，可以分为放能反应与吸能反应，这跟ATP与ADP的转化有什么联系呢？
进一步完善模型，引导学生深度理解能量通过ATP分子在吸能反应和放能反应之间循环流通，ATP是细胞内流通的能量“货币”。
教师：葡萄糖所含能量较高，但其所含能量稳定，ATP含能量较少，但能量活跃。葡萄糖好比黄金不能直接流通，ATP好比现金可以直接流通。通过类比的方式帮助学生理解能量通过ATP分子在吸能反应和放能反应之间流通。因此可以形象地把ATP比喻成细胞内流通的能量“货币” 。
【概念应用】
展示问题：解释ATP荧光检测仪为什么可以判断微生物残留量？
学生：ATP在细胞中含量稳定，微生物数量越多产生的ATP越多，荧光越强。
【概念延伸】
1.ATP只能作为能源物质吗？
2.直接供能物质除ATP外还有哪些？
八、课堂小结
结构式：A—P~P~P
ATP与ADP的相互转化：ATPADP＋Pi＋能量
再生途径 植物：光合作用、呼吸作用
ATP的生理功能：各种生命活动所需能量的直接来源
九、作业布置
教材P90练习
十、板书设计
一、ATP分子中具有高能磷酸键
1、ATP的分子结构简式
2、A、T、P、—、～的含义
3、ATP的生理功能
二、ATP与ADP可以相互转化
1、转化式：ATPADP＋Pi＋能量
2、ATP与ADP相互转化的原因
3、ATP的再生途径
三、ATP的利用
1、主动运输
2、生物发电、发光
3、肌肉收缩
4、合成物质
5、神经活动
动物：呼吸作用，其他高能化合物的转移