5.2细胞的能量“货币”ATP 教学设计（表格式） 2025—2026学年高一上学期生物人教版必修1

教学设计
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.教学内容分析
本节课是人教版教材高中生物必修一《分子与细胞》当中第五章第二节的内容，主要内容是ATP结构、与ADP的转化、以及ATP和ADP在细胞生命周期中的作用进行阐述。是在学生学习了细胞的生命活动的基础上的进一步深入习，为后续学习细胞呼吸的原理和应用做铺垫，在教材中起着承上启下的作用。为学生构建了整个细胞代谢乃至生命活动的核心逻辑框架，其价值远超越知识本身，直指生物学科的核心素养与思想观念。
2.学习者分析
知识基础：学生之前己经学习过细胞的结构和功能的相关知识，本节内容是在学生已经学习和掌握了细胞的结构和细胞各结构的功能的基础上的进一步深入学习。 能力水平：高一学生具有一定分析问题获取知识的能力，思维的逻辑性与连续性也己初步确立，初步具备一定的抽象思维能力，所以在教学中需要由浅入深，从学生生活常见实例展开教学。 学生兴趣与需求分析：他们对未知事物充满好奇心，热衷于独立思考。 学生发展需求：学生的概括性思维、批判性思维、问题解决能力、语言表达能力、合作学习能力还有较大的发展空间，还需教师将教学资源进行整合，增强学生的情感体验，提高课堂参与度。
3.学习目标确定
1.通过观察萤火虫发光实验的实验现象，说明“ATP是直接的能源物质”，解释吸能反应与放能反应过程中ATP与ADP的转化，初步建立物质与能量观；通过物理模型分析与资料分析，说出ATP的结构特点，进一步形成结构与功能观；通过解释ATP与ADP的相互转化处于动态平衡状态，初步形成稳态与平衡观；认同ATP与ADP相互转化的能量供应机制普遍存在于生物界，且侧面反映出现存生物可能由同一祖先进化而来，初步形成进化与适应观。（生命观念） 2.针对特定情景提出“细胞的直接能源物质是什么？”的问题，尝试作出假设，并根据相关原理设计实验验证假设，进一步掌握科学探究的一般思路与方法。（科学探究） 3.通过小组合作构建ATP的物理模型，进一步掌握模型建构的基本方法；通过对ATP与ADP转化的材料分析与物理模型的分析，提升信息提取能力、归纳总结能力。（科学思维） 4.基于科学实证对萤火虫的发光原因作出理性解释；分析相关资料，关注ATP在生活中的运用，主动向他人宣传ATP相关知识。（社会责任）
4.学习重点难点
学习重点：１.ATP的结构与功能之间的关系 ２.ATP和ADP之间的相互转化过程 学习难点：ATP和ADP之间的相互转化过程
5.学习评价设计
6.学习活动设计
教师活动学生活动环节一：探究细胞中直接能源物质 ATP教师活动1 【视频播放】小麦的生长发育过程。请学生思考，小麦生长发育中的供能物质是什么？直接的能源物质是什么？针对小麦的生长发育与学生一起揭秘。引入本节课的课题。 【探究活动一】资料展示1929年德国生物化学家费斯克和罗曼分别独立地从肌肉中首次发现了ATP。出示ATP片剂和注射液的说明书，讲述ATP药物的作用及化学性质。 以小组为单位进行活动。提出问题：如何设计实验，探究细胞内的直接能源物质。引导学生进行实验设计，强调实验设计的对照、等量、单一变量原则。为了便于观察实验结果，选择萤火虫的发光器作为实验材料。 【过渡】ATP为什么能直接为细胞的生命活动提供能量 （教学环节中呈现的学习情境、提出驱动性问题、学习任务类型；对应学生活动，示范指导学科思想方法，关注课堂生成，纠正思维错漏，恰当运用评价方式与评价工具持续评价促进学习。）学生活动1 观看视频，思考并回答问题。 回顾细胞内哪些化合物可为细胞的生命活动提供能量。分析思考并归纳，细胞内的主要能源物质是葡萄糖；细胞内良好的储能物质是脂肪；生物体最终的能量来源是太阳能。 了解科学史，阅读说明书。 【探究实验设计】 A组：发光器研磨液+2mL蒸馏水→无荧光 结论：证明测试系统本身无能量供应时无法工作。 B组：发光器研磨液+2mL葡萄糖溶液→无荧光 结论：糖类虽是主要能源，但不能直接为发光供能。 C组：发光器研磨液+2mL脂肪溶液→无荧光 结论：脂肪虽是良好的储能物质，但不能直接为发光供能。 D组：发光器研磨液 +2mLATP溶液→有荧光 结论：ATP能够直接为萤火虫的发光提供能量 （学生在真实问题情境中开展学习活动；围绕完成学习任务开展系列活动与教的环节对应，学生分析任务-设计方案-解决问题-分享交流中学习并有实际收获。）活动意图说明：激发学生的学习兴趣，渗透热爱自然和生命的情感。展示实物，增强真实感和可信度，激发学生学习的热情。拓展探究，提高学生的科学探究能力。 （简要说明教学环节、学习情境、学习活动等的组织与实施意图，预设学生可能出现的障碍，说明环节或活动对目标达成的意义和学生发展的意义。说出教与学活动的关联，如何在活动中达成目标，关注课堂互动的层次与深度）环节二：正确认识ATP教师活动2 【资料分析】教师展示ATP的发现科学史，①1941年，美国生物化学家李普曼等证明了ATP是细胞内化学能的主要载体，在生物体内能量交换中具有核心作用，并提出了“高能磷酸键”这个术语，高能磷酸键水解产生的能量就是ATP对细胞的贡献。1948年，英国化学家托德用化学方法合成了ATP,标志着科学界已经完全认识了ATP的结构。 ②20世纪70年代，博耶通过对ATP合成酶F1部分的研究，提出了ATP合成的假设。F1的结构像圆轮，其外层由3个a和3个β亚基间隔而成。在ATP合成的过程中，β亚基以三种不同的构象状态使ADP与磷酸结合形成ATP并释放出来。对每个β亚基而言，处于第一种构象时，ADP和磷酸结合；在第二种构象时，生成的ATP与亚基松散结合；当β亚基呈第三种构象时，ATP被释放，并回复到第一种构象。这样，3个β亚基的构象不断轮流变化，每一循环放出一个ATP分子。 【探究活动二】以小组为单位，进行活动。向每个小组成员提供腺嘌呤、核糖、磷酸基团结构的图片，利用所给图片材料，构建ATP的结构模型。 讲解：联系物理知识重点讲解高能磷酸键“~”：ATP中的磷酸基团带有负电荷，同种电荷会相互排斥，因此将3个同带负电的磷酸基团压缩在一起，必须消耗能量才能克服磷酸基团间的斥力。将AMP逐渐转变成ATP,进而介绍A—P~P~P简式。 【过渡】ATP是如何供能的呢？储存在ATP高能键中的能量是如何被释放的呢 学生活动2 阅读资料，思考讨论回答问题。 通过具体事实进行分析，得出结论：ATP中应该含有怎样的化学键？ ATP的结构是怎样的？ 了解ATP发现的科学史 学生完成学案任务二： 学生理解AMP、ADP、ATP之间的关系。 AMP:腺苷一磷酸。 ADP:腺苷二磷酸。 ATP:腺苷三磷酸。 思考以下问题： 构成ATP的化学元素有哪些 ATP结构简式中的A、T、P分别代表什么 如何区分腺嘌呤和腺苷 化学键“~”与“-”的区别。 学生思考并分析ATP是一种高能化合物的原因。活动意图说明 巩固学生对ATP基本结构的认识。让学生理解分子ATP内部是会储存能量的。借此使学生认同ATP是一种高能磷酸化合物。初步形成物质的功能与结构相适应的观念。环节三：模型建构—ATP与ADP的相互转化教师活动3 【资料分析】一个成人一天在静止状态下所消耗的ATP为40kg，在紧张活动的情况下，ATP的消耗可达0.5kg/min；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；在正常人体中ATP和ADP的总量很少，且基本保持一定，大约为2mg～10mg。 思考： （1）生物体内ATP含量有什么特点？ （2）ATP会不会出现供不应求的情况？为什么？ 【探究活动三】构建ATP与ADP相互转化的模型利用学生所做的模型，尝试分析以下问题： 1.ATP供能时，释放哪个化学键中的能量？ 2.ATP供能过程中，可形成哪些产物？ 3.尝试写出ATP合成和水解的反应式 4.形成ATP的能量来源有哪些？ 5.ATP与ADP相互转化的过程是否可逆？（重点讲解部分） 【资料分析】 1.阅读 P87，结合初中知识回答不同生物(如动物真菌、大多数细菌、绿色植物)台成 ATP 需要的能量从何而来 2.植物在光照条件下，叶绿体能合成ATP,也能制造糖类；在无光情况下，叶绿体不能合成ATP,也不能制造糖类。根据课堂开始做的实验与资料分析内容， 思考：是不是所有生物中ATP都是直接能源物质？ 【过渡】ATP中释放的能量到哪里去了？是怎样为生命活动供能的？学生活动3 阅读资料，思考讨论回答问题。 通过具体事实进行分析，得出结论：ATP的存量有限，但是消耗量大。 借助于模型，小组分析思考回答问题，并完成学案上相应内容。 加深学生理解 利用课本并联系初中知识 根据材料发现：所有生物中ATP都是直接能源物质，认同生物的统一性，生物进化的共同起源学说。活动意图说明 学生认同ATP与ADP可以快速相互转化，ATP不会在体内大量储存而导致浪费。培养学生的推理分析能力，明白ATP与ADP之间相互转化的供能机制对于生物进化及构成细胞内稳定的供能环境具有十分重要的意义。环节四：ATP的利用教师活动4 阅读课本P88图5-6， 思考：观察下图思考讨论: 所有生命活动都由ATP直接供能吗 播放ATP直接供能的过程视频，提问： ATP是如何为生命活动供能的呢？ 请同学们描述Ca2＋主动运输载体蛋白是如何利用ATP的 阅读课本89页内容，归纳细胞的吸能反应和放能反应与ATP水解与合成的关系。 重点讲解：ATP的水解与吸能反应相联系，ATP的合成与放能反应相联系。 学生活动4 阅读课本，明确：细胞中绝大多数需要能量的生命活动都是由ATP直接提供的。 联系ATP的结构，可以推出GTP、CTP、UTP也可以直接供能。 观看视频，思考讨论，描述Ca2+的载体蛋白有两种作用及ATP的供能机制。阅读课本，回答问题，完成学案。 阅读课本，明确：ATP的水解与吸能反应相联系，ATP的合成与放能反应相联系。 活动意图说明 认识生命的复杂性，形成结构决定功能的生命观念。与主动运输相关联，帮助学生更好理解主动运输中载体蛋白构象改变的原因与能量的来源。
7.板书设计
8.作业与拓展学习设计
细胞的能量“货币”ATP 作业习题 基础过关练 1.ATP是细胞内重要的化合物,对生命活动的正常进行具有非常重要的作用,其结构如图所示。下列相关叙述错误的是(　　) A.图中①不含磷元素 B.图中②是RNA的基本组成单位之一 C.图中磷酸基团都带正电荷 D.④形成③的过程释放能量 答案：C　图中①腺苷为腺嘌呤和核糖组成的结构,不含磷元素,②腺嘌呤核糖核苷酸是RNA的基本组成单位之一,A、B正确;图中磷酸基团带负电荷,C错误;③是ADP,④是ATP,④ATP水解后转化为③ADP,脱离下来的末端磷酸基团挟能量与其他分子结合,从而使后者发生变化,ATP水解的过程是释放能量的过程,D正确。 2.在下列几种化合物的化学组成中,“○”中所对应的含义最接近的是(　　) A.①和⑤a,④和⑤b B.②和③,④和⑤b C.③和④,②和⑤b D.①和③,⑤b和⑤a 答案：B　分析题图得到下表,可知含义最接近的是②和③,④和⑤b,B符合题意。 物质“○”的含义①腺嘌呤脱氧核糖核苷酸腺嘌呤②腺嘌呤核糖核苷酸腺苷③ATP腺苷④ATP腺嘌呤核糖核苷酸(腺苷一磷酸)⑤含碱基T的链为DNA链a为腺嘌呤脱氧核糖核苷酸含碱基U的链为RNA链b为腺嘌呤核糖核苷酸
3.下图表示生物体内ATP和ADP的相互转化,下列相关叙述正确的是(　　) ADP+Pi+能量ATP A.ATP的水解和合成过程需要的是同一种酶 B.ATP与ADP相互转化的能量供应机制,体现了生物界的统一性 C.ATP合成过程无水的参与 D.ATP释放的能量主要用于再合成ATP 答案B　酶具有专一性,ATP的水解和合成过程是不同的反应,需要的酶不同,A错误;ATP和ADP相互转化的能量供应机制,在所有生物的细胞内都是一样的,体现了生物界的统一性,B正确;ATP与ADP相互转化反应中物质的变化是可逆的,ATP的合成过程有水的产生,ATP的水解过程有水的消耗,C错误;ATP水解释放的能量用于生物体的各项生命活动,ATP合成时所需的能量来自呼吸作用与光合作用等,D错误。 4.有关ADP转化成ATP时所需能量的主要来源如图所示,下列有关叙述错误的是(　　) A.图中的a、b分别代表呼吸作用和光合作用 B.反应①进行时能量用于形成ATP中的远离腺苷的特殊化学键 C.细胞中的放能反应一般和ATP的水解相联系 D.人和动物体内的ATP水解时释放的能量用于c各项生命活动 答案：C　对于动物和人而言,形成ATP所需要的能量来自呼吸作用;对于绿色植物而言,形成ATP所需要的能量来自呼吸作用和光合作用,图中的a、b分别代表呼吸作用、光合作用,A正确。反应①ATP合成时,能量用于形成ATP中远离腺苷的特殊化学键,ATP水解释放的能量用于生物体的各项生命活动,c指各项生命活动,B、D正确。细胞中的放能反应(释放能量)一般和ATP的合成(消耗能量)相联系,C错误。 5.Ca2+泵亦称为Ca2+-ATP酶,能催化质膜内侧的ATP水解,释放能量,驱动胞内Ca2+泵出细胞,维持细胞内游离Ca2+的低浓度状态。下图为Ca2+运输的能量供应机制,相关说法错误的是(　　) A.ATP分子中的磷酸基团可以转移到其他分子上 B.图示中Ca2+泵具有催化ATP水解和运输Ca2+的功能 C.据图可知,Ca2+泵出细胞的方式为主动运输 D.Ca2+泵运输Ca2+时需与Ca2+结合,空间结构发生不可逆的改变 答案：D　Ca2+泵是一种能催化ATP水解的酶,也是运输Ca2+的载体蛋白,ATP中的磷酸基团可以转移到载体蛋白上,使其磷酸化,从而实现Ca2+的转运,A、B正确。Ca2+逆浓度梯度泵出细胞,需要Ca2+泵来转运,还需要消耗能量,运输方式为主动运输,C正确。载体蛋白在转运物质时,需与被转运的物质结合,空间结构发生可逆改变,D错误。 6.如图表示某人参加短跑比赛时,某细胞内ATP相对含量随时间的变化。下列相关叙述错误的是(　　) A.细胞质和细胞核中都有ATP的分布 B.AB段该细胞内ADP的相对含量减少 C.C点时,该细胞内ATP与ADP的相互转化达到平衡 D.细胞中ATP的含量不会降为0 答案：B　细胞质和细胞核中都有生命活动进行,需要直接能源物质ATP,因此都有ATP的分布,A正确;AB段ATP含量下降,说明ATP水解生成ADP和Pi,该细胞内ADP的相对含量增加,B错误;细胞中ATP和ADP的相互转化时刻不停地发生并且处于动态平衡之中,ATP的含量不会降为0,D正确。 能力提升练 1.GTP的结构和作用与ATP类似。线粒体分裂时,细胞质基质中具有GTP酶活性的发动蛋白有序排布到线粒体分裂面的外膜上,组装成环线粒体的纤维状结构,该结构缢缩使线粒体一分为二,下列说法正确的是(　　) A.GTP因含有3个特殊化学键而具有较高的能量 B.GTP酶为GTP的水解提供了活化能 C.线粒体分裂体现了发动蛋白具有催化、运动功能 D.GTP转化为GDP的过程常与放能反应相关联 答案：C　类比ATP,GTP为鸟苷三磷酸,推测其结构简式为G—P~P~P,GTP含有2个特殊的化学键,GTP水解生成GDP和Pi时,仅末端特殊化学键断裂,该过程释放大量能量,常与吸能反应相关联,A、D错误。活化能是指分子从常态转变为容易发生化学反应的活跃状态所需要的能量,酶的作用机理是降低化学反应的活化能而非提供活化能,B错误。结合题意可知,发动蛋白具有GTP酶活性,说明其具有催化功能;线粒体分裂时发动蛋白有序排布到线粒体分裂面的外膜上,该过程体现了发动蛋白具有运动功能,C正确。 2.底物A(一种蛋白质)在蛋白激酶作用下可发生磷酸化:ATP分子某一个磷酸基团脱离下来并与底物A相结合。ADP-GLO可用于检测蛋白激酶活性,具体过程如下图所示。下列叙述正确的是(　　) A.底物A在蛋白激酶作用下发生磷酸化的过程属于放能反应 B.底物A发生磷酸化后功能未发生改变 C.在步骤2之前需将所有剩余的ATP消耗掉,以避免干扰实验结果 D.在荧光素酶的催化作用下,荧光素接受ATP提供的能量后即可发出荧光 答案：C　由题图可知,底物A在蛋白激酶作用下发生磷酸化的过程需要ATP的参与(ATP水解释放能量),因此该过程属于吸能反应,A错误;底物A发生磷酸化后,其空间结构发生改变,功能随结构改变而发生改变,B错误;在步骤2之前需将所有剩余的ATP消耗掉,以保证步骤2中的ATP都是由步骤1中的ADP转化来的,避免干扰实验结果,C正确;荧光素接受ATP提供的能量后被激活,在荧光素酶的催化作用下,荧光素与氧发生反应形成氧化荧光素并发出荧光,D错误。 4.我国科学家在聚合物微胶囊壳上引入光酶,发现光酶在光下能驱动ATP合酶催化合成ATP,机理如图所示。下列叙述错误的是(　　) A.ATP合酶能运输H+ B.形成葡萄糖酸的同时,在微胶囊壳内外形成H+浓度梯度 C.利用该体系高效生产ATP时,需在适宜的温度下进行 D.若在该体系中加入GDP和Pi,则也能催化合成GTP 答案：D　由题图可知,葡萄糖与O2反应生成葡萄糖酸和H+,使微胶囊壳内外形成H+浓度梯度,ATP合酶除了催化ATP合成外,还能从内向外顺浓度梯度运输H+,A、B正确。酶的活性受温度影响,利用该体系高效生产ATP时,需在适宜的温度下进行,C正确。ATP合酶具有专一性,不能催化GTP的合成,D错误。 5.Arf家族蛋白参与蛋白质的囊泡运输,它们有两种状态,结合GDP的不活跃状态和结合GTP的活跃状态。GTP和ATP的结构和性质相似,仅是碱基A被G替代。活跃状态的Arf蛋白参与货物蛋白的招募和分选,保证货物蛋白进入特定囊泡等待运输。下列相关叙述和推测不正确的是(　　) A.GTP由鸟嘌呤、核糖和3个磷酸基团结合而成 B.Arf由不活跃状态转化为活跃状态可释放能量 C.两种状态Arf蛋白的相互转化需要相应酶催化 D.运输货物蛋白的囊泡可能来自内质网或高尔基体 答案：B　GTP和ATP的结构和性质相似,仅是碱基A被G替代,结合ATP的结构简式A—P~P~P可知,GTP由鸟嘌呤、核糖和3个磷酸基团结合而成,A正确。Arf由不活跃状态转化为活跃状态需要吸收能量,B错误。两种状态Arf蛋白的相互转化需要相应酶的催化,C正确。 6.细胞的生命活动离不开酶，某研究小组利用淀粉和淀粉酶完成了相关实验，结果如图所示。请据图回答下列问题∶ (1)在甲、乙、丙三支试管中分别加入一定量的淀粉溶液和等量的淀粉酶溶液，在不同温度条件下进行反应，产物量随时间的变化曲线如图所示。乙、丙试管温度的大小关系为 （填“乙>丙”“乙<丙”“不能确定”），如果在T1时适当提高甲试管的温度，则A点如何移动 （填“上移”“下移”或“不移动”）。 (2)若在丁试管中加入与乙试管等量的淀粉溶液和与乙试管淀粉酶溶液等量的盐酸溶液，在温度相同的条件下反应，测得乙试管反应速率远大于丁试管，该结果说明酶具有 。 【答案】(1)不能确定 不移动 (2)高效性 选做题 1．下面是植物细胞物质输入和输出的资料。请根据资料回答问题。 （一）植物细胞的细胞膜、液泡膜上含有一种H+-ATP酶，该酶利用水解ATP释放出的能量，将H+泵到细胞膜外或液泡内，形成膜内外H+浓度梯度，有利于细胞对细胞外溶质分子的吸收和维持液泡内的酸性环境。植物细胞对相关物质的运输如下图1。 (1)H+-ATP酶与H+结合后，在ATP水解释放的能量推动下，自身的构象会发生变化，实现H+跨膜运输。该过程中，H+-ATP酶的作用有 、 。 (2)H+进出细胞的跨膜运输方式分别为 、 。 （二）植物气孔由两个保卫细胞构成，研究发现，不同光质可通过控制气孔开度来影响植物光合速率。如蓝光可激活保卫细胞中的质子泵（H+—ATP酶），将H+分泌到细胞外，K+、Cl-等依赖于建立的H+电化学梯度大量进入保卫细胞的液泡中，保卫细胞吸水膨胀使外侧壁产生较大的外向拉力，从而使气孔张开，相关机理如图2所示。 (3)根据上述资料，下列叙述正确的有_________。 A．保卫细胞质膜外侧周围呈酸性 B．K+、Cl-等离子进入保卫细胞，细胞液渗透压（浓度）升高 C．H+、K+、NO3-、Cl-进入保卫细胞直接消耗ATP释放的能量 D．H+-ATP酶在蓝光激发下发生磷酸化，导致其空间结构发生变化 (4)蓝光可激活保卫细胞中质子泵，而诱导气孔张开，依据细胞吸水与失水的原理，推测其机理是 。 答案(1)催化ATP水解 运输H+ (2)协助扩散 主动运输 (3)AB (4)蓝光激活保卫细胞中的质子泵（H+-ATP酶），将H+分泌到细胞外，使保卫细胞外侧壁周围H+浓度升高，内侧壁H+浓度相对较低。这使得K+、Cl-等离子顺着电化学梯度大量进入保卫细胞液泡中，保卫细胞液泡内溶质增多，渗透压升高，保卫细胞吸水膨胀，外侧壁产生较大外向拉力，从而使气孔张开
9.特色学习资源分析、技术手段应用说明
1.在山大附中晋中学校的校园中就有种植小麦，学生可以更加直观的学习小麦的结构和生长发育相关知识。学生亲手种下的小麦也激发了学生的学习热情和兴趣，这些小麦也成为了我们课堂中不可或缺的“主角”。 2.学校还有酿酒发酵罐等相关酿酒设备，可以辅助教学，让同学实践操作酿酒的过程，培养学生科学探究能力与实验动手能力，让学生更进一步感受生物的魅力，也能为后续选择性必修三的学下打下基础。
10.教学反思与改进
（单节课教与学的经验性总结，基于学习者分析和目标达成度进行对比反思，教学自我评估与教学改进设想。课后及时撰写，突出单元整体实施的改进策略，后续课时教学如何运用本课学习成果，如何持续促进学生发展）
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