【新教材】人教版（2019）高中生物必修一5.2 细胞的能量'货币'ATP 教案

细胞的能量“货币”ATP教学设计
教材分析
问题探讨引用了唐代诗人杜牧的一首诗---《秋夕》。该诗宛似-幅人物水彩画，情景交融，耐人寻味。学生在学习该诗之后，讨论与萤火虫发光相关的问题，而这些问题都是围绕着能量展开的，能启发学生深入的思考。
在阐明萤火虫发?光需要能量的基础上，认识到生命活动需要能量这些能量却不能直接靠糖类、脂肪等能源物质提供，而是要依靠ATP直接提供能量。
ATP之所以是直接能源物质，是由其分子结构所决定的。对此，以往教材的解释是ATP分子中两个相邻的磷酸基团之间有高能磷酸键，该键断裂会释放大量的能量，这与化学教材中化学键断裂消耗能量的说法相矛盾。本次教材修订改变了这-传统解释，按照最新高校教材的说法，对ATP水解如何释放大量能量做了更为深入的阐释，也提高了与其他学科的一致性。ATP为什么能像“货币”一样反复利用呢?教材呈现了ATP和ADP相互转化的示意图，让学生直观地认识到，ATP和ADP的相互转化，伴随着能量的释放和储存。此外，ATP和ADP的数量还处于动态平衡之中。ATP来自哪里呢?学生在前面的学习中了解到生命活动需要的能量来自细胞中的有机物。故材通过ADP转化成ATP所需能量的主要来源(教材图5-5讲述了绿包植物、人与动物合成ATP所需能量来源的途径，为学习后面细胞呼吸和光合作用作铺垫。
ATP广泛存在生物的各种细胞中，各类生物(植物、动物、细菌和真菌等)都能以ATP作为直接能源物质，也反映了生物界的统一性，说明了多种多样的生物都有共同的起源。
ATP含量少，消耗量相对大，ATP水解产生的ADP又能在一定条件下转化为ATP.因此，虽然细胞不断消耗ATP，但ATP能保持相对的稳定。理解这些变化，有助于学生建立稳态与平衡观。
教材在阐述将ATP比喻为能量“货币”的原因时，是从ATP与吸能反应和放能反应的关系人手的。放能反应促进ATP的合成(ADP与磷酸合成ATP，需吸能)；吸能反应伴随ATP的水解(ATP分解为ADP和磷酸，要放能)。
本节最后以楷体字形式回答了“问题探讨”中提出的萤火虫发光机理问题，特别提到了转基因萤光树，目的是激发学生进一步学?习和探究的兴趣。
特别提示
ATP如何发挥作用?目前说法很多。但可以肯定的是，它是伴随ATP水解过程进行的。在ATP发挥作用时，磷酸基团(或磷酸)的“得”与“失”很关键，教材通过两幅图对此作了介绍。ATP水解产生的磷酸，可以与多种功能蛋白结合，使其磷酸化而导致构象发生改变，从而引起功能变化。所以，教材在“ATP为主动运输提供能量示意图”(教材图5-7)中，提到了以下内容:?ATP水解释放能量，形成的Pi与载体蛋白结合(即载体蛋白磷酸化)，导致空间结构发生改变。
教学目标
在普通高中生物学课程标准中，与本节有关的内容要求是:解释ATP是鄂动细胞生命活动的直接能源物质。教学提示建议在教学活动过程中，组织好探究性学习活动，帮助学生增强感性认识，克服对微观结构认识的困难。通过本节的探究性学习实践，能够掌握设置对照组和重复实验的方法，进步学会控制自变量，观察和检测因变量变化的技能，并能将这些方法和技能应用于其他的探究活动。学业要求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。因此，将本节课的教学目标确定如下:
1.通过对ATP化学组成和结构特点的学习，认AIT的结构与其功能相活应:
2通过对ATP和ADP相互转化进行模型构建，他日的桃达4P形皮所霄隆量的主窦寒顺及意义；
3.通过对生活实例的讨论分析，能解释"AP是驱动细胞生命活动的直接能源物质”的原因。
教学重难点
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。
教学设计思路
本节课设计采用探究分析教学模式，围绕“ATP的结构和功能”展开讨论与学习，初步建立出物学的物质和能量观。教学中为学生提供了相关内容的资料分析，学生在教师的指导下，通过成知、体验、实践、合作等方式，达成教学目标。主要的教学流程图示如下:
教学环节 教学内容
-57150124460情境设置
实验设计：探究细胞内的直接能源物质
探究性学习
解释说明
总结提升
迁移应用
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合成和分解的关系
与生活的联系
情境设置
实验设计：探究细胞内的直接能源物质
探究性学习
解释说明
总结提升
迁移应用
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合成和分解的关系
与生活的联系
教学过程
情境中感知ATP的作用并设计实验“探究细胞内的直接能源物质”
教师组织与引导：[情境引人]投影夜空点点流萤的图片，重温杜牧的诗句，思考:
1.萤火虫发光的生物意义是什么?
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有能量转化吗?
学生活动：朗读诗句，并思考回答问题
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。
设计意图：在享受美的视觉的同时，感受中华传统文化的美妙。激发学生的学习兴趣，渗透热爱自然和生命的情感。
教师组织与引导：[探究活动一]资料展示1929年德国生物化学家费斯?克(C.H.Fiske)和罗曼(?KarlLohmann)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、单因子原则。
播放微视频:“萤火虫发光器”的经典实验。思考:该实验说明了什么?
学生活动：实验设计方案:
(1)捣碎的发光器+生理盐水+5mLATP制剂。
(2)捣碎的发光器+生理盐水+5mL葡萄糖溶液。
(3)捣碎的发光器+生理盐水+5mL蒸馏水。观察实验现象，得出实验结论:ATP是细胞内直接的能源物质。
设计意图：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。
教师组织与引导：[过渡]ATP为什么能直接为细胞的生命活动提供能量?
理解ATP是一种高能磷酸化合物
教师组织与引导：[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。
学生活动：观察ATP的化学结构图，利用图片材料，构建ATP的结构模型。
设计意图：学生通过模型构建，加深对ATP分子结构的理解。
教师组织与引导：讲解:指出学生ATP结构模型图中忘记画化学键，加上“～”
联系物理知识解释高能键: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。
学生活动：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:?(1)构成ATP的化学元素有哪?些??(2)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?
设计意图：巩固学生对ATP基本结构的认识。
教师组织与引导：[过渡]储存在ATP高能键中的能量是如何被释放的呢?将高能键类比成压缩的弹簧，将压缩的弹簧松手即高能键断裂，提问在此过程中能量的转变过程。
学生活动：学生思考并分析ATP是一种高能化合物的原因。
设计意图：通过类比，ATP就如同一个被压缩了的弹簀，分子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。
认识“ATP和ADP可以相互转化”
教师组织与引导：[探究活动三以小组为单位，进行活动。
利用构建的ATP、ADP结构模型，尝试写出ATP水解的水化学方程式，指导学生交流。?讲解:?ATP中含有2个储存能量的高能键，决定了它能够储存能量。又由于高能键的不稳定性，决定了ATP可以成为细胞内能量的“货币”
学生活动：围绕思考题进行ATP水解的模拟:ATPfalseADP+Pi+能量
讨论并回答:?(1)ATP中哪一个高能键容易断裂?(2)葡萄糖为什么不能直接为细胞供能，而ATP却可以?
设计意图：形成结构决定功能的生命观念。
教师组织与引导：[过渡]生物体的生命活A动在不断地消耗能量，意味着ATP在不断地水解。
提供资料:成人体内ATP的总量2～10mg,在安静的状态下一天需要消耗的ATP为40kg,在活动的状态下ATP的消耗可达0.5kg/min；在安静状态时，肌肉内ATP所放的能?量只能维持肌肉收缩1～2S。引导学生思考:(1)ATP在细胞内的含量多吗?(2)生物体如何补充生命活动所需要的大量的ATP呢?
学生活动：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。通过进一步思考可知ATP在分解的同时，还在源源不断的合成。
设计意图：根据事实给学生造成认知上的冲突，从而引发他们进一步探究的欲望。学生认同ATP与ADP可以快速相互转化，ATP也不会在体内大量储存而导致浪费。
教师组织与引导：[探究活动四]以小组为单位，进行活动。
(1)联系ATP的水解，引导学生思考利用什么材料来合成ATP?(2)ATP合成所需的能量来自何处?
提供资料:(1)医生通常给术后不能进食的病人注射葡萄糖生理盐水补充能量；(2)人们的主食米饭、面食的主要成分是淀粉；(3)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。根据以上讨论结果，引导学生尝试写出ATP合成的化学方程式。
学生活动：学生理解合成ATP需要的原料。
根据材料发现:对于动物、人、真菌和大多数细菌来说，ATP合成所需的能量来自细胞呼吸；对于绿色植物来说，ATP合成所需的能量来自细胞呼吸和光合作用。
设计意图：培养学生的科学思维能力。明白这对于构成细胞内稳定的供能环境具有十分重要的意义。
教师组织与引导：[过渡]ATP水解产生的能量对生物体的生命活动有什么作用呢?
ATP的利用
教师组织与引导：[组织活动]结合课本图?解，引导学生分析回答:?ATP水解后可用于哪些生命活动?展示:主动运输的视频或动画;吸能反应、放能反应与ATP水解、ATP的合成的联系。
学生活动：阅读教材，联系生活实际，列举ATP的利用。
设计意图：认识生命的复杂性
总结提升
教师组织与引导：[布置任务]分析教材上ATP与ADP相互转化的示意图;引导学生思考ATP的合成和分解是否可逆。
讲解:从能量的来源和去向、反应条件和反应场所等方面，可知ATP的合成与分解过程不尽相同，ATP与ADP的相互转化物质可逆，能量不可逆，是两个截然不同的生理过程。通过“货币”的类比，帮助学生更好地理解ATP是能量的“货币”，加深了学生对ATP生理功能的理解。
学生活动：学生从能量来源与用途人手，完善ATP的合成和分解的相互联系的图解(见附录)。
得出结论:?ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质。
设计意图：设计意图帮助学生认同ATP水解与合成的同时，伴随着能量的变化。形成“物质是能量流动的载体，能量是物质代谢的动力”的物质和能量观。
巧妙运用类比，形成生命观念。
迁移应用
教师组织与引导：[进一步探究]引导学生利用新知，开展新的课题研究“ATP是不是兴奋剂?氰化?钾中毒后人在3-6?min内就会因缺少能量而心脏停跳，呼吸麻痹而死，推测氧化钾致人死亡的原理，在找资料验证并且提出有效的急救方法。
学生活动：学生课后完成
设计意图：尝试培养学生探究的意识，并利用所学知识，对各种生物学现象进行理性的解释。
评析
该案例的教学过程为学生提供相关内容的资料分析，学生在教师的指导下，通过感知、体验、实践、合作等方式，达成教学目标。该案例的主要特点如下。
1.创设多种探究活动，促进概念建构
用绕ATP是细胞生命活动的直接能源物质”这核心概念的建构，教师创设了多种形式的教学活动。例如，杜牧优美的诗句配上点点刘萤的迷人夜色，在大自然的魅力中发现生物学问题，促使学生探；设置ATP与ADP分子图形的转化游戏，让学生动于拼接模型，将抽象的问题直观模型化，在此基础上进行演变，通过逐渐加人磷酸基团，帮助学生理清AMP、ADP和ATP之间的关系。在趣味性活动中发展学生归纳与概括、模型与建模的科学思维能力，逐步建物生物学概念。
2.巧妙运用类比，突破知识难点
将高能键类比成弹簧，借此让学生认同ATP是一种高能磷酸化合物，认同ATP的结构与功能相适应。将压缩的弹簧松手即高能键的断裂，体会在此过程中能量的变化，说明物质的变化一定伴随着能量的转化，由此形成物质与能量观。结合学生生活经验，通过“货币”的类比，帮助学生更好地理解ATP是能量的“货币”，加深学生对ATP生理功能的理解，突破知识难点。
3.制造认知冲突，加深概念的理解
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。该案例通过探究性实验设计来突出ATP是细胞生命活动的直接能量来源。另外，以资料的形式展现人体内ATP需求大而含量少的矛盾，制造这样的认知冲突，能够加深学生理解ATP与ADP相互转化的生物学意义。