《細胞的能量“通貨”——ATP》教學設計

李楠 蔣莉娟 焦成瑾 石志學

[摘 ? 要]《細胞的能量“通貨”——ATP》的教學設計以物質和能量觀為核心編排教學內(nèi)容，通過概念模型和問題情境，引導學生進行探究性學習，促進學生建構概念和提升能力，進一步發(fā)展學生的生物學科核心素養(yǎng)。

[關鍵詞]能量通貨;ATP;教學設計;高中生物

[中圖分類號] ? ?G633.91 ? ? ? ?[文獻標識碼] ? ?A ? ? ? ?[文章編號] ? ?1674-6058（2019）26-0089-02

一、教材分析

《細胞的能量“通貨”——ATP》是人教版教材生物必修1第五章《細胞的能量供應和利用》第二節(jié)的內(nèi)容，之前學生已經(jīng)學習了細胞中的糖類和脂質、主動運輸?shù)认嚓P知識，對“能源”“能量”有一定的認識。在此基礎上，本節(jié)課通過介紹ATP的結構、ATP和ADP的相互轉化及轉化過程中能量的儲存和利用，引領學生認識ATP在細胞的生長、增殖等生命活動過程中的價值和作用，為進一步探索呼吸作用和光合作用的能量代謝奠定理論基礎。因此，本節(jié)課起承上啟下的作用。

本節(jié)課的重難點是通過ATP與ADP的相互轉化和ATP的利用的學習，理解能量代謝過程，解釋為何ATP是驅動細胞生命活動的直接能源物質。

二、學情分析

（1）知識方面，學生對生物體的生化反應有初步的認識，并在高中階段學習了生物體中的主要能源物質、儲能物質以及主動運輸過程需要ATP提供能量等。但學生不知道ATP是什么及細胞生命活動過程中是如何利用ATP的。另外，ATP是細胞能量的“通貨”這一概念較為抽象，學生較難接受。

（2）能力方面，學生已經(jīng)具備了一定的識圖、分析和歸納總結的能力，但對抽象知識的理解有一定的難度。

（3）情感方面，本節(jié)課的部分內(nèi)容與學生生活相關聯(lián)，學生學習興趣濃厚。

三、教學目標

（1）通過熒光實驗的設計，體驗提出問題、做出假設的科學探究方法，增強對自然現(xiàn)象的好奇心和求知欲，體會學習生物學的樂趣。

（2）通過ATP分子結構的學習，理解ATP是高能磷酸化合物，樹立“結構與功能觀”。

（3）通過分析生物體內(nèi)發(fā)生的ATP—ADP循環(huán)及其重要意義，解釋為何ATP是驅動細胞生命活動的直接能源物質;利用所學知識解釋生活中的相關實例，形成能量觀：生命活動的維持離不開能量。

四、教學過程

1.問題探討，導入新課

設計問題：饑餓時的感覺是什么？生物體內(nèi)的主要能源物質和主要儲能物質分別是什么？細胞是如何利用這些能源物質中的能量的？

明確課題：細胞的能量“通貨”——ATP。

提問：“如何理解能量‘通貨？”

舉例：以學生日常消費的方式（付現(xiàn)金和刷銀行卡）為例，將生物大分子形象地比作銀行卡，ATP比作小票，化抽象為具體。

設計意圖：通過回憶舊知，在認知的基礎上建立新的知識體系;聯(lián)系生活實際，將抽象概念具體化，激發(fā)學生的學習興趣，使學生對ATP有初步的認識。

2.合作討論，獲取新知

（1）ATP的生理作用

課件展示謎語：白天草里住，晚上空中游，金光閃閃動，見尾不見頭。

創(chuàng)設問題情境：①這個謎語的謎底是什么？（螢火蟲）②螢火蟲發(fā)光需不需要能量？③誰為螢火蟲發(fā)光提供了直接能源？如何設計實驗驗證？

（學生認真思考、積極回答）

教師進一步讓學生以小組的形式，展開合作學習，探究問題③。

提出假設：ATP、淀粉、葡萄糖等為螢火蟲發(fā)光提供了直接能源。

教師給出一定的實驗材料和儀器，學生合作討論設計合理的實驗方案。

學生進行實驗，教師課件展示實驗過程中所拍攝的圖片。

師生共同分析實驗結果，得出結論：ATP是驅動細胞生命活動的直接能源物質。

設計意圖：設計謎語，活躍課堂氣氛，調動學生積極參與課堂活動;針對“螢火蟲發(fā)光”這一生物學現(xiàn)象設計探究性實驗，引導學生進行觀察、提問、設計實驗等，提高學生的科學探究能力，增強學生對自然現(xiàn)象的好奇心和求知欲，讓學生體會學習生物學的樂趣。

（2）ATP分子中具有高能磷酸鍵

銜接過渡：同學們，你們在生活中有沒有接觸過ATP？ATP是驅動細胞生命活動的直接能源物質，這與ATP的結構有什么聯(lián)系嗎？

（學生結合生活經(jīng)驗談感受）

教師圖片展示藥品：三磷酸腺苷二鈉片，并介紹其功效。

創(chuàng)設如下問題情境，引導學生自主學習。

①ATP分子的中文名稱、組成元素分別是什么？

②ATP分子的結構簡式怎么寫？各組成部分分別代表什么？（提示：結合課本中的相關信息，回憶核酸的分子結構）

③為什么稱ATP分子為高能磷酸化合物？

學生認真閱讀課本，結合提前預習的內(nèi)容回答以上問題。

教師引導學生閱讀課本;請一兩名學生解答以上問題，教師給予一定評價并補充相關內(nèi)容。

設計意圖：聯(lián)系生活，學以致用;引導學生閱讀課本，使其主動獲得新知，提高提取信息的能力;讓學生講解，鍛煉膽識，培養(yǎng)學生的語言組織能力，充分發(fā)揮學生的主體作用。

（3）ATP和ADP可以相互轉化

銜接過渡：資料顯示，人體中ATP的總量只有約0.1摩爾。人體細胞每天的能量需要水解200～300摩爾的ATP，這意味著每個ATP分子每天要被重復利用2000～3000次。

提問：“ATP與何種物質發(fā)生轉化？”

課件展示ATP與ADP的相互轉化示意圖（略）。

教師引導學生讀圖，寫出ATP與ADP相互轉化的方程式。

創(chuàng)設問題情境：①水解過程中哪個鍵斷裂？②水解后形成了哪些物質？③水解需要什么條件？④合成過程中需要些什么物質？是否需要能量？還需要什么條件？

學生觀察圖片，回答問題，體會ATP與ADP通過相互轉化實現(xiàn)貯能和放能，從而保證了細胞各項生命活動的能量供應。

待學生對ATP與ADP的相互轉化有了一定的認識后，提問：“ATP合成過程中需要能量，那這個能量來源于哪里？”

教師結合課件講解ATP合成過程中的能量來源：

提問：“生物體所需的能量歸根結底來自于哪里？”

設計意圖：設計問題情境，引導學生不斷提出問題，解決問題，再提出問題，從而獲得新知;利用概念圖的直觀性，科學地展示ATP合成過程中的能量來源，使學生便于理解和加深記憶。

（4）ATP的利用

銜接過渡：ATP合成過程中，所需能量歸根結底來自于太陽能，那ATP水解釋放的能量是如何被生物體利用的呢？

教師結合教材中給出的ATP利用的圖片，引導學生分析思考ATP水解釋放的化學能被轉化為什么能，引導學生結合已有知識對ATP利用的實例進行補充和完善。

再次幫助學生理解ATP是細胞的能量“通貨”：

教師講解：從這個圖中可以看出，ATP分子在吸能反應和放能反應之間循環(huán)流通，若將吸能反應比作掙錢，放能反應比作消費，則貨幣“ATP”就在掙錢和消費之間循環(huán)流通，因此，我們形象地把ATP比喻成細胞的能量“通貨”。

教師強調：ATP與ADP相互轉化的能量供應機制是生物界的共性。

設計意圖：聯(lián)系實例，強化類比，使學生形成生命觀念：細胞在生命活動中發(fā)生著物質和能量的復雜變化以及生命活動的維持離不開能量的推動。

3.繪制思維導圖，歸納小結

師生共同繪制本節(jié)課的思維導圖（略）。

設計意圖：建立起本節(jié)課的完整知識體系。

4.布置作業(yè)

[ ATP的合成 ATP的水解 反應式 所需酶 能量來源 能量去路 反應場所 ]

完成表格，思考ATP的合成和ATP的水解是否為可逆反應，并說明理由。

五、教學反思

本節(jié)課的教學設計以物質和能量觀編排教學內(nèi)容，運用較多的形象比喻，引導學生由具象思維向抽象思維轉化;通過概念模型，引導學生構建概念體系;通過創(chuàng)設層層遞進的問題情境，引導學生開展探究性學習。本節(jié)課的教學取得了較好的效果，期冀在今后的教學中能夠在合作學習方法上有更好的突破，更進一步地發(fā)揮學生的主體作用。

（責任編輯 ? ?黃春香）