高中生物人教版 (新课标)必修1《分子与细胞》第2节 细胞的能量“通货”──ATP教学设计

第五章第2节   细胞的能量“通货”——ATP

一、教材分析

    中学生物学课程通常包括十大主题，在细胞这一主题中，初中侧重于细胞的结构，而高中则侧重于细胞亚显微结构和功能，细胞的各种生命活动，突出了“活细胞”的特性，加强了物质和能量代谢的内容。ATP是生命直接能源物质，是细胞内能量转换和传递的“中转站”，它既区别于被形容为“生命燃料”的糖类和储能物质脂肪，又为后续的光合作用，呼吸作用中具体能量的转化过程作了铺垫，在所有生物的代谢中占有普遍的重要地位。

二、教学目标

（1)知识目标

 简述ATP的化学组成和特点，写出ATP的结构简式；解释ATP在能量代谢中的作用。

 (2)能力目标

 培养学生综合思维能力，自主学习能力，理论联系实际能力。

 (3)情感目标

 培养学生科学意识，科学精神。

三、教学重点和难点

 （1）ATP化学组成的特点及其在能量代谢中的作用

 （2）ATP与ADP的相互转化

四、学情分析

    必修1第二章学生已经学习了糖类、脂肪、蛋白质等有机物，已明确了主要能源物质、储能物质、能源物质等概念，这为进一步学习ATP是直接能源物质作了铺垫，也是在本节课的学习中需要注意区分的几个概念；必修1第三章以及初中时学生也已经接触了有关光合作用、呼吸作用等生命现象，这又为学生学习光合作用和呼吸作用中能量的转化奠定了基础。

五、教学方法

1．学案导学：见后面的学案。

2．新授课教学基本环节：预习检查、总结疑惑→情境导入、展示目标→合作探究、精讲点拨→反思总结、当堂检测→发导学案、布置预习

六、课前准备

课件制作

七、课时安排：1课时

八、教学过程

 (一)预习检查、总结疑惑

检查落实了学生的预习情况并了解了学生的疑惑，使教学具有了针对性。

（二）新课引入、展示目标

[温故知新]

   细胞中的下列物质中有哪些含有能量（　　　）

      Ａ、糖类　Ｂ、脂肪　Ｃ、水　Ｄ、无机盐

   [问题探讨]“银烛秋光冷画屏，轻罗小扇扑流萤。天街夜色凉如水，卧看牵牛织女星。”让我们重温唐代诗人杜牧这首情景交融的诗句，想象夜空中与星光媲美的点点流萤，思考有关的生物学问题。

      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、萤火虫发光的过程有能量的转换吗？（教材问题探讨）

      由于是小组讨论，得出的结论五花八门，有道理的给予肯定。这些问题是为引起学生的学习兴趣，对后面要进行的实验奠定基础，对学生有学习与借鉴的意义。

 [提出课题]细胞的能量“通货”—ATP

（三）合作探究、精讲点拨。

探究一：ATP的功能

 教师： 联系“萤火虫发光器”的经典实验，引导思考，设计实验，用培养皿、试管、活萤火虫（摘下其尾部发光器备用）、ATP制剂、质量浓度为1.2g/dL的葡萄糖溶液、生理盐水、蒸馏水以及必需的实验用具。

问题：1、你能否设计实验？

            A捣碎的发光器、生理盐水加入ATP制剂5mL

            B捣碎的发光器、生理盐水加入葡萄糖溶液5mL

           C捣碎的发光器、生理盐水加入蒸馏水5mL

2、选择萤火虫的发光器为实验材料的优点。

      （参考答案：主要是它发光的现象容易观察等）

      3、将发光器捣碎的目的：

      （参考答案：增大发光细胞与溶液接触面积，加快化学反应速度。）

      4、本实验的原理是：

      （参考答案：蒸馏水不是能源物质，葡萄糖不是直接的能源物质，他们都不会使熄灭的离体发光器重新发光，，而ATP能使离体的发光器重新发光）

理解关于变量、自变量、因变量、无关变量、对照实验，培养语言表达能力，将感性知识上升到理性知识。 用此“虚拟实验”与教材的探究活动比较，可以进一步验证ATP在生命活动中起到的作用。接着向学生出示ATP片剂或注射液的使用说明书，说明ATP是真实存在的，而且已经用于医疗实践，并加深学生对ATP功能的理解。

探究二：ATP的结构

结构与功能相适应是生物学的一个基本原理，ATP具有怎样的结构和特点才能担当“如此重任”呢？引出后面的内容“ATP分子中具有高能磷酸键”。此时让学生阅读教材回答学案上的下列问题：

      1、写出ATP（三磷酸腺苷）的分子结构，并标出所有符号代表的意义。

      2、ATP中的两个磷酸基团之间（P和P之间）用“～”表示的化学键是_________。其水解过程中，释放的能量是一般共价键的____倍以上（如ATP水解生成ADP和磷酸时，释放的能量多大30.54KJ/mol，而6---磷酸葡萄糖水解为葡萄糖和磷酸时，释放的能量只有13.8kJ/mol）。含有高能磷酸键的化合物统称为______________。

      3、ATP中________________（哪个）高能磷酸键，在一定条件下容易水解生成____和__________放出能量，生成的两者________（容易/难以）再捕获能量重新生成ATP。ATP在细胞内形成后不到1分钟的时间就要发生转化，一个成年人在静止状态下，24小时内竟有40kg的ATP发生转化。

      在第三个问题中的后半部分相当于阅读材料，教师可在学生填写完后对答案时提出疑问或者让学生自己提出疑问，进入后面的课题。

        限于学生的化学基础，关于ATP的结构，在此不宜过于深入。但要知道学生分析教材中的三个色块代表的含义，明确ATP结构简式中所有符号代表的含义，特别要强调ATP中大量的化学能储存的部位，通过查找并分析相关数据来分析ATP中高能磷酸键与一般化合物中普通化学键的区别。

      对于ATP的形成途径，因为学生还没有学习细胞呼吸和光合作用的过程，在此虽不宜太具体的讲解，但教学中应抓住教材中“ATP再生迅速且含量稳定、移动迅速、供能高效”的特点，引导学生分析ATP在能量“转移”中所起到的关键作用。物质变化总是伴随着能量的消耗或释放，线粒体的呼吸作用氧化分解有机物释放能量，核糖体合成蛋白质、细胞膜主动运输、高尔基体合成分泌功能等需要能量，“产能”和“耗能”在空间上存在矛盾：细胞内有多种能源物质，如糖类、脂质等有机物都储存着大量且稳定的能量，这些能源物质的稳定性，利于大量储存能量，但不利于及时灵活的利用这些能量，能量的“稳定储存”和“灵活利用”之间也发生了抵触。让学生感悟在神奇的自然选择过程中之所以“选中”ATP作为生命活动的直接能源物质，是因为ATP既解决了线粒体“产能”和细胞各处都要“耗能”在空间上的矛盾，又解决了能量在糖类、脂肪等物质中“稳定储存”和细胞代谢需要“灵活利用”的矛盾。从而正确理解ATP在能量代谢的过程中扮演的角色--------能量“通货”。引导学生从两种不同角度分析这一过程，实际上就是提高学生分析与推理能力的过程。

探究三：ATP与ADP的相互转化

教师：如果一个人不吃不喝，大约至少能活3天，也就是我们体内的自由水可以使人使用3天。那么人体如果没有ATP的合成，又能活多长的时间呢？（联系人体实际，激发学生学习兴趣）

〖数据显示〗：氰化钾它就是阻止人体内新的ATP合成的毒药，人中毒后在3～6分钟内就会死亡。但一个成人一天在静止状态下所消耗的ATP为48kg，在紧张活动的情况下，ATP的消耗可达0.5kg/min。

〖问题〗：大家可以跟自己的体重比一下，能得出什么结论呢？

（通过师生互动，得出ATP的特性就是：含量少，转化快。这对于构成细胞内稳定的供能环境具有十分重要的意义。）

〖问题〗：ATP和ADP是怎样相互转化的？

 具体教授过程中可以让学生在学案填写如下内容：

      1、ATP与ADP的相互转化：

      ATP ≒ ____________＋_____________＋____________（注意条件）

      2、ATP水解时放出的能量可用于_________、_________和__________。

      3、ATP在细胞内的含量是_________的，但ATP在细胞内的转化是_________的。

      4、对人和动物来说，ADP转化成ATP所需能量，来自________作用，对绿色植物来说，ADP转化成ATP所需能量，来自____________和_____________。

      5、ATP作为直接能源物质，水解后可用于各种生命活动，如转变为：________（用于合成代谢）、___________（用于肌肉收缩）、____________（用于物质的主动运输）、____________（生物电、生物发光）、____________（用于维持体温）等。

      另外做设计部分此类内容的综合性稍高点的题目作为巩固练习，难度不宜太高。

〖问题〗：ADP转化成ATP的过程中，所需要的能量由谁来提供呢？

（学生结合书上图片，开动脑筋，自己找出ATP形成的途径，并理解；教师再作详细总结。）

探究四ATP的利用

〖教师〗：（1）吸能反应总是与ATP水解的反应相联系，由ATP水解提供能量；放能反应总是与ATP的合成相联系，释放的能量储存在ATP中。能量通过ATP分子在吸能反应和放能反应之间循环流通。

（2）细胞内储存能量的物质有糖类、脂肪、蛋白质等，细胞内消耗能源物质的顺序是：糖类     脂肪      蛋白质。一般情况下生物体内细胞利用的能源物质是糖类，而且糖类中的能量需要分解释放传递给ATP，转变成活跃的化学能，才能供给各种生命活动利用，从而解决能量的“稳定储存”和“灵活利用”的矛盾。

（3）直接供给生命活动能量的能源物资是ATP。在生物体内能量的转换和传递中，ATP是一种关键物资。ATP是生物体内能量转换的“中转站”，它有利于能量的运输和协调供给，如线粒体呼吸释放能量合成的ATP，可以转移到细胞膜用于主动运输和细胞分裂等生命活动，从而解决“产能”和“用能”在空间上的矛盾。

〖学生活动〗：结合课本图，讨论ATP还有哪些用途，从而对该图进行补充和完善。

（ATP中的化学能可以转变成机械能、化学能、电能、渗透能、光能等其它形式的能量。）回归〖情景创设〗引入中显示的各项生命活动，再次与学生共同讨论ATP中能量的利用过程。

强调此转化过程能量是不可逆，反应过程也是不可逆的。（可以让学生关于这个文图展开讨论，提示：从反应过程的酶、反应场所、能量不同几个方面分析讨论。）

（四）反思总结，当堂检测。

教师组织学生反思总结本节课的主要内容，并进行当堂检测。

设计意图：引导学生构建知识网络并对所学内容进行简单的反馈纠正。（课堂实录）

（五）发导学案，布置作业

九、板书设计

                 细胞的能量“通货”——ATP

一、ATP是各项生命活动的直接能源物质

全称：三磷酸腺苷        结构简式：A-P～P～P

二、ATP与ADP的相互转化

ADP＋Pi＋能量ATP

三、ATP的生成途径——光合作用和呼吸作用

四、ATP的利用

肌肉收缩（机械能）

吸收和分泌（渗透能）

合成物质（化学能）

神经传导和生物电（电能）

十、教学反思

本节课按照课标要求，倡导学案式教学，以小组互助然后填写学案的方式组织教学，能引导学生主动参与知识构建过程。本节课不仅较好地利用了教材上的“问题探究”，而且善于从现实生活中寻找更加灵活的典型例子，巧妙地引导学生从不同角度考虑问题，一正一反，相互辉映，使学生充分体会什么是自变量、因变量、无关变量以及什么是对照实验，有利于引导学生学会确认和控制变量，有助于培养学生的科学探究能力。本节课大量采用鼓励性评价机制，发挥学生潜能，注意培养学生敢于质疑，敢于创新，大胆猜想的科学精神和态度价值观。学案教学使学生在课堂上不只是抬着头听讲或者是无意义的讨论，而是要不停的将所讨论所思考的结果填写在学案上，让学生养成随时动笔记的习惯，促进学生积极改变学习方式，培养学生主动建构知识。不足之处是：时间较紧，使得一部分巩固练习留待课后完成。