資源簡介

5.2“細胞的能量貨幣ATP”教學設(shè)計
摘要：基于高一學生的認知水平，對細胞的生存需要能量和營養(yǎng)物質(zhì)這一概念處于前認知水平，學習ATP可以使學生加深對這一概念的理解。在“細胞能量貨幣ATP”一節(jié)教學中，以原因類問題為載體，引導(dǎo)學生討論和進行自主思考。通過學生ATP的結(jié)構(gòu)和功能，發(fā)展學生的結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的觀念，學習ATP和ADP的相互轉(zhuǎn)化，發(fā)展學生的穩(wěn)態(tài)與平衡的觀念，從而提高學生的核心素養(yǎng)。
關(guān)鍵詞： 認知水平 能量 原因類問題 觀念 核心素養(yǎng)
1 教材分析及設(shè)計思路
“細胞的能量貨幣ATP”是人教版必修一第5章第3節(jié)的教學內(nèi)容，本節(jié)的主要內(nèi)容包括ATP結(jié)構(gòu)，ATP和ADP的相互轉(zhuǎn)化和ATP的利用等內(nèi)容。糖類和脂肪等有機物中都含有能量，而很多生命活動都是需要能量的，但只有ATP能夠為這些需要能量的生命活動提供能量。ATP具有這樣的功能與其結(jié)構(gòu)是分不開的，所以本節(jié)內(nèi)容首先就要讓學生學習和理解ATP的結(jié)構(gòu)，特別是兩個特殊的化學鍵，遠離腺苷的特殊化學鍵為何容易斷裂是因為磷酸基團都帶有負電，相互排斥導(dǎo)致該化學鍵容易斷裂，并且斷裂后會釋放大量的能量，這樣學生就能形成初步的功能與結(jié)構(gòu)相適應(yīng)的觀念，即ATP可以作為直接的能源物質(zhì)與其結(jié)構(gòu)是分不開的。緊接著教材要解決ATP消耗快但是又含量少的矛盾，通過圖5-4中ATP和ADP的相互轉(zhuǎn)化可以讓學生形成穩(wěn)態(tài)與平衡的觀念，也能培養(yǎng)學生從圖中提取信息的能力和在相對真實的情境中去解決問題的能力。關(guān)于ATP的利用用直觀的圖去讓學生知道ATP的利用是無處不在的，通過前面的學習學生對主動運輸需要能量只停留一個淺層的理解水平，教材詳細介紹ATP如何為主動運輸提供能量，可以讓學生能從深層次理解ATP作為直接的能源物質(zhì)如何去利用，逐步形成細胞的生存需要能量和營養(yǎng)物質(zhì)這一核心概念。
2 教學目標
2.1 通過學習ATP的結(jié)構(gòu)，特別是ATP中特殊化學鍵容易斷裂和釋放大量的能量，理解ATP能為需要能量的生命活動過程直接供能和ATP是一種高能磷酸化合物，認同物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能是相適應(yīng)的。
2.2 能理解ATP在生物體內(nèi)含量少但有消耗量大的矛盾是通過ATP和ADP迅速的相互轉(zhuǎn)化來解決的，知道生命活動的過程是動態(tài)的過程，讓學生初步形成穩(wěn)態(tài)與平衡的觀念。
2.3 通過學習ATP的合成和水解過程中涉及的能量來源和去處，讓學生明白ATP的利用在生物體內(nèi)是真實存在的，能理解ATP的合成與放能反應(yīng)相聯(lián)系，ATP的水解與吸能反應(yīng)相聯(lián)系，認同ATP作為直接能源物質(zhì)像貨幣一樣流通。
3 學情分析
通過前面的內(nèi)容學習，學生對細胞中的能量存在和利用有了一定的了解。知道了糖類是主要的能源物質(zhì)，可以通過呼吸作用來為生命活動提供能量，脂肪是良好的儲能物質(zhì)，多余的能量可通過合成脂肪的形式儲存起來，蛋白質(zhì)在某些情況下也可以提供能量。學習了主動運輸和胞吞、胞吐等生命活動需要能量，對需要能量的生命活動有了初步了解，但是對能量如何被使用，在哪些場所被使用，使用過程是怎樣的還是不清楚。學生還沒有形成相應(yīng)的觀念，從教材的圖中獲取信息的能力還不夠，用細胞中的相應(yīng)的知識點和生活中的例子類比能力還不夠，通過這一節(jié)課的學習，需要逐步提高學生的這些能力。
4 教學過程
4.1 通過類比，激發(fā)學生的興趣，使學生能夠很快的進入學習狀態(tài) 圖片展示電能的的用途和電能的來源，設(shè)計以下幾個問題：（1）生活中應(yīng)用最廣泛的能量的形式是什么？它有哪些用途？通過什么方式得到它？
設(shè)計意圖：從生活學生熟悉的電能入手，使學生知道生活處處與能量有關(guān)，并且知道能量是可以相互轉(zhuǎn)化的，能量可以不斷使用和不斷的生成，水的勢能、風能和光能等可以轉(zhuǎn)化電能，而電能有可以轉(zhuǎn)化成其它能量，而電能是這些能量的中介。通過展示我國最大的水電站長江三峽水電站的圖片，簡單介紹它的發(fā)電量，提高學生的名族自豪感。
圖片展示糖類和脂肪等能源物質(zhì)、主動運輸和胞吞、胞吐等需要能量的生命活動，設(shè)問：（1）糖類和脂肪作為能源物質(zhì)能直接為主動運輸供能嗎？（2）細胞中是否存在類似電能一樣的物質(zhì)直接為主動運輸和胞吞、胞吐供能嗎？
設(shè)計意圖：幫助學生形成能量的概念，通過與電能的類比，說明細胞中也存在類似電能的能量中介ATP，通過與生活中的例子去類比，能夠把細胞中抽象的、難以理解的知識點形象化，能讓學生更好的去理解，讓學生去感受類比的作用。
4.2 構(gòu)建ATP的結(jié)構(gòu)模型，發(fā)展學生的認知能力 關(guān)于ATP的結(jié)構(gòu)，老師在課前準備好紙片模型，模型體現(xiàn)元素的組成，并讓學生小組合作拼好ATP的結(jié)構(gòu)，具體結(jié)構(gòu)如下：
普通化學鍵 特殊化學鍵
根據(jù)小組拼好的ATP結(jié)構(gòu)，思考以下問題：（1）組成ATP的元素有哪些？（2）ATP結(jié)構(gòu)簡式中的A、T、P分別代表什么？何如區(qū)分腺嘌呤和腺苷？（3）根據(jù)ATP的結(jié)構(gòu)，想一想ATP為什么能夠作為直接的能源物質(zhì)？
設(shè)計意圖：通過把ATP的結(jié)構(gòu)拆成紙片的形式，讓學生小組合作根據(jù)課本的內(nèi)容去拼接，這樣既可以培養(yǎng)學生的合作能力和動手能力，又可以促使學生認真去思考課本的內(nèi)容，養(yǎng)成認真對待課本知識的習慣。其中直線代表普通化學鍵，曲線代表特殊化學鍵，為講下面的鍵的斷裂釋放能量做鋪墊。
提供紙片模型，可以讓學生直觀的去感受元素存在的位置，如N、P元素，這樣學生就不需要死記硬背了，可以做到真正的理解ATP的元素組成。學生很容易把腺嘌呤和腺苷弄混淆，所以設(shè)計了第2個問題，通過直接的設(shè)問，讓學生知道腺苷是包括腺嘌呤和核糖的，此時老師可以聯(lián)系DNA和RNA中的A所代表意義，通過對比，加深學生對這些A的理解。ATP為何能夠直接供能，分析其特殊化學鍵，把該鍵類比成壓縮的彈簧，學生就很容易理解一旦特殊的化學鍵斷裂（壓縮的彈簧一旦松開）就會釋放能量，即ATP的特殊化學鍵容易斷裂釋放能量，自然就能更好的理解ATP能做為直接的能源物質(zhì)。
4.3 充分利用教材的情景，培養(yǎng)學生提取信息的能力 ATP作為直接的能源物質(zhì)為體內(nèi)需要能量的生命活動供能，學生自然會認為ATP在體內(nèi)的含量多，如何改變學生這一錯誤的認知，提供以下教材上的情景：
資料1.成年人體內(nèi)ATP的總量約2~10mg，在安靜的狀態(tài)下一天需要消耗的ATP為48kg，在活動的狀況下ATP的消耗可達0.5kg/min ;在安靜狀態(tài)時，肌肉內(nèi)ATP的所釋放能量只能維持肌肉收縮1~2s。
資料2.人體每個細胞每秒鐘可以合成約1000萬個ATP，且同時有等量的ATP被水解成ADP。利用上面的情境設(shè)計以下問題：
問題1.ATP在細胞內(nèi)的含量多嗎？消耗量大嗎？
問題2.ATP作為直接的提供能量的物質(zhì)，生物體如何補充生命活動所需要的大量的ATP呢？
問題3.請根據(jù)圖5-4寫出ATP的水解和合成反應(yīng)式？
設(shè)計意圖：為了讓學生理解ATP的含量少且消耗量的矛盾，充分挖掘教材上資源，讓學生閱讀情境改變自己原來錯誤的認知，而且這種提供真實的情境更具有說服力。提供教材上的圖，使學生理解ATP和ADP是可以快速相互轉(zhuǎn)化的，圖中的圖形像一個圓，即ATP和ADP在物質(zhì)上的利用是可以循環(huán)的，就能更好理解通過ATP不斷的合成和水解以保證ATP的穩(wěn)定，逐步形成穩(wěn)態(tài)與平衡的觀念。
4.4 利用ATP的水解和合成中涉及到的能量，根據(jù)能量的來源和去處來設(shè)計問題，讓學生帶著問題去思考能量如何被利用。ATP的水解、合成與吸能、放能反應(yīng)相聯(lián)系是本節(jié)課的難點，知識點很抽象，主要以老師講解為主。
請研讀教材87頁圖5-5和88頁圖5-6、5-7及相關(guān)內(nèi)容，回答下列問題：1.能量①可以來自于細胞中的那些生命活動的過程？
2.能量②可以用于細胞中哪些生命活動？
3.能量②是如何用于主動運輸?shù)模?br/>設(shè)計意圖：ATP合成是需要能量的，而細胞中有很多物質(zhì)是含有能量的，比如葡萄糖和脂肪等，學生會聯(lián)想到初中學過的呼吸作用，再根據(jù)教材中的圖5-5，就可以知道能量①可以來自于光合作用和呼吸作用。老師可以強調(diào)呼吸作用和光合作用是放能反應(yīng)，來突破ATP的合成與放能反應(yīng)相聯(lián)系。通過分析教材圖5-7，結(jié)合視頻，讓學生理解ATP是如何為主動運輸功能及ATP的水解釋放的能量用于這些需要能量的反應(yīng)，來突破這些難點。糖類中的能量通過呼吸作用釋放出來儲存在ATP中，ATP又可以直接給需要能量的生命活動，讓學生去理解ATP作為能量的貨幣在細胞中流通。
5 教學反思
基于學生現(xiàn)有的知識水平和認知水平，對于教材上的知識教師可以通過尋找最適合學生理解方式去呈現(xiàn)。學生得出某個結(jié)論可能沒有通過嚴密的邏輯推理，教師可以通過某個具體的案例引導(dǎo)學生重視邏輯推理過程，一步一步引導(dǎo)學生去思考，去完善推理過程。充分利用教材上的情境和圖片等教學資源，給學生合理真實的情境，發(fā)展學生提取提取信息的能力，逐步讓學生掌握生物概念。通過問題的層層遞進去引導(dǎo)學生的自主學習，避免了教師的過度講解，以知識和問題為載體，發(fā)展學生的科學思維，達到提升學生生物核心素養(yǎng)的目的。

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