資源簡介

課題：細胞的能量“貨幣”ATP
年級：高一年級
姓名：代飛
學校：貴陽市第八中學
聯系電話：18198217753
課題 細胞的能量“貨幣”ATP 課型 新課 課時 1
教材分析 本節位于高中生物必修一“分子與細胞”的第五章第二節。內容是大概念“細胞的生存需要能量和營養物質。”下的第二個重要概念“細胞的功能絕大多數基于化學反應，這些化學發應發生在細胞的特定區域”的生物學科學事實，內容雖然少，但是卻承擔起構建大概念樞紐的作用。從學科的角度來看，ATP也是生命的樞紐：它構建了細胞能量供應的體系，并且這種體系是在生命起源之初就形成的，所以在多樣性的生物中毫無例外都是建立在這一能量供應體系上的。除此之外ATP還參與細胞內核酸和糖類的轉化。在演化過程中還可能參與了遺傳密碼的演化。所以本節對構建生命的物質能量觀尤為重要。 ATP與上一節所學酶共同搭建了化學反應與生命之間的橋梁，如果沒有酶和ATP，化學發應永遠也不可能演化出生命。這兩節內容是對生命本質理解的核心，而且還是引出后面兩節內容的關鍵，決定了學生對光合作用和呼吸作用學習的認識和態度。 本節內容與第二章中糖類看似矛盾卻又相輔相成，結合呼吸作用和光合作用中，糖和ATP的轉化是對生命對能量利用的溫和性的進一步理解的關鍵。 本節內容也做了較大的調整，特別是對于ATP水解如何釋放大量能量的解釋。以往教材的解釋與化學教材中化學鍵斷裂耗能的說法相矛盾。所以進行了修訂，修訂后既做了更深的闡釋，又提高了與其他學科的一致性。 本節內容還設計到了人類利用ATP的相關原理研發藥物對疾病的治療。促進學生社會責任的形成。
學情分析 從知識上看高一學生具有生命活動需要能力供應的基礎。 從能力上看我校高一學生對高中生物學科的學習還沒有完全適應，除了學生學習態度和能力外，還再眷顧知識掌握層面的期望值。學生的生物學科素養依舊不夠。再加上本節內容與第二章中糖類會引起學生的認知沖突，突然就加大了理解的難度，所以本節我把較為簡單的概念性知識ATP的結構簡式作為前置學習知識，讓他們通過我錄制的微課結合教材進行預習。然后以作業的形式在課前進行反饋，很大程度上可以使學生在課堂上基本處于相同的起點，有利于教師的教學開展。 從素養上看，城市長大的學生幾乎沒有見過螢火蟲，對真實現象的解釋還停留在理論上，所以課后的實驗設計降低了難度。當然通過這個特點引發學生思考為什么我們見不到螢火蟲，可以更好地引導學生建立保護環境的社會責任。 另一方面，學生要深入理解ATP與ADP相互轉換的機制是有難度的，所以需要設計一個模型構建活動檢測讓學生在這一部分內容的達成情況，并在檢查中不斷修正，最終能以穩態與平衡的觀念來理解這個過程。
教學目標 課程要求：解釋ATP是驅動細胞生命活動的直接能源物質。依據上述要求，確定本節課的教學目標如下： 1.說出腺嘌呤核糖核苷酸與ATP的區別與聯系。 2.依據ATP的結構說出ATP的特點。 3.說明ATP與ADP相互轉化對于肌肉運動的意義。 （暗線目標：說出地球上的生命都擁有共同祖先的證據。）
教學重點 1.ATP化學組成的特點。 2.ATP在能量代謝中的作用。
教學難點 ATP與ADP相互轉化對于生命活動的意義。
教學資源 PPT，微課視頻，模型構建卡紙，投屏系統，學習任務單。
教學流程設計
教學環節 教師活動 學生活動 設計意圖
一、課前思考 任務一：回答問題。 你們見過螢火蟲嗎？為什么現在我們很難見到螢火蟲？ 結合問題探討，讓學生查閱螢火蟲的相關資料回答這個問題，并談談你的感受。（螢火蟲通過發光求偶繁殖，城市的燈光對螢火蟲繁殖會造成嚴重影響，而螢火蟲成蟲一般只能活5天左右，在此期間如果無法成功繁殖，螢火蟲種群就很容易滅絕，再加上人類的大量捕捉，以至于我們現在很難見到。） 任務二：觀看ATP結構講解的視頻，然后畫出ATP的結構，準備課堂進行講解。 感受并思考問題，查閱資料解決問題。 任務一為了讓學生從自身感受出發，積極思考并自主解決問題，并在解決問題的過程中反思人類活動對其他生命的影響，建立保護環境的社會責任。 任務二是為了讓學生通過自主學習對簡單知識進行掌握，保證課堂有更多思考的時間。
二、課堂導入（5分鐘） 讓學生對課前問題進行發言，然后引導學生關注生命的精良。給出資料：生物能利用糖類、蛋白質、脂質、光、H2S、NH3作為能量來源，進行奔跑、飛翔、發光、發電、思考等生命活動。 過度：生命是如何轉化并精確地利用這些能量的呢？直到1929年德國生物化學家費斯克（C.H/Fiske）和羅曼（Karl Lohmann）分別獨立地從肌肉細胞中首次發現了ATP，這個謎團才逐漸被解開。原來生命擁有一套復雜而精良的供能系統，其中ATP就是這個系統最為關鍵的物質。 完整表述并思考，聆聽。 利用螢火蟲發光引出生命對能量利用的多樣和神奇，然后提出生命能量供應不只是簡單的能量轉化，而是一套復雜的功能機制。為后面理解ATP與ADP相互轉化的供能機制做鋪墊。
三、自我評價（5min） PPT展示學生課前完成的ATP結構圖（有完成好的和有典型錯誤的），讓學生進行評價，指出典型的錯誤，得出正確的結構。然后閱讀教材86頁相關知識，分析ATP的化學特點解釋ATP放能機制。 對課前任務進行評價并思考。 讓學生自行評價發現錯誤，有利于學生對ATP結構的深刻認識。
四、解決問題（10min） 過度：了解了ATP的結構，我們終于有資格窺探生命強大的供能機制了。我們以肌肉細胞為例來進行理解。 提出核心問題：肌肉細胞的供能機制是什么樣的？ 給出學生喜愛的球員C羅為例，提出問題： 1.ATP如何為肌肉細胞提供能量？（ATP轉化為ADP） 2.按照課本上，一個人在激烈運動的狀態下，每分鐘約有0.5kg的ATP轉化為ADP的平均量來計算C羅打滿全場足球比賽需要消耗多少ATP （45KG，我們有那么多ATP嗎？） 3.研究發現哺乳動物的肌肉中ATP含量約為3~8mmol/kg.這個含量的ATP只能供肌肉劇烈活動1S左右。那C羅剩下的89分鐘59秒時間是如何獲得能量的呢？（ATP含量很少卻足夠用，轉換很快。） 通過前幾個問題的思考后嘗試解決回答核心問題：肌肉細胞的供能機制是什么樣的？（ATP水解和合成。） 計算思考并回答 通過問題串的形式引起學生認知沖突。學會在看似矛盾的問題中尋找解決的方案，充分體會并感受ATP與ADP轉化的供能機制。逐漸認識到穩定平衡的生命觀念。
五、模型構建（10min） 為了對核心問題的深層理解設計了下面模型構建活動。 為每個小組提供ATP與ADP轉化的流程圖，一些能量和酶，結合教材88頁內容讓學生對流程圖進行完善。然后把小組的結果通過拍照上傳到大屏上讓其他組進行評價。 運用所學知識進行模型構建。討論并評價。 ATP與ADP的相互轉化是本節課的難點，通過模型構建的方式讓學生運用剛才學習的知識進行整合，能夠對本知識的達成度進行課堂價。
六、深入思考 閱讀教材89頁正文，通過類比生活中以家庭為單位系統的花錢與賺錢的循環過程類比ATP與ADP的循環過程，并結合教材吸能反應與放能反應同ATP的關系提出ATP充當能量的“貨幣”。 再次回答核心問題：肌肉細胞的供能機制是什么樣的？（ATP與ADP相互轉換，時刻發生并處于動態平衡。） 然后提供資料：列舉地球上形態各異的生命雖然多種多樣，但是無一例外都是運用這種供能機制。 提出問題：總結ATP的特點并回答為什么ATP與ADP相互轉換的功能機制是生物界的共性？（用進化的觀點：地球上的生命都是共同祖先進化而來的。） 閱讀教材 思考回答 運用類比理解貨幣的比喻，運用學生初中的進化觀點理解功能機制是生物界的共性。為學生建立進化的生命觀念和思維方式做鋪墊。
作業設計 閱讀資料分析葡萄糖和ATP的結構特點，并結合貨幣的相關知識和ATP相關知識說出ATP是能量“貨幣”的理由。 資料：1mol的葡糖糖徹底氧化分解釋放2870KJ能量，在肽鏈上添加1mol氨基酸需要消耗的1.22KJ能量。 某同學為了探究為肌肉細胞直接提供能量的物質是ATP還是葡萄糖，設計了如下實驗。請完成實驗步驟并通過興趣小組的形式在校本課程時間完成此實驗得出結論。 實驗材料：蛙的坐骨神經腓腸肌標本3個，鋅銅弓（用來刺激神經使肌肉收縮），任氏液（兩棲動物的生理鹽水），5%的葡萄糖溶液，ATP溶液，滴管等。 實驗原理：離體的蛙坐骨神經腓腸肌在鋅銅弓的刺激下，會出現肌肉收縮的現象，但是當肌肉細胞內能量消耗完之后，繼續刺激肌肉不再收縮。為腓腸肌標本提供直接能源物質，給予刺激，肌肉又會重新收縮。 實驗步驟及結果： 步驟標本編號123一任氏液二刺激 三任氏液5%葡萄糖溶液ATP溶液結果刺激
實驗結論： 3.展示藥物ATP的包裝和說明書，嘗試解釋ATP能不能作為興奮劑給正常人進行服用。 1.理解能量“貨幣”有助于對細胞供能機制的理解，對學生課堂達成情況進行評價。 2.提升學生科學探究能力。 3.對生命能量供應的溫和性進行考察，對ATP的特點達成情況進行評價。并引導學生建立健康文明的生活方式。
板書設計 通過概念圖對本節的主要內容進行總結，通過讓學生進行補充具體內容可抽樣對學生達成進行評價。
參考文獻 中華人民共和國教育部.普通高中生物學課程標準：2017 年版2020年修訂[M].北京：人民教育出版社，2020. 朱正威，趙占良.普通高中教科書：生物學：必修一：分子與細胞[M].北京：人民教育出版社，2019：86-89. 黃婧怡，胡薇.細胞內的微型水電站[J].生物學教學.2019，44（12）：69-70.(共24張PPT)
細胞的能量“貨幣”ATP
ADENOSINE TRIPHOSPHAYE
教材分析
TEXTBOOK ANALYSIS
教學目標
TEACHING OBJECTIVES
重難點及突破策略
KEY POINTS AND DIFFICULTIES
學情分析
TEACHING AND LEARNING METHODS
1
2
3
5
說課提綱
CONTENTS
教學流程
TEACHING PROCESS
4
教材分析
TEXTBOOK ANALYSIS
1
1
學科分析
1
學科分析
1
教材內容分析
1
教材單元分析
化 學反應
能量
ATP
酶
降低
提供
生命
脫水縮合
光合作用
呼吸作用
轉錄
學情分析
ANALYSIS OF TEH STUDENTS
2
能力儲備
素養儲備
知識儲備
2
學情分析
2
學情分析
2
學情分析
教學目標
TEACHING OBJECTIVES
3
3
教學目標
TEACHING OBJECTIVES
解釋ATP是驅動細胞生命活動的直接能源物質。
課標要求
1.說出腺嘌呤核糖核苷酸與ATP的區別與聯系。
2.依據ATP的結構說出ATP的特點。
3.說明ATP與ADP相互轉化對于肌肉運動的意義。
課時目標
暗線目標：說出地球上的生命都擁有共同祖先的證據。
重難點及突破策略
KEY POINTS AND DIFFICULTIES
4
4
教學重點
ATP化學組成的特點
01
ATP在能量代謝中的作用
02
結構基礎
功能體現
4
教學難點
ATP與ADP相互轉化對于生命活動的意義
01
穩態與平衡
理解基礎
促進形成
問題分解
模型構建
情境創設
課前微課
4
重難點突破
教學流程
TEACHING PROCESS
5
5
教學過程
01
02
03
04
問題驅動
模型構建
情境創設
課前儲備
在實踐中獲取真知。
提供具體的情景，符合學生的認知規律。
有效的問題是激發深度思考鑰匙。
引發重視，掌握基礎
整體視角和深度思考是升級認知的關鍵。
總結思考
05
作業評價
06
及時反饋是保證系統良好運行的有效方法。
感謝您的耐心聆聽
THANKS FOR WATCHING
5
板書設計
ATP
功能
結構簡式
供能機制
特點
5
板書設計
1. 閱讀資料分析葡萄糖和ATP的結構特點，并結合貨幣的相關知識和ATP相關知識說出ATP是能量“貨幣”的理由。
資料：1mol的葡糖糖徹底氧化分解釋放2870KJ能量，在肽鏈上添加1mol氨基酸需要消耗的1.22KJ能量。
5
板書設計
2. 某同學為了探究為肌肉細胞直接提供能量的物質是ATP還是葡萄糖，設計了如下實驗。請完成實驗步驟并通過興趣小組的形式在校本課程時間完成此實驗得出結論。
實驗材料：蛙的坐骨神經腓腸肌標本3個，鋅銅弓（用來刺激神經使肌肉收縮），任氏液（兩棲動物的生理鹽水），5%的葡萄糖溶液，ATP溶液，滴管等。
實驗原理：離體的蛙坐骨神經腓腸肌在鋅銅弓的刺激下，會出現肌肉收縮的現象，但是當肌肉細胞內能量消耗完之后，繼續刺激肌肉不再收縮。為腓腸肌標本提供直接能源物質，給予刺激，肌肉又會重新收縮。
實驗步驟及結果：
步驟 標本編號 1 2 3
一 任氏液 二 刺激 三 任氏液
5%葡萄糖溶液
ATP溶液
結果 刺激
實驗結論：
5
板書設計
3.展示藥物ATP的包裝和說明書，嘗試解釋ATP能不能作為興奮劑給正常人進行服用。細胞的能量“貨幣”ATP（說課稿）
一、教材分析
1.學科分析：新課程改革強調學科的育人價值，其實這些年我也一直在思考高中生物學科對于高中生（無論文理，面向全體）終身發展最重要的是什么，我認為應該是生物學區別于其它自然科學和人文科學的獨有的思維方式，一種建立在進化論基礎上的思維方式。可以說進化論塑造了人類的現代思想，一方面：它破除了人類特殊論，根據進化論我們不是上帝制造出來的奴仆，也不是被逐出伊甸園的棄兒。和其他生命一樣，和其他非生命物質也一樣，我們都是自然規律的產物。另一方面：進化論徹底改變了我們對這個世界整體面貌的看法，它讓人們人類放棄了對機械世界（目的論）的癡迷，不得不接受一個雖然有規律，但沒有目的、沒有確定性的混亂世界。最后，還有特別重要的一點：進化論為我們理解秩序和改造秩序，提供了一套全新的方法論。讓人們認識到精良的秩序可以在不存在設計者的情況下，僅僅依靠“變異-競爭-選擇”三個步驟就出現。
當然要想深刻理解和運用生物學思維是需要終生學習。但是我們可以從高中階段開始。所以我針對兩本必修教材設置了一個基于進化論思維的基本課程目標：能夠運用進化論思維解釋和理解復雜的生命現象。這契合高中生物課程標準中提出的進化與適應的生命觀念。在尊重教材設計的基礎上我增加了一條暗線,以進化的觀點和思維方式貫穿兩本必修教材，通過在每一節課中設計一個小的課時目標，在進行必修教材的學習過程中，逐漸形成進化與適應的生命觀念，答成所設置的課程目標。于是我做了一個大膽的大單元設計如下：貫穿高中必修教材的單元設計，也是面向全體高中生的單元設計。
所以我的教學設計是結合了這個特點進行設計的。
2.教材單元分析
本節位于高中生物必修一“分子與細胞”的第五章第二節。內容是大概念“細胞的生存需要能量和營養物質。”下的第二個重要概念“細胞的功能絕大多數基于化學反應，這些化學發應發生在細胞的特定區域”的生物學科學事實，內容雖然少，但是卻承擔起構建大概念樞紐的作用。從學科的角度來看，ATP也是生命的樞紐：他構建了細胞能量供應的體系，并且這種體系是在生命起源之初就形成的，所以在多樣性的生物中毫無例外都是建立在這一能量供應體系上的。除此之外ATP還參與細胞內核酸和糖類的轉化。在演化過程中還可能參與了遺傳密碼的演化。所以本節對構建生命的物質能量觀尤為重要。
ATP與上一節所學酶共同搭建了化學反應與生命之間的橋梁，如果沒有酶和ATP化學發應永遠也不可能演化出生命。這兩節內容是對生命本質理解的核心。而且還是引出后面兩節內容的關鍵，決定了學生對光合作用和呼吸作用學習的認識和態度。
3.本節內容分析
本節內容與第二章中糖類看似矛盾卻又相輔相成，結合呼吸作用和光合作用中，糖和ATP的轉化是生命對能量利用的溫和性的進一步理解的關鍵。
本節內容也做了較大的調整，特別是對于ATP水解如何釋放大量能量的解釋。以往教材的解釋與化學教材中化學鍵斷裂耗能的說法相矛盾。所以進行了修訂，修訂后既做了更深的闡釋，又提高了與其他學科的一致性。
本節內容還設計到了人類利用ATP的相關原理研發藥物對疾病的治療。促進學生社會責任的形成。
二、學情分析
從知識上看高一學生具有生命活動需要能力供應的基礎，掌握核糖核苷酸的化學組成和結構。
從能力上看我校高一學生對高中生物學科的學習還沒有完全適應，除了學生學習態度和能力外，還再眷顧知識掌握層面的期望值。學生的生物學科素養依舊不夠。再加上本節內容與第二章中糖類會引起學生的認知沖突，突然就加大了理解的難度，所以本節我把較為簡單的概念性知識ATP的結構簡式作為前置學習知識，讓他們通過我錄制的微課結合教材進行預習。然后以作業的形式在課前進行反饋，很大程度上可以使學生在課堂上基本處于相同的起點，有利于教師的教學開展。
從素養上看，城市長大的學生幾乎沒有見過螢火蟲，對真實現象的解釋還停留在理論上，所以課后的實驗設計降低了難度。當然通過這個特點引發學生思考為什么我們見不到螢火蟲，可以更好的引導學生建立保護環境的社會責任。
另一方面，學生要深入理解ATP與ADP相互轉換的機制是有難度的，所以需要設計一個模型構建活動檢測學生在這一部分內容的達成情況，并在檢查中不斷修正，最終能以穩態與平衡的觀念來理解這個過程。
三、教學目標
課程要求：解釋ATP是驅動細胞生命活動的直接能源物質。依據上述要求，確定本節課的教學目標如下：
1.說出腺嘌呤核糖核苷酸與ATP的區別與聯系。（可借助已有知識幫助學生掌握ATP的化學組成和結構組成。同時還通過ATP與細胞內其他物質的聯系理解ATP能作為直接能源物質的基礎。）
2.依據ATP的結構說出ATP的特點。（評價學生結構與功能生命觀念的形成，促進學生理解ATP為核心的功能機制。）
3.說明ATP與ADP相互轉化對于肌肉運動的意義。（以具體的實例理解生命供能機制，有助于學生建立穩態與平衡觀。）
暗線目標：說出地球上的生命都擁有共同祖先的證據。（通過不斷積累證據，理解進化論的思想方法。）
四、重難點及突破策略
1.教學重點
（1）ATP化學組成的特點。
（2）ATP在能量代謝中的作用。
2.教學難點
ATP與ADP相互轉化對于生命活動的意義。
設置原因：對于生命供能機制的理解學生還很陌生，所以對于核心物質的掌握是認知基礎，重點一是重點二的結構基礎，重點二是重點一的功能體現。只有在重點一的良好落實情況下才能考慮重點二的理解。兩者的相互關系對學生建立結構與功能觀十分重要。而要充分理解ATP在能量代謝中的作用，就不得不涉及ATP與ADP相互轉化的機制及其對生命活動的意義，就有了難點。要想理解這樣復雜的機制除了要對學生進行穩態與平衡觀的提升外，也要求教師能夠化繁為簡，深入淺出的講解和有效的活動設計。
突破策略：（1）課前預習有關ATP的簡單概念，學生能夠完成，也能為課堂達成提供充足的思辨時間。學生的作業互評也能增加對ATP結構的理解。（2）通過螢火蟲的例子引出多樣的生物能量供應和利用，從而對生命功能機制給予思想上足夠的重視，以球星C羅為例的核心問題以具體的實例為載體引發學生思考.（3）再通過核心問題的分解，形成問題串引導學生逐步解決問題。（4）最后運用模型構建的學生活動對難點進行突破，最終達成重點二的內容。但是由于供能機制的精密而復雜，所以對于能量貨幣的理解還要借助課后的作業進行充分的理解。
五、教學流程
本單元的教學對于生命能量觀的形成至關重要，所以對本單元進行統一的情景創設：延續第一章生命產生對物質的必要性研究，本章研究生命產生對能量的必要性。提出組成生命的物質主要是四大類有機物，對能量利用的要求就很嚴格（溫和而高效），再通過日常生活中能量對人的傷害凸顯出生命能量供應溫和而高效的特點。最終通過生命的本質和對能量的要求串聯形成大單元，再結合進化論的暗線，幫助學生對生命能量供應與利用的深入理解，有助于形成能量觀：
（1）課前儲備：以螢火蟲為載體，引發學生的思考的同時，幫助學生樹立環保意識。自學ATP結構簡式，以作業形式在課堂上進行匯報。
（2）情景創設：以球星C羅的足球比賽為線，動態研究ATP水解與合成的過程。
（3）問題驅動：以肌肉細胞的供能機制是什么樣的？為核心問題，并運用球星C羅的足球比賽為例，分解核心問題為3個問題串，引導學生思考解決，并最終解決核心問題。
（4）模型構建：以模型構建的形式讓學生完成ATP與ADP的轉化過程，其中設置了植物和動物，合成酶和水解酶以及能量來源和利用三方面的辨析。
（5）總結思考：以家庭為單位系統的花錢與賺錢的循環過程類比ATP與ADP的循環過程，并結合教材吸能反應與放能反應同ATP的關系，提出ATP充當能量“貨幣”的類比。并對核心問題完成最終闡述。最后對教師的板書進行補充完成。
（6）作業評價：由于能量“貨幣”的理解其實是多方位多角度的，所以課后作業一設置了從貨幣作用的角度對ATP的供能進行分析。作業二是通過提升學生的實踐動手能力進一步直觀認識ATP作為直接能越物質的特點。作業三則是從ATP的運用上來反視ATP的特點。

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