資源簡介

細胞的能量“貨幣”ATP
教學設計方案
【課題】 高一年級 人教版新教材《高中生物〈細胞的能量“貨幣”〉ATP》
題目:細胞的能量“貨幣”ATP
【課標分析】
本節課是高中的第五章第二節課,對學生生物學習有著承前啟后的重要作用。通過前幾個章節的學習,學生應該了解生物學廣泛的研究領域、特有的研究方法、蘊含的科學精神、豐富的科技應用和充滿挑戰的未來發展,初步了解初、高中生物學習內容和方法上的變化和發展,為學生進一步展開生物內容的學習,提升生物學科核心素養奠定基礎。
【教學目標】
一、生命觀念
通過構建模型，對ATP化學組成和結構特點的學習，認同ATP的結構與其功能相適應。
二、科學思維
通過資料分析，說出ATP與ADP能相互轉化，并歸納、概述ATP形成所需能量的主要來源及意義。
科學探究
通過對實例分析，能解釋“ATP 是驅動細胞生命活動的直接能源物質”的原因。
四、科學態度與責任
1.通過實例分析，體會生物學研究中蘊含的嚴謹的邏輯推理，以及求真務實的科學精神等。
2.了解中國的科技發展，培養學生的愛國情懷和社會責任感，認識到高中生物學習的重要意義。
教學設計：
學習任務 教師組織與引導 學生活動 設計意圖
創設情境，導入新課 【情境引入】 聽囊螢夜讀故事，溫杜牧秋夕詩句，看夜空流螢點點短視頻，思考問題探討三問。 知故事，溫習詩句，思考并回答問題。 【素養培育】對書中問題探討資料進行豐富，多種感官的共同刺激，在人文滲透的同時，感受傳統文化魅力。
實驗探究，溫故運用 【實驗探究】 介紹螢火蟲發光原理，螢火蟲發光的奧秘在于腹部后端細胞內的特殊發光物質——熒光素。熒光素接受能量被激活后，在熒光素酶的催化下形成氧化熒光素，發出熒光。同時設置疑問，細胞內哪些物質有可能為螢火蟲發光直接提供能量 溫習糖類、脂肪相關知識點，并根據以往知識，排除脂肪為螢火蟲發光直接提供能量的可能。 【小組探究】 以小組為單位，設計對照實驗，同時提示進行設計對照實驗的原則，請1-2小組進行展示評議。 播放實驗視頻，在播放時進行實驗分析，設置問題，通過實驗視頻，分析思考，得出結論。 本實驗的自變量、因變量是什么？ 通過實驗可以得出什么結論？ 鞏固科學方法相關知識，同時將其運用 思考問題，并回顧細胞中的糖類及脂肪是主要能源物質及儲能物質，排除脂肪為螢火蟲發光直接提供能量的可能。 實驗設計方案： （1）2ml熒光素溶液+2ml生理鹽水 （2）2ml熒光素溶液+2ml葡萄糖溶液 （3）2ml熒光素溶液+2mlATP溶液 觀察實驗現象，回答問題，得出結論：ATP是驅動細胞生命活動的直接能源物質。 溫故知新，對已經學習過的知識進行溫習，并將所學加以利用。 【素養培育】通過探究性實驗的拓展設計與思考，提高學生的科學探究的能力，鍛煉學生科學思維。 通過虛擬實驗，將實驗現象呈現，利于學生得出結論。
溫故學新，模型賦能，理解ATP是一種高能磷酸化合物 【溫故學新】 模型復習腺嘌呤核糖核苷酸，同時表示ATP的組成成分是與其極為相似的。 投影展示ATP化學結構式，初步認識ATP的元素及成分構成以及腺苷三磷酸的名稱由來。 提供磷酸基團、核糖、腺嘌呤的卡紙材料包。 學生進行模型的構建，并讓一名學生進行講臺演示。把圖片按一定的順序貼在黑板上講解ATP中磷酸基團之間化學鍵的異同，同時運用小球與彈簧模型解釋ATP中特殊的化學鍵不穩定的原因。 對學生展示的ATP模型進行評價反饋與修改,介紹A-P～P～P結構簡式，講解AMP、ADP與ATP之間的關系。 【鞏固拓展】 利用知識卡片，鞏固拓展不同“A”的不同含義。 運用小球與彈簧模型，引出ATP可水解釋放能量，給出資料水解釋放能量20.92KJ/MOL以上的化合物叫高能化合物，理解ATP是一種高能磷酸化合物。 通過復習同時結合化學結構式，初步認識ATP。 在初步認識ATP的基礎上進行模型構建。 通過彈簧模型演示，示意特殊化學鍵的不穩定。 對比正確模型，進行反思修正。 進行不同“A”的不同含義的辨析。 【學科融合】側面滲透化學相關知識，并知道分子存在一定的空間結構，不是平面存在的。 【素養培育】通過對ATP模型構建、彈簧模型演示末端磷酸基團具有較高轉移勢能，進一步將ATP從抽象化為現實。 展示彈簧實物模型，形象解釋末端磷酸基團具有較高轉移勢能。 【素養培育】基于模型的修正與結構簡式，加深理解ATP這一概念。 舉一反三，溫故知新，知識前后進行串聯辨析。 彈簧實物模型二次運用，理解ATP是一種高能磷酸化合物。
資料分析， ATP與ADP可以相互轉化 【資料分析】 首先給出兩則資料，讓學生形成認知矛盾。 成人體內ATP總量約2mg，人體安靜狀態下，肌肉內ATP含量只能供肌肉收縮1～2s。 研究顯示，一個成年人一天在靜止狀態下所消耗的ATP約有40kg；在劇烈運動的狀態下，每分鐘約有0.5kg的ATP消耗。 依據事實材料，引導分析： （1）從該資料可看出生物體內ATP有什么特點？ （2）ATP會不會出現供不應求的情況？ 給出下一則材料： 3.每個細胞每秒鐘可合成約1000 萬個ATP 且同時有等量 ATP 被水解。不管人體處于饑餓還是剛進食的狀態，細胞內ATP的量基本相同，不會發生明顯變化。 依據事實材料，引導分析 細胞內ATP之所以能時刻滿足細胞生命活動對能量的需求，主要原因是什么？ 自主看書初步學習ATP與ADP之間的相互轉化，教師再進行講解鞏固。 設置疑問，ADP轉化成ATP的過程中所需的能量從何而來？ 展示圖片，講解能量的來源，同時比較ATP與ADP之間的相互轉化過程，思考并填寫導學案的表格。 引導學生思考：ATP和ADP的相互轉化是可逆反應嗎？ 【過渡】 ATP水解釋放的能量又被利用在哪里呢？ 學生根據給出的兩則資料，分析回答問題： （1） ATP消耗大，含量低 （2）會，很矛盾。 （3）對細胞正常生活來說，ATP與ADP這種轉化是時刻不停地發生并處于動態平衡之中的。 小組討論并進行表格填寫。 學生思考回答： 不是，所需要的酶不同。 【學科融合】在分析資料的同時學會運用矛盾分析法觀察和處理問題。 【素養培育】啟發式教學，層層深入，引發學生思考。 基于資料事實，加強分析解決問題能力。
視頻為例，講解ATP的利用 例舉實例，同時了解ATP中的能量主要轉化成光能、電能、機械能、化學能等六種能量。 【視頻為例】 以熟知的主動運輸為例，播放視頻講解展示ATP是如何供能的，同時思考問題： 載體蛋白在其中承擔什么作用？ 蛋白質分子磷酸化后能參與各種化學反應的原因？ 舉例講解吸能反應與放能反應，辯證看待兩個對立的反應，同時引出這兩個反應與ATP水解與合成的關系。能量通過ATP 分子在吸能反應和放能反應之間流通。因此，可以形象地把ATP比喻成細胞內流通的能量“貨幣”。 補充列舉生活中關于ATP利用的實例。 通過視頻及思考分析，回答： 承擔催化、運輸的作用 空間結構發生變化，活性也被改變 【學科融合】認識化學能可以與熱能、電能等其他形式能量之間相互轉化，能量的轉化遵循能量守恒定律。 【素養培育】視頻配合講解，進一步理解主動運輸中蘊含的ATP利用深層道理，提高學生的學習動力。 【學科融合】形成認知沖突，吸能反應、放能反應兩者在物質與能量的角度來看是具備對立性的結合對生命活動的把握，體會辯證思維的特征。
類比總結，鞏固所學 引導學生再次全面思考： ATP和ADP的相互轉化是可逆反應嗎？ 【類比總結】 ATP比喻成細胞內流通的能量“貨幣”；蛋白質中的能量比喻成“不動產”；脂肪中的能量比喻成“定期存款”；糖類中的能量比喻成“活期存款”。 學生進行思考，并回答：ATP和ADP的相互轉化不是可逆反應，所需要的酶不同、場所不同，能量來源去路不同。 【素養培育】通過進一步全面的思考問題，進一步認識到ATP和ADP的相互轉化不是可逆反應。 【學科協同】體會聯想思維中遷移、想象的運用，同時加深對于前后知識的串聯，進一步認識到ATP的重要性。
拓展延伸， 培育思維 【拓展延伸】 熒光樹的設想 1.熒光海發光原理與螢火蟲發光原理相同嗎？ 2.有何生物學意義？ 學生課后完成。 對熒光海現象進行深入探究，了解其背后的生物學意義。
教學反思：本節課探究活動較多，在時間安排上可能有所欠缺， 在今后的課上對時間安排要多下功夫，課堂氣氛也不是 很活躍，可能教師在引導學生時方法不是最佳，所以我 們要加強學習如何對學生進行知識引導。

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