資源簡介

教學設計
基本信息
學 段 高中 學 科 生物
使用教材版本 人教版2019新教材
課題 細胞的能量“貨幣”ATP
課型 新授課 章/單元復習課 專題復習課 習題/試卷講評課 學科實踐活動課 其他
1.單元學習內容分析
(主要分析本課時所在單元內容結構和育人價值) 所在單元內容結構 本節位于必修1第5章——細胞的能量供應和利用。細胞內的物質變化和能量利用，離不開化學反應。細胞內化學反應不能像劇烈燃燒那樣迅速釋放能量，而是要在溫和條件下進行。這樣，就必須降低化學反應的活化能，顯然，酶是細胞能量供應和利用不可或缺的生物催化劑，因而本章教材首先介紹酶。細胞內直接供能的物質是ATP, ATP 是能量“貨幣”，ATP的產生需要通過細胞內的化學反應來實現，因而第一節可以為本節打基礎。在細胞呼吸、光合作用中，都涉及ATP的生成，ATP 的相關知識是學生學習細胞呼吸、光合作用的基礎。因此，教材在第二節安排了關于ATP的內容。ATP的主要來源是細胞呼吸，順理成章，在第三節安排細胞呼吸。細胞呼吸消耗的物質，最終來自光合作用產生的有機物，細胞所利用的能量，其源頭是太陽能。由此，光合作用與細胞的能量供應和利用有著密切的關系。因此，本章第四節就帶領學生--起追溯細胞能量的源頭，追尋生物圈欣欣向榮的能量源泉。 育人價值 本章教材引導學生關注酶、細胞呼吸和光合作用的有關原理在生產、生活中的應用，引導學生嘗試應用所學生物學知識解決生產、生活中的實際問題，關注生物科學技術與社會的關系。
2.本課時學習內容分析
(分析本課時學習內容在單元中的位置，核心內容對發展學生核心素養的功能價值分析；本課時內容組成要素及之間的關系；已學內容與本課內容的關聯，等；可用結構圖示呈現) 本節分析：本章首先介紹了酶，是細胞能量供應和利用不可或缺的生物催化劑，細胞內直接供能的物質是ATP，ATP是能量“貨幣”，ATP的產生需要通過細胞內的化學反應來實現，因而第1節可以為本節打基礎。在細胞呼吸、光合作用中，都涉及ATP的生成，ATP的相關知識是學生學習細胞呼吸、光合作用的基礎。ATP的主要來源是細胞呼吸，銜接第3節細胞呼吸。 價值分析：解釋ATP是驅動細胞生命活動的直接能源物質，形成重要概念；在闡明細胞生命活動過程中，能夠認識物質與能量變化的關系，構建物質能量觀。
學習者分析
(學生與本課時學習相關的學習經驗、知識儲備、學科能力水平、學生興趣與需求分析,學習本課時可能碰到的困難) 學生在初中就已經學習了細胞的生活需要能量，這些能量主要來自糖類物質的氧化分解。但是，學生尚不清楚在細胞中糖類不能直接為細胞的生命活動供能，糖類物質氧化分解所釋放的能量必須先轉移到ATP這種高能磷酸化合物中，然后才能被細胞的各種生命活動所利用。另外，學生由于化學部分暫未學習到化學鍵的穩定性、轉移勢能概念，因此可能在ATP水解釋放能量理解上存在困難，教師在教學中要注意使用模型或動畫，并配以通俗易懂的語言講解幫助學生理解。
4.學習目標確定
(根據國家課程標準和學生實際，指向學科核心內容、學科思想方法、學科核心素養的發展進階，描述學生經歷學習過程后應達成的目標和學生應能夠做到的事情) 1.通過發光實驗和肌肉收縮實驗，認同ATP是驅動細胞生命活動的直接能源物質； 2.觀察ATP分子結構式，理解ATP是一種高能磷酸化合物，并依據ATP與ADP的迅速轉化的特點，解釋ATP作為直接能源的原因，認同ATP的結構與其功能相適應的生命觀念； 3.理解ATP與ADP的迅速轉化并處于動態平衡中，過程中伴隨著能量的吸收和釋放，初步形成穩態與平衡觀。
5.學習重點難點
(明確提出重點內容和難點內容，并簡述教學過程中強化重點和突破難點的策略) 重點：ATP的結構特點及其功能；ATP與ADP的相互轉化；（策略：提供模型，通過模型建構理解ATP結構特點；播放視頻，認識ATP功能特點） 難點：通過ATP的結構特點和與ADP相互轉化的特點，解釋ATP是驅動細胞生命活動的直接能源物質。（策略：補充事實資料，通過資料分析幫助學生理解轉化）
6.教學準備
(教學需要的實物準備、教具與學具、PPT等) 制作ATP結構模型，補充關于電荷、化學鍵穩定性資料；制作PPT（包含螢火蟲發光和肌肉收縮視頻）
7.學習過程設計
教師活動學生活動教學環節一：（創設情境，提出核心問題1）教師行為1 （播放螢火蟲發光視頻，設問：螢火蟲的發光原理是什么？（不需學生回答） 介紹螢火蟲發光原理，指出這個過程需要消耗能量，引出本節課的核心問題1：“為發光直接提供能量的物質是什么？ ）學生行為1 （回憶并思考）。活動意圖說明：與生活相關的問題可以引發學生的興趣和求知欲。教學環節二：建構概念1：ATP是驅動生命活動的直接能源物質教師行為2 提問：我們學習過的能源物質有哪些？介紹實驗：體外將熒光素和熒光素酶混勻，在試管中加入不同的能源物質，觀察是否有螢火出現； 播放視頻：體外將熒光素和熒光素酶混勻，在試管中加入不同的能源物質，觀察是否有螢火出現 提問：該實驗的自變量和因變量是什么？ 播放實驗現象1； 提問：現象說明了什么？ 引導學生思考：還有其他的能源物質嗎？ 另外，簡單介紹ATP，播放“熒光素+熒光素酶在ATP處理下的發光情況”實驗過程和結果； 提問：現象說明了什么？ 觀看視頻4“蛙腓腸肌在不同能源物質條件下的收縮情況”，回答問題：蛙腓腸肌收縮的直接能源物質是什么？ 展示宏觀和微觀的生命活動，物質合成、生物發電等圖，這說明了什么？學生行為2 回憶所學能源物質及特點--糖類、脂肪等有機物； 觀察視頻1：回答問題自變量是能源物質種類，因變量是是否發光； 觀看視頻2，得出結論：脂肪和糖類不能為熒光素和螢火素酶的反應提供能量 回答問題：ATP能夠為主動運輸提供 觀看實驗視頻3，得出結論ATP是螢火蟲發光的直接能源物質； 總結歸納ATP是驅動生命活動的直接能源物質 活動意圖說明：實驗證據幫助學生理解ATP是驅動生命活動的直接能源物質教學環節三：建構概念2：ATP是一種高能磷酸化合物教師行為3 ATP為什么能作為肌肉收縮的直接能源物質呢？這與它的結構特點密不可分。 引導學生閱讀課本P86第三段和旁欄的“相關信息”內容，思考以下問題： 1、ATP由哪些元素構成？ 2、ATP的化學組成？ 3.ATP的結構簡式？ 4.從電荷的角度考慮，ATP具有怎樣的特點？ 總結：磷酸基團都是帶有負電荷的，所以兩個相鄰的磷酸基團之間會相互排斥，這就導致磷酸基團之間的化學鍵不穩定； 提供資料： a、β和γ表示ATP.上三個磷酸基團所處的位置(A-Pa~Pβ~Py)，現有甲、乙兩組ATP溶液: ①甲組用32P標記ATP的β位的磷酸基團，②乙組用32P標記ATP的y位的磷酸基團 然后分別加入等量的ATP水解酶，短時間后迅速分離溶液中游離的磷酸基團，結果發現只有乙組中游離的磷酸基團帶有放射性。 末端的磷酸基團，具有離開ATP分子與其他分子結合的趨勢，在酶的作用下，末端磷酸基團會挾能量脫離ATP，即遠離腺苷的磷酸鍵易斷裂。 布置任務：寫出ATP水解的過程；評價方程式，注意物質、能量以及酶 【小結】ATP儲存活躍的化學能，易釋放，適合做直接能源物質。學生行為3 思考并回答以上問題1-4： ATP由C、H、O、N、P元素構成，包括1分子腺嘌呤+1分子核糖+3分子磷酸基團，結構簡式為A—P～P～P；ATP帶負電，相互排斥； 根據資料得出結論：遠離腺苷的磷酸鍵易斷裂 根據主要的反應物和生成物寫出反應； 活動意圖說明 補充資料，并通過論證方式幫助學生建構概念：ATP儲存活躍的化學能，易釋放，適合做直接能源物質。 教學環節四：建構概念3：ADP與ADP能夠相互轉化教師行為4 細胞的生命活動需要不斷消耗ATP。提出核心問題3：ATP如何保證細胞活動能夠持續功能？（構建轉化模型） 閱讀以下資料：儲量大還是可再生？ 一個成年人在靜止的狀態下，24 h內竟有40 kg的ATP發生轉化；在劇烈運動的情況下，ATP的消耗約達0.5 kg/min。而人體中ATP的總量只有大約2mg,劇烈運動時只能維持3s。如何解決這一矛盾呢？ 結合ATP的水解過程，請同學們推測是否可能存在ATP的合成過程？ 在某細胞培養液中加入32P標記的磷酸分子，短時間內分離出細胞中的ATP，發現其含量變化不大，但部分ATP的末端磷酸基團已帶上放射性標記。 這說明ADP可以合成ATP 學生任務：ATP的合成需要什么材料與條件呢？請寫出其方程式。請另外一位同學評價方程式，注意酶的特異性； 資料：氰化鉀中毒后人在3-6min內就會因為缺少能量而心臟停跳，呼吸麻痹而死。 提問：ADP與ATP的轉化具有什么特點？ 提問：ADP轉化成ATP的過程中，所需的能量從哪里來？ 展示轉化模型，提問“聯系上述轉化模型，思考’ATP的合成和分解是否是可逆反應呢？’”引導學生從反應的能量來源、反應條件和反應場所等方面思考。 列表比較。 釋放的能量如何應用于驅動生命活動？ 展示ATP參與鈣離子主動運輸的過程視頻 【小結】ATP是一種高能磷酸化合物，末端的磷酸基團具有較高的轉移勢能，ATP水解釋放的磷酸基團可以使蛋白質等分子磷酸化，空間結構發生變化，活性也被改變，從而參與各種化學反應。ATP儲存活躍的化學能，易釋放，適合做直接能源物質。學生行為4 根據資料得出結論ATP 能夠合成，且水解和合成是時刻進行且保持平衡的； 嘗試寫合成反應；另一位同學評價反應方程； 總結和對比水解和合成反應的能量來源、反應條件和反應場所，得出結論不是可逆反應；、 根據資料：ATP與ADP的轉化是時刻進行的，且處于動態平衡中。 活動意圖說明 通過轉化模型理解ATP能夠通過高效的合成與水解維持平衡，保證持續功能。教學環節五：總結教師行為5 提問：細胞為什么不直接利用葡萄糖等有機物中的能量，而是要將能量轉移至ATP中再利用？ 資料：1mol 葡萄糖在細胞中徹底氧化分解能釋放出2870kJ的能量。1mol ATP水解釋放30.54kJ的能量。鈉鉀泵運輸一次所消耗的能量值與一個ATP分子相應； 【總結】放能反應釋放的能量不能直接用于吸能反應，以化學能的形式儲存在ATP的特殊化學鍵中，由ATP作為直接能源物質為：吸能反應提供能量。這就好比我們不能直接使用自己生產的物品去購買東西，而是使用現金來進行購物。因此ATP是細胞內流通的能量“貨幣”。學生行為5 總結：ATP儲能少，活躍，易釋放。活動意圖說明 類比人類社會的貨幣，更好理解能量貨幣ATP的作用。總結本節課內容，明確重點。
8.板書設計
(呈現板書內容，說明板書與教學進程的結合)
9.作業與拓展學習設計
(符合學生對知識的鞏固和遷移;預設學生完成情況) 介紹ATP熒光檢測儀，解釋其原理。 學生在查閱資料基礎上，結合本節課所學，能夠理解并解釋其原理：利用了生物的ATP含量穩定且ATP是熒光能量來源，由于被測樣本所含細菌等微生物的數量與所含的ATP值、以及ATP值與發光值之間存在一定的函數關系，因此通過檢測發光值即能得到被測標本所含細菌等微生物含量。
10.教學反思與改進
(通過回顧學習過程和學習效果，描述學習的實際獲得，進而分析目標達成情況，提出改進策略) 1.學生在初中就已經學習了細胞的生活需要能量，這些能量主要來自糖類物質的氧化分解。但是，學生尚不清楚在細胞中糖類不能直接為細胞的生命活動供能，ATP這種物質對于學生而言是較為陌生的， 所以如果直接高速學生ATP是直接供能物質，學生一般會懷疑。因此通過直觀的實驗讓學生看到實驗現象，獲得實驗證據是比較有效的方式，但是本部分設計了2個實驗，較為冗余，刪去一個青蛙肌肉收縮實驗更恰當，課堂其他時間也更充裕； 2.ATP對于學生是陌生的物質，學生缺少高能磷酸化合物的基礎，因此這部分的結構學習較為困難，在本節課中類比彈簧幫助學生理解更直觀。在線下課可以通過制作或者展示模型的方式加深理解。 3.在教學前應該充分了解學生學情，學生知識水平及能力水平，并提前預設課堂問題及走向。

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