資源簡介

細(xì)胞的能量“貨幣”ATP教學(xué)設(shè)計(jì)
教材分析
問題探討引用了唐代詩人杜牧的一首詩---《秋夕》。該詩宛似-幅人物水彩畫，情景交融，耐人尋味。學(xué)生在學(xué)習(xí)該詩之后，討論與螢火蟲發(fā)光相關(guān)的問題，而這些問題都是圍繞著能量展開的，能啟發(fā)學(xué)生深入的思考。
在闡明螢火蟲發(fā)?光需要能量的基礎(chǔ)上，認(rèn)識到生命活動需要能量這些能量卻不能直接靠糖類、脂肪等能源物質(zhì)提供，而是要依靠ATP直接提供能量。
ATP之所以是直接能源物質(zhì)，是由其分子結(jié)構(gòu)所決定的。對此，以往教材的解釋是ATP分子中兩個相鄰的磷酸基團(tuán)之間有高能磷酸鍵，該鍵斷裂會釋放大量的能量，這與化學(xué)教材中化學(xué)鍵斷裂消耗能量的說法相矛盾。本次教材修訂改變了這-傳統(tǒng)解釋，按照最新高校教材的說法，對ATP水解如何釋放大量能量做了更為深入的闡釋，也提高了與其他學(xué)科的一致性。ATP為什么能像“貨幣”一樣反復(fù)利用呢?教材呈現(xiàn)了ATP和ADP相互轉(zhuǎn)化的示意圖，讓學(xué)生直觀地認(rèn)識到，ATP和ADP的相互轉(zhuǎn)化，伴隨著能量的釋放和儲存。此外，ATP和ADP的數(shù)量還處于動態(tài)平衡之中。ATP來自哪里呢?學(xué)生在前面的學(xué)習(xí)中了解到生命活動需要的能量來自細(xì)胞中的有機(jī)物。故材通過ADP轉(zhuǎn)化成ATP所需能量的主要來源(教材圖5-5講述了綠包植物、人與動物合成ATP所需能量來源的途徑，為學(xué)習(xí)后面細(xì)胞呼吸和光合作用作鋪墊。
ATP廣泛存在生物的各種細(xì)胞中，各類生物(植物、動物、細(xì)菌和真菌等)都能以ATP作為直接能源物質(zhì)，也反映了生物界的統(tǒng)一性，說明了多種多樣的生物都有共同的起源。
ATP含量少，消耗量相對大，ATP水解產(chǎn)生的ADP又能在一定條件下轉(zhuǎn)化為ATP.因此，雖然細(xì)胞不斷消耗ATP，但ATP能保持相對的穩(wěn)定。理解這些變化，有助于學(xué)生建立穩(wěn)態(tài)與平衡觀。
教材在闡述將ATP比喻為能量“貨幣”的原因時，是從ATP與吸能反應(yīng)和放能反應(yīng)的關(guān)系人手的。放能反應(yīng)促進(jìn)ATP的合成(ADP與磷酸合成ATP，需吸能)；吸能反應(yīng)伴隨ATP的水解(ATP分解為ADP和磷酸，要放能)。
本節(jié)最后以楷體字形式回答了“問題探討”中提出的螢火蟲發(fā)光機(jī)理問題，特別提到了轉(zhuǎn)基因螢光樹，目的是激發(fā)學(xué)生進(jìn)一步學(xué)?習(xí)和探究的興趣。
特別提示
ATP如何發(fā)揮作用?目前說法很多。但可以肯定的是，它是伴隨ATP水解過程進(jìn)行的。在ATP發(fā)揮作用時，磷酸基團(tuán)(或磷酸)的“得”與“失”很關(guān)鍵，教材通過兩幅圖對此作了介紹。ATP水解產(chǎn)生的磷酸，可以與多種功能蛋白結(jié)合，使其磷酸化而導(dǎo)致構(gòu)象發(fā)生改變，從而引起功能變化。所以，教材在“ATP為主動運(yùn)輸提供能量示意圖”(教材圖5-7)中，提到了以下內(nèi)容:?ATP水解釋放能量，形成的Pi與載體蛋白結(jié)合(即載體蛋白磷酸化)，導(dǎo)致空間結(jié)構(gòu)發(fā)生改變。
教學(xué)目標(biāo)
在普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)中，與本節(jié)有關(guān)的內(nèi)容要求是:解釋ATP是鄂動細(xì)胞生命活動的直接能源物質(zhì)。教學(xué)提示建議在教學(xué)活動過程中，組織好探究性學(xué)習(xí)活動，幫助學(xué)生增強(qiáng)感性認(rèn)識，克服對微觀結(jié)構(gòu)認(rèn)識的困難。通過本節(jié)的探究性學(xué)習(xí)實(shí)踐，能夠掌握設(shè)置對照組和重復(fù)實(shí)驗(yàn)的方法，進(jìn)步學(xué)會控制自變量，觀察和檢測因變量變化的技能，并能將這些方法和技能應(yīng)用于其他的探究活動。學(xué)業(yè)要求在闡明細(xì)胞生命活動過程中，能夠認(rèn)識物質(zhì)與能量變化的關(guān)系。因此，將本節(jié)課的教學(xué)目標(biāo)確定如下:
1.通過對ATP化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的學(xué)習(xí)，認(rèn)AIT的結(jié)構(gòu)與其功能相活應(yīng):
2通過對ATP和ADP相互轉(zhuǎn)化進(jìn)行模型構(gòu)建，他日的桃達(dá)4P形皮所霄隆量的主竇寒順及意義；
3.通過對生活實(shí)例的討論分析，能解釋"AP是驅(qū)動細(xì)胞生命活動的直接能源物質(zhì)”的原因。
教學(xué)重難點(diǎn)
1.教學(xué)重點(diǎn)
ATP化學(xué)組成的特點(diǎn)及其在能量代謝中的作用。
2.教學(xué)難點(diǎn)
通過ATP與ADP相互轉(zhuǎn)化的特點(diǎn)，解釋ATP是驅(qū)動細(xì)胞生命活動的直接能源物質(zhì)。
教學(xué)設(shè)計(jì)思路
本節(jié)課設(shè)計(jì)采用探究分析教學(xué)模式，圍繞“ATP的結(jié)構(gòu)和功能”展開討論與學(xué)習(xí)，初步建立出物學(xué)的物質(zhì)和能量觀。教學(xué)中為學(xué)生提供了相關(guān)內(nèi)容的資料分析，學(xué)生在教師的指導(dǎo)下，通過成知、體驗(yàn)、實(shí)踐、合作等方式，達(dá)成教學(xué)目標(biāo)。主要的教學(xué)流程圖示如下:
教學(xué)環(huán)節(jié) 教學(xué)內(nèi)容
-57150124460情境設(shè)置
實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)：探究細(xì)胞內(nèi)的直接能源物質(zhì)
探究性學(xué)習(xí)
解釋說明
總結(jié)提升
遷移應(yīng)用
ATP是一種高能磷酸化合物
ATP和ADP可以相互轉(zhuǎn)化
ATP的利用
ATP合成和分解的關(guān)系
與生活的聯(lián)系
情境設(shè)置
實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)：探究細(xì)胞內(nèi)的直接能源物質(zhì)
探究性學(xué)習(xí)
解釋說明
總結(jié)提升
遷移應(yīng)用
ATP是一種高能磷酸化合物
ATP和ADP可以相互轉(zhuǎn)化
ATP的利用
ATP合成和分解的關(guān)系
與生活的聯(lián)系
教學(xué)過程
情境中感知ATP的作用并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)“探究細(xì)胞內(nèi)的直接能源物質(zhì)”
教師組織與引導(dǎo)：[情境引人]投影夜空點(diǎn)點(diǎn)流螢的圖片，重溫杜牧的詩句，思考:
1.螢火蟲發(fā)光的生物意義是什么?
2.螢火蟲體內(nèi)有特殊的發(fā)光物質(zhì)嗎?
3.在螢火蟲發(fā)光的過程中有能量轉(zhuǎn)化嗎?
學(xué)生活動：朗讀詩句，并思考回答問題
回顧細(xì)胞內(nèi)哪些化合物可為細(xì)胞的生命活動提供能量。分析思考并歸納，細(xì)胞內(nèi)的主要能源物質(zhì)是葡萄糖;細(xì)胞內(nèi)良好的儲能物質(zhì)是脂肪;生物體最終的能量來源是太陽能。
了解科學(xué)史，閱讀說明書。
設(shè)計(jì)意圖：在享受美的視覺的同時，感受中華傳統(tǒng)文化的美妙。激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，滲透熱愛自然和生命的情感。
教師組織與引導(dǎo)：[探究活動一]資料展示1929年德國生物化學(xué)家費(fèi)斯?克(C.H.Fiske)和羅曼(?KarlLohmann)分別獨(dú)立地從肌肉中首次發(fā)現(xiàn)了ATP。出示ATP片劑和注射液的說明書，講述ATP藥物的作用及化學(xué)性質(zhì)。以小組為單位進(jìn)行活動。提出問題:如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，探究細(xì)胞內(nèi)的直接能源物質(zhì)。引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的對照、等量、單因子原則。
播放微視頻:“螢火蟲發(fā)光器”的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)。思考:該實(shí)驗(yàn)說明了什么?
學(xué)生活動：實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案:
(1)搗碎的發(fā)光器+生理鹽水+5mLATP制劑。
(2)搗碎的發(fā)光器+生理鹽水+5mL葡萄糖溶液。
(3)搗碎的發(fā)光器+生理鹽水+5mL蒸餾水。觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論:ATP是細(xì)胞內(nèi)直接的能源物質(zhì)。
設(shè)計(jì)意圖：展示實(shí)物，增強(qiáng)真實(shí)感和可信度，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情。
拓展探究，提高學(xué)生的科學(xué)探究能力。
教師組織與引導(dǎo)：[過渡]ATP為什么能直接為細(xì)胞的生命活動提供能量?
理解ATP是一種高能磷酸化合物
教師組織與引導(dǎo)：[探究活動二]以小組為單位，進(jìn)行活動。
向每個小組成員提供腺嘌呤、核糖、磷酸基團(tuán)結(jié)構(gòu)的圖片，利用所給圖片材料，構(gòu)建ATP的結(jié)構(gòu)模型。
學(xué)生活動：觀察ATP的化學(xué)結(jié)構(gòu)圖，利用圖片材料，構(gòu)建ATP的結(jié)構(gòu)模型。
設(shè)計(jì)意圖：學(xué)生通過模型構(gòu)建，加深對ATP分子結(jié)構(gòu)的理解。
教師組織與引導(dǎo)：講解:指出學(xué)生ATP結(jié)構(gòu)模型圖中忘記畫化學(xué)鍵，加上“～”
聯(lián)系物理知識解釋高能鍵:ATP中的磷酸基團(tuán)帶有負(fù)電荷，同種電荷會相互排斥，因此將3個同帶負(fù)電的磷酸基團(tuán)壓縮在一起，必須消耗能量才能克服磷酸基團(tuán)間的斥力。將AMP逐漸轉(zhuǎn)變成ATP,?進(jìn)而介紹A-P～P～P簡式。
學(xué)生活動：學(xué)生理解AMP、ADP、ATP之間的關(guān)系。
AMP:腺苷一磷酸。?ADP?:腺苷二磷酸。ATP:腺苷三磷酸。?思考以下問題:?(1)構(gòu)成ATP的化學(xué)元素有哪?些??(2)ATP結(jié)構(gòu)簡式中的A、T、P分別代表什么?如何區(qū)分腺嘌呤和腺苷?
設(shè)計(jì)意圖：鞏固學(xué)生對ATP基本結(jié)構(gòu)的認(rèn)識。
教師組織與引導(dǎo)：[過渡]儲存在ATP高能鍵中的能量是如何被釋放的呢?將高能鍵類比成壓縮的彈簧，將壓縮的彈簧松手即高能鍵斷裂，提問在此過程中能量的轉(zhuǎn)變過程。
學(xué)生活動：學(xué)生思考并分析ATP是一種高能化合物的原因。
設(shè)計(jì)意圖：通過類比，ATP就如同一個被壓縮了的彈簀，分子內(nèi)部是會儲存能量的。借此使學(xué)生認(rèn)同ATP是一種高能磷酸化合物。初步形成物質(zhì)的功能與結(jié)構(gòu)相適應(yīng)的觀念。
認(rèn)識“ATP和ADP可以相互轉(zhuǎn)化”
教師組織與引導(dǎo)：[探究活動三以小組為單位，進(jìn)行活動。
利用構(gòu)建的ATP、ADP結(jié)構(gòu)模型，嘗試寫出ATP水解的水化學(xué)方程式，指導(dǎo)學(xué)生交流。?講解:?ATP中含有2個儲存能量的高能鍵，決定了它能夠儲存能量。又由于高能鍵的不穩(wěn)定性，決定了ATP可以成為細(xì)胞內(nèi)能量的“貨幣”
學(xué)生活動：圍繞思考題進(jìn)行ATP水解的模擬:ATPfalseADP+Pi+能量
討論并回答:?(1)ATP中哪一個高能鍵容易斷裂?(2)葡萄糖為什么不能直接為細(xì)胞供能，而ATP卻可以?
設(shè)計(jì)意圖：形成結(jié)構(gòu)決定功能的生命觀念。
教師組織與引導(dǎo)：[過渡]生物體的生命活A(yù)動在不斷地消耗能量，意味著ATP在不斷地水解。
提供資料:成人體內(nèi)ATP的總量2～10mg,在安靜的狀態(tài)下一天需要消耗的ATP為40kg,在活動的狀態(tài)下ATP的消耗可達(dá)0.5kg/min；在安靜狀態(tài)時，肌肉內(nèi)ATP所放的能?量只能維持肌肉收縮1～2S。引導(dǎo)學(xué)生思考:(1)ATP在細(xì)胞內(nèi)的含量多嗎?(2)生物體如何補(bǔ)充生命活動所需要的大量的ATP呢?
學(xué)生活動：通過具體事實(shí)進(jìn)行分析，得出結(jié)論:ATP的存量有限，但是消耗量大。通過進(jìn)一步思考可知ATP在分解的同時，還在源源不斷的合成。
設(shè)計(jì)意圖：根據(jù)事實(shí)給學(xué)生造成認(rèn)知上的沖突，從而引發(fā)他們進(jìn)一步探究的欲望。學(xué)生認(rèn)同ATP與ADP可以快速相互轉(zhuǎn)化，ATP也不會在體內(nèi)大量儲存而導(dǎo)致浪費(fèi)。
教師組織與引導(dǎo)：[探究活動四]以小組為單位，進(jìn)行活動。
(1)聯(lián)系A(chǔ)TP的水解，引導(dǎo)學(xué)生思考利用什么材料來合成ATP?(2)ATP合成所需的能量來自何處?
提供資料:(1)醫(yī)生通常給術(shù)后不能進(jìn)食的病人注射葡萄糖生理鹽水補(bǔ)充能量；(2)人們的主食米飯、面食的主要成分是淀粉；(3)植物在光照條件下，葉綠體能合成ATP,也能制造糖類；在無光情況下，葉綠體不能合成ATP,也不能制造糖類。根據(jù)以上討論結(jié)果，引導(dǎo)學(xué)生嘗試寫出ATP合成的化學(xué)方程式。
學(xué)生活動：學(xué)生理解合成ATP需要的原料。
根據(jù)材料發(fā)現(xiàn):對于動物、人、真菌和大多數(shù)細(xì)菌來說，ATP合成所需的能量來自細(xì)胞呼吸；對于綠色植物來說，ATP合成所需的能量來自細(xì)胞呼吸和光合作用。
設(shè)計(jì)意圖：培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力。明白這對于構(gòu)成細(xì)胞內(nèi)穩(wěn)定的供能環(huán)境具有十分重要的意義。
教師組織與引導(dǎo)：[過渡]ATP水解產(chǎn)生的能量對生物體的生命活動有什么作用呢?
ATP的利用
教師組織與引導(dǎo)：[組織活動]結(jié)合課本圖?解，引導(dǎo)學(xué)生分析回答:?ATP水解后可用于哪些生命活動?展示:主動運(yùn)輸?shù)囊曨l或動畫;吸能反應(yīng)、放能反應(yīng)與ATP水解、ATP的合成的聯(lián)系。
學(xué)生活動：閱讀教材，聯(lián)系生活實(shí)際，列舉ATP的利用。
設(shè)計(jì)意圖：認(rèn)識生命的復(fù)雜性
總結(jié)提升
教師組織與引導(dǎo)：[布置任務(wù)]分析教材上ATP與ADP相互轉(zhuǎn)化的示意圖;引導(dǎo)學(xué)生思考ATP的合成和分解是否可逆。
講解:從能量的來源和去向、反應(yīng)條件和反應(yīng)場所等方面，可知ATP的合成與分解過程不盡相同，ATP與ADP的相互轉(zhuǎn)化物質(zhì)可逆，能量不可逆，是兩個截然不同的生理過程。通過“貨幣”的類比，幫助學(xué)生更好地理解ATP是能量的“貨幣”，加深了學(xué)生對ATP生理功能的理解。
學(xué)生活動：學(xué)生從能量來源與用途人手，完善ATP的合成和分解的相互聯(lián)系的圖解(見附錄)。
得出結(jié)論:?ATP是驅(qū)動細(xì)胞生命活動的直接能源物質(zhì)。
設(shè)計(jì)意圖：設(shè)計(jì)意圖幫助學(xué)生認(rèn)同ATP水解與合成的同時，伴隨著能量的變化。形成“物質(zhì)是能量流動的載體，能量是物質(zhì)代謝的動力”的物質(zhì)和能量觀。
巧妙運(yùn)用類比，形成生命觀念。
遷移應(yīng)用
教師組織與引導(dǎo)：[進(jìn)一步探究]引導(dǎo)學(xué)生利用新知，開展新的課題研究“ATP是不是興奮劑?氰化?鉀中毒后人在3-6?min內(nèi)就會因缺少能量而心臟停跳，呼吸麻痹而死，推測氧化鉀致人死亡的原理，在找資料驗(yàn)證并且提出有效的急救方法。
學(xué)生活動：學(xué)生課后完成
設(shè)計(jì)意圖：嘗試培養(yǎng)學(xué)生探究的意識，并利用所學(xué)知識，對各種生物學(xué)現(xiàn)象進(jìn)行理性的解釋。
評析
該案例的教學(xué)過程為學(xué)生提供相關(guān)內(nèi)容的資料分析，學(xué)生在教師的指導(dǎo)下，通過感知、體驗(yàn)、實(shí)踐、合作等方式，達(dá)成教學(xué)目標(biāo)。該案例的主要特點(diǎn)如下。
1.創(chuàng)設(shè)多種探究活動，促進(jìn)概念建構(gòu)
用繞ATP是細(xì)胞生命活動的直接能源物質(zhì)”這核心概念的建構(gòu)，教師創(chuàng)設(shè)了多種形式的教學(xué)活動。例如，杜牧優(yōu)美的詩句配上點(diǎn)點(diǎn)劉螢的迷人夜色，在大自然的魅力中發(fā)現(xiàn)生物學(xué)問題，促使學(xué)生探；設(shè)置ATP與ADP分子圖形的轉(zhuǎn)化游戲，讓學(xué)生動于拼接模型，將抽象的問題直觀模型化，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行演變，通過逐漸加人磷酸基團(tuán)，幫助學(xué)生理清AMP、ADP和ATP之間的關(guān)系。在趣味性活動中發(fā)展學(xué)生歸納與概括、模型與建模的科學(xué)思維能力，逐步建物生物學(xué)概念。
2.巧妙運(yùn)用類比，突破知識難點(diǎn)
將高能鍵類比成彈簧，借此讓學(xué)生認(rèn)同ATP是一種高能磷酸化合物，認(rèn)同ATP的結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)。將壓縮的彈簧松手即高能鍵的斷裂，體會在此過程中能量的變化，說明物質(zhì)的變化一定伴隨著能量的轉(zhuǎn)化，由此形成物質(zhì)與能量觀。結(jié)合學(xué)生生活經(jīng)驗(yàn)，通過“貨幣”的類比，幫助學(xué)生更好地理解ATP是能量的“貨幣”，加深學(xué)生對ATP生理功能的理解，突破知識難點(diǎn)。
3.制造認(rèn)知沖突，加深概念的理解
學(xué)生在初中就已經(jīng)學(xué)習(xí)了細(xì)胞的生活需要能量，這些能量主要來自糖類物質(zhì)的氧化分解。但是，學(xué)生尚不清楚在細(xì)胞中糖類不能直接為細(xì)胞的生命活動供能，糖類物質(zhì)氧化分解所釋放的能量必須先轉(zhuǎn)移到ATP這種高能磷酸化合物中，然后才能被細(xì)胞的各種生命活動所利用。該案例通過探究性實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)來突出ATP是細(xì)胞生命活動的直接能量來源。另外，以資料的形式展現(xiàn)人體內(nèi)ATP需求大而含量少的矛盾，制造這樣的認(rèn)知沖突，能夠加深學(xué)生理解ATP與ADP相互轉(zhuǎn)化的生物學(xué)意義。

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