“细胞的能量通货——ATP”一节的探究式教学设计

李迎 陈建国

【摘要】引导学生设计实验、分析实验并在实验结果的基础上引导学生自主、合作和探究性学习，构建能量通货的相关概念，提高分析和解决问题和构建新知识的能力。

【关键词】能量通货 探究式 教学设计 自主学习 合作学习

【中图分类号】G642.3 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2017）52-0160-02

一、教材分析

“细胞的能量通货——ATP”是新人教版高中生物必修一分子与细胞，第5章第2节的内容。本节主要介绍了有关ATP和ADP的化学组成、结构特点以及两者的转化关系，并分析了ATP在能量代谢中的作用。其中，本节的教学重点是ATP的化学组成、结构特点以及ATP与ADP的相互转化，教学难点是ATP与ADP的相互转化与ATP在能量代谢中的作用。本节在高中生物必修一中起承上启下的作用：上接必修1第2章糖类、脂肪、蛋白质等有机物，学生在了解了能源物质、主要能源物质、储能物质等知识的基础上进行学习，下为后面进一步学习和理解呼吸作用和光合作用的能量代谢打下坚实的基础。组织本节时，笔者尝试设计教学情境，提供多种探究资料以引导学生进行自主学习、合作学习和探究学习，引导学生在设计实验和分析实验的基础上推断出实验结果，从而构建能量通货的有关概念，深刻理解知识，掌握生物学的基本规律。

二、教学目标

1.知识目标；概述ATP的化学组成和特点，列出ATP分子简式、ATP与ADP的转化式，并解释ATP在能量代谢中的作用。

2.能力目标；通过自主学习，培养分析问题、解决问题和建构新知识的能力。

3.情感态度与价值观目标；通过小组讨论活动，形成主动参与的学习态度和体验合作学习的氛围。

三、教学过程

1.引入探究性试验，证明ATP是直接能源物质

教师首先通过复习提问：生物体生命活动的能源物质、储能物质和主要能源物质分别是什么？从而引入本节课所学的ATP也能为生物体的生命活动提供能量，教师顺势提出：对于以上的能源物质蛋白质、脂肪、葡萄糖和ATP哪一种能源物质能为生命活动直接供能呢？根据这个问题，你能做出什么假设呢？

引导学生作出假设：蛋白质、脂肪、葡萄糖和ATP能为生命活动直接供能。教师提供素材：萤火虫尾部有发光器可以发光，可以取数十只萤火虫的发光器研磨成粉末做材料，如果该粉末遇到直接能源物质就会再次发光。教师提出：根据素材你能设计并验证试验假设吗？教师把学生分成若干小组，每组四人，请学生嘗试设计探究这一问题。

教师引导组织学生进行讨论，形成初步的试验方案。然后以小组为单位进行初步的实验方案的展示和全班同学讨论，并提出采用的试验方案：取五份等量的萤火虫发光器粉末分别加入五支试管中，并标记为1、2、3、4、5，再分别向五支试管中加入等量的蒸馏水，发现试管底部有亮光出现，待亮光消失后，再对试管进行处理（教师解释：有亮光出现是因为研磨成的粉末本身还存在一些能量，要待发光消失后再加入能源物质，防止对实验结果造成影响），1号试管用2ml蒸馏水进行处理，做空白对照、2号试管用2ml蛋白质溶液进行处理、3号试管用2ml葡萄糖溶液进行处理、4号试管用2ml脂肪溶液进行处理、5号试管用2mlATP溶液进行处理。教师展示实验结果：1、2、3、4支试管不发光，5号试管发光。教师提问：根据实验结果，你能得出什么实验结论呢？引导学生得出：ATP是生命活动的直接能源物质。

设计意图：引导学生作出假设、设计实验方案并通过分析实验现象来推导实验结论，有助于培养学生的逻辑思维能力。

2. ATP的结构特点

引导学生自主学习“ATP分子中具有高能磷酸键”的内容，并让学生完成该学案（如图1），然后教师提问学生并让学生在黑板上展示所写的答案，之后师生共同总结ATP的化学组成和结构特点。

教师提问：我们知道结构决定功能，通过对ATP的结构特点的学习，你们知道为什么ATP能够直接提供能量吗？教师组织学生以小组为单位进行讨论，然后以小组为单位展示讨论结果，最后教师分析后给出答案：ATP中离腺苷最远的那个高能磷酸键很不稳定，易断裂，会释放大量能量。

设计意图：学生通过自主合作学习，建构新知识，培养学生独立思考、归纳和解决问题的能力。

3. ATP与ADP的转化

教师提供素材：一个成人一天在静止状态下所消耗的ATP为48kg，在紧张活动的情况下，ATP的消耗可达0.5kg/min。而人体中ATP的总量只有大约2mg，剧烈运动时只能维持3s。教师提问：成人体内的ATP总量基本是稳定的，但是在一天内需要消耗大量的能量，那么这些能量从哪里来呢？教师组织小组讨论，发挥想象力，大胆猜测，讨论过后小组代表发表意见，教师进行总结并得出结论：虽然ATP的含量是稳定的，但是它可以与ADP可以快速地相互转化，从而维持ATP对生命活动的供应。教师展示ATP与ADP相互转化的表达式（如图2）：

教师对ATP与ADP的相互转化进行解释并提问：ATP可以转化为ADP，ADP也可以转化为ATP，那么两者的转化是不是可逆的呢？（教师提示：根据化学上中所学的可逆反应进行思考），然后组织小组进行讨论并派小组代表发表小组的看法，最后师生共同总结得出：ATP与ADP的相互转化不是可逆反应，因为两者的反应条件不同（一个是水解酶，一个是合成酶），而且物质ADP和Pi是可逆的，能量是不可逆的。

设计意图：通过小组讨论产生思维碰撞，引发“头脑风暴”，有利于思维能力和创新能力的培养。

4. ATP的形成途径

教师在讲到能量不可逆的时候，顺势提问：我们知道ATP转化的能量是由ATP的第三个高能磷酸键断裂释放的，并用于生物体的生命活动，那么合成ATP的能量来自哪里呢？也就是说哪些生命活动可以提供能量呢？这样学生就自然的想到光合作用和呼吸作用。然后教师进行总结：合成ATP的能量是由动物的呼吸作用与植物的呼吸作用和光合作用释放的。

5. ATP的利用

教师接着“ATP的形成途径”这一知识点，继续提问：呼吸作用和光合作用产生的ATP能为哪些生命活动提供能量呢？教师提示在生活中哪些生命活动需要消耗能量呢？小组讨论后进行回答，然后教师进行总结：生命活动无时无刻不在消耗能量，包括睡觉、吃饭、散步、学习等等。总的来说，可以归纳为（如图3）：

设计意图：通过联系生活与实际，加深学生对知识的理解；通过小组讨论与交流，提高学生的思维能力与语言表达能力。

6.总结主干知识，及时反馈[1]

教师引导学生进行自主梳理，并对重要知识点进行及时总结和反馈。

四、教学反思

本节课通过实验观察引入课题，激发学生的好奇心和求知欲，教学效果很好，充分体现了新课程的探究式学习理念。在实施过程中，要强调“以学生为主，教师为辅”的组合模式[2]。在分析了大量的有关ATP资料的基础上，通过自主、合作和探究的学习过程，学生在讨论、合作交流及表达的过程中，展现了师生互动、生生互动的教学模式，学生尝试作出假设、进行实验设计、分析实验结果，推出实验结论，逐步建构ATP是直接能源物质、ATP的结构、ATP与ADP的相互转化以及ATP的利用等重要知识框架，并尝试解释ATP作为直接能源物质的原因和概述ATP与ADP的相互转化的过程，促进学生建立知识间的有机联系，不但巩固了所学知识，也培养了学生的合作精神，体现了新课程教学理念，还有助于培养自主学习的习惯和严谨的科学态度，提高分析问题、解决问题和逻辑思维等多方面的能力和生物科学素养。

参考文献：

[1]李健.“通过神经系统的调节”一节的探究式教学设计[J].生物学教学，2017，42（1）：36-37.

[2]汤慧杰.高中生物探究式教学设计的应用研究[D].长春：哈尔滨师范大学，2015.