细胞的能量“通货”—ATP教学设计

文 吴彦儒 汪保华

一、教材分析

本节课是人教版高中生物教材必修《分子与细胞》第5章第2节的内容，由ATP分子中具有高能磷酸键、ATP和ADP可以相互转化、ATP的利用三部分构成。该节内容在前后章节安排中具有承上启下的作用，承接前面学过的知识，核酸的结构、叶绿体是植物细胞的“能量转换站”，细胞主动运输需要消耗能量等，同时为后续知识“细胞呼吸和光合作用”的学习埋下了伏笔。根据《普通高中生物学课程标准》（2017年版）的要求，解释ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质，即为本节课的重点，由于ATP和ADP的知识较为抽象，ATP和ADP的相互转化是本节课的难点。

二、学情分析

高一学生已经具备了一定的抽象思维、归纳综合能力。本节的内容虽抽象，但与我们的生活息息相关，教师需要适时地精讲、点拨和采用多种恰当的教学手段，引导学生完成新知识的学习，并将新知识有效地整合到原有的知识网络中，不仅使知识体系得到丰富和发展，而且也为后续知识的学习打好基础。

三、教学目标

（一）知识目标

1.简述ATP的化学组成和特点；

2.写出ATP的分子结构简式；

3.解释ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质；

（二）能力目标

1.培养学生自主学习、获取信息能力；

2.模型建构、小组合作探究能力；

（三）情感态度与价值观

1.认同细胞内ATP与ADP相互转化的过程，是生物界的共性，能量的来源和去路建立了细胞与细胞之间、细胞与生物体之间、生物体与生态系统之间的普遍联系；

2.渗透热爱自然、珍爱生命的情感教育。

四、教学过程

（一）创设情境，故事导入

《三字经》曰：“如囊萤，如映雪，家虽贫，学不辍。”引导学生讲述囊萤映雪的故事，学生总结获得的启示。接着以“车胤借微弱的荧光读书”引出问题“萤火虫为什么会发光”，学生猜想它的体内有特殊的物质，教师继续提问“这种特殊的物质是什么”，部分学生回答是“荧光素”，再发问“萤火虫的发光原理是什么”，学生感到回答这个问题有些困难，教师没有立刻给出答案，而是继续引导，“同学们思考这些问题时，正在消耗能量，能量来自于哪里？”我们知道糖类、脂肪等有机物储存着化学能，但直接给细胞生命活动提供能量的却是另一种有机物——ATP，自然引出本节课学习的主题细胞的能量“通货”——ATP。

（二）设计问题，自主学习

学生阅读教材88页，说出ATP的含义，并观察PPT上ATP的结构式，说出它的化学元素组成。接着由ATP的化学元素组成引导学生回顾前面的知识，核酸、磷脂的化学元素也是C、H、O、N、P。给出RNA的基本单位——核糖核苷酸的结构示意图，引导学生回顾它的结构组成，继而呈现ATP的结构式，两者的结构形成类比。为了使学生关注到化学键的不同，所给出的ATP结构式中，教师故意设置错误，细心的同学会关注到书本旁栏中也有结构式，会对照着纠错，教师让学生到PPT前指出并说明。进一步引导学生思考，横线与波浪线都是化学键，它们之间有怎样的区别？带着这个问题，进入下一个模型建构环节。

（三）小组合作，模型建构

学生拿出课前分发的教具，长方形代表腺嘌呤、五边形代表核糖、圆形代表磷酸基团，结合书上ATP的结构式构建它的模型，派小组代表到黑板展示，并写出ATP的结构简式，另一小组代表进行点评。为强调结构简式中A的特殊性，提问学生A和P分别代表什么。若学生回答A是腺嘌呤，老师耐心引导，从而得出A是由腺嘌呤和核糖结合而成的腺苷。小组派代表解说化学键的区别，特殊的化学键——高能磷酸键中的“高能”一词，说明含有大量的能量，“高能磷酸键断裂会怎样”引发学生思考，大量的能量就会释放出来，ATP分子水解，实际上是指高能磷酸键水解，水解时释放的能量高达30.54KJ/mol，从而总结出ATP的特点，ATP是细胞中一种高能磷酸化合物。

（四）问题导向，合作探讨

PPT展示主动运输示意图，引导学生回顾物质跨膜运输的方式之一，主动运输，ATP水解为ADP和Pi时释放能量，供主动运输利用。思考ATP水解的具体过程是怎样的？注意两个高能磷酸键中哪一个易断裂，仔细阅读教材，同桌之间互相讨论。学生是主体，通过自主学习、合作探讨，锻炼其提取关键信息的能力。教师引导学生回答，在酶的催化作用下，ATP分子中远离A的那个高能磷酸键易水解，远离A的那个P就脱离开，形成游离的Pi（磷酸）并释放出大量能量，ATP就转化成ADP。有关ADP的知识，教师需要适当点拨，ADP含有两个磷酸基团，我们称之为二磷酸腺苷。引导学生根据ATP的水解过程，写出水解反应式，教师补充反应式的条件是“水解酶”。ATP水解，大量的能量就可以直接用于各种需能的生命活动，学生举例说明，如小肠上皮细胞吸收葡萄糖、氨基酸、无机盐等。

教师继续提问，生成的ADP可以在一定条件下转换成ATP吗？同桌之间合作探讨，从而得出在酶的催化作用下，ADP接受能量，同时与一个游离的Pi结合，重新形成ATP。由上述提到的“水解酶”，学生在写ATP的合成反应式时，注意到了反应条件是“合成酶”，规范性、严谨性得到了提高。教师提出问题，ADP转化成ATP时所需要的能量来自于哪里呢？并展示教材第89页图5-6，引导学生据图得出生成ATP的途径，培养他们的识图能力。学生填写导学案上的表格，总结能量的来源和去路。

呈现ATP与ADP相互转化示意图，对细胞的正常生活来说，ATP与ADP的这种相互转化，是时刻不停地发生且处于动态平衡中的。激发学生思考总反应式是否为可逆反应？有的学生说是可逆的，有的学生说是不可逆的，产生了分歧，教师给出提示，从酶的种类和能量的含义两个角度思考，小组讨论。学生容易得出酶的种类不同，分别是水解酶、合成酶，能量的含义不同，一种用于各项生命活动，而另一种源于呼吸作用和光合作用。教师引导学生总结归纳出，酶的种类不同，能量含义不同，所以ATP与ADP的相互转化不是一个完全可逆反应，即物质可逆，酶和能量均不可逆，准确说是非可逆反应。

教师提问：细胞内的化学反应有些需要吸收能量，而有些释放能量，那么吸能和放能在ATP和ADP相互转化过程中是如何体现的呢？学生尝试回答，教师适当点拨。细胞中吸能反应需要消耗能量，其能量来源是ATP，吸能反应一般与ATP水解的反应相联系。放能反应释放的能量，一部分以热能形式散失，一部分释放的能量储存在ATP中，放能反应一般与ATP的合成相联系。能量通过ATP分子在吸能和放能之间循环流通，这里ATP的功能与我们生活中使用的货币的功能相似，货币可以作为一般等价物在市场中流通，所以可以形象地把ATP比喻成细胞内流通的能量“通货”。以类比的方式使同学们理解本节题目的涵义。

至此，同学们能够解答萤火虫的发光原理吗？大部分学生的答案是ATP直接给萤火虫提供能量使它发光。教师提供模拟实验（flash动画），取萤火虫尾部发光器，研磨成粉末，取三等份加入已经粘贴好标签的3支洁净试管中，置于黑暗环境，一段时间后，向1号试管中加入2mL蒸馏水，2号试管中加入2mL的ATP溶液,3号试管中加入2mL葡萄糖溶液，观察现象，实验结果是只有2号试管发出荧光。该实验可以很好地解释ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质。学生阅读教材89页倒数第2段，进一步了解萤火虫的发光原理。

教师趁热打铁，除了萤火虫利用ATP中的化学能产生荧光之外，同学们还能举例说明ATP的利用吗？小组之间热烈讨论后，举出了很多实例，如大脑思考、电鳗放电、肌细胞收缩、主动运输、细胞的分裂和生长、恒温动物维持体温等。教师呈现图片并总结，这些实例能很好地解释ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质。

五、课堂小结

教师呈现本节课的思维导图框架，学生回答填空之处，共同将思维导图建构完整。

六、拓展延伸

纯净的ATP是白色粉末，能溶于水，ATP片剂可以口服，ATP注射液可以静脉滴注或肌肉注射。通过本节的学习，我们知道ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质，如果运动员在比赛之前服用ATP，会起到兴奋剂的作用吗？课后搜集资料，证明自己的观点。

七、教学反思

基于新课程理念，培养学生自主学习、合作探究的能力，注重体现“学生为主体，教师为主导”的教育思想。发挥情境教学的优势，故事导入，激发学生学习兴趣，通过模型建构、模拟实验等活动使学生体验从“做中学”。创设问题情境，层层递进式教学，引导学生学会提出问题、分析问题并解决问题。