资源简介

《细胞的能量“货币”ATP》教学设计
课标分析
根据普通高中课程标准的要求，本节课需要掌握的内容是:解释 ATP 是驱动细胞生命活动的直接能源物质这一次位概念，包括三个部分的内容:ATP 是一种高能磷酸化合物;ATP 与 ADP 相互转化的特性:ATP 的来源和利用。
这是构建细胞的功能绝大多数基于化学反应,这些反应发生在细胞的特定区域这一重要概念的基础，为细胞的生存需要能量和营养物质，并通过分裂实现增殖这一大概念提供重要的理论支持。
设计思路
本节教学以生活实例为情境导入。教师展示奥运会视频、萤火虫视频，增加学生认同感和课堂学习的参与感，激发学生的共鸣和学习兴趣。借助该情境不断深入地开展学习，以问题串和任务驱动的形式不断地推进教学内容，引导学生思考、分析并解决问题，使学生在解决问题中理解 ATP 的结构与功能相适应，深化结构与功能观、物质与能量观，提升学生的生物学学科核心素养。
教学内容分析
1、地位和作用
细胞的能量“货币”ATP 是人教版《生物学必修一分子与细胞》
第 5 章第 2 节的内容。本节课的重点在于对 ATP 结构和功能的理
解和运用，在教材的课程设置中具有承上启下的作用。在结构上以腺嘌呤核糖核苷酸为基础构建 ATP 的结构模型;在功能上，ATP作为直接能源物质，并与之前所学需要吸收能量的生命活动相联系，为学习细胞呼吸和光合作用过程中的能量转化做铺垫。
2、内容结构
1）.ATP 的结构:由一个 ADP 分子和一个磷酸基团构成:ATP由1分子腺嘌呤1分子核糖 3分子磷酸基团组成。
2）.ATP 的功能:作为细胞的能量货币，为细胞的各项生命活动
提供能量。
3）.ATP 与 ADP 之间的转化过程:在细胞内，ATP 与 ADP 之间
的转化过程是可逆的，分情况，物质可逆，能量不可逆。能量的释
放与吸收过程是同时发生的。
4）.ATP 在生物体内的作用:ATP 在生物体内通过一系列的化
学反应，为细胞的各项生命活动提供能量，如肌肉收缩、神经冲动
的传导等。
学情分析
高中生在学习细胞的能量“货币”ATP 时，往往面临一些挑战。首先，ATP的概念可能对于他们来说比较抽象，因为它涉及到复杂的化学过程和生物机制其次，高中生可能还没有形成足够的化学基础知识，这使得他们很难理解 ATF的合成和分解过程。此外，高中生的学习风格也可能影响他们对该主题的理解。他们可能更倾向于通过直观的实验或图像来学习,而不是通过阅读大量的文字资料。因此，教师在教授这一节课时，需要采用多种教学方法，如使用模型、图表
和互动实验，以帮助学生更好地理解 ATP 的概念和作用。同时，教师还可以设计一些实践活动，让学生在实践中探索 ATP 的功能，从而加深他们对这一主题的理解。
教学目标
1.生命观念：通过对 ATP 结构与功能、ATP 与 ADP 相互转化的分析，形成结构与功能观、物质与能量观，稳态与平衡观。
2.科学思维：通过情境创设，小组合作探究，模型构建等方式，解释 ATP是驱动生命活动的直接能源物质，激发学生的求知欲，培养学生的科学思维和科学探究能力。
3.科学探究：设计并进行实验探究 ATP 的作用，培养学生的实验设计、操作和结果分析能力。
4.社会责任：了解 ATP 在生产生活中的应用，增强学生对生物学知识的实际应用能力。
培养学生关注生命科学发展、保护环境和节约能源的意识。
教学重难点
1.教学重点：ATP 的结构特点和功能。
ATP 与 ADP 的相互转化过程及意义。
2.教学难点：
ATP 与 ADP 的相互转化，解释 ATP 是驱动生命活动的直接能源物质。
教法学法
讲授法、直观教学法、实验探究法、小组讨论法
教学过程
一.情境导入,激发兴趣
播放中国健儿在 2024 年巴黎奥运会的比赛视频,增强学生的民族自豪感和自信心。由此提问学生，“在比赛过程中由什么物质直接提供能量
此时学生可能会答糖类、脂肪、ATP。
知识回顾:糖类是主要的能源物质，脂肪是主要的供能物质但这两种化合物较为稳定，较准分解，若依靠他们分解供能会导致能量供速率很慢。上个世纪的科学家通过对肌肉收缩的研究，发现ATP才是细胞生命活动的直接供能物质。
生物体的结构是与功能相适应的，ATP具有什么样的结构才能使它成为直接供能物质。
【情境引入】
播放萤火虫发光的奥秘视频，引发学生思考问题:
1.萤火虫发光的生物意义是什么
主要是相互传递信号，以便繁衍后代。
2.萤火虫为什么能发光
萤火虫腹部后端细胞内有特有的发光物质荧光素
3.萤火虫发光需要的能量从哪里来
激发学生的好奇心，导入对 ATP 的学习。
教师活动:展示萤火虫发光的图片和视频，提问:萤火虫为
什么能发光 发光过程中能量是如何转化的
学生活动:观察图片和视频，思考并回答问题。
可能的回答有:莹火虫体内有特殊的物质可以发光;发光过程中可能涉及化学能鞋化为光能等。
设计意图：通过有趣的自然现象引入新课，激发学生的学习兴趣，同时引导学生思考生命活动中的能量转化问题。
二、ATP 是一种高能磷酸化合物
【探究活动】
学生带着问题，以小组为单位进行实验探究
实验材料:将离体荧光虫发光器研磨成粉末，然后制成荧光素试剂
实验工具:烧杯、量筒、试管、玻璃棒等
实验试剂:蒸馏水、脂肪溶液、葡萄糖溶液、ATP 注射液等
实验原理:
请同学们分组讨论完成实验(用简笔画图示并配文字说明)。
强调实验设计的对照、等量、单一变量原则。
实验步骤:实验过程
1.本实验的变量是什么
自变量:添加的物质
因变量:是否发光
无关变量:温度等
2.为什么要等到荧光消失后再加入待测的能源物质
使细胞内储存的能源物质消耗殆尽，排除自身能量的干扰。
3.实验结果说明什么
ATP是细胞内直接的能源物质。
引导学生思考从 A、B、C、D 试管的实验现象中你得出的结论是什么 从而得出:
ATP 的功能:驱动细胞生命活动的直接能源物质，
【阅读分析】
指导学生阅读教材，学习 ATP 的结构。
(1)中文名称: 腺苷三磷酸
(2)结构简式:
(3)元素组成:C、H、0、N、P
A:腺苷 P:磷酸基团 -:普通的化学键 ~:特殊的化学键
展示 ATP 的结构模型图
1、中文名称 腺苷三磷酸
2、元素组成 C、H、0、N、
3、结构组成
1分子腺嘌呤
1分子核糖
3分子磷酸基团
4、结构简式
A-P~P~p
A:腺苷 P:磷酸基团
-:普通的化学键
~:特殊化学键 2个
结合资料阐述 ATP 的供能机理:
ATP供能原理：
ATP 在酶的作用下水解时，脱离下来的末端磷酸基团挟能量与其他分子结合，从而使后者发生变化。
分析阐述 ATP 中两个相邻的磷酸基团带有负电荷而相互排斥，使得这种化学键不稳定，未端的磷酸基团具有较高的转移势能。
磷酸基团携带转移的“势能”与其他分子结合。
ADP 相互排斥的磷酸基团减少，势能降低。
问题:写出 ATP 水解的反应式
问题:为什么说 ATP 是一种高能磷酸化合物 (一般将水解时释放 20.92kJ/mol及以上能量的化合物叫做高能化合物)。因为 1molATP 水解释放的能量高达 30.54kJ。
问题:若 ATP 分子去掉2个磷酸基团后的剩余部分是什么物质
【思考讨论】
1.展示 ATP 的分子组成(如图)，引导学生结合图片进行分析概括。
ATP与ADP可以相互转化
ATP、ADP与腺嘌呤核糖核苷酸的关系:
p
(1)元素组成:ATP 是由C、H、0、N、P 五种元素组成的，这与核酸的元素组成是相同的。
(2)AMP 是 RNA 的基本组成单位之一。
(3)ATP 的结构组成可以用“1、2、3”来总结,“1”表示1个腺苷,“2”表示两个特殊的化学键,“3”表示3个磷酸基团。
三、ATP 与ADP 之间的相互转化
【布置任务】
任务:结合资料探讨 ATP 与 ADP 之间的相互转化。
1.研究显示,一个成年人一天在静止状态下所消耗的 ATP 约有 40 kg;在剧烈运动的状态下，每分钟约有 0.5 kg 的 ATP转化为 ADP。成人体内 ATP 总量约 2~10 mg，在安静状态下,肌肉内 ATP 含量只能供肌肉收缩1~2s。ATP 含量很少但需求量很大，ATP 如何持续供能
ATP与ADP可以相互转化
请学生完善下表并得出结论。
【知识小结】
设计意图：让学生掌握ATP与ADP相互转化的过程和反应式，为理解细胞能量代谢的动态平衡奠定基础。
四、ATP 的利 用
(1)举例说明 ATP 在细胞生命活动中的各种用途
教师活动:展示图片或实例，如肌肉收缩、主动运输、细胞分裂等，说明 ATP 在这些生命活动中的作用。引导学生归纳总结 ATP 在细胞生命活动中的主要用途。
ATP的利用
细胞中绝大多数需要能量的生命活动都是由ATP直接提供能量的
教师:“同学们，我们来看一些图片和实例。这是肌肉收缩的图片，大家知道肌肉收缩需要能量，这个能量就是由 ATP 提供的。还有主动运输，细胞需要消耗能量把物质从低浓度一侧运输到高浓度一侧，这个能量也是由 ATP 提供的。再比如细胞分裂，细胞分裂过程中需要进行很多复杂的生命活动都需要 ATP 提供能量。大家还能想到哪些生命活动需要ATP 提供能量呢 ”
学生活动:观察图片或实例，思考 ATP 在不同生命活动中的作用，然后进行小组讨论和全班交流。
学生代表发言:“神经传导也需要 ATP 提供能量,还有生物发光等生命活动也需要 ATP。”
设计意图：通过具体实例让学生了解 ATP 在细胞生命活动中的广泛用途，加深帮助学生梳理知识，巩固所学内容。
五．课堂小结
教师活动:引导学生回顾本节课的主要内容，包括 ATP 的利用、ATP 作为直接能源物质的重要性以及实验探究的结果等。
教师:“同学们,我们这节课学习了 AP 的利用,知道了 ATP是细胞生命活动的直接能源物质。我们还通过实验探究了ATP 的作用，得出了 ATP 能为萤火虫发光提供能量的结论，大家一起回顾一下这些内容。”
学生活动:回顾本节课所学内容,总结归纳 ATP 的相关知识。
知识小结
六．布置作业
1.ATP 是细胞内流通的能量“货币”，如图表示 ATP 与 ADP 相互转化的示意图。下列有关叙述正确的是
A.人在饥饿时,细胞中 ATP 与 ADP 的含量难以达到动态平衡
B.不同生物体中 ATP 与 ADP 相互转化的供能机制不同，体现了生物的多样性
C.植物根尖细胞中 ATP 合成所需的能量可来自线粒体、叶绿体和细胞质基质
D.ATP 水解释放的磷酸基团可使蛋白质分子磷酸化，蛋白活性发生改变
【答案】D
【解析】A、人在饥饿时，肝糖原和脂肪可以转变成葡萄糖供呼吸作用利用,细胞中 ATP与ADP 快速转换而达到动态平衡A 错误;B、不同生物体中 ATP 与 ADP 相互转化的供能机制，在所有生物的细胞内都是一样的,体现了生物界的统-性，B 错误;C、根尖分生区无叶绿体,ATP 合成所需的能量可来自线粒体和细胞质基质，C 错误;D、ATP 水解释放的磷酸基团可以使蛋白质分子磷酸化，通过蛋白质分子的磷酸化和去磷酸化，使蛋白质的空间结构发生变化，活性也随之发生改变，D 正确:故选 D。
2.如图为 ATP 与 ADP 相互转化的关系式，下列说法正确的是
A.在此转化过程中物质和能量均不可重复利用
B.叶肉细胞在白天能产生 ATP，在晚上不能产生 ATP
C.图中所示的过程在心肌细胞中比在口腔上皮细胞中进行得更快
D.图中的反应向右进行时，常伴随着放能反应的进行
【答案】C
【解析】A、在此转化过程中物质可重复利用，A 错误;B、叶肉细胞在白天和晚上都能进行呼吸作用产生 ATP，B 错误；C、心肌细胞比口腔上皮细胞需要更多的能量，ATP与ADP相互转化进行得更快，C正确;D、图中的反应向右进行时，伴随着吸能反应的进行,D 错误:故选 C。
板书设计
教学反思
在教授高中生物《细胞的能量“货币”ATP》这一节课后，教学过程中取得了一些显著的成效。例如，采用了多种教学方法，如实验演示，有效地激发了学生的学习兴趣，使他们在轻松愉快的氛围中掌握了 ATP 的基本概念。同时，注重培养学生的实验技能，通过模拟实验让学生亲手操作，加深了他们对 ATP 生成机制的理解。
在讲解 ATP 的生成途径时，部分学生对复杂的生化反应过程感到困惑。为了帮助学生更好地理解这些内容,在未来的教学中引入更多直观的教学辅助工具,如动画视频,以简化复杂的生化过程，使学生更容易消化吸收。此外，我还将加强课后辅导，及时解答学生的疑问，确保每位学生都能跟上教学进度。通过这些措施，我期望能够进一步提高教学质量，促进学生的全面发展。

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