《ATP的主要来源

冯汉茹　刘春光

[摘要]在《ATP的主要来源——细胞呼吸》一课中，充分挖掘教学素材，融入6幅改编图片，丰富学生“自学”资源；结合问题设计递进引导，通过“互学、领学”构建问题式课堂，解决了细胞呼吸核心概念，突破了有氧呼吸、无氧呼吸的学习难点，最后得出“ATP的主要来源是细胞呼吸”的结论。这样设计教学，增强了课堂的任务性，提高了课堂的互动力。

[关键词]ATP的主要来源；细胞呼吸；教学设计；反思

[中图分类号]G633.91 [文献标识码]A [文章编号]1674-6058（2017）05-0117-03

一、教材分析

《ATP的主要来源——细胞呼吸》是人教版普通高中生物课程标准实验教科书必修1第五章第三节的内容。细胞呼吸是细胞新陈代谢的基本内容之一，它涵盖了胞内物质、能量代谢，紧密联系了“酶”和“ATP”，指明了“光合作用”形成糖类的部分去向。本节课阐述了细胞呼吸、有氧呼吸、无氧呼吸、细胞呼吸原理应用4个板块的内容，呈现了“有氧呼吸过程图解”，补充实验“探究酵母菌细胞呼吸的方式”，涉及较多概念性知识和过程性知识，要求学生能理解有氧呼吸、无氧呼吸的过程，能将细胞呼吸原理在生产和生活中进行应用。

二、教学设计思路

《ATP的主要来源——细胞呼吸》是对ATP主要来源的总体评价，这一评价需学生仔细思辨、反复理解才能认同。思辨可借助若干问题作为载体，问题可从充分挖掘教学素材而生。对此，笔者基于问题进行本课的教学设计，突出“问题”的层次性：学生“自学”时，能够“发现问题”；“互学”时，希冀“解决问题”；“领学”时，围绕“新生问题，提升认知”。如此，学习过程“以问题为核心不断答疑、生疑、再答疑”，顺道“解决问题”，最终形成细胞呼吸的具体过程、核心概念，得到“ATP的主要来源是细胞呼吸”的结论。

三、教学目标

（1）知识目标：简述有氧呼吸和无氧呼吸过程；说出酵母菌细胞呼吸方式；说出细胞呼吸原理在生产和生活中的应用。

（2）能力目标：训练学生从反应条件、物质变化、能量变化、摩尔数变化4个角度认识化学反应；尝试培养学生寻找关键词的能力；锻炼学生提取信息、梳理信息、简化文本、化文为图的能力。

（3）情感目标：培养学生热爱生活、积极思考、善于发现的能力，明白“知识从生活中来又服务于生活”的道理。

四、教学重点与难点

（1）说明有氧呼吸和无氧呼吸过程。

（2）认同ATP的主要来源是细胞呼吸。

五、教学过程

1.视频导入

播放“发酵历史”视频，引导学生从视觉上初步了解以下内容：公元前6000年，古巴比伦人掌握“发酵酿造啤酒”技术；公元前4000年，埃及人学会了用“发酵法”制造面包；中国在殷商时期掌握了“酿酒”技术，在秦汉时期，学会了制酱，在周朝时期，学会了制醋。

播放完视频后，教师提问：（1）视频中反复出现了一个关键词，请找出来。（2）怎么理解发酵？（3）在生活中，大家也会有意无意地接触到发酵。如市场上售卖的安琪酵母（课件出示图片）是用来发面的。发面后，面团松软，为什么？面团偶有酸味，为什么？发酵与细胞呼吸之间有怎么样的关系？

[学生学情]能指出视频中的关键词是“发酵”，知道面团松软是因为产生了气体，但不知道产生的气体是什么及发酵是怎么一回事。

[教師补充]补充“发酵”在生活中的其他应用及点明“发酵”与呼吸作用的联系：发酵是微生物的呼吸作用。

教师继续追加问题，引发学生的“头脑风暴”：取一部分发酵液，用乙醇和丙酮处理其中的酵母细胞，将它们杀死，发现处理后的发酵液仍然保持发酵能力，为什么？

学生纷纷进行思考，整个教室一片寂静，此时教师不急于解释，为后文发酵相关知识的拓展做好情境铺垫。

2.学生自学，理解“细胞呼吸”核心概念

待学生的“头脑风暴”过后，教师引导学生阅读教材“细胞呼吸”相关板块，寻找问题答案，之后再抛出两组问题（多媒体投影），引导学生自学。

第1组问题：（1）找出细胞呼吸概念的关键词，它们在一个化学反应式中各自对应的意义是什么？怎么理解氧化分解？（2）怎么理解细胞呼吸概念中的有机物？有机物是指前面学过的四类（核酸、蛋白质、糖类、脂质）吗？（3）细胞呼吸有哪些类型？（此组问题主要用于解读“细胞呼吸”概念）

第2组问题：（1）生活中常使用“呼吸”一词，请做深呼吸。这里的“呼吸”指的是什么？（2）你能否结合初中生物教材中的“呼吸全过程”（如图1），标出你认为的“呼吸”对应范围？（3）呼吸作用仅发生在肺里吗？（4）O₂进入肺后最终去哪儿了？CO₂从哪儿来？（此组问题主要用于寻找“呼吸”与“呼吸作用”的关系）

[学生学情]学生讨论并交换意见后知道“有机物”是反应物（底物），是能提供能量的物质，如糖类、脂肪，“细胞内”是场所，“酶”是反应条件，“CO₂或其他产物”是生成物（产物），“ATP”是能量。细胞呼吸有两种方式：有氧呼吸和无氧呼吸。但学生对于“有机物能否判断为蛋白质、核酸”疑惑不解、各执一词，以为“呼吸”就是呼气和吸气。

上述学情，表明学生已完成“自学”和“互学”，暴露“细胞呼吸概念”思维盲区：不理解“氧化分解”的含义，不明白“ATP”是作为物质还是能量，无法区分物质变化和能量变化，不清楚细胞呼吸、呼吸作用与呼吸有何异同，不理解“呼吸”的含义，误以为呼吸作用仅仅发生在肺里。这些学情，正是教师教学的人手点及学生“互学”提升的好素材。

[教师补充]“氧化分解”是一种化学反应类型，包含氧化还原反应和分解反应两种；ATP不是能量，是产物，它虽含两个高能磷酸键，但它是大部分细胞主要能源物质，故ATP应视为产物。能量变化为释放能量。除了糖类、脂肪可释放能量外，还有蛋白质，可作为生命活动的特殊能源。核酸不能提供能量，一般用作遗传物质。学生口中的“呼吸”即肺通气，不完整。以人为例，所谓“呼吸”指人体从周围环境吸入O₂，同时呼出CO₂的过程。它包括三个层次：肺通气（外呼吸）；气体在血液中的运输（体内运输）；呼吸作用（内呼吸）。细胞呼吸与呼吸作用实质相同，都是细胞内的有机物发生氧化分解，释放能量，形成ATP。

3.学生互学，教师领学，突破“有氧呼吸”学习难点

葡萄糖是细胞内的主要能源，也是有氧呼吸和无氧呼吸最常利用的物质。教师先展示“葡萄糖的有氧呼吸过程”（如图2），然后再将其转化到一个具体的细胞内（如图3），最后以1mol葡萄糖的有氧呼吸为例，引导学生思考以下两组问题。

第1组问题：（1）请说出细胞膜、细胞核、细胞质、线粒体的位置。线粒体外膜、内膜、嵴、线粒体基质分别在哪？（2）有氧呼吸共3个阶段，在图3中用①②③表示，请说出各个阶段在哪发生，讨论每个阶段的物质变化、摩尔数变化，并写在括号内。（3）有氧呼吸离不开O₂，但真正需要O₂的是在第几阶段？若把O₂中O用¹⁸O标记，”O最先出现在哪？（突破学生“物质变化”学习难点）

第2组问题：（1）1mol葡萄糖经有氧呼吸释放能量为2870 kJ，其中只有1161 kJ左右的能量储存在ATP，其余的能量去哪了？由此说明释放的能量有哪些去向？（2）细胞生命活动所需的能量，大约有95%来自线粒体，因此有氧呼吸的主要场所在哪？（3）写出有氧呼吸的总反应式。与化学反应式对比，生物反应式的写法有何异同？（4）说出有氧呼吸的关键词，使用这些关键词，给有氧呼吸下定义。（解决学生“能量变化”的学习困难）

[学生学情]学生在完成两组“互学”问题的过程中产生新困惑：（1）[H]是什么？有何作用？它和以前接触的H、H⁺、H₂有何区别？（2）如何计算物质摩尔数？有氧呼吸总反应式出现的“+能量”是“ATP”或是“热能”还是“ATP+热能”？学生的这些新困惑，是问题式课堂真正的互动力和生产力。

教师随即分析学情，找准“下手点”：从物质变化、能量变化、反应条件以及反应类型四个角度梳理“有氧呼吸过程图解”，如表1。不难发现物质摩尔数变化、反应类型在表中依然悬而未决。究其原因，就是[H]作用和它作为“中间产物”的地位问题没有解决，出现了“知识断点”。对此，教师教学的“下手点”应为[H]和“中间产物”。

[教师“领学”提升][H]不是H，不是H⁺，而是一种化合物NADH，具有还原性，作为还原剂。O₂作为氧化剂，这为“反应类型是氧化还原反应”做足了提示。第一阶段和第二阶段生成[H]，都是氧化还原反应。从C₆H₁₂O₆最终变成了CO₂来看，属于分解反应。综上所述，有氧呼吸反应类型为氧化分解，与前文细胞呼吸反应类型一致。

教师接着介绍“中间产物”，为“书写总反应式”和“能量逐步释放”搭桥铺路。有氧呼吸是一系列连续反应，不是一个化学反应。以丙酮酸为例，丙酮酸既是有氧呼吸第一阶段产物，也是第二阶段底物，像丙酮酸这样的，还有[H]，都属于中间产物。每一阶段由专门的酶（可用酶₁、酶₂、酶₃表示）催化，且前一阶段的反应产物是后一阶段的反应底物，因此葡萄糖逐步分解，能量逐步释放。释放的能量，一部分以热能形式散失，其余的在有关酶催化下被ADP接受，与磷酸结合，生成ATP。

4.检测基础，“领学”拔高，突破“无氧呼吸”学习难点

第1组问题（检测基础）：（1）在有O₂的情况下，细胞有氧呼吸释放能量，形成ATP。在没有O₂或O₂不足的条件下，细胞怎样解决ATP供应问题？（2）据图4，无氧呼吸包括两个阶段，在图4中用①②表示，讨论每个阶段的发生场所、物质变化、能量变化，在图5括号内写出。（3）写出无氧呼吸总反应式。（4）同是无氧呼吸第二阶段，为何丙酮酸被还原的产物不同？能否举例说明哪种生物进行酒精发酵，哪种生物进行乳酸发酵？有没有一种生物既进行酒精发酵又进行乳酸发酵？试举例说明。（5）仿照有氧呼吸，给无氧呼吸下定义：无氧呼吸一般指在____的条件下，通过____的催化，把葡萄糖等有机物分解成为____，同时释放____的过程。

[学生学情]“互学”后生疑：据有氧呼吸[H]作用，提示两种无氧呼吸反应类型均为氧化分解，却无法说出丙酮酸被分解为不同产物的原因，亦不能说出氧化分解的异同。

诸如此类就是知识缝隙，教师找出这些知识缝隙后，应见缝插针，从“能量释放多少和去路”人手，设计第2组问题，实现思维引领螺旋式上升。

第2组问题（“领学”拔高）：（1）以乳酸发酵为例，每消耗1 mol葡萄糖释放的能量为196.65 kJ，其中只有61.08 kJ左右的能量储存在ATP中，其余的能量去哪了？以酒精发酵为例，每消耗1 mol葡萄糖释放的能量为225.9 kJ，其中只有61.08 kJ左右的能量储存在ATP中，其余的能量去哪了？無氧呼吸第二阶段释放能量了吗？（2）与有氧呼吸释放的能量2870 kJ相比，无氧呼吸释放的能量非常少，二者释放能量相差如此之大，这对于理解氧化分解有何意义？差值部分能量储存在哪？（3）说出哪些过程能形成ATP？在ADP转化成ATP过程中，所需能量从哪来？

教师补充表2：由于酶种类不同（用酶_a、酶_b、酶_c表示），丙酮酸被还原的产物不同，要么生成酒精和CO₂，要么生成乳酸，不会二者兼而有之。酒精发酵适用于大多数植物、酵母菌；乳酸发酵适用于大部分动物和乳酸菌。与有氧呼吸相比，无氧呼吸释放能量较少，说明有氧呼吸氧化分解彻底，无氧呼吸氧化分解不彻底，大部分能量储存在有机物中。

[归纳小结]（1）细胞呼吸主要方式：有氧呼吸。（2）判断氧化分解彻底与否的依据：观察产物是否均为无机物。（3）ATP的主要来源。个：①有氧呼吸；②无氧呼吸；③光合作用（如图6所示）。相应的，在ADP转化成ATP的过程中，所需的能量来自有机物中的化学能或光能。对于动物、人、真菌和大多数细菌来说，均形成ATP的过程主要有3来自细胞呼吸作用有机物分解所释放的能量；对于绿色植物来说，除了依赖呼吸作用所释放的能量外，在叶绿体进行光合作用时，还能利用光能将ADP转化为ATP。因此ATP的主要来源是细胞呼吸。

5.提问结课.首尾呼应

酵母菌是引课素材，继续寻找挑战点进行结课，做到首尾呼应。

提问结课：（1）酵母菌在有氧和无氧条件下都能生存，酵母菌细胞呼吸方式是什么？（2）回到课前“头脑风暴”：取一部分发酵液，用乙醇和丙酮处理其中的酵母细胞，将它们杀死，发现处理后的发酵液仍然保持发酵能力，为什么？（3）某小组在注射器中加入3 mL含酵母菌的培养液，吸入9 mL空气后加塞密封，一段时间后，发现针管内的气体体积增加。为什么？

六、教学反思

本节课涉及较多的概念性知识和过程性知识，夹杂推理分析，课堂处理很有难度。在不照搬教材的情况下进行重构：切块、分层同时推进。切为3块，分别是细胞呼吸、有氧呼吸、无氧呼吸，每1块以组织若干问题分层推进。

“视频导入”引课，带出关键词“发酵”，为细胞呼吸概念寻找关键词做好思维内动，亦为“结课”做好首尾呼应，做到了用一个观察点抓住一节课。

自制的6张图既是3块相应线索，也是教学特色。学生初步阅读教材建立认知后，借助图形二次建构，为快速“站立文本”搭建支架。特别是有位学生分析有氧呼吸总反应式时，提到“释放的能量怎么理解？是ATP，或是热能，还是ATP和热能二者的总和”，让教师始料不及，而这就是问题带来的生产力。学生在问题式课堂中互疑互解、互帮互学，逐渐形成严谨性思维，不仅在学而且在用，是学以致用的典型。

有氧呼吸过程是重点，亦是难点。以问题递进式推进，使组织课堂、观察课堂的视角由“个体认知”上升为“集体对话”，把课堂变成学生交互的舞台，增进了生生互动、师生互动，成就了鲜活的课堂。特别是在处理图3和图5过程中，学生多次板演，出现多次“学习断点”“知识缝隙”，为教师找出学生的学习困难及时“搭桥”，也为学生在解决问题过程中生成新问题“铺路”。此类“问题中再生问题”的方式使问题生成及时、鲜活、有力，从而突破有氧呼吸学习难点，最终让学生认同“ATP的主要来源是细胞呼吸”。如此，放手二次开发教材，实实在在地构建了问题式课堂。实践证明，本课教学效果良好，深受学生欢迎。

（责任编辑 黄春香）