“细胞的能量‘通货’——ATP”一节的教学设计

王 莹

(江苏省无锡市第一中学 214031)

1 教材分析

“细胞的能量‘通货’——ATP”是人教版高中生物学教材《分子与细胞》第5章第2节的内容，是在学生学习了糖类、酶的内容之后，对直接为生命活动提供能量的物质的探究与学习，可为“细胞呼吸”与“光合作用”等的学习做铺垫。“ATP”一节的学习是认识细胞内各种代谢活动的基石，本节内容包括ATP分子结构及特点、ATP与ADP相互转化。其中ATP化学组成的特点及其在能量代谢中的作用是本节教学的重点，而ATP与ADP相互转化是本节的教学难点，教师应在教学中引导，ATP与ADP相互转化是生物界的共性，ATP与ADP相互转化过程中能量的来源与去路建立了细胞之间、细胞与生物体之间、生物体与生态系统之间的能量关系。

2 教学目标

2.1 知识目标 简述ATP化学组成的特点，写出ATP的分子结构简式，解释ATP在能量代谢中的作用。

2.2 能力目标 模仿科学家实验探究的过程，锻炼学生提出问题、分析问题和解决问题的能力，从而提高学生的科学素养。

2.3 情感态度与价值观目标 渗透人文主义教育，体验科学家的实验探究过程。

3 教学过程

3.1 创设情境，导入新课 用多媒体展示一则“囊萤夜读”的古文小故事，故事中介绍了家境贫寒的车胤捉萤火虫照亮书卷读书的故事，引出萤火虫发光的过程中，直接提供能量的物质是ATP。从而引出主体内容的学习。

设计意图：通过一则故事引入，吸引学生注意力，调动学生积极性，激发学生求知欲。

3.2 自主学习，分析推理 利用卡片构建ATP分子结构简式模型，引导学生主动参与、积极思考；分析相关资料，锻炼学生处理信息和获取新知识的能力。

3.2.1 ATP分子结构简式 学生自主阅读教材，组内成员合作讨论：明确ATP分子的全称、结构简式、各个符号的名称及高能磷酸键等知识。邀请一个小组成员到讲台前，利用课前教师准备的卡片，共同完成ATP分子结构简式模型的展示，并说出自己手中卡片的中文名称。随后，教师对该结构简式进行描述及总结。最后，辅以一道有关腺苷数目、磷酸基团数目与ATP分子数目对应关系的题目，完成这一内容的学习。

设计意图：通过自主学习、合作展示、教师总结、巩固练习四个环节，将ATP分子结构简式这一抽象知识直观地展现出来，使学生对ATP分子结构简式有深刻的认识。

3.2.2 ATP与ADP相互转化的过程 通过播放多媒体课件展示ATP与ADP相互转化过程中的物质和能量变化。得出在ATP与ADP的相互转化过程中，物质可逆但能量不可逆的结论。其中，在探讨ATP水解的过程中哪个高能磷酸键先断裂的问题时，可以再次利用黑板上的ATP分子结构简式模型进行演示。最后强调ATP与ADP之间的相互转化是细胞内能量供应的机制，这种机制在真核生物、原核生物的细胞中普遍存在，建立了细胞之间、细胞与生物体之间、生物体与生态系统之间的能量关系，是生物界的共性。

设计意图：利用模型演示ATP与ADP相互转化过程中物质和能量的变化，有利于学生理清思路，掌握精髓。

3.2.3 ATP分子的特点 通过前两个环节的学习，学生自然会产生新的问题：ATP分子的哪些特点适宜为生命活动直接提供能量？此时，由教师给出相关资料，学生阅读分析，总结归纳得到结论。

资料1：人在激烈运动的状态下，每分钟约有0.5 kg ATP转化成ADP，释放能量，供运动之需。那么，人在2个小时的马拉松比赛中，运动员会消耗多少ATP？人在2个小时的马拉松比赛中，运动员会消耗60 kg的ATP，相当于一个成年人的体重。显然，运动员消耗的60 kg ATP并不是运动前就已储存在体内，而是在运动过程中，根据身体的需要，通过细胞中的ADP、Pi和能量迅速合成；合成的ATP将能量释放用于生命活动后，随即被分解为ADP和Pi，ADP和Pi又可作为合成ATP的原料。从而得出结论①：ATP分子在细胞中含量虽少，但转化快。

资料2：在细胞内，1 mol葡萄糖彻底氧化分解后，可释放出2870 kJ的能量，相当于1 mol ATP水解释放能量的94倍。可见，与能源物质葡萄糖相比，ATP分子储存的能量虽少却很活跃，可以随时为生命活动直接提供能量。从而得出结论②：ATP分子储能少、能量活跃。由于细胞中的ATP分子可以迅速合成或水解，因此，ATP被称为细胞的能量“通货”。

设计意图：充分利用教材资源，选取两段相关资料，以问题驱动学生思考，分析推理得出ATP结构特点和转化特点，锻炼学生处理信息和获取新知识的能力。

3.3 合作探讨，能力提升 通过探究实验环节，进一步提升学生设计实验的能力，实验题目：“在淀粉、葡萄糖、ATP中，哪种物质可为萤火虫发光直接提供能量”。实验材料及用具：萤火虫细胞中荧光素和荧光素酶的提取物、葡萄糖溶液、淀粉溶液、ATP溶液、试管等。思考如下问题：该实验中的自变量是什么？如何控制？因变量是什么？如何检测？如何设计实验方案？

学生方案一：取等量的荧光素和荧光素酶的提取物于三支试管，分别向三支试管中加入等量ATP、葡萄糖、淀粉溶液，混合一段时间后，发现只有加入ATP溶液的试管发出荧光。

学生方案二：取等量的荧光素和荧光素酶的提取物于四只试管，并保证温度、压强、pH值等无关变量相同，分别向四支试管中加入等量的蒸馏水、ATP、葡萄糖、淀粉溶液，混合一段时间后，发现只有加入ATP溶液的试管发出荧光，并绘制表1。

表1 探究哪种物质可为萤火虫发光直接提供能量

与方案一相比，方案二更为严谨，不仅控制实验中的无关变量(温度、压强、pH值等)，而且设置了空白对照(1号试管)，根据方案二进行实验，并观察荧光素和荧光素酶提取物发光的情况，最终得出ATP可为萤火虫发光直接提供能量的结论。

设计意图：学生已经对实验设计的基本原则有所了解，并初步具备实验探究能力的基础，通过组内合作提出实验方案，锻炼学生思维的严谨性。

3.4 课堂小结，达标检测 回顾本节课学习的知识，师生共同绘制知识网络图(图略)。最后用多媒体展示几道练习题，巩固所学知识。

设计意图：归纳总结，增强学生对重点知识的把握；通过练习题，检测学习效果。

3.5 思考发问，拓展升华 给出资料：纯净的ATP是白色粉未，能溶于水，可作为一种药品，ATP片剂可以口服，ATP注射液可以肌肉注射或静脉滴注。通过本节的学习，我们知道ATP是细胞的直接能源物质，那么在运动之前服用ATP，能起到兴奋剂的作用吗？请学生们搜集有关资料，证明自己的观点。

设计意图：通过话题讨论，促进学生对已学知识的运用，锻炼学生搜集整合归纳信息的能力，将知识与生活联系起来，增强学习的趣味性。

4 教学反思

新课程倡导把课堂转变为学生自主、合作、探究的场所，强调让学生通过切身的体验来学习知识。本节教学为学生营造自主学习、合作探究的学习氛围：首先通过一则“囊萤夜读”的成语故事引入，引出直接为生命活动提供能量的物质是ATP，充分调动学生的积极性；在ATP的结构简式内容学习时，采取自主阅读和小组讨论的形式，依次通过“卡片法”构建ATP结构简式模型、教师总结、检测练习等环节，使学生高效地掌握这一重点内容；最后设置了萤火虫发光的探究性实验，通过问题串引导学生思考，锻炼学生实验探究的能力和严谨的思维能力，使学生在课堂上有话可说，有事可想，有空间可拓展，真正成为学习的主人，感受到学习的无穷乐趣。