“萤火虫为什么能发光”微课视频资源的开发

秦海峰

(江苏省如皋市长江高级中学 如皋 226532)

“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，包括： ATP的组成和结构、ATP与ADP的相互转化以及ATP的利用这三大部分。与前面所学的糖类、脂肪等能源物质有一定的联系，与第5章细胞呼吸、光合作用也有一定的关联。ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质[1]，其功能与结构特点关系密切。以实物或图画形式直观反映认识对象的形态结构或三维结构，这类实物或图画即为物理模型[2]。通过构建ATP结构的物理模型，能有助于学生理解ATP的功能。本文以该节为例，进行了“萤火虫为什么能发光”微课视频资源(ⓔ电子资源)开发的尝试。

1 视频设计——分镜头脚本

为深刻地理解生命活动所需的能量由ATP直接提供，“萤火虫为什么能发光”微课视频资源的开发是以萤火虫发光现象为主线，渗透物理模型与建模的科学思维，体现物质与能量的生命观念，微课视频分镜头设置如下：

1.1 分镜头1： 情境导入 萤火虫为什么能发光？萤火虫的腹部会发出微小的光亮，就好像是挂了一盏小灯笼。在宁静的夏夜，草丛中荧光闪闪，确实如天空中繁星点点。就让人们追随着这些微小但灵动的光芒，进入萤火虫的奇妙世界。那么萤火虫发光的秘密究竟是什么呢？萤火虫体内有特殊的发光物质吗？萤火虫发光的过程有什么物质变化？这一过程又有怎样的能量转换呢？大家知道，有机物中储存着能量。糖类是主要能源物质，脂肪是主要的储能物质。然而，它们并不能为萤火虫发光直接供能，而为萤火虫发光直接供能的是一种叫ATP的能源物质。那么为什么ATP能作为直接能源物质呢？它究竟是什么物质？又有什么结构呢？为什么称它为ATP呢？

设计意图： 教师先创设情境，激发了学生的学习兴趣。

1.2 分镜头2： 构建ATP结构模型 可通过构建ATP结构模型来深入了解ATP。长方形代表“腺嘌呤”，五边形代表“核糖”，圆形代表“磷酸基团”。腺嘌呤与核糖以普通化学键相连，核糖与磷酸基团也是以普通化学键相连，而磷酸基团与磷酸基团之间连接是一种特殊的化学键，叫“高能磷酸键”。腺嘌呤和核糖合在一起，称为“腺苷”，用“A”表示；磷酸基团用“P”表示，普通的化学键用“—”表示，高能磷酸键用“～”表示；ATP分子的结构式就可简写成“A—P～P～P”。从ATP结构模型中可看出，ATP分子中含有3个磷酸基团和1个腺苷。因此，ATP的中文全称就是“三磷酸腺苷”。三用“T”表示，三磷酸腺苷的英文名称缩写就是“ATP”，从ATP的结构模型中可以看出ATP中含有2个高能磷酸键。这两个化学键为什么被称为高能磷酸键呢？原来在ATP水解时，高能磷酸键断裂，释放的能量多达30.54 kJ/mol。因为ATP分子中大量的能量都储存在其中，得名“高能磷酸键”。ATP因此被称为是细胞内的一种“高能磷酸化合物”。

设计意图： 通过构建ATP的结构模型,引导学生去理解ATP的结构。

1.3 分镜头3： ATP与ADP相互转化 那么，储存在高能磷酸键中的能量是怎样被释放出来的呢？ATP的化学性质不稳定。在有关酶的催化作用下，ATP分子中远离腺苷的那个高能磷酸键很容易被水解，储存在这个高能磷酸键中的能量就释放出来。同时，远离腺苷的那个磷酸基团就脱离开来，形成游离的磷酸(Pi)。就这样，ATP就转化成“二磷酸腺苷”(英文名称缩写“ADP”)。而在有关酶的催化作用下，ADP可接受能量，同时会与一个游离的磷酸结合，重新形成ATP。这就是ATP与ADP的“相互转化”。

设计意图： 通过动态展示ATP与ADP的相互转化，理解ATP与ADP相互转化过程中“物质和能量的变化”。

1.4 分镜头4： 合成ATP的能量来源与ATP的利用 在ADP转化成ATP的过程中(也就是ATP合成)的过程中，所需要的能量又从哪里来呢？对于动物、人、真菌和大多数细菌来说，均来自细胞进行呼吸作用时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，在叶绿体内进行光合作用时，还利用了光能。而在ATP转化成ADP的过程中(也就是ATP水解的过程中)，可释放能量。这些能量又将直接供给哪些生命活动呢？这些能量可直接供给主动运输、肌细胞收缩、大脑思考、各种吸能反应、生物发电和发光等过程，这就是ATP的利用。

设计意图： 通过ATP合成过程能量的来源和ATP水解过程能量的去路，在生命活动的过程中能量相互转化，从而理解能量平衡观。

1.5 分镜头5： 解释萤火虫发光的原因 学生知道了ATP水解释放能量可用于生物发光等，如萤火虫。那么从物质和能量的角度如何解释萤火虫能发出荧光呢？原来，在萤火虫尾部的发光细胞中含有荧光素和荧光素酶，荧光素接受ATP提供的能量后就被激活。在荧光素酶的催化作用下，激活的荧光素与氧发生化学反应，形成“氧化荧光素”，并发出荧光。萤火虫发光的奥秘原来如此，与神奇的能量物质ATP有关。

设计意图： 引导学生以物质与能量视角，阐明生命活动过程中伴随着物质与能量的变化，解释萤火虫会发光的原因。

1.6 分镜头6： 理解ATP是细胞内流通的能量“通货” 细胞内的化学反应有些是需要吸收能量的，这样的反应称为“吸能反应”，所需的能量由ATP水解提供。还有些化学反应是释放能量的，这样的反应称为“放能反应”，这些反应释放的能量可用于ATP的合成，能量储存在ATP。也就是说，能量通过ATP分子在吸能反应和放能反应之间循环流通。因此，可形象地把ATP比喻成细胞内流通的能量“通货”。

设计意图： 通过动态图解，让学生理解ATP是细胞内流通的能量“通货”。

1.7 分镜头7： 总结与在线测试 通过微课的学习后询问学生： 你学会了吗？ATP是什么物质呢？它有什么结构？它的结构简式怎么书写？ATP为什么能为生命活动直接供能？合成ATP所需的能量来自于哪些生理过程？ATP水解释放的能量可直接用于哪些生命活动？ATP为什么被称为细胞能量的通货？萤火虫发光与ATP有什么关系呢？请扫码或登录在线网站测一测。

设计意图： 以问题串的形式总结微课的教学内容，以在线测试及时反馈微课的教学效果。

2 制作步骤

2.1 素材的搜集 萤火虫的图片、星空图、圆形图、五边形图、长方形图、ATP与ADP相互转化图和虫儿飞伴奏音乐等。

2.2 制作工具 手绘视频软件(Explaindio Video Creator)结合了PPT和手绘软件的优点，本身自带动画人物并兼容涂鸦素描，以及动态视频制作功能，可迅速地做出专业的动画和涂鸦素描。

2.3 后期编辑 利用后期编辑软件(Camtasia Studio)将各个分镜头组接起来，配上背景音乐。最后，导出mp4格式的视频。

3 注意事项

该微课视频资源可上传至校园网或第三方视频平台(如腾讯视频、优酷网等)，并可通过博客或微信公众平台推送。供学生在课余时间利用智能终端设备，如平板电脑或智能手机进行移动学习。也可供教师在新授课时进行信息化教学，但播放该视频时需注意与学生的实时交互，如播放至分镜头2构建ATP结构模型时，可按暂停键，提示学生自己先尝试构建ATP结构模型，后与视频中构建的ATP结构模型比较，并对自己构建的模型检验和修正。扫描视频中在线测试二维码或直接访问在线测试网址，输入姓名和手机号码，点击考生登录即可参加在线测试。测试完成后可即时查看测试结果、答案和解析，用于检验微课视频学习的效果并及时反馈。

通过该微课视频的学习，能使学生达到学科核心素养2科学思维水平一的要求，能够认识到生物学概念都是基于科学事实经过论证形成的，并能用这些概念解释简单的生命现象。例如，完成该微课的学习后，学生要用物理模型来阐释ATP的结构，并根据ATP的结构特点说明ATP作为直接能源物质的原因。该节微课也可在视频中添加“请按暂停键，尝试构建相关模型”等字幕，提示学生怎样完成相应的学习活动，从而提高视频学习的交互性。

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