5.2细胞能量货币ATP教学设计2022-2023学年高一上学期生物人教版必修1

5.2“细胞的能量货币ATP”教学设计摘要：基于高一学生的认知水平，对细胞的生存需要能量和营养物质这一概念处于前认知水平，学习ATP可以使学生加深对这一概念的理解。在“细胞能量货币ATP”一节教学中，以原因类问题为载体，引导学生讨论和进行自主思考。通过学生ATP的结构和功能，发展学生的结构与功能相适应的观念，学习ATP和ADP的相互转化，发展学生的稳态与平衡的观念，从而提高学生的核心素养。关键词：认知水平能量原因类问题观念核心素养1教材分析及设计思路“细胞的能量货币ATP”是人教版必修一第5章第3节的教学内容，本节的主要内容包括ATP结构，ATP和ADP的相互转化和ATP的利用等内容。糖类和脂肪等有机物中都含有能量，而很多生命活动都是需要能量的，但只有ATP能够为这些需要能量的生命活动提供能量。ATP具有这样的功能与其结构是分不开的，所以本节内容首先就要让学生学习和理解ATP的结构，特别是两个特殊的化学键，远离腺苷的特殊化学键为何容易断裂是因为磷酸基团都带有负电，相互排斥导致该化学键容易断裂，并且断裂后会释放大量的能量，这样学生就能形成初步的功能与结构相适应的观念，即ATP可以作为直接的能源物质与其结构是分不开的。紧接着教材要解决ATP消耗快但是又含量少的矛盾，通过图5-4中ATP和ADP的相互转化可以让学生形成稳态与平衡的观念，也能培养学生从图中提取信息的能力和在相对真实的情境中去解决问题的能力。关于ATP的利用用直观的图去让学生知道ATP的利用是无处不在的，通过前面的学习学生对主动运输需要能量只停留一个浅层的理解水平，教材详细介绍ATP如何为主动运输提供能量，可以让学生能从深层次理解ATP作为直接的能源物质如何去利用，逐步形成细胞的生存需要能量和营养物质这一核心概念。2教学目标2.1通过学习ATP的结构，特别是ATP中特殊化学键容易断裂和释放大量的能量，理解ATP能为需要能量的生命活动过程直接供能和ATP是一种高能磷酸化合物，认同物质的结构和功能是相适应的。2.2能理解ATP在生物体内含量少但有消耗量大的矛盾是通过ATP和ADP迅速的相互转化来解决的，知道生命活动的过程是动态的过程，让学生初步形成稳态与平衡的观念。2.3通过学习ATP的合成和水解过程中涉及的能量来源和去处，让学生明白ATP的利用在生物体内是真实存在的，能理解ATP的合成与放能反应相联系，ATP的水解与吸能反应相联系，认同ATP作为直接能源物质像货币一样流通。3学情分析通过前面的内容学习，学生对细胞中的能量存在和利用有了一定的了解。知道了糖类是主要的能源物质，可以通过呼吸作用来为生命活动提供能量，脂肪是良好的储能物质，多余的能量可通过合成脂肪的形式储存起来，蛋白质在某些情况下也可以提供能量。学习了主动运输和胞吞、胞吐等生命活动需要能量，对需要能量的生命活动有了初步了解，但是对能量如何被使用，在哪些场所被使用，使用过程是怎样的还是不清楚。学生还没有形成相应的观念，从教材的图中获取信息的能力还不够，用细胞中的相应的知识点和生活中的例子类比能力还不够，通过这一节课的学习，需要逐步提高学生的这些能力。4教学过程4.1通过类比，激发学生的兴趣，使学生能够很快的进入学习状态图片展示电能的的用途和电能的来源，设计以下几个问题：（1）生活中应用最广泛的能量的形式是什么？它有哪些用途？通过什么方式得到它？设计意图：从生活学生熟悉的电能入手，使学生知道生活处处与能量有关，并且知道能量是可以相互转化的，能量可以不断使用和不断的生成，水的势能、风能和光能等可以转化电能，而电能有可以转化成其它能量，而电能是这些能量的中介。通过展示我国最大的水电站长江三峡水电站的图片，简单介绍它的发电量，提高学生的名族自豪感。图片展示糖类和脂肪等能源物质、主动运输和胞吞、胞吐等需要能量的生命活动，设问：（1）糖类和脂肪作为能源物质能直接为主动运输供能吗？（2）细胞中是否存在类似电能一样的物质直接为主动运输和胞吞、胞吐供能吗？设计意图：帮助学生形成能量的概念，通过与电能的类比，说明细胞中也存在类似电能的能量中介ATP，通过与生活中的例子去类比，能够把细胞中抽象的、难以理解的知识点形象化，能让学生更好的去理解，让学生去感受类比的作用。4.2构建ATP的结构模型，发展学生的认知能力关于ATP的结构，老师在课前准备好纸片模型，模型体现元素的组成，并让学生小组合作拼好ATP的结构，具体结构如下： 普通化学键特殊化学键根据小组拼好的ATP结构，思考以下问题：（1）组成ATP的元素有哪些？（2）ATP结构简式中的A、T、P分别代表什么？何如区分腺嘌呤和腺苷？（3）根据ATP的结构，想一想ATP为什么能够作为直接的能源物质？设计意图：通过把ATP的结构拆成纸片的形式，让学生小组合作根据课本的内容去拼接，这样既可以培养学生的合作能力和动手能力，又可以促使学生认真去思考课本的内容，养成认真对待课本知识的习惯。其中直线代表普通化学键，曲线代表特殊化学键，为讲下面的键的断裂释放能量做铺垫。提供纸片模型，可以让学生直观的去感受元素存在的位置，如N、P元素，这样学生就不需要死记硬背了，可以做到真正的理解ATP的元素组成。学生很容易把腺嘌呤和腺苷弄混淆，所以设计了第2个问题，通过直接的设问，让学生知道腺苷是包括腺嘌呤和核糖的，此时老师可以联系DNA和RNA中的A所代表意义，通过对比，加深学生对这些A的理解。ATP为何能够直接供能，分析其特殊化学键，把该键类比成压缩的弹簧，学生就很容易理解一旦特殊的化学键断裂（压缩的弹簧一旦松开）就会释放能量，即ATP的特殊化学键容易断裂释放能量，自然就能更好的理解ATP能做为直接的能源物质。4.3充分利用教材的情景，培养学生提取信息的能力ATP作为直接的能源物质为体内需要能量的生命活动供能，学生自然会认为ATP在体内的含量多，如何改变学生这一错误的认知，提供以下教材上的情景：资料1.成年人体内ATP的总量约2~10mg，在安静的状态下一天需要消耗的ATP为48kg，在活动的状况下ATP的消耗可达0.5kg/min;在安静状态时，肌肉内ATP的所释放能量只能维持肌肉收缩1~2s。资料2.人体每个细胞每秒钟可以合成约1000万个ATP，且同时有等量的ATP被水解成ADP。利用上面的情境设计以下问题：问题1.ATP在细胞内的含量多吗？消耗量大吗？问题2.ATP作为直接的提供能量的物质，生物体如何补充生命活动所需要的大量的ATP呢？问题3.请根据图5-4写出ATP的水解和合成反应式？设计意图：为了让学生理解ATP的含量少且消耗量的矛盾，充分挖掘教材上资源，让学生阅读情境改变自己原来错误的认知，而且这种提供真实的情境更具有说服力。提供教材上的图，使学生理解ATP和ADP是可以快速相互转化的，图中的图形像一个圆，即ATP和ADP在物质上的利用是可以循环的，就能更好理解通过ATP不断的合成和水解以保证ATP的稳定，逐步形成稳态与平衡的观念。ATP的合成：ATP的合成：ADP＋能量①＋Pi酶ATPATP的水解：ATP的水解：ATP酶ADP＋能量②＋Pi请研读教材87页图5-5和88页图5-6、5-7及相关内容，回答下列问题：1.能量①可以来自于细胞中的那些生命活动的过程？2.能量②可以用于细胞中哪些生命活动？3.能量②是如何用于主动运输的？设计意图：ATP合成是需要能量的，而细胞中有很多物质是含有能量的，比如葡萄糖和脂肪等，学生会联想到初中学过的呼吸作用，再根据教材中的图5-5，就可以知道能量①可以来自于光合作用和呼吸作用。老师可以强调呼吸作用和光合作用是放能反应，来突破ATP的合成与放能反应相联系。通过分析教材图5-7，结合视频，让学生理解ATP是如何为主动运输功能及ATP的水解释放的能量用于这些需要能量的反应，来突破这些难点。糖类中的能量通过呼吸作用释放出来储存在ATP中，ATP又可以直接给需要能量的生命活动，让学生去理解ATP作为能量的货币在细胞中流通。5教学反思基于学生现有的知识水平和认知水平，对于教材上的知识教师可以通过寻找最适合学生理解方式去呈现。学生得出某个结论可