细胞的能量“货币”ATP教学设计

.2细胞的能量货币”ATP一、教学背景分析课标分析：根据课本的内容，分为三部分，第一部分说明ATP是一种高能磷酸化合物，了解ATP的分子简式，说出ATP的化学组成和特点，阐述ATP的功能机理；第二部分说明ATP与ADP的相互转化，说出转化的特点，解释ATP在细胞生命活动中的应用；第三部分解释ATP是细胞的能量“货币”，说出吸能反应与ATP水解有关，放能反应与ATP合成有关。教材分析：本节位于高中生物必修一“分子与细胞”的第五章第二节。内容是大概念“细胞的生存需要能量和营养物质。”下的第二个重要概念“细胞的功能绝大多数基于化学反应，这些化学发应发生在细胞的特定区域”的生物学科学事实，内容虽然少，但是却承担起构建大概念枢纽的作用。从学科的角度来看，ATP也是生命的枢纽：它构建了细胞能量供应的体系，并且这种体系是在生命起源之初就形成的，所以在多样性的生物中毫无例外都是建立在这一能量供应体系上的。除此之外ATP还参与细胞内核酸和糖类的转化。在演化过程中还可能参与了遗传密码的演化。所以本节对构建生命的物质能量观尤为重要。ATP与上一节所学酶共同搭建了化学反应与生命之间的桥梁，如果没有酶和ATP，化学发应永远也不可能演化出生命。这两节内容是对生命本质理解的核心，而且还是引出后面两节内容的关键，决定了学生对光合作用和呼吸作用学习的认识和态度。ATP是生命活动的直接能源物质，在细胞代谢中具有重要作用，在细胞呼吸、光合作用中会产生ATP，因此本节内容是后续章节学习的基础，具有承前启后的作用。学情分析：从知识上看高一学生具有生命活动需要能力供应的基础。从能力上看高一学生对高中生物学科的学习还没有完全适应，除了学生学习态度和能力外，还再眷顾知识掌握层面的期望值。学生的生物学科素养依旧不够。再加上本节内容与第二章中糖类会引起学生的认知冲突，突然就加大了理解的难度，所以本节我把较为简单的概念性知识ATP的结构简式作为前置学习知识，与之前所学的RNA基本单位核苷酸作出类比，复习旧知的同时加固新知识的概念。ATP的结构是我们看不见摸不着的，这就需要将其模型具象化，构建出实物模型，尤其是中间的特殊化学键，根据其特点然后以作业的形式在课前进行反馈，很大程度上可以使学生在课堂上基本处于相同的起点，有利于教师的教学开展。另一方面，学生要深入理解ATP与ADP相互转换的机制是有难度的，所以需要设计一个模型构建活动检测让学生在这一部分内容的达成情况，并在检查中不断修正，最终能以稳态与平衡的观念来理解这个过程。二、教学目标1.通过ATP的物理模型和结构简式，学习并掌握ATP的化学组成和结构特点，发展结构功能观和物质能量观。（生命观念、科学思维）2.通过建构ATP与ADP相互转化的概念模型，理解两者相互转化的过程及意义，树立稳态与平衡观，并归纳概述ATP形成所需要的能量来源。（生命观念、科学思维）3.通过对ATP利用实例和吸能放能反应的讨论分析，认同ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质，理解其能量“货币”的作用。（科学思维、科学探究）4.通过荧光检测仪的实例，了解ATP在日常生活中的运用，增强问题解决的能力，提升对生物科技的兴趣度和现实生活的关注度。（科学思维、社会责任）三、教学重难点教学重点：1、ATP的化学组成、结构特点及其在能量代谢中的作用；2、ATP与ADP的相互转化；教学难点：1、ATP与ADP的相互转化；2、ATP与ADP的相互转化和细胞中吸（放）能反应之间的关系。四、教学媒体教具展示、模型建构、动画演示、视频资料、图片资料等手段。五、教学过程教学环节教师活动学生活动设计意图新课导入（萤火虫发光实验，探究生命活动的直接能源物质）教师创设情境：展示《南京市》动态图片。顺势提出：萤火虫发光的生物学意义是什么？进一步给学生展示萤火虫发光的机理；引导学生思考：为荧光素氧化过程提供能量的物质可能是什么呢？学生尝试设计实验探究直接为该反应提供能量的物质是葡萄糖还是ATP？教师播放视频：《萤火虫发光器实验》以淀粉、脂肪、ATP溶液等为实验材料，探究为萤火虫发光直接提供能量的物质是什么。教师生物发光、呼吸作用、大脑思考和运动从而得出大多数需要能量的生命活动都是由ATP直接提供能量，进而得出“ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质”的结论。学生被萤火虫的光亮所吸引。学生根据已有认知进行回答；经过初步的分析，学生排除淀粉、糖原、脂肪，但对葡萄糖和ATP无法形成正确的判断。学生观看实验后，与教师一起总结得出“直接给细胞的生命活动提供能量的是ATP”这一观点。学生对ATP的“直接”能源物质这一功能进行理解。对“能源物质--ATP--生命活动”三者关系进行理解和辨析。以生活情境萤火虫来激发学生学习兴趣。回忆旧知，引出ATP这一物质，创建新旧知识间的联系。以实验探究的过程培养学生的科学思维和科学探究能力。构建知识间的联系，更利于学生进行辨析和理解。小组合作搭建ATP的结构模型，认识ATP的结构6人为一组，阅读教材86页，利用手上的材料构建ATP结构模型。观察结构模型，小组合作讨论以下问题：1.ATP的中文名称？2.ATP的组成元素？3.ATP的结构简式？4.A、T、P、—、~分别代表什么？5.为什么说ATP是高能磷酸化合物？【提升】为什么说ATP是高能磷酸化合物？教师解释ATP的结构特点是两个相邻的磷酸基团都带负电荷而相互排斥，末端磷酸基团具有较高的转移势能，末端的磷酸基团有一种脱离下来与其他分子结合的趋势。巩固ATP水解过程。课堂活动：在教师给出的结构中挑选正确的材料拼出ATP的结构模型图。并回答相应的问题1、ATP的中文名称：2、ATP的元素组成：2、结构简式：，A表示，P表示，～表示3、特点：由于两个相邻的磷酸基团都带负电而相互____等原因，使得这种化学键_____，末端磷酸基团有一种离开ATP而与其他分子结合的趋势，也就是具有较高的________。4、当ATP在酶的作用下水解时，脱离下来的末端________挟______与其他分子结合，从而使后者发生变化。5、1molATP水解释放的能量高达30.54kJ，所以说ATP是一种_______________。建立新旧知识间的联系，为新知识的学习做铺垫。通过这一课堂活动，营造轻松的课堂氛围，同时考察学生的观察和掌握能力，对ATP结构的内容进行巩固和加深讲解，进而引出“特殊化学键”这一内容。培养学生的结构功能观。 ATP为生命活动提供能量的机制1播放Ca2+主动运输视频教师引导学生写出ATP水解反应表达式。2ATP与ADP相互转化的反应式资料1：磷酸肌酸是一种高能磷酸化合物（C~P，C指肌酸），它能在肌酸激酶的催化下将自身的磷酸基团转移到ADP分子中来合成ATP。研究者对蛙的肌肉组织进行短暂电刺激，检测对照组和实验组(肌肉组织用肌酸激酶阻断剂处理)肌肉收缩前后ATP和ADP的含量，结果如表所示。引导学生写出ATP与ADP相互转化的反应式，并思考为什么对照组ATP和ADP含量没有变化，实验组ATP含量减少，ADP含量上升。3ATP与ADP相互转化的特点资料2：①一个成年人一天在静止状态下所消耗的ATP有40kg；在剧烈运动状态下，每分钟约有0.5kg的ATP转化成ADP。②成人体内ATP总量约2-10mg，人体安静状态下，肌肉内ATP含量只能供肌肉收缩1-2s。③人体每个细胞每秒钟可合成约1000万个ATP且同时有等量ATP被水解成ADP。4合成ATP的能量来自哪些生理过程资料3：催化ATP合成的酶主要分布在线粒体内膜和叶绿体类囊体膜上。ADP接受细胞呼吸中有机物氧化分解释放的能量或光合作用中捕获的光能，与游离的Pi结合，重新合成ATP。教师展示ATP与ADP相互转化的概念图【情景】【提问】细胞为什么不直接利用葡萄糖等有机物中的能量，而是要将能量转移至ATP中再利用？1运输Ca2+的载体蛋白还是一种催化的酶，Ca2+与载体蛋白结合位点结合会激活该酶，ATP水解成，此时水解形成的会携带和载体蛋白相结合，完成磷酸化过程。载体蛋白硝酸化会导致其发生变化使Ca”结合位点转向膜外，将释放到膜外，完成主动运输。2肌肉收缩会消耗ATP生成ADP，对照组中由于存在肌酸激酶，所以ADP在酶的作用下可以重新生成ATP；而实验组由于缺乏肌酸激酶，ADP不能生成ATP，所以对照组ATP和ADP含量没有变化，实验组ATP含量减少，ADP含量上升。3ATP含量很少由两则资料学生得出ATP含量的矛盾点，产生疑惑。学生得出：ATP合成和水解都非常迅速。所以ATP虽然含量少，但是存在着较快的转化关系。ATP与ADP的相互转化是时刻不停地发生且动态平衡之中的。ATP与ADP的相互转化是时刻不停地发生且动态平衡之中的。4合成ATP的能量可以来自呼吸作用和光合作用。通过反应表达式的书写和资料分析，训练学生的知识总结能力。由ATP相关特点的矛盾性，