教案：5.2 细胞的能量“货币”ATP-【高效备课】高中生物2025-2026学年人教版（2019）必修1同步资源

5.2细胞的能量“货币”ATP教案本教学设计是以“大单元教学”、“倡导探究性学习”为基础设计；学生对ATP的分子结构、ATP与ADP相互转化以及ATP的利用等概念感受抽象，认识不清，难以快速转化。本节设计利用探究性实验、资料分析、自主学习等方式让学生主动学、乐于学；构建生命观念的同时渗透中华传统文化以及生态环境保护的意识，提升学生生物学学科素养。本内容是人教版高中生物学必修1《分子与细胞》的第五章第二节，本节内容阐明：细胞内绝大多数吸能反应的直接能源物质是ATP。能够与降低化学反应活化能的酶、细胞呼吸作用衔接，起到承上启下的作用，为学生学习主动运输、细胞呼吸作用和光合作用奠定基础。学生通过前期学习形成概念，细胞中各种化学反应进行时通常伴随物质变化，同时也存在能量的转化。但学生对于细胞中能源物质由何种物质提供存在困惑，本节内容通过诺贝尔奖获得者出发，展示ATP的发现史，引导学生进行学习；通过对中华传统文化：古诗的赏析，激发学生的学习兴趣，对萤火虫尾部发光现象的解释。通过本节内容的学习可以帮助学生进一步加深对于细胞的认识，理解能量以物质作为载体，细胞内能量转化的机制。根据《普通高中生物学课程标准（2017年版2020年修订）》中学业要求“解释ATP是驱动细胞生物生命活动的直接能源物质”和学情分析，制定以下教学目标：生命观念：认同ATP是一种高能磷酸化合物，储存着活跃的化学能，进而建立结构与功能相适应的观点；认同虽然不同细胞内ATP含量均极少，但ATP和ADP间迅速的相互转化可以保持细胞中ATP含量的相对稳定，建立稳态与平衡观；认同ATP和ADP两种物质间相互转化过程伴随着能量的转化，形成“物质是能量的载体，能量是驱动物质转化的动力”的物质和能量观；认识到ATP是植物、动物、微生物共有的能量“货币”，构建不同生物拥有共同起源的进化与适应观。科学思维：构建ATP和ADP相互转化的模型，知晓两者转化迅速，快速进行生理生化反应需要酶的参与。了解ATP和ADP相互迅速转化的过程中，物质是可以循环的，但能量和酶不同，能量不可循环利用，理解ATP和ADP相互转化不是可逆反应。科学探究：通过小组合作、相互讨论尝试设计实验证明ATP而并非葡萄糖或脂肪是直接能源物质。社会责任：通过中华传统文化古诗词的欣赏，渗透热爱自然、热爱生命的价值观，通过对萤火虫发光的机理的学习，提高“绿水青山就是金山银山”的意识。教学重点：ATP的结构特以及其在能量代谢中的作用。教学难点：ATP和ADP相互转化的特点，说明ATP是细胞生命活动的直接能源物质。教法：教师在教学过程依据最近发展区理论，融合讨论法、比较法、归纳法等多种教学方法，帮助学生从认识细胞能量“货币”ATP，理解细胞内ATP与ADP的转化机制，结合前后内容为后期学习各种生命活动的奠定基础。学法：通过小组设计、实验、观察、分析、讨论，以学生为主体，形成“自主、合作、探究”的学习模式。【情境导入】1997年诺贝尔化学奖一半授予美国生物化学家保罗•波耶尔和英国化学家沃克，用来表彰他们在研究产生储能分子ATP的酶催化过程中的开创性贡献；另一半授予丹麦生物化学家詹斯•斯，因为他发现了一种被称为钠钾激活的腺苷三磷酸——钠钾ATP酶。ATP是所有生物细胞新陈代谢过程的“燃料”。ATP究竟有何魅力吸引着各国、多界科学家对其研究？今天就让我们深入了解ATP。学生欣赏“问题探讨”中华传统文化诗《秋夕》，教师引导学生通过阅读教材进行思考：①萤火虫发光的生物学意义是什么？②萤火虫体内有特殊的发光物质吗？③在萤火虫发光的过程中存在能量的转化吗？同学们都认同萤火虫发光过程存在能量的转化，那么萤火虫发光的直接供能物质是什么？教师带领学生回顾前期学习的细胞内能源物质有哪些？学生思考讨论后回答：糖类是细胞内的主要能源物质；脂肪是细胞内的重要储能物质；糖原是动物细胞特有的储能物质；淀粉是植物细胞特有的储能物质。请同学们根据资料中给出的信息，设计实验，验证萤火虫的发光的直接能源物质是什么？【资料一】：萤火虫的发光是生物发光的一种。萤火虫的发光原理是：萤火虫有专门的发光细胞，在发光细胞中有两类化学物质，一类被称作荧光素（在萤火虫中的称为萤火虫荧光素），另一类被称为荧光素酶。荧光素能在荧光素酶的催化下消耗ATP，并与氧气发生反应，反应中产生激发态的氧化荧光素，当氧化荧光素从激发态回到基态时释放出光子。反应中释放的能量几乎全部以光的形式释放，只有极少部分以热的形式释放，反应效率为95%。【任务一】设计实验验证ATP为细胞的直接能源物质教师提问：糖类（如葡萄糖）及脂肪能够为细胞提供能量吗？如何验证假设？实验是否需要设计单一变量？①提出问题：探究萤火虫发光的直接供能物质是什么？②作出假设：萤火虫发光的直接供能物质是ATP③实验步骤设计和实施：小组讨论，设计实验步骤，对结果进行预设，进行实验。④观察实验现象，得出结论：ATP是细胞的直接能源物质。进行实验，分析结果，得出结论。ATP为萤火虫发光直接提供能量。总结科学探究的一般步骤：提出问题→作出假设→设计方案→进行实验→分析结果，得出结论。教师总结并说明这些物质都不能为萤火虫发光直接供能，细胞的直接能源物质是ATP。教师说明萤火虫对生存环境要求较高，提出保护生态环境的必要性。【任务二】ATP的结构模型构建教师提前布置任务，学生通过阅读教材中ATP结构式，使用多种材料构建ATP的物理模型，教师展示ATP结构式模型，并通过问题串引导学生思考：①ATP的组成元素是什么？中文名称是什么？结构简式如何书写？结构简式中各符号是什么意思？②ATP中特殊的化学键具有较高的转移势能为萤火虫发光提供能量，它是如何为萤火虫提供能量的？为什么说ATP是细胞内的一种高能磷酸化合物？③ATP的A具体指什么结构，包含哪几部分，跟我们以前学过的A有什么区别？学生观察ATP的结构式，并进行小组讨论，得出结论：①ATP的组成元素：C、H、O、N、P；腺苷三磷酸；A代表腺苷、P代表磷酸基团、“－”代表普通的化学键、“～”代表特殊的化学键。②一分子的腺嘌呤和一分子的核糖构成了一分子的腺苷；以前学的A是代表腺嘌呤。③由于磷酸基团带负电荷而相互排斥等原因，使构成的特殊的化学键不稳定，磷酸基团之间的化学键用“～”符号表示，储存有较高的能量，所以是高能磷酸化合物。教师讲解修正模型并展示ATP高能磷酸键断裂情况，巩固结构与功能相适应的观点。【任务三】ATP与ADP转化的意义的探究资料1：人体每天所消耗的能量需要水解100～150mol的ATP（相当于50～75kg）；在剧烈运动的情况下，ATP的消耗约达0.5kg/min。而人体中ATP的总量只有大约2mg，剧烈运动时只能维持3s。如何解决这一矛盾呢？资料2：在某细胞培养液中加入32P（31P的同位素）标记的磷酸分子，短时间内分离出细胞中的ATP，发现其含量变化不大，但部分ATP的末端磷酸基团已带上放射性标记。资料3：ATP水解生成的ADP又可在一定条件下转化成ATP。ATP与ADP互相转化的能量供应机制，在所有生物的细胞内都是一样的。教师引导学生思考：资料二中ATP的末端磷酸基团为何会出现放射性？教师请学生根据自制ATP结构模型讲解ATP的水解和合成的过程。教师先肯定，再指导学生阅读资料后思考问题。得出ATP在细胞内含量很少但机体需求量很大的结论，这种能量供需矛盾解决的关键是ATP和ADP间进行迅速的相互转化，构建细胞内的稳态和平衡观。教师最后总结：ATP和ADP相互转化的能量供应机制在所有生物的细胞内都是一样的，这体现了生物界的统一性。细胞单位时间内需要的能量多少是由ATP和ADP相互转化速度的快慢决定，ATP的含量处于动态平衡之中。这对于构成细胞内稳定的供能环境具有十分重要的意义。【任务四】ATP与ADP之间的转化并非可逆反应。【教师讲解】ATP在ATP水解酶的作用下水解，键能释放，转化为较ATP稳定的化合物——ADP，脱离下来的磷酸基团或其他分子结合使后者发生变化，或成为游离的磷酸，通过该过程，ATP为其他化学反应提供能量。由于ATP结构具有不稳定性，决定了ATP可以作为细胞内的直接能源物质。提问：ATP水解的产物包括哪些？能否写出ATP水解的反应式？通过阅读与分析，学生得出ATP的水解产物包括ADP和游离的磷酸基团（用Pi表示），同时释放出能量。同时认识到ATP的化学性质较糖类、脂质等物质活跃，因而ATP可以为细胞内的绝大多数生命活动直接供能。阅读教材第87页和88页，小组讨论，找出答案。①合成ATP需要什么原料呢？能否写出ATP合成的反应式？②ATP合成所需要的能量从何而来？ATP水解所释放的能量又有什么用途？③根据ATP和ADP之间相互转化关系，能量的转化关系，构建ATP和ADP相互转化的模型？④ATP和ADP的相互转化是不是可逆反应？学生阅读教材，尝试构建ATP和ADP相互转化的模型，教师对学生构建的模型给予评价。学生回答：不属于可逆反应。【任务五】ATP的利用及实践，体会生命活动的重要ATP除了为萤火虫的