《细胞的能量通货——atp》教学设计

1细胞的能量通货ATP教学设计畹町中学 寸晓云一、内容及其解析1、内容：细胞的能量“通货”ATP是高中生物（新课标人教版）必修I分子与细胞第 5 章细胞的能量供应和利用中第 2 小节的内容。本节内容主要介绍 ATP 的分子组成和结构特点、ATP 与 ADP 的相互转化以及 ATP 在细胞生命活动中的作用 3 个方面的内容。本节教学内容相对较少，但是各部分内容的联系与渗透十分典型，需要综合理解与应用。同时，该节内容在细胞能量供应和利用一章中的承接作用相当明显，学习好本节内容，有助于帮助学生更好掌握后面包括细胞呼吸、光合作用等知识。2、解析：通过组成细胞的分子一章的学习，学生对能源物质与能量有了进一步的理解，也为学习 ATP 这一细胞的直接供能物质奠定了基础。但是 ATP 与 ADP 作为两种看不见摸不着的物质，又是学生新接触的两个概念，学生掌握起来是有一定的难度，因此应该侧重对此两种物质化学组成简式的分析与解释。此外，学生通过物理、化学两学科的学习，已经具备了能量转化的知识，将其转移应用到对 ATP 与 ADP 的相互转化上，来认识细胞内的能量转化，是有帮助作用的。二、目标及其解析1、目标（1）简述 ATP 的化学组成和特点（2）写出 ATP 的分子式（3）解释 ATP 在能量代谢中的作用2、解析（1）通过图片展示给学生，不必让学生记忆 ATP 分子的结构式，只需理解记忆其结构简式（2）通过 ATP 与 ADP 的相互转化关系，认识 ATP 在细胞中作为能量流通的原因（3）通过分析，比较在生物体生命活动中，ATP 的生成和消耗，找出能量代谢的规律三、教学问题诊断分析1、在介绍 ATP 时，可以将 ATP 分子的化学成分及结构图片展示给学生，不必让学生记忆 ATP 分子的结构式，只是通过了解 ATP 分子结构的特点，让学生对其能够作为细胞的能量通货有所理解。22、对于 ATP 的简式以及所表示的含义，要让学生清楚 ATP 三个磷酸键的不同，可用形象的图画让学生了解何谓“高能磷酸键”。3、 关于 ATP 与 ADP 的相互转化时本节的重点，也是难点，可利用比喻，将细胞中的能量通货比作我们日常生活中的零用钱，它会随着每天的花销而减少，因此要维持正常的生活必须不断破开大面值的钞票给予补充，细胞中的大面值钞票主要是糖类等有机物。在有机物分解时释放出的能量能被用来合成 ATP，这个过程通过 ATP 与ADP 的相互转化来实现。四、课时安排：一课时五、教学支持条件多媒体课件以及学生合作拼接的 ATP 分子结构简式，加深对分子结构的理解。六、教学设计过程（一）教学基本流程：情景导入ATP 的结构简式ATP 与ADP 的相互转化ATP 的利用目标检测ATP 是直接的能源物质小结 ATP 的形成途径（二）教学情境：1、情景导入：(播放图片)问题 1：萤火虫发光需要的能量从何而来？设计意图：让学生学习、了解科学家的工作方法和思维方法，特别是实验的对照原则，为学生自己的探究打下基础。在后面的环节表明学生已经学会设立空白对照。例 1：观察模拟的“发光实验”表格，回答实验结论。1 步骤 取 3 个试管各加入 2ml 生理盐水，各加入等量的放置一段时间的萤火虫发光部位提取液2 步骤 1ml 蒸馏水 1ml 葡萄糖 1ml ATP3 实验现象 不再发光 不再发光 重新发光4 实验结论 可以为萤火虫直接提供能量，而葡萄糖中的能量并不能直接使用。3师生活动：（1）打开课本，教师情景导入：“银烛秋光冷画屏，轻罗小扇扑流萤。天街夜色凉如水，卧看牵牛织 女星。 ”让我们重温唐代诗人杜牧这情景交融的诗句，想想夜空中这些萤火虫发光所需要的能量从何而来？思考学案中的 问题 1 并回答例题 1。（2）糖类、脂肪、蛋白质三大能源物质释放出来的能量不能直接被生物体利用，只有转化成 ATP 以后才能被直接利用，因此 ATP是直接的能源物质。2、ATP 与糖类等有机物大分子之间的关系问题 2：ATP 与糖类等有机物大分子之间是怎样的关系？设计意图：理解细胞能量的“稳定储存”与“灵活利用”， 生活实例激发学生学习兴趣。师生活动：通过“ 通货” 比 喻教学， 进一步加强学生对 ATP 的认识：存折（对应）细胞中的糖类、蛋白质等大分子能量物质；流通货币（对应）ATP。我们日常生活每天都需要必要的开销，这些消费要通 过我们手里的流通货币实现。但是如果我们总是拿大面值的钞票进行交易会很麻烦，比如我们不必在买一根冰棒、一串糖葫芦或一管牙膏时拿出百元大钞，相反如果我们把百元大钞换成 100 张小票，在进行交易时就会很方便。 细胞利用能量也是如此，在细胞中 “百元大钞”相当于储存能量的有机物大分子，ATP 分子就是那个可以在细胞内流通的“小票” ，即能量的通货。 3、ATP 的结构简式 问题 3：ATP 是什么物质？它的结构简式是怎样的？设计意图：通过介绍 ATP 的结构简式，完成教学目标 1：ATP 的化学组成师生活动：（1）介绍 ATP：纯净的 ATP 是白色粉末状，能溶于水，医药上一般有片剂和注射液两种，片剂可口服，注射液可肌肉注射或静脉滴注。主要用于辅助治疗肌肉萎缩、脑溢血后遗症、心肌炎等疾病。 ATP 可提供能量，起到改善患者新陈代谢的作用。注意：ATP 片剂并不是吃得越多越好，心率过缓（低于 60 次分）的病人就不宜服用 ATP，如果大剂量服用的话，不但会引起血压降低，甚至还会引起过敏性休克。所以，体质过敏的人不宜服用 ATP。（2）介绍 ATP 的结构简式：给学生两分钟时间看 88 页第二段以及相关信息，并让同桌两人合作拼接 ATP 分子结构简式。教 师进行简单点评后形成板书。APPP A：腺苷（即腺嘌呤和核糖组成的化合物） P：磷酸基团 T：代表“三” ：普通化学键 ：高能磷酸键（水解时释放大量能量，是一般磷酸键水解释放能量的两倍以上）（3）ATP 是活细胞内普遍存在的一种高能磷酸化合物，因 为它在水解时释放的能量在 20.92KJmol 以上，一般，我们将水解时释放 20.92KJmol 能量以上的化合物称为4高能化合物。而 ATP 水解释放的能量多达 30.54KJmol，所以说 ATP是细胞内的一种高能磷酸化合物。（4）引入下一个问题：ATP 是细胞代谢所需能量的直接来源，那 ATP 中的能量是如何释放出来供生物体各项生命活动利用呢？让学生阅读 ATP 与 ADP 的相互转化，在阅读的基础上理解掌握 ATP 是如何水解的？又如何合成？4、ATP 与 ADP 的相互转化：问题 4：ATP 是如何水解的？在水解过程中，哪个键首先断裂？又是如何合成 ATP的？设计意图：让学生理解 ATP 水解过程以及合成过程师生活动：（1）让学生看课本 88 页最后一段后回答，ATP 是如何水解的？哪个键首先断裂？学生回答后，教师明确:实验证明， ATP 在有关酶的催化作用下， 远离 A 的那个高能磷酸键首先水解， 远离 A 的那个磷酸键脱离开，形成 Pi，同时将储存在这个高能磷酸键中的能量释放出来，三磷酸腺苷也就变成了二磷酸腺苷（ADP），并形成板书。 APPP Pi APP Pi A PADP AMP(是 RNA 的组成成分)ATP ADP Pi 能量（2）让学生注意：细胞内的 ATP 的含量非常少，那么 ATP 会不会因为不断地进行分解，最终被完全消耗掉呢？ 这种情况一般不会发生，因为 ATP 水解后产生的 ADP 会在另一种酶的催化下，接受能量，同时与一个磷酸结 合，又合成 ATP。这样的相互转化保证了细胞内 ATP 含量的相对稳定。 ATP 在细胞内的 转化是非常迅速的，在形成不到一分钟的时间就要发生转化， 这样可以使生物体内部总保持一种稳定的供能环境，据统计，一成年人 24 小时内有 40的 ATP 发生转化。（3）强调：那 ATP 与 ADP 的相互转化是可逆反应吗？(必需满足场所、物质、能量等条件完全相同才属于可逆反应)，用 ATP 与 ADP 转化示意图说明它们的相互转化不是可逆反应，并引出下一个 问题：合成 ATP 所需的能量从哪里获得？酶酶5ATPADP酶 酶能量PiPi能量ATP合成 ATP水解5、ATP 的形成途径： 问题 5：合成 ATP 所需的能量从哪里获得？ 设计意图：让学生了解 ATP 水解释放的能量不能再回收利用，合成 ATP 所需的能量必需通过新的途径获得师生活动：（1）让学生回顾光合作用的知识。光能CO2 + H2O （CH 2O） + O2叶绿体光合作用需要光，光能首先被色素吸收并转化成活跃的化学能，然后提供给 ATP的形成。即： ADP Pi 能量（光能化学能） 酶 ATPATP 再把能量提供给有机物的合成，可看出，这个能量可通过植物光合作用来提供。（2）在动物和人体中，能量又是通过哪些途径来提供？回顾呼吸作用的知识。（CH 2O） + O2 CO 2 + H2O 能量 有机物分解释放的能量，大部分以热能的形式散失了，有一部分则转移到 ATP 中。即： ADP Pi 能量（呼吸作用释放的） 酶 ATP动物和人的呼吸作用为 ATP 的合成提供能量。（3）综上所述，可作如下总结：动物和人 绿色植物ADP Pi 能量 酶 ATP无论是动物、人还是绿色植物，将 ADP 转化成 ATP 所需能量的根本来源是太阳能。6、ATP 的利用： 问题 6：ATP 作为细胞生命活动的直接供能物质，都为哪些生命活动提供能量？呼吸作用 光合作用6设计意图：理解 ATP 为生命活动供能，认识 ATP 中的活跃化学能可转变为生命所需用的化学能、渗透能、机械能、电能、光能和热能等。师生活动：指导学生阅读教材图解，领会 ATP 水解所释放出的能量的用途，并形成板书：用于主动运输、生物 发电、肌肉收 缩、各种吸能反应等。7、目标检测：（1）ATP 的结构式可以简写成：（ B ）A、APPP B、APPPC、APPP C、APPP设计意图：让学生掌握 ATP 结构简式的正确写法。（2）在剧烈运动过程中，人体骨骼肌细胞所需要的能量直接来源于（ D ）A、肌糖原的分解 B、肝糖原的分解C、葡萄糖的分解 D、三磷酸腺苷的分解设计意图：让学生掌握 ATP 是直接的能源物质，以及 ATP 的全称。（3）下列有关 ATP 的叙述中，正确的是（ C ）A、ATP 分子中所有化学键都储存着大量能量，所以被称为高能磷酸化合物B、ATP 在人体细胞内普遍存在，含量很高C、ATP 水解是指高能磷酸键的水解D、ATP 中大量的能量储存在磷酸键中设计意图：理解 ATP 的结构简式、水解过程以及大量能量储存在高能磷酸键中。（4）ATP 转化为 ADP 可表示如下：式中 X 代表（ D ）A、H 2O B、H C、P D、Pi设计意图：理解 ATP 水解的过程。8、小结：细胞内的化学反应有些是需要吸收能量的，有些是释放能量的。吸能反应一般与ATP 的水解相联系，由 ATP 水解提供能量；放能反应一般与 ATP 的合成相联系，释放的能量储存在 ATP 中。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，ATP 就像能量转换的“中转站”，因此可形象地把它比喻成细胞内流通的能量“通货”，正是由于细胞内有 ATP 这种能量“通货”，细胞才能及时而持续