细胞的能量“通货”——ATP教学设计

1. 教材分析

人教版高中生物教材（必修一）《分子与细胞》第五章“细胞的能量供应和利用”第二节“细胞的能量通货——ATP”，从ATP的结构简式、ATP与ADP的相互转化、ATP的利用三个方面阐述了细胞中的直接能源物质。关于能源物质在本教材第二章“组成细胞的分子”第四节“糖类和脂质”一节中首次接触，糖类是主要的能源物质，脂肪是细胞内良好的储能物质，通过本节的学习，让学生进一步认识，糖和脂肪相当于储存能量的“存折”，ATP才是可以在细胞内流通的“人民币”，直接交易的“通货”。同时，有关ATP形成时的能量来源即光合作用和呼吸作用也是本章后两节所要学习的内容，是进入下一节学习不可缺少的。因此本节在本模块中具有承上启下的重要作用：学生可以进一步理解只有在能量的供应下，细胞膜才能行使主动运输的功能；并且加深理解把叶绿体和线粒体分别比喻为植物细胞的“能量转换站”和所有细胞的“动力车间”的含义；便于加深领会活细胞之所以能够经历生长、增殖等生命历程与能量的供应和利用是分不开的。

二、学情分析

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。

2. 教学目标

知识目标：（1）简述ATP的化学组成和特点，写出ATP的结构简式。

（2）理解ATP与ADP的相互转化以及ATP形成途径。

（3）解释ATP在能量代谢中的作用。

能力目标：（1）通过萤火虫发光问题的探究，初步培养实验分析与设计能力。

         （2）通过问题讨论共同绘出ATP和ADP的相互转化示意图，理解ATP在细胞中作为能量通货的原因。

情感态度与价值观：（1）激发学习兴趣和渗透热爱自然和生命的情感。

（2）培养用科学术语阐述观点和主动参与进行合作学习的学习态度。

3. 教学重点和难点

教学重点：ATP化学组成的特点及其在能量代谢中的作用；ATP与ADP的相互转化。

教学难点：ATP是细胞内的能量“通货”；ATP与ADP的相互转化。

确立依据：因为“ATP化学组成的特点及其在能量代谢中的作用”和“ATP与ADP的相互转化”，便于学生理解主动运输，对于今后进一步学习光合作用和呼吸作用起着重要的作用，也更有利于学习细胞分裂、DNA复制、基因的表达等相关内容。所以将它们定为本节课的重点。

又因为学生没有有机化学知识，难以理解ATP与ADP的关系。在使用大纲教材时期，学生学习本节内容已经有了一定的有机化学基础，便于学生学习ATP与ADP的相互转化。而如今化学必修2的有机化学内容安排在高一下学期学习，而本节内容在高一上学期学习。另外ATP是细胞能量的“通货”这一概念较为抽象，学生难以接受，所以将这两点定为本节课的难点。

4. 课前准备

（1）ATP与ADP相互转化示意图

（2）制作多媒体课件。

5. 课时安排

一课时

6. 教学过程

6.1 故事情境，导入新课

多媒体展示车胤囊萤的故事，不仅唤起学生的学习兴趣，更激发学生积极向上。车胤成为一个伟人离不开一个伟大的生物——萤火虫，萤火虫为什么会发光？然后多媒体展示萤火虫的发光原理：萤火虫尾部的发光细胞中有荧光素和荧光素酶，荧光素接受能量后就被激活，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，形成氧化荧光素并且发出荧光。

学生容易发现发光的关键是荧光素要接受能量被激活。

师：在细胞内哪些物质较有可能为萤火虫尾部细胞的发光提供能量？

学生回顾得出：糖类（主要能源物质）或脂肪（主要储能物质）。

师：这些物质能为萤火虫发光直接供能吗? 还是其他物质？这就需要我们来共同探讨第二节：细胞的能量“通货” ——ATP（引出课题）。

下面让我们通过实验（见课件）来解决这个问题吧。

课件展示一个实验探究：用小刀将数十只萤火虫的发光器割下，干燥后研磨成粉末，取四等份分别装入四支试管，各加入少量水使之混合，置于暗处，可见试管内有淡黄色荧光出现，约过15分钟荧光消失，然后向四支试管中分别加入2mL的蒸馏水、葡萄糖溶液、脂肪溶液和ATP溶液。只有加入ATP的试管荧光再次出现，引导学生得出：葡萄糖和脂肪都不是直接能源物质，而ATP则是。

接着，教师打一比方：日常生活中几乎每天都要购物开销，这些消费要通过流通货币“人民币”实现。在细胞中，糖类、脂肪这些储存能量的有机物就相当于“存折”，ATP则相当于可以在细胞内流通的“人民币”，即能量的通货。这样，学生就会很容易理解“细胞的能量通货——ATP，ATP是生命活动的直接能源物质”。

师：生物的很多生命活动需要消耗能量，有哪些例子呢？

学生举例：吃饭、运动、思考等。

师生：糖类等能源物质中的能量不能直接用于生物体的生命活动，其中的能量先要转移到ATP中，再由ATP直接供生命活动利用。

6.2 联系结构与功能，认识ATP

ATP作为直接能源物质，在生物的生命活动中扮演了重要的角色。将其结构与功能联系起来，让学生自学教材相关内容，认识ATP。

一、 ATP分子中具有高能磷酸键（请同学们看P88第2段及左栏的相关信息）。思考下面几个问题。

1. ATP的全称是什么？

2. ATP的化学组成和元素组成？

3. ATP的结构简式怎么写？各代表什么意思？

学生思考并回答：1. ATP的中文名：三磷酸腺苷。2. 确定ATP的化学组成：一分子腺苷（腺嘌呤和核糖相结合构成）和三个磷酸基团。元素组成：C、H、O、N、P。

多媒体展示ATP分子的结构式。

师生：ATP的三个字母的意思就显而易见：A—腺苷，T—三个，P—磷酸基团。

3. ATP的结构简式：A-P～P～P

“～”：高能磷酸键(第二个易断裂，释放出大量的能量多达30.54 kJ/mol)

一般将水解时释放的能量在20.92kJ/mol以上的磷酸化合物叫做高能磷酸化合物。

小结：ATP是细胞内的一种高能磷酸化合物。

6.3 应用动画辅以数据，解读ATP

在萤火虫尾部细胞的发光过程中直接提供能量的物质是ATP。那能量主要存在于ATP分子的什么结构中？是怎样被释放出来的？

二、ATP和ADP可以相互转化

1．ATP的水解

认识ATP的结构，对ATP的水解功能反应也水到渠成。

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A的那个高能磷酸键很容易水解，于是，远离A的那个磷酸基团就脱离开来，形成游离的Pi（H₃PO₄），储存在这个高能磷酸键中的能量释放出来，三磷酸腺苷（ATP）就转化成二磷酸腺苷（ADP）。

多媒体展示ATP水解的反应式，讲解能量的来源和去处。

师：生物体的各项生命活动都需ATP直接供能，那么生物体中的ATP是不是含量很高？

学生赞成。

然后课件展示资料：一正常人体中ATP和ADP总量很少，基本维持在2-10mg；但一个成年人一天在安静状态下所消耗的ATP为48kg，在激烈运动的状态下，每分钟约有0.5kg的ATP转化成ADP，释放能量，供运动之需。ATP的含量很少需要量却很多，生物体如何解决这一矛盾？

学生小组讨论回答：ADP可以再合成ATP。

师顺势提出：ADP转化为ATP的条件是什么？

2．ATP的合成

学生阅读教材后总结、讨论，然后师生共同总结得出：

在有关酶的催化作用下，ADP可以接受能量（呼吸作用时有机物分解所释放的能量和光合作用的光能），同时与一个游离的Pi结合，重新形成ATP（能量储存在形成的高能磷酸键中）。因此ATP和ADP含量少，但时刻不停地迅速相互转化且处于动态平衡之中，保证了稳定供能。

师：ATP和ADP的相互转化是可逆反应吗？

课件展示ATP和ADP的相互转化过程分析表格，学生思考回答。

师生总结：不是可逆反应。物质可逆，能量不可逆。

6.4 联系吸能和放能，理解ATP的作用

ATP水解释放的能量用于各项生命活动，让学生结合实例说出ATP与ADP转化时的能量来源与去路，并联系细胞的吸能与放能反应，进一步理解能量通过ATP分子在吸能反应和放能反应之间循环流通，ATP是细胞的能量通货。

6.5 作业训练，提升能力

针对本节的相关内容，选择针对性练习题，考查学生对本节知识的掌握情况，并教会学生一些解题的方法，培养学生在情境中的迁移能力。

7. 板书设计

5.2 细胞的能量“通货”——ATP

一、ATP分子中具有高能磷酸键

1、ATP的中文名：三磷酸腺苷

A：腺苷

    T：三个

    P：磷酸基团

2、ATP的结构简式：A-P～P～P

～：高能磷酸键

二、ATP和ADP可以相互转化

1、反应式： ATPADP＋Pi＋能量（物质可逆，能量不可逆）

（1）伴随能量的储存和释放      ATP是能量“通货”

（2）ATP的含量处在动态平衡之中      保证了稳定供能

2、ADP合成ATP时能量的主要来源

动物：呼吸作用

植物：呼吸作用和光合作用

三、ATP的利用

ATP是细胞的能量“通货”，生命活动的直接能源物质