高中生物人教版2019 必修1 5 2細(xì)胞能量貨幣ATP教學(xué)設(shè)計

/5.2“細(xì)胞的能量貨幣ATP”教學(xué)設(shè)計摘要：基于高一學(xué)生的認(rèn)知水平，對細(xì)胞的生存需要能量和營養(yǎng)物質(zhì)這一概念處于前認(rèn)知水平，學(xué)習(xí)ATP可以使學(xué)生加深對這一概念的理解。在“細(xì)胞能量貨幣ATP”一節(jié)教學(xué)中，以原因類問題為載體，引導(dǎo)學(xué)生討論和進行自主思考。通過學(xué)生ATP的結(jié)構(gòu)和功能，發(fā)展學(xué)生的結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的觀念，學(xué)習(xí)ATP和ADP的相互轉(zhuǎn)化，發(fā)展學(xué)生的穩(wěn)態(tài)與平衡的觀念，從而提高學(xué)生的核心素養(yǎng)。關(guān)鍵詞：認(rèn)知水平能量原因類問題觀念核心素養(yǎng)1教材分析及設(shè)計思路“細(xì)胞的能量貨幣ATP”是人教版必修一第5章第3節(jié)的教學(xué)內(nèi)容，本節(jié)的主要內(nèi)容包括ATP結(jié)構(gòu)，ATP和ADP的相互轉(zhuǎn)化和ATP的利用等內(nèi)容。糖類和脂肪等有機物中都含有能量，而很多生命活動都是需要能量的，但只有ATP能夠為這些需要能量的生命活動提供能量。ATP具有這樣的功能與其結(jié)構(gòu)是分不開的，所以本節(jié)內(nèi)容首先就要讓學(xué)生學(xué)習(xí)和理解ATP的結(jié)構(gòu)，特別是兩個特殊的化學(xué)鍵，遠(yuǎn)離腺苷的特殊化學(xué)鍵為何容易斷裂是因為磷酸基團都帶有負(fù)電，相互排斥導(dǎo)致該化學(xué)鍵容易斷裂，并且斷裂后會釋放大量的能量，這樣學(xué)生就能形成初步的功能與結(jié)構(gòu)相適應(yīng)的觀念，即ATP可以作為直接的能源物質(zhì)與其結(jié)構(gòu)是分不開的。緊接著教材要解決ATP消耗快但是又含量少的矛盾，通過圖5-4中ATP和ADP的相互轉(zhuǎn)化可以讓學(xué)生形成穩(wěn)態(tài)與平衡的觀念，也能培養(yǎng)學(xué)生從圖中提取信息的能力和在相對真實的情境中去解決問題的能力。關(guān)于ATP的利用用直觀的圖去讓學(xué)生知道ATP的利用是無處不在的，通過前面的學(xué)習(xí)學(xué)生對主動運輸需要能量只停留一個淺層的理解水平，教材詳細(xì)介紹ATP如何為主動運輸提供能量，可以讓學(xué)生能從深層次理解ATP作為直接的能源物質(zhì)如何去利用，逐步形成細(xì)胞的生存需要能量和營養(yǎng)物質(zhì)這一核心概念。2教學(xué)目標(biāo)2.1通過學(xué)習(xí)ATP的結(jié)構(gòu)，特別是ATP中特殊化學(xué)鍵容易斷裂和釋放大量的能量，理解ATP能為需要能量的生命活動過程直接供能和ATP是一種高能磷酸化合物，認(rèn)同物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能是相適應(yīng)的。2.2能理解ATP在生物體內(nèi)含量少但有消耗量大的矛盾是通過ATP和ADP迅速的相互轉(zhuǎn)化來解決的，知道生命活動的過程是動態(tài)的過程，讓學(xué)生初步形成穩(wěn)態(tài)與平衡的觀念。2.3通過學(xué)習(xí)ATP的合成和水解過程中涉及的能量來源和去處，讓學(xué)生明白ATP的利用在生物體內(nèi)是真實存在的，能理解ATP的合成與放能反應(yīng)相聯(lián)系，ATP的水解與吸能反應(yīng)相聯(lián)系，認(rèn)同ATP作為直接能源物質(zhì)像貨幣一樣流通。3學(xué)情分析通過前面的內(nèi)容學(xué)習(xí)，學(xué)生對細(xì)胞中的能量存在和利用有了一定的了解。知道了糖類是主要的能源物質(zhì)，可以通過呼吸作用來為生命活動提供能量，脂肪是良好的儲能物質(zhì)，多余的能量可通過合成脂肪的形式儲存起來，蛋白質(zhì)在某些情況下也可以提供能量。學(xué)習(xí)了主動運輸和胞吞、胞吐等生命活動需要能量，對需要能量的生命活動有了初步了解，但是對能量如何被使用，在哪些場所被使用，使用過程是怎樣的還是不清楚。學(xué)生還沒有形成相應(yīng)的觀念，從教材的圖中獲取信息的能力還不夠，用細(xì)胞中的相應(yīng)的知識點和生活中的例子類比能力還不夠，通過這一節(jié)課的學(xué)習(xí)，需要逐步提高學(xué)生的這些能力。4教學(xué)過程4.1通過類比，激發(fā)學(xué)生的興趣，使學(xué)生能夠很快的進入學(xué)習(xí)狀態(tài)圖片展示電能的的用途和電能的來源，設(shè)計以下幾個問題：（1）生活中應(yīng)用最廣泛的能量的形式是什么？它有哪些用途？通過什么方式得到它？設(shè)計意圖：從生活學(xué)生熟悉的電能入手，使學(xué)生知道生活處處與能量有關(guān)，并且知道能量是可以相互轉(zhuǎn)化的，能量可以不斷使用和不斷的生成，水的勢能、風(fēng)能和光能等可以轉(zhuǎn)化電能，而電能有可以轉(zhuǎn)化成其它能量，而電能是這些能量的中介。通過展示我國最大的水電站長江三峽水電站的圖片，簡單介紹它的發(fā)電量，提高學(xué)生的名族自豪感。圖片展示糖類和脂肪等能源物質(zhì)、主動運輸和胞吞、胞吐等需要能量的生命活動，設(shè)問：（1）糖類和脂肪作為能源物質(zhì)能直接為主動運輸供能嗎？（2）細(xì)胞中是否存在類似電能一樣的物質(zhì)直接為主動運輸和胞吞、胞吐供能嗎？設(shè)計意圖：幫助學(xué)生形成能量的概念，通過與電能的類比，說明細(xì)胞中也存在類似電能的能量中介ATP，通過與生活中的例子去類比，能夠把細(xì)胞中抽象的、難以理解的知識點形象化，能讓學(xué)生更好的去理解，讓學(xué)生去感受類比的作用。4.2構(gòu)建ATP的結(jié)構(gòu)模型，發(fā)展學(xué)生的認(rèn)知能力關(guān)于ATP的結(jié)構(gòu)，老師在課前準(zhǔn)備好紙片模型，模型體現(xiàn)元素的組成，并讓學(xué)生小組合作拼好ATP的結(jié)構(gòu)，具體結(jié)構(gòu)如下： 普通化學(xué)鍵特殊化學(xué)鍵根據(jù)小組拼好的ATP結(jié)構(gòu)，思考以下問題：（1）組成ATP的元素有哪些？（2）ATP結(jié)構(gòu)簡式中的A、T、P分別代表什么？何如區(qū)分腺嘌呤和腺苷？（3）根據(jù)ATP的結(jié)構(gòu)，想一想ATP為什么能夠作為直接的能源物質(zhì)？設(shè)計意圖：通過把ATP的結(jié)構(gòu)拆成紙片的形式，讓學(xué)生小組合作根據(jù)課本的內(nèi)容去拼接，這樣既可以培養(yǎng)學(xué)生的合作能力和動手能力，又可以促使學(xué)生認(rèn)真去思考課本的內(nèi)容，養(yǎng)成認(rèn)真對待課本知識的習(xí)慣。其中直線代表普通化學(xué)鍵，曲線代表特殊化學(xué)鍵，為講下面的鍵的斷裂釋放能量做鋪墊。提供紙片模型，可以讓學(xué)生直觀的去感受元素存在的位置，如N、P元素，這樣學(xué)生就不需要死記硬背了，可以做到真正的理解ATP的元素組成。學(xué)生很容易把腺嘌呤和腺苷弄混淆，所以設(shè)計了第2個問題，通過直接的設(shè)問，讓學(xué)生知道腺苷是包括腺嘌呤和核糖的，此時老師可以聯(lián)系DNA和RNA中的A所代表意義，通過對比，加深學(xué)生對這些A的理解。ATP為何能夠直接供能，分析其特殊化學(xué)鍵，把該鍵類比成壓縮的彈簧，學(xué)生就很容易理解一旦特殊的化學(xué)鍵斷裂（壓縮的彈簧一旦松開）就會釋放能量，即ATP的特殊化學(xué)鍵容易斷裂釋放能量，自然就能更好的理解ATP能做為直接的能源物質(zhì)。4.3充分利用教材的情景，培養(yǎng)學(xué)生提取信息的能力ATP作為直接的能源物質(zhì)為體內(nèi)需要能量的生命活動供能，學(xué)生自然會認(rèn)為ATP在體內(nèi)的含量多，如何改變學(xué)生這一錯誤的認(rèn)知，提供以下教材上的情景：資料1.成年人體內(nèi)ATP的總量約2~10mg，在安靜的狀態(tài)下一天需要消耗的ATP為48kg，在活動的狀況下ATP的消耗可達0.5kg/min;在安靜狀態(tài)時，肌肉內(nèi)ATP的所釋放能量只能維持肌肉收縮1~2s。資料2.人體每個細(xì)胞每秒鐘可以合成約1000萬個ATP，且同時有等量的ATP被水解成ADP。利用上面的情境設(shè)計以下問題：問題1.ATP在細(xì)胞內(nèi)的含量多嗎？消耗量大嗎？問題2.ATP作為直接的提供能量的物質(zhì)，生物體如何補充生命活動所需要的大量的ATP呢？問題3.請根據(jù)圖5-4寫出ATP的水解和合成反應(yīng)式？設(shè)計意圖：為了讓學(xué)生理解ATP的含量少且消耗量的矛盾，充分挖掘教材上資源，讓學(xué)生閱讀情境改變自己原來錯誤的認(rèn)知，而且這種提供真實的情境更具有說服力。提供教材上的圖，使學(xué)生理解ATP和ADP是可以快速相互轉(zhuǎn)化的，圖中的圖形像一個圓，即ATP和ADP在物質(zhì)上的利用是可以循環(huán)的，就能更好理解通過ATP不斷的合成和水解以保證ATP的穩(wěn)定，逐步形成穩(wěn)態(tài)與平衡的觀念。ATP的合成：ATP的合成：ADP＋能量①＋Pi酶ATPATP的水解：ATP酶ATP的水解：ATP酶ADP＋能量②＋Pi請研讀教材87頁圖5-5和88頁圖5-6、5-7及相關(guān)內(nèi)容，回答下列問題：1.能量①可以來自于細(xì)胞中的那些生命活動的過程？2.能量②可以用于細(xì)胞中哪些生命活動？3.能量②是如何用于主動運輸?shù)?？設(shè)計意圖：ATP合成是需要能量的，而細(xì)胞中有很多物質(zhì)是含有能量的，比如葡萄糖和脂肪等，學(xué)生會聯(lián)想到初中學(xué)過的呼吸作用，再根據(jù)教材中的圖5-5，就可以知道能量①可以來自于光合作用和呼吸作用。老師可以強調(diào)呼吸作用和光合作用是放能反應(yīng)，來突破ATP的合成與放能反應(yīng)相聯(lián)系。通過分析教材圖5-7，結(jié)合視頻，讓學(xué)生理解ATP是如何為主動運輸功能及ATP的水解釋放的能量用于這些需要能量的反應(yīng)，來突破這些難點。糖類中的能量通過呼吸作用釋放出來儲存在ATP中，ATP又可以直接給需要能量的生命活動，讓學(xué)生去理解ATP作為能量的貨幣在細(xì)胞中流通。5教學(xué)反思基于學(xué)生現(xiàn)有的知識水平和認(rèn)知水平，對于教材上的知識教師可以通過尋找最適合學(xué)生理解方式去呈現(xiàn)。學(xué)生得出某個結(jié)論可