“細胞的能量‘通貨’
——ATP”一節的教學設計

王 瑩

(江蘇省無錫市第一中學 214031)

1 教材分析

“細胞的能量‘通貨’——ATP”是人教版高中生物學教材《分子與細胞》第5章第2節的內容，是在學生學習了糖類、酶的內容之后，對直接為生命活動提供能量的物質的探究與學習，可為“細胞呼吸”與“光合作用”等的學習做鋪墊。“ATP”一節的學習是認識細胞內各種代謝活動的基石，本節內容包括ATP分子結構及特點、ATP與ADP相互轉化。其中ATP化學組成的特點及其在能量代謝中的作用是本節教學的重點，而ATP與ADP相互轉化是本節的教學難點，教師應在教學中引導，ATP與ADP相互轉化是生物界的共性，ATP與ADP相互轉化過程中能量的來源與去路建立了細胞之間、細胞與生物體之間、生物體與生態系統之間的能量關系。

2 教學目標

2.1 知識目標 簡述ATP化學組成的特點，寫出ATP的分子結構簡式，解釋ATP在能量代謝中的作用。

2.2 能力目標 模仿科學家實驗探究的過程，鍛煉學生提出問題、分析問題和解決問題的能力，從而提高學生的科學素養。

2.3 情感態度與價值觀目標 滲透人文主義教育，體驗科學家的實驗探究過程。

3 教學過程

3.1 創設情境，導入新課 用多媒體展示一則“囊螢夜讀”的古文小故事，故事中介紹了家境貧寒的車胤捉螢火蟲照亮書卷讀書的故事，引出螢火蟲發光的過程中，直接提供能量的物質是ATP。從而引出主體內容的學習。

設計意圖：通過一則故事引入，吸引學生注意力，調動學生積極性，激發學生求知欲。

3.2 自主學習，分析推理 利用卡片構建ATP分子結構簡式模型，引導學生主動參與、積極思考；分析相關資料，鍛煉學生處理信息和獲取新知識的能力。

3.2.1 ATP分子結構簡式 學生自主閱讀教材，組內成員合作討論：明確ATP分子的全稱、結構簡式、各個符號的名稱及高能磷酸鍵等知識。邀請一個小組成員到講臺前，利用課前教師準備的卡片，共同完成ATP分子結構簡式模型的展示，并說出自己手中卡片的中文名稱。隨后，教師對該結構簡式進行描述及總結。最后，輔以一道有關腺苷數目、磷酸基團數目與ATP分子數目對應關系的題目，完成這一內容的學習。

設計意圖：通過自主學習、合作展示、教師總結、鞏固練習四個環節，將ATP分子結構簡式這一抽象知識直觀地展現出來，使學生對ATP分子結構簡式有深刻的認識。

3.2.2 ATP與ADP相互轉化的過程 通過播放多媒體課件展示ATP與ADP相互轉化過程中的物質和能量變化。得出在ATP與ADP的相互轉化過程中，物質可逆但能量不可逆的結論。其中，在探討ATP水解的過程中哪個高能磷酸鍵先斷裂的問題時，可以再次利用黑板上的ATP分子結構簡式模型進行演示。最后強調ATP與ADP之間的相互轉化是細胞內能量供應的機制，這種機制在真核生物、原核生物的細胞中普遍存在，建立了細胞之間、細胞與生物體之間、生物體與生態系統之間的能量關系，是生物界的共性。

設計意圖：利用模型演示ATP與ADP相互轉化過程中物質和能量的變化，有利于學生理清思路，掌握精髓。

3.2.3 ATP分子的特點 通過前兩個環節的學習，學生自然會產生新的問題：ATP分子的哪些特點適宜為生命活動直接提供能量？此時，由教師給出相關資料，學生閱讀分析，總結歸納得到結論。

資料1：人在激烈運動的狀態下，每分鐘約有0.5 kg ATP轉化成ADP，釋放能量，供運動之需。那么，人在2個小時的馬拉松比賽中，運動員會消耗多少ATP？人在2個小時的馬拉松比賽中，運動員會消耗60 kg的ATP，相當于一個成年人的體重。顯然，運動員消耗的60 kg ATP并不是運動前就已儲存在體內，而是在運動過程中，根據身體的需要，通過細胞中的ADP、Pi和能量迅速合成；合成的ATP將能量釋放用于生命活動后，隨即被分解為ADP和Pi，ADP和Pi又可作為合成ATP的原料。從而得出結論①：ATP分子在細胞中含量雖少，但轉化快。

資料2：在細胞內，1 mol葡萄糖徹底氧化分解后，可釋放出2870 kJ的能量，相當于1 mol ATP水解釋放能量的94倍。可見，與能源物質葡萄糖相比，ATP分子儲存的能量雖少卻很活躍，可以隨時為生命活動直接提供能量。從而得出結論②：ATP分子儲能少、能量活躍。由于細胞中的ATP分子可以迅速合成或水解，因此，ATP被稱為細胞的能量“通貨”。

設計意圖：充分利用教材資源，選取兩段相關資料，以問題驅動學生思考，分析推理得出ATP結構特點和轉化特點，鍛煉學生處理信息和獲取新知識的能力。

3.3 合作探討，能力提升 通過探究實驗環節，進一步提升學生設計實驗的能力，實驗題目：“在淀粉、葡萄糖、ATP中，哪種物質可為螢火蟲發光直接提供能量”。實驗材料及用具：螢火蟲細胞中熒光素和熒光素酶的提取物、葡萄糖溶液、淀粉溶液、ATP溶液、試管等。思考如下問題：該實驗中的自變量是什么？如何控制？因變量是什么？如何檢測？如何設計實驗方案？

學生方案一：取等量的熒光素和熒光素酶的提取物于三支試管，分別向三支試管中加入等量ATP、葡萄糖、淀粉溶液，混合一段時間后，發現只有加入ATP溶液的試管發出熒光。

學生方案二：取等量的熒光素和熒光素酶的提取物于四只試管，并保證溫度、壓強、pH值等無關變量相同，分別向四支試管中加入等量的蒸餾水、ATP、葡萄糖、淀粉溶液，混合一段時間后，發現只有加入ATP溶液的試管發出熒光，并繪制表1。

表1 探究哪種物質可為螢火蟲發光直接提供能量

與方案一相比，方案二更為嚴謹，不僅控制實驗中的無關變量(溫度、壓強、pH值等)，而且設置了空白對照(1號試管)，根據方案二進行實驗，并觀察熒光素和熒光素酶提取物發光的情況，最終得出ATP可為螢火蟲發光直接提供能量的結論。

設計意圖：學生已經對實驗設計的基本原則有所了解，并初步具備實驗探究能力的基礎，通過組內合作提出實驗方案，鍛煉學生思維的嚴謹性。

3.4 課堂小結，達標檢測 回顧本節課學習的知識，師生共同繪制知識網絡圖(圖略)。最后用多媒體展示幾道練習題，鞏固所學知識。

設計意圖：歸納總結，增強學生對重點知識的把握；通過練習題，檢測學習效果。

3.5 思考發問，拓展升華 給出資料：純凈的ATP是白色粉未，能溶于水，可作為一種藥品，ATP片劑可以口服，ATP注射液可以肌肉注射或靜脈滴注。通過本節的學習，我們知道ATP是細胞的直接能源物質，那么在運動之前服用ATP，能起到興奮劑的作用嗎？請學生們搜集有關資料，證明自己的觀點。

設計意圖：通過話題討論，促進學生對已學知識的運用，鍛煉學生搜集整合歸納信息的能力，將知識與生活聯系起來，增強學習的趣味性。

4 教學反思

新課程倡導把課堂轉變為學生自主、合作、探究的場所，強調讓學生通過切身的體驗來學習知識。本節教學為學生營造自主學習、合作探究的學習氛圍：首先通過一則“囊螢夜讀”的成語故事引入，引出直接為生命活動提供能量的物質是ATP，充分調動學生的積極性；在ATP的結構簡式內容學習時，采取自主閱讀和小組討論的形式，依次通過“卡片法”構建ATP結構簡式模型、教師總結、檢測練習等環節，使學生高效地掌握這一重點內容；最后設置了螢火蟲發光的探究性實驗，通過問題串引導學生思考，鍛煉學生實驗探究的能力和嚴謹的思維能力，使學生在課堂上有話可說，有事可想，有空間可拓展，真正成為學習的主人，感受到學習的無窮樂趣。