利用黑箱法對《細胞的能量通貨ATP》的教學設計

蔣純

一、教材分析及設計思路

《細胞的能量通貨—ATP》是人教版高中生物必修一《分子與細胞》第五章第2小節的內容。主要是介紹了ATP的結構組成和特性，ATP在能量代謝中的作用，ATP與ADP之間的相互轉化過程。新課程提出：“提倡轉變學生的學習方式，培養其主動參與、樂于探究、交流合作的學習態度”，本節內容可以很好地為學生的探究學習搭建平臺，筆者嘗試以螢火蟲發光的直接能量來源為主線，以黑箱法來引導學生探究ATP的作用，通過實驗得出結論，再結合學案自學完成相關知識的學習。

二、教學目標

1.知識目標

（1）ATP化學組成和特點。

（2）ATP在能量代謝中的作用。

2.能力目標

（1）嘗試利用實驗設計的一般原則進行實驗設計并進行實驗。

（2）對實驗過程及結果中遇到的問題進行探究和分析，感悟實驗設計的過程，提高學生的分析、綜合以及探究能力。

3.情感目標

（1）通過合作探究，激發學生的學習興趣。

（2）滲透熱愛自然和生命以及保護環境的情感教育。

三、教學過程

課前準備：螢火蟲有專門的飼養基地，秋冬季節有冬螢，個頭比較大，便于觀察，教師提前一周在淘寶網上購買螢火蟲，用透明塑料瓶內裝幾片樹葉來喂養，瓶上打好若干個洞以透氣，每天用小噴壺灑水一到兩次。課前，以兩只螢火蟲為一組分裝在試管內，用棉塞堵住試管口備用。

1.創設情景，引出主線

展示視頻，即在完全黑暗的環境中，螢火蟲發出的星星點點的綠光，引出螢火蟲。請學生觀察試管內的螢火蟲并思考：（1）螢火蟲為什么要發光？（2）發光部位在哪里？（3）為什么城市中很少見到螢火蟲？一來激發他們學習新內容的興趣，二來引導他們了解目前螢火蟲數量減少與城市光污染和環境污染有關，滲透熱愛自然和生命以及保護環境的情感教育。

2.構建黑箱，切入主題

通過問題串：（1）螢火蟲的發光器中為什么能發出“流螢之光”？（2）誰為這個過程直接提供能量？（3）還有沒有其他的能源物質？教師展示ATP注射液（圖1）和說明書，引出ATP也可以作為能源物質。繼而建立出一個完整的黑箱——糖類、脂肪、ATP誰可以為螢火蟲發光器的發光直接提供能量。

3.設計實驗，輸入條件，并分析黑箱可能的輸出結果

展示實驗材料：葡萄糖注射液，ATP注射液，生理鹽水，螢火蟲兩只，塑料吸管，培養皿，標簽紙，刀片，鑷子等，請學生以2人為一組，設計實驗，探究ATP與葡萄糖誰是直接能源物質。有很多學生想到的是用葡萄糖、ATP、生理鹽水飼喂螢火蟲，教師可以引導學生思考螢火蟲體內必定有能量轉換的機制，直接飼喂，能量經過轉換，無法分辨直接能源物質。加以引導之后，學生改進實驗設計，通過將發光器割下后滴加ATP或葡萄糖，觀察發光情況來判斷。雖然建立了黑箱，也確認了輸入條件，但是要通過合理的實驗來預測實驗結果并不容易，所以教師在此處應該留給學生足夠的時間來討論探究，并引導學生發現實驗設計中的問題，而不是教師“一言堂”。

4.實驗操作，發現問題，修正黑箱

以2人為一小組，動手操作該實驗，注意盡量只割下發光器，學生觀察并記錄結果。通過實驗，可以發現，滴加ATP的一組發光器很快發出綠色熒光，滴加葡萄糖和生理鹽水的兩組不發光（圖2），繼而證明ATP是直接能源物質。但是，實驗操作的過程中，學生發現了其他問題，例如：割下的發光器在沒有滴加任何試劑前一直在發光；滴加葡萄糖的發光器也可以發光等問題，教師可以將這些問題一一羅列，請學生分析原因，最終會發現這些現象大都與發光器內本身存在的直接能源物質有關，教師順水推舟提出改進，即將割下的發光器先放入生理鹽水中稍待片刻，待其耗盡原有的能源物質之后再滴加葡萄糖、ATP、生理鹽水，以減少細胞內殘余的能源物質對實驗結果的影響。

從實驗設計到操作實驗，有些實驗結果并不與實驗預期完全符合，我們不能僅僅紙上談兵，而應該付之于實踐來發現問題，修正黑箱，以期望能建構一個更適合的模型。

5.自主學習，完成學案

請學生閱讀課本88～90頁的內容，自學本節內容，完成學案，分別對ATP的結構組成和特性，ATP形成的能量來源，ATP與ADP之間的相互轉化三個方面進行學習，學生互助、教師答疑，最終解決學案中所羅列的問題。

四、教學反思

筆者對本節內容進行了大膽的改革，以黑箱法為依托，通過實驗設計和操作構建黑箱、修正黑箱，激發學生對于學習的好奇心，對ATP產生濃厚的學習興趣，再通過自學和討論來解決書本中的基礎知識。為學生營造了一種自主學習的氛圍，促使他們主動發現、探索、解決問題，逐漸提高在合作交流中分析問題、解決問題的能力。

基金項目：江蘇省教育科學“十二五”規劃課題“黑箱法建模在高中生物探究性學習中應用的研究”，No.D/2015/02/031。

？誗編輯 高 瓊