“螢火蟲為什么能發光”微課視頻資源的開發

秦海峰

(江蘇省如皋市長江高級中學 如皋 226532)

“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，包括： ATP的組成和結構、ATP與ADP的相互轉化以及ATP的利用這三大部分。與前面所學的糖類、脂肪等能源物質有一定的聯系，與第5章細胞呼吸、光合作用也有一定的關聯。ATP是驅動細胞生命活動的直接能源物質[1]，其功能與結構特點關系密切。以實物或圖畫形式直觀反映認識對象的形態結構或三維結構，這類實物或圖畫即為物理模型[2]。通過構建ATP結構的物理模型，能有助于學生理解ATP的功能。本文以該節為例，進行了“螢火蟲為什么能發光”微課視頻資源(?電子資源)開發的嘗試。

1 視頻設計——分鏡頭腳本

為深刻地理解生命活動所需的能量由ATP直接提供，“螢火蟲為什么能發光”微課視頻資源的開發是以螢火蟲發光現象為主線，滲透物理模型與建模的科學思維，體現物質與能量的生命觀念，微課視頻分鏡頭設置如下：

1.1 分鏡頭1： 情境導入 螢火蟲為什么能發光？螢火蟲的腹部會發出微小的光亮，就好像是掛了一盞小燈籠。在寧靜的夏夜，草叢中熒光閃閃，確實如天空中繁星點點。就讓人們追隨著這些微小但靈動的光芒，進入螢火蟲的奇妙世界。那么螢火蟲發光的秘密究竟是什么呢？螢火蟲體內有特殊的發光物質嗎？螢火蟲發光的過程有什么物質變化？這一過程又有怎樣的能量轉換呢？大家知道，有機物中儲存著能量。糖類是主要能源物質，脂肪是主要的儲能物質。然而，它們并不能為螢火蟲發光直接供能，而為螢火蟲發光直接供能的是一種叫ATP的能源物質。那么為什么ATP能作為直接能源物質呢？它究竟是什么物質？又有什么結構呢？為什么稱它為ATP呢？

設計意圖： 教師先創設情境，激發了學生的學習興趣。

1.2 分鏡頭2： 構建ATP結構模型 可通過構建ATP結構模型來深入了解ATP。長方形代表“腺嘌呤”，五邊形代表“核糖”，圓形代表“磷酸基團”。腺嘌呤與核糖以普通化學鍵相連，核糖與磷酸基團也是以普通化學鍵相連，而磷酸基團與磷酸基團之間連接是一種特殊的化學鍵，叫“高能磷酸鍵”。腺嘌呤和核糖合在一起，稱為“腺苷”，用“A”表示；磷酸基團用“P”表示，普通的化學鍵用“—”表示，高能磷酸鍵用“～”表示；ATP分子的結構式就可簡寫成“A—P～P～P”。從ATP結構模型中可看出，ATP分子中含有3個磷酸基團和1個腺苷。因此，ATP的中文全稱就是“三磷酸腺苷”。三用“T”表示，三磷酸腺苷的英文名稱縮寫就是“ATP”，從ATP的結構模型中可以看出ATP中含有2個高能磷酸鍵。這兩個化學鍵為什么被稱為高能磷酸鍵呢？原來在ATP水解時，高能磷酸鍵斷裂，釋放的能量多達30.54 kJ/mol。因為ATP分子中大量的能量都儲存在其中，得名“高能磷酸鍵”。ATP因此被稱為是細胞內的一種“高能磷酸化合物”。

設計意圖： 通過構建ATP的結構模型,引導學生去理解ATP的結構。

1.3 分鏡頭3： ATP與ADP相互轉化 那么，儲存在高能磷酸鍵中的能量是怎樣被釋放出來的呢？ATP的化學性質不穩定。在有關酶的催化作用下，ATP分子中遠離腺苷的那個高能磷酸鍵很容易被水解，儲存在這個高能磷酸鍵中的能量就釋放出來。同時，遠離腺苷的那個磷酸基團就脫離開來，形成游離的磷酸(Pi)。就這樣，ATP就轉化成“二磷酸腺苷”(英文名稱縮寫“ADP”)。而在有關酶的催化作用下，ADP可接受能量，同時會與一個游離的磷酸結合，重新形成ATP。這就是ATP與ADP的“相互轉化”。

設計意圖： 通過動態展示ATP與ADP的相互轉化，理解ATP與ADP相互轉化過程中“物質和能量的變化”。

1.4 分鏡頭4： 合成ATP的能量來源與ATP的利用 在ADP轉化成ATP的過程中(也就是ATP合成)的過程中，所需要的能量又從哪里來呢？對于動物、人、真菌和大多數細菌來說，均來自細胞進行呼吸作用時有機物分解所釋放的能量。對于綠色植物來說，除了依賴呼吸作用所釋放的能量外，在葉綠體內進行光合作用時，還利用了光能。而在ATP轉化成ADP的過程中(也就是ATP水解的過程中)，可釋放能量。這些能量又將直接供給哪些生命活動呢？這些能量可直接供給主動運輸、肌細胞收縮、大腦思考、各種吸能反應、生物發電和發光等過程，這就是ATP的利用。

設計意圖： 通過ATP合成過程能量的來源和ATP水解過程能量的去路，在生命活動的過程中能量相互轉化，從而理解能量平衡觀。

1.5 分鏡頭5： 解釋螢火蟲發光的原因 學生知道了ATP水解釋放能量可用于生物發光等，如螢火蟲。那么從物質和能量的角度如何解釋螢火蟲能發出熒光呢？原來，在螢火蟲尾部的發光細胞中含有熒光素和熒光素酶，熒光素接受ATP提供的能量后就被激活。在熒光素酶的催化作用下，激活的熒光素與氧發生化學反應，形成“氧化熒光素”，并發出熒光。螢火蟲發光的奧秘原來如此，與神奇的能量物質ATP有關。

設計意圖： 引導學生以物質與能量視角，闡明生命活動過程中伴隨著物質與能量的變化，解釋螢火蟲會發光的原因。

1.6 分鏡頭6： 理解ATP是細胞內流通的能量“通貨” 細胞內的化學反應有些是需要吸收能量的，這樣的反應稱為“吸能反應”，所需的能量由ATP水解提供。還有些化學反應是釋放能量的，這樣的反應稱為“放能反應”，這些反應釋放的能量可用于ATP的合成，能量儲存在ATP。也就是說，能量通過ATP分子在吸能反應和放能反應之間循環流通。因此，可形象地把ATP比喻成細胞內流通的能量“通貨”。

設計意圖： 通過動態圖解，讓學生理解ATP是細胞內流通的能量“通貨”。

1.7 分鏡頭7： 總結與在線測試 通過微課的學習后詢問學生： 你學會了嗎？ATP是什么物質呢？它有什么結構？它的結構簡式怎么書寫？ATP為什么能為生命活動直接供能？合成ATP所需的能量來自于哪些生理過程？ATP水解釋放的能量可直接用于哪些生命活動？ATP為什么被稱為細胞能量的通貨？螢火蟲發光與ATP有什么關系呢？請掃碼或登錄在線網站測一測。

設計意圖： 以問題串的形式總結微課的教學內容，以在線測試及時反饋微課的教學效果。

2 制作步驟

2.1 素材的搜集 螢火蟲的圖片、星空圖、圓形圖、五邊形圖、長方形圖、ATP與ADP相互轉化圖和蟲兒飛伴奏音樂等。

2.2 制作工具 手繪視頻軟件(Explaindio Video Creator)結合了PPT和手繪軟件的優點，本身自帶動畫人物并兼容涂鴉素描，以及動態視頻制作功能，可迅速地做出專業的動畫和涂鴉素描。

2.3 后期編輯 利用后期編輯軟件(Camtasia Studio)將各個分鏡頭組接起來，配上背景音樂。最后，導出mp4格式的視頻。

3 注意事項

該微課視頻資源可上傳至校園網或第三方視頻平臺(如騰訊視頻、優酷網等)，并可通過博客或微信公眾平臺推送。供學生在課余時間利用智能終端設備，如平板電腦或智能手機進行移動學習。也可供教師在新授課時進行信息化教學，但播放該視頻時需注意與學生的實時交互，如播放至分鏡頭2構建ATP結構模型時，可按暫停鍵，提示學生自己先嘗試構建ATP結構模型，后與視頻中構建的ATP結構模型比較，并對自己構建的模型檢驗和修正。掃描視頻中在線測試二維碼或直接訪問在線測試網址，輸入姓名和手機號碼，點擊考生登錄即可參加在線測試。測試完成后可即時查看測試結果、答案和解析，用于檢驗微課視頻學習的效果并及時反饋。

通過該微課視頻的學習，能使學生達到學科核心素養2科學思維水平一的要求，能夠認識到生物學概念都是基于科學事實經過論證形成的，并能用這些概念解釋簡單的生命現象。例如，完成該微課的學習后，學生要用物理模型來闡釋ATP的結構，并根據ATP的結構特點說明ATP作為直接能源物質的原因。該節微課也可在視頻中添加“請按暫停鍵，嘗試構建相關模型”等字幕，提示學生怎樣完成相應的學習活動，從而提高視頻學習的交互性。

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