第三章細胞的代謝第一節(jié)細胞與能量教學設計一、指導思想1、認知

1、杭州師范大學 第三章 細胞的代謝第一節(jié) 細胞與能量教學設計 一、指導思想1、認知結構論者奧蘇伯爾重視原有知識經驗系統(tǒng)的作用，又強調關心學習材料本身的內在邏輯關系。本節(jié)課從學生的認識經驗出發(fā)，以問題為紐帶，以展示圖片、視頻為媒介，架設起生活與教材之間的橋梁，重視教材中三大線索內容之間的聯(lián)系，以此激發(fā)學生探究的欲望，引導其主動探究生物知識。2、運用STS教育思想融入教學過程，通過生活實際問題的解答與認識，初步了解相關現(xiàn)象的科學本質以及現(xiàn)代技術與人類健康發(fā)展的關系，為學生培養(yǎng)社會責任感、養(yǎng)成健康的生活方式、終生發(fā)展具有一定的幫助作用。3、以“探究式學習”為指導思想，營造富有情趣的問題情境和氛圍，開展

2、自主、合作、探究性的學習，組織學生主動觀察、分析現(xiàn)象來建構系統(tǒng)學習知識，達到轉變學習方式的目的。4、斯金納提出的及時反饋原則：在學生對新知有了一定理解的基礎上，進行檢測反饋練習，及時糾正學生的錯誤概念，引導學生建立正確的科學概念與觀點。 二、教材分析 細胞與能量選自普通高中課程標準實驗教科書生物學（浙科版）必修1第三章“細胞的代謝”第一節(jié)。 教材內容分析：先介紹了細胞中有哪些能源物質，它們可以通過細胞的光合作用、呼吸作用等代謝吸能、放能。把學生帶入到細胞與能量的學習情景中，又為后面“ATP是細胞的能量通貨”做好了鋪墊。在ATP部分，主要介紹了ATP分子結構、ATP與ADP相互轉化及ATP的形成

3、途徑等內容。 教材內容特點和地位分析:本節(jié)課是在認識了細胞的分子組成與結構、生物新陳代謝的基礎上來進行學習的，能使學生更好地理解細胞與能量的關系。由于ATP知識貫穿于生物的整個新陳代謝過程，是細胞代謝的重要環(huán)節(jié)，為后續(xù)的細胞呼吸和光合作用的理解打下基礎，具有承上啟下的作用。 三、學情分析 高二學生對細胞需要物質的認識比較深入，對于能量守恒以及之間轉化的相關知識在高一下學期物理課學習上有一定的掌握，但對細胞中能量轉化的實質不甚了解。本節(jié)課的重點就是通過圖示、視頻與探究實驗，引導學生主動地認識細胞中的能量通貨，通過闡明ATP在能量代謝中的作用，自覺形成生物體結構和功能的相統(tǒng)一的觀點。四、教學目標1

4、、知識目標： （1）能夠舉例說出生物體內或細胞中發(fā)生的各種能量形式可以相互轉變。 （2）能夠舉例說出細胞內的吸能反應和放能反應。 （3）掌握ATP的分子簡式、簡述ATP的化學組成和特點 （4）理解ATP與ADP的相互轉化，能說明ATP的生成途徑。2、能力目標： （1）通過ATP與ADP相互轉化關系，認識ATP在細胞中作為能量流通的原因，培養(yǎng)分析現(xiàn)象、進行比較并能進行總結的能力； （2）通過閱讀資料、讀圖（能量轉化的大自然與生活情景、ATP推動細胞做功的關系圖） 等形式培養(yǎng)獲取信息的能力。3、情感、態(tài)度、價值觀目標： （1）通過舉例說出生物體內或細胞中發(fā)生的各種能量形式可以相互轉變，認同生命活動

5、的過程不是孤立的，而是有機聯(lián)系的辯證唯物主義觀點。 （2）通過闡明ATP在能量代謝中的作用，認同生物體結構和功能的相統(tǒng)一的觀點。 （3）在合作討論中，培養(yǎng)團結互助的團隊精神。 （4）樹立“生命現(xiàn)象的可認識性”的辯證觀以及“學以致用”的價值觀。在創(chuàng)設情境基調中，讓學生在分析自己身體內發(fā)生的ATPADP循環(huán)及其重要意義過程中，體驗到生物學原理在生產及生活實踐中的價值，加強學生對日常生活中生物科學知識的認識與理解。五、教學重點難點 難點：ATP與ADP的相互轉化。 重點：ATP化學組成的特點及其在能量代謝中的作用。六、教學方法1、直觀教學法（通過圖片觀察、視頻觀看與資料分析等直觀教學，促進學生相關能

6、量知識的建構，指導全體學生動腦思考、動口表達。）2、啟發(fā)式教學（通過不斷設置一些啟發(fā)性的探究問題，引導學生從生活中看問題，啟發(fā)學生帶著求知欲不斷分析、思考、討論、推測，引導學生主動地深入對細胞能量的認識。）3、合作研討法（開展小組討論活動，引導學生更愿意相互交流學習，探究新知，進而攻克本節(jié)課的重難點。）七、課時安排1課時八、學生活動設計1、觀察CAI畫面，回答能量的轉化過程。觀看視頻，歸納重難點知識。2、觀察并分析探究實驗，小組討論交流，分析并理解有機物（如糖類）不能直接給細胞生命活動提供能量。3、閱讀小資料,了解ATP在生物體內的特點。4、思考、回答練習。 九、教學過程設計（一）、創(chuàng)設情境，

7、導入新課【多媒體展示】田徑賽場上牙買加選手博爾特200米飛跑鏡頭?；蛘摺疽曨l播放】竇文濤侃奧運：博爾特稱王源自神秘肌肉纖維【導入】暑假里，大家都在關注什么呀？奧運會，在北京非常順利、非常精彩的進行著。當 我們在電視機前觀看田徑跑步比賽時，是不是很激動？博爾特“飛鳥”的9秒69表現(xiàn)，簡直是神速啊。站在北京奧運會百米決賽跑道上的牙買加選手，除了博爾特、鮑威爾，還有弗拉特。在女子百米決賽中，牙買加包攬三塊獎牌，弗雷澤10秒78獲得冠軍。不客氣地說，就整體實力而言，牙買加其實已經超過了美國，成為世界第一短跑強國。 牙買加人在短跑項目上何以如此強悍？英國格拉斯哥大學曾經想來揭秘，在對超過200名牙買加運

8、動員的研究分析中，發(fā)現(xiàn)有70%的人體內擁有一種能改進與瞬間速度有關的肌肉纖維，就是這些纖維可以使運動員跑得更快，而在澳大利亞隊員中，這個比例僅為30%。前面學習了細胞的基本結構，我們知道肌肉纖維是一種細胞。正是這種細胞幫助牙買加人跑得這么神速。飛跑需要能量，到底這種細胞與能量有什么的關系呢？今天我們就來學習本章“細胞的代謝”中的“細胞與能量”。（二）、重難點突破，師生活動主干線1、能量的轉化【多媒體展示】瀑布景觀圖片，配以輕音樂。【設景提問一】“飛流直下三千尺，疑是銀河落九天”是李白詩人對瀑布壯觀景色的贊嘆。慢慢吟唱這句詩，我們可以想象出這樣一幅畫：瀑布從高聳山澗瀟瀟傾瀉而下，非常的澎湃洶涌作

9、為對科學的探索者，我們不妨破壞下這種意境，分析這能量的轉化過程。（水由勢能轉化為動能）（由于學生都在物理中學習能量轉化的知識，所以這個回答對于學生來說，只需要教師稍稍提醒就能解答，這也體現(xiàn)了學科之間的相互滲透。）【設景提問二】這三林間茂盛的綠葉，在光照下生長，又進行著怎樣的能量轉化過程？（光合作用：光能轉化為化學能；呼吸作用：化學能轉化為其他能。）【引導】能量守恒定律告訴我們：能量只能從一種形式轉變?yōu)榱硪环N形式，既不會被消滅，也不能被創(chuàng)造。世界萬物能量的轉化時時刻刻存在著，也包括著生物的新陳代謝。生物的繁衍，必須不斷地與外界發(fā)生物質與能量的交換?！径嗝襟w展示】行駛的汽車【思考與討論】思考這張照

10、片中，存在的能量轉化過程。【講述】汽油分子氧化釋放的化學能轉化為汽車的動能、汽車燈的光能?！径嗝襟w展示】原子的模式圖、脂肪分子模式圖【回憶】原子中的帶負電荷的電子圍繞質子運行，具有勢能。生物體活細胞也是由分子排列而成的，分子由原子構成，也具有勢能。在這里，我們把生物體活細胞各種分子具有的勢能稱之為“化學能”。【引導】細胞內的有序性才能使得細胞表現(xiàn)出了生命的功能。比如氨基酸必須按一定的順序排列形成蛋白質，再“幾經周折”排列成細胞的結構。怎樣維持一個系統(tǒng)的有序性呢？這需要做功,需要消耗能量?！颈扔鳌窟@好比我們的實驗室，其中的各種儀器、各種實驗材料、試劑等等，只有在保持整理的情況下才能維持有序的狀態(tài)

11、。 2、放能與吸能反應【講述】放能、吸能反應的概念?！咀杂苫卮稹颗e例生活中的吸能、放能反應。（氨基酸合成蛋白質、糖類的氧化）【引導】細胞有序性的維持需要能量，生命活動也都離不開能量。那這能量會不會像汽油分子燃燒氧化一樣由細胞內的分子燃燒釋放而來？這能量與能量分子之間會有什么樣的神秘關系呢？【過渡】合成自身“組成物質、貯存能量”，謂之“新”，分解自身“組成物質、釋放能量”，謂之“陳”。生命運動的本質就是生物體的自我更新。【小資料】據(jù)估計，人體內的組成物質平均每80天就有一半被分解，其中組成肺、骨骼和大部分肌肉的蛋白質的壽命約為185天，而組成肝臟、血漿的蛋白質的壽命更短，只有10天左右。生物體只

12、有不斷地與周圍環(huán)境進行物質和能量的釋放，才能延續(xù)生命。科學家們應用示蹤元素測知，人體內約有98%的物質每年被新的物質所代替，一年之內，幾乎全部更新?！舅伎寂c討論】 這則小資料能說明什么問題？【自由發(fā)表】（四人為一小組，討論交流，有一位代表發(fā)表觀點，但是每次都要派不同的代表發(fā)言，以促進每位學生的發(fā)展，下同）【點撥】分析這些活動，說明生命活動新陳代謝需要物質與能量的自我更新。伴隨著物質的代謝，能量代謝速度很快。【回憶】引導學生理解：能量的釋放是指儲存在有機物中的能量，隨著有機物的氧化分解而釋放出來的過程。我們學過哪儲存能量的有機物有哪些？（糖，脂類、蛋白質）。主要能源物質是什么？（糖類）儲存能量的

13、物質是什么？（脂肪）最終能源是？（太陽能）【設問】是否由這些物質來直接提供能量呢？3、ATP是細胞中的能量通貨 （1）ATP的分子簡式【過渡】下面我們就針對上面這個問題，進入探究實驗葡萄糖和ATP是否能直接提供能量。 【實驗】用小刀將數(shù)十只螢火蟲的發(fā)光器割下,干燥后研磨成粉末,取兩等份分別裝入兩支試 管,各加入少量水使之混合,置于暗處,可見試管內有淡黃色熒光出現(xiàn),約過15分鐘熒光消失，然后分別將2ml葡萄糖溶液和ATP注射液加入試管中?！舅伎寂c討論】從A、B試管的實驗現(xiàn)象中你得出什么結論? 結論：葡萄糖不能為螢火蟲的發(fā)光器直接供能，ATP能。 【總結】葡萄糖里的能量不能直接利用，我們把它比作是

14、存折里的錢，那么ATP能直接供能，可以比作現(xiàn)金，即流通的貨幣，簡稱“通貨”。這節(jié)課我們就一起探討“細胞的能量通貨ATP”吧?！驹O疑】什么是ATP呢？【實物/多媒體展示】 展示ATP針劑、片劑，學生了解觀察?！咎釂枴緼TP能夠直接供能，我們也知道， 結構決定功能，那么我們生物體內這么特別的物質又具有怎么樣的結構呢？是不是真的與我們的貨幣長的相仿呢？【多媒體展示】 ATP的分子簡式【思考與回答】1、ATP的中文名稱？ 2、ATP由什么單位構成？【講授】 （重點講述ATP的分子結構）ATP是細胞內的一種高能磷酸化合物，分子中具有高能磷酸鍵。ATP中高能磷酸鍵水解，釋放大量的能量，供細胞生命活動利用。

15、【拓展】高能磷酸鍵是一種特殊的化學鍵，斷裂時，能釋放出比普通的化學鍵多得多的能量，而且它很活潑。特別是遠離A的高能磷酸鍵容易生成，伴隨能量儲存；也容易斷裂，伴隨能量的釋放。為什么說ATP是細胞內的一種高能磷酸化合物？（高能磷酸化合物是指水解1mol該物質能釋放20.92千焦以上能量的磷酸化合物。1molATP水解時釋放的能量高達30.54千焦，所以ATP是高能磷酸化合物?！揪氁痪殹?ATP的結構式可以簡寫為（ ）A、APPP B、APPP C、APPP D、APPP2一分子ATP中含有的腺苷、磷酸基團和高能磷酸鍵數(shù)目依次是（ ）。 A、1，2，2 B、1，2，1 C、1，3，2 D、2，3，1

16、 3 ATP中大量化學能儲存在( )A、腺苷內 B、磷酸基團內 C、腺苷與磷酸基團連接鍵內 D、高能磷酸鍵內 （2）、ATP與ADP的轉化【討論】從練習3引出問題： 1、ATP供能時，釋放哪個化學鍵中的能量？2、ATP供能過程中，可形成哪些產物？【多媒體展示】ATP水解過程【學生活動】學生根據(jù)釋放能量的來源和形成的產物，寫出ATP水解過程的反應式?！举Y料】1、一個人在劇烈運動狀態(tài)下，每分鐘約有0.5kg的ATP分解釋放能量，供運動所需。一個成年人在安靜的狀態(tài)下，24h內竟有40kg的ATP被水解。2、肌肉收縮的直接能源物質是ATP。在人體安靜狀態(tài)時，肌肉內ATP含量只能供肌肉收縮12s所需的能

17、量。 【討論】通過以上資料，你能得到什么信息？【小結】 正常人每天ATP的轉變量幾乎接近于體重，但在體內存在的ATP的量是很少的。ATP和ADP在體內可以相互轉化，ATP與ADP在細胞內的相互轉化是十分迅速的。只有不斷相互轉化，才能保證生命活動所需能量源源不斷供給，從而構成生物體內穩(wěn)定的供能系統(tǒng)。這種相互轉化的能量供應機制，是生物界的共性?！緦W生活動】寫出ATP形成過程的反應式?！究偨Y】ATP和ADP相互轉化的特點?！径嗝襟w播放】ATP與ADP轉化的flash動畫?！炯磿r回顧】ATP和ADP相互轉化的循環(huán)圖。【解析】ATP在水解酶的作用下水解時，遠離腺苷的磷酸鍵斷裂釋放大量的能量，是放能的過程

18、，用于吸能反應（耗能反應）。當ADP和Pi在合成酶的作用下，再次結合形成ATP時，必須從周圍吸收相同的能量。這能量由放能反應提供。這個過程在細胞中時刻發(fā)生，因為生物體內的ATP含量是恒定的。這就需要在ATP不斷分解為ADP的過程中，ADP也不斷地合成ATP。【看圖與理解】看圖：ATP推動細胞做功?！九e例說明】由學生看圖理解，表達圖中的關系?！咎釂枴緼TP和ADP的相互轉化是否是可逆反應？【討論】分析了這循環(huán)過程，我們才能知道這是不是可逆的。那么，ADP 轉化成ATP所需的能量從哪里來？到哪去？ （3）ATP的形成 學生分析，教師加以點評、總結。【引導】在放能反應中，我們知道呼吸作用可以將化學能

19、轉變?yōu)槠渌?。那綠色植物吸收光能儲存能量轉變?yōu)榛瘜W能，可以形成ATP么？【講述】呼吸作用可以形成ATP。 呼吸過程中：有機物氧化分解釋放出來的能量中的一部分轉移到ATP的高能磷酸鍵中再通過ATP水解為ADP，釋放出能量供各項生命活動利用。 線粒體把葡萄糖分解，釋放的能量用于ATP的形成，在現(xiàn)金和存折之間起到了怎樣的作用？說明葡萄糖里不能直接利用的能量可以轉變成ATP進行直接供能。【回憶】植物在形成ATP時，還有一個能量來源，大家還記得光合作用嗎？光能在光合反應中，最終去向是哪里？有機化合物（淀粉，糖類）【點撥】實際上光能首先被色素分子吸收并轉化成電能，提供給ADP形成ATP然后ATP再把能量提

20、供給有機物儲存起來。（光能通過光合作用ATP中化學能最終儲存在糖類等有機物中綠色植物自身利用或通過食物鏈轉換到人和動物體內。）【回顧】由探究實驗證明：細胞中絕大多數(shù)需要能量的生命活動，是由ATP水解直接提供能量的。我們來總結植物中ATP的利用去向。【板書】 【過渡】對于綠色植物來說，ADP轉化成ATP時所需的能量來自于呼吸作用和光合作用；對于人、高等動物、真菌和大多數(shù)細菌來說，ADP轉化成ATP時所需的能量除來自于呼吸作用外，人和高等動物還可以來自磷酸肌酸的轉移?！径嗝襟w展示】關于磷酸肌酸水解的資料【拓展】肌酸具有促進肌細胞生長，增加瘦體重的作用。對于健美訓練者來說，合理使用肌酸能間接地增大肌

21、肉體積。因為有了更多的能量，訓練者便能進行更高強度的訓練，促進肌肉的生長。同時肌細胞吸收肌酸時也儲存了大量的水分，因此引起肌肉細胞體積增大，從而增加瘦體重。根據(jù)現(xiàn)今已有的研究報告顯示，愈需要爆發(fā)力或瞬間動作型的運動員愈能從肌酸中得到最大的助益。由于需要經常做出瞬間超大負荷動力的動作，因此若能藉由肌酸的補充而使肌肉于短時間內能得到最多的能量，相對的其爆發(fā)力及運動成績表現(xiàn)一定會提升許多。在市場上，補充肌酸已被廣大健美愛好者們所認識和接受。【多媒體展示，強調重點】動物和人、綠色植物中ADP轉化成ATP時所需能量的來源?！局v述】ATP形成與水解的能量不同，進一步證明了ATP和ADP的相互轉化不是可逆反

22、應。【填表】ATP合成ATP分解場所細胞內所有需要的進行生命活動的結構酶“能量”呼吸作用分解有機物釋放的和光合作用中吸收的儲存在ATP中的化學能【結論】物質是可逆的，能量是不可逆的?！揪氁痪殹?ATP轉化為 ADP 可表示如下：式中X代表 A、H2O B、H C、P D、Pi5ATP在細胞內的含量及其生成是（ ） A很多，很快 B.很少，很慢 C.很多，很慢 D.很少，很快6. 關于動物細胞中ATP的正確敘述（ ） A、ATP在動物體細胞中普遍存在，但含量不多 B、當它過分減少時，可由ADP在不依賴其他物質條件下直接形成 C、它含有三個高能磷酸鍵 D、ATP轉變?yōu)锳DP的反應是可逆的 （4）、

23、ATP的利用 學生舉例，教師總結，引導學生觀察生命、觀察生活?！径嗝襟w展示】電鰩發(fā)電、螢火蟲發(fā)光、張娟娟拉弓射箭、大腦思考。【舉例】各項生命活動：滲透能（如主動運輸）、生物發(fā)電（如電鰻放電）、發(fā)光（如螢火蟲發(fā)光）、機械能（如肌細胞收縮）、熱能（如維持體溫）【歸納】ATP為各項生命活動提供能量。細胞內的反應有的是吸能反應，有的是放能反應。吸能反應總是與ATP水解的反應相聯(lián)系，由ATP水解提供能量；放能反應總是與ATP的合成相聯(lián)系，釋放的能量儲存在ATP中。能量通過ATP分子在吸能反應和放能反應之間循環(huán)流通。因此，我們可以形象地把它比喻成細胞內流通的能量“通貨”。 正是因為細胞內有這種流通著的“能

24、量貨幣”，生物體內的生命活動才能及時地得到能量供應，新陳代謝才能順利地進行。【進一步點撥】能量代謝的全過程包括能量的儲存、釋放、轉移和利用。能量的儲存：伴隨在有機物的合成過程中；能量的釋放：伴隨在有機物的氧化分解過程中；能量的轉移：能源物質釋放的能量一部分轉移到高能化合物中的過程；能量的利用：高能化合物分解，將其中儲存的能量用于各項生命活動的過程。 （三）、總結歸納，知識內化 通過這堂課的學習，你掌握了什么？（以板書為主，學生總結，教師補充，突出“ATP結構式以及一個反應式、二個方向、三個來源、多個去向”知識點。）【視頻播放】ATP與ADP轉化關系的整體講解。十、教學評價、反饋 （一）、新知應

25、用如圖所示，能表示動物肌細胞內ATP含量與氧供給之間關系的曲線是（ ）0O2供給量ATP產生量ABCD【點撥】ATP是生命活動的直接能源，生命活動時刻需要ATP提供能量，所以肌肉細胞內ATP始終存在，但含量少。隨著O2供應量逐漸增加，有氧呼吸明顯加強，ATP的產量隨之增強。但由于有氧呼吸還受其他條件的制約，如酶、有機物釋放能量的多少等，不會無限地增多，也不會突然減少，達到最高效率后，ATP的產量一般是相對穩(wěn)定的，最多不會超過一個恒值。不足時，人和動物主要由呼吸作用提供，所以O2供給量增加，呼吸作用加強，提供ATP量增加，當ATP達到恒值時，不再增加。在O2供給為零時，肌細胞可以通過無氧呼吸產生少量ATP供能。【討論回答】B圖說明ATP在細胞內的含量是相對穩(wěn)定的，從而使生物體內部總保持一種穩(wěn)定的供能環(huán)境。（原因是ATP和ADP相互的轉化很快） （二）、知識遷移海洋里