《ATP的主要來源

馮漢茹　劉春光

[摘要]在《ATP的主要來源——細(xì)胞呼吸》一課中，充分挖掘教學(xué)素材，融入6幅改編圖片，豐富學(xué)生“自學(xué)”資源；結(jié)合問題設(shè)計(jì)遞進(jìn)引導(dǎo)，通過“互學(xué)、領(lǐng)學(xué)”構(gòu)建問題式課堂，解決了細(xì)胞呼吸核心概念，突破了有氧呼吸、無氧呼吸的學(xué)習(xí)難點(diǎn)，最后得出“ATP的主要來源是細(xì)胞呼吸”的結(jié)論。這樣設(shè)計(jì)教學(xué)，增強(qiáng)了課堂的任務(wù)性，提高了課堂的互動(dòng)力。

[關(guān)鍵詞]ATP的主要來源；細(xì)胞呼吸；教學(xué)設(shè)計(jì)；反思

[中圖分類號(hào)]G633.91 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A [文章編號(hào)]1674-6058（2017）05-0117-03

一、教材分析

《ATP的主要來源——細(xì)胞呼吸》是人教版普通高中生物課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書必修1第五章第三節(jié)的內(nèi)容。細(xì)胞呼吸是細(xì)胞新陳代謝的基本內(nèi)容之一，它涵蓋了胞內(nèi)物質(zhì)、能量代謝，緊密聯(lián)系了“酶”和“ATP”，指明了“光合作用”形成糖類的部分去向。本節(jié)課闡述了細(xì)胞呼吸、有氧呼吸、無氧呼吸、細(xì)胞呼吸原理應(yīng)用4個(gè)板塊的內(nèi)容，呈現(xiàn)了“有氧呼吸過程圖解”，補(bǔ)充實(shí)驗(yàn)“探究酵母菌細(xì)胞呼吸的方式”，涉及較多概念性知識(shí)和過程性知識(shí)，要求學(xué)生能理解有氧呼吸、無氧呼吸的過程，能將細(xì)胞呼吸原理在生產(chǎn)和生活中進(jìn)行應(yīng)用。

二、教學(xué)設(shè)計(jì)思路

《ATP的主要來源——細(xì)胞呼吸》是對(duì)ATP主要來源的總體評(píng)價(jià)，這一評(píng)價(jià)需學(xué)生仔細(xì)思辨、反復(fù)理解才能認(rèn)同。思辨可借助若干問題作為載體，問題可從充分挖掘教學(xué)素材而生。對(duì)此，筆者基于問題進(jìn)行本課的教學(xué)設(shè)計(jì)，突出“問題”的層次性：學(xué)生“自學(xué)”時(shí)，能夠“發(fā)現(xiàn)問題”；“互學(xué)”時(shí)，希冀“解決問題”；“領(lǐng)學(xué)”時(shí)，圍繞“新生問題，提升認(rèn)知”。如此，學(xué)習(xí)過程“以問題為核心不斷答疑、生疑、再答疑”，順道“解決問題”，最終形成細(xì)胞呼吸的具體過程、核心概念，得到“ATP的主要來源是細(xì)胞呼吸”的結(jié)論。

三、教學(xué)目標(biāo)

（1）知識(shí)目標(biāo)：簡(jiǎn)述有氧呼吸和無氧呼吸過程；說出酵母菌細(xì)胞呼吸方式；說出細(xì)胞呼吸原理在生產(chǎn)和生活中的應(yīng)用。

（2）能力目標(biāo)：訓(xùn)練學(xué)生從反應(yīng)條件、物質(zhì)變化、能量變化、摩爾數(shù)變化4個(gè)角度認(rèn)識(shí)化學(xué)反應(yīng)；嘗試培養(yǎng)學(xué)生尋找關(guān)鍵詞的能力；鍛煉學(xué)生提取信息、梳理信息、簡(jiǎn)化文本、化文為圖的能力。

（3）情感目標(biāo)：培養(yǎng)學(xué)生熱愛生活、積極思考、善于發(fā)現(xiàn)的能力，明白“知識(shí)從生活中來又服務(wù)于生活”的道理。

四、教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)

（1）說明有氧呼吸和無氧呼吸過程。

（2）認(rèn)同ATP的主要來源是細(xì)胞呼吸。

五、教學(xué)過程

1.視頻導(dǎo)入

播放“發(fā)酵歷史”視頻，引導(dǎo)學(xué)生從視覺上初步了解以下內(nèi)容：公元前6000年，古巴比倫人掌握“發(fā)酵釀造啤酒”技術(shù)；公元前4000年，埃及人學(xué)會(huì)了用“發(fā)酵法”制造面包；中國(guó)在殷商時(shí)期掌握了“釀酒”技術(shù)，在秦漢時(shí)期，學(xué)會(huì)了制醬，在周朝時(shí)期，學(xué)會(huì)了制醋。

播放完視頻后，教師提問：（1）視頻中反復(fù)出現(xiàn)了一個(gè)關(guān)鍵詞，請(qǐng)找出來。（2）怎么理解發(fā)酵？（3）在生活中，大家也會(huì)有意無意地接觸到發(fā)酵。如市場(chǎng)上售賣的安琪酵母（課件出示圖片）是用來發(fā)面的。發(fā)面后，面團(tuán)松軟，為什么？面團(tuán)偶有酸味，為什么？發(fā)酵與細(xì)胞呼吸之間有怎么樣的關(guān)系？

[學(xué)生學(xué)情]能指出視頻中的關(guān)鍵詞是“發(fā)酵”，知道面團(tuán)松軟是因?yàn)楫a(chǎn)生了氣體，但不知道產(chǎn)生的氣體是什么及發(fā)酵是怎么一回事。

[教師補(bǔ)充]補(bǔ)充“發(fā)酵”在生活中的其他應(yīng)用及點(diǎn)明“發(fā)酵”與呼吸作用的聯(lián)系：發(fā)酵是微生物的呼吸作用。

教師繼續(xù)追加問題，引發(fā)學(xué)生的“頭腦風(fēng)暴”：取一部分發(fā)酵液，用乙醇和丙酮處理其中的酵母細(xì)胞，將它們殺死，發(fā)現(xiàn)處理后的發(fā)酵液仍然保持發(fā)酵能力，為什么？

學(xué)生紛紛進(jìn)行思考，整個(gè)教室一片寂靜，此時(shí)教師不急于解釋，為后文發(fā)酵相關(guān)知識(shí)的拓展做好情境鋪墊。

2.學(xué)生自學(xué)，理解“細(xì)胞呼吸”核心概念

待學(xué)生的“頭腦風(fēng)暴”過后，教師引導(dǎo)學(xué)生閱讀教材“細(xì)胞呼吸”相關(guān)板塊，尋找問題答案，之后再拋出兩組問題（多媒體投影），引導(dǎo)學(xué)生自學(xué)。

第1組問題：（1）找出細(xì)胞呼吸概念的關(guān)鍵詞，它們?cè)谝粋€(gè)化學(xué)反應(yīng)式中各自對(duì)應(yīng)的意義是什么？怎么理解氧化分解？（2）怎么理解細(xì)胞呼吸概念中的有機(jī)物？有機(jī)物是指前面學(xué)過的四類（核酸、蛋白質(zhì)、糖類、脂質(zhì)）嗎？（3）細(xì)胞呼吸有哪些類型？（此組問題主要用于解讀“細(xì)胞呼吸”概念）

第2組問題：（1）生活中常使用“呼吸”一詞，請(qǐng)做深呼吸。這里的“呼吸”指的是什么？（2）你能否結(jié)合初中生物教材中的“呼吸全過程”（如圖1），標(biāo)出你認(rèn)為的“呼吸”對(duì)應(yīng)范圍？（3）呼吸作用僅發(fā)生在肺里嗎？（4）O₂進(jìn)入肺后最終去哪兒了？CO₂從哪兒來？（此組問題主要用于尋找“呼吸”與“呼吸作用”的關(guān)系）

[學(xué)生學(xué)情]學(xué)生討論并交換意見后知道“有機(jī)物”是反應(yīng)物（底物），是能提供能量的物質(zhì)，如糖類、脂肪，“細(xì)胞內(nèi)”是場(chǎng)所，“酶”是反應(yīng)條件，“CO₂或其他產(chǎn)物”是生成物（產(chǎn)物），“ATP”是能量。細(xì)胞呼吸有兩種方式：有氧呼吸和無氧呼吸。但學(xué)生對(duì)于“有機(jī)物能否判斷為蛋白質(zhì)、核酸”疑惑不解、各執(zhí)一詞，以為“呼吸”就是呼氣和吸氣。

上述學(xué)情，表明學(xué)生已完成“自學(xué)”和“互學(xué)”，暴露“細(xì)胞呼吸概念”思維盲區(qū)：不理解“氧化分解”的含義，不明白“ATP”是作為物質(zhì)還是能量，無法區(qū)分物質(zhì)變化和能量變化，不清楚細(xì)胞呼吸、呼吸作用與呼吸有何異同，不理解“呼吸”的含義，誤以為呼吸作用僅僅發(fā)生在肺里。這些學(xué)情，正是教師教學(xué)的人手點(diǎn)及學(xué)生“互學(xué)”提升的好素材。

[教師補(bǔ)充]“氧化分解”是一種化學(xué)反應(yīng)類型，包含氧化還原反應(yīng)和分解反應(yīng)兩種；ATP不是能量，是產(chǎn)物，它雖含兩個(gè)高能磷酸鍵，但它是大部分細(xì)胞主要能源物質(zhì)，故ATP應(yīng)視為產(chǎn)物。能量變化為釋放能量。除了糖類、脂肪可釋放能量外，還有蛋白質(zhì)，可作為生命活動(dòng)的特殊能源。核酸不能提供能量，一般用作遺傳物質(zhì)。學(xué)生口中的“呼吸”即肺通氣，不完整。以人為例，所謂“呼吸”指人體從周圍環(huán)境吸入O₂，同時(shí)呼出CO₂的過程。它包括三個(gè)層次：肺通氣（外呼吸）；氣體在血液中的運(yùn)輸（體內(nèi)運(yùn)輸）；呼吸作用（內(nèi)呼吸）。細(xì)胞呼吸與呼吸作用實(shí)質(zhì)相同，都是細(xì)胞內(nèi)的有機(jī)物發(fā)生氧化分解，釋放能量，形成ATP。

3.學(xué)生互學(xué)，教師領(lǐng)學(xué)，突破“有氧呼吸”學(xué)習(xí)難點(diǎn)

葡萄糖是細(xì)胞內(nèi)的主要能源，也是有氧呼吸和無氧呼吸最常利用的物質(zhì)。教師先展示“葡萄糖的有氧呼吸過程”（如圖2），然后再將其轉(zhuǎn)化到一個(gè)具體的細(xì)胞內(nèi)（如圖3），最后以1mol葡萄糖的有氧呼吸為例，引導(dǎo)學(xué)生思考以下兩組問題。

第1組問題：（1）請(qǐng)說出細(xì)胞膜、細(xì)胞核、細(xì)胞質(zhì)、線粒體的位置。線粒體外膜、內(nèi)膜、嵴、線粒體基質(zhì)分別在哪？（2）有氧呼吸共3個(gè)階段，在圖3中用①②③表示，請(qǐng)說出各個(gè)階段在哪發(fā)生，討論每個(gè)階段的物質(zhì)變化、摩爾數(shù)變化，并寫在括號(hào)內(nèi)。（3）有氧呼吸離不開O₂，但真正需要O₂的是在第幾階段？若把O₂中O用¹⁸O標(biāo)記，”O(jiān)最先出現(xiàn)在哪？（突破學(xué)生“物質(zhì)變化”學(xué)習(xí)難點(diǎn)）

第2組問題：（1）1mol葡萄糖經(jīng)有氧呼吸釋放能量為2870 kJ，其中只有1161 kJ左右的能量?jī)?chǔ)存在ATP，其余的能量去哪了？由此說明釋放的能量有哪些去向？（2）細(xì)胞生命活動(dòng)所需的能量，大約有95%來自線粒體，因此有氧呼吸的主要場(chǎng)所在哪？（3）寫出有氧呼吸的總反應(yīng)式。與化學(xué)反應(yīng)式對(duì)比，生物反應(yīng)式的寫法有何異同？（4）說出有氧呼吸的關(guān)鍵詞，使用這些關(guān)鍵詞，給有氧呼吸下定義。（解決學(xué)生“能量變化”的學(xué)習(xí)困難）

[學(xué)生學(xué)情]學(xué)生在完成兩組“互學(xué)”問題的過程中產(chǎn)生新困惑：（1）[H]是什么？有何作用？它和以前接觸的H、H⁺、H₂有何區(qū)別？（2）如何計(jì)算物質(zhì)摩爾數(shù)？有氧呼吸總反應(yīng)式出現(xiàn)的“+能量”是“ATP”或是“熱能”還是“ATP+熱能”？學(xué)生的這些新困惑，是問題式課堂真正的互動(dòng)力和生產(chǎn)力。

教師隨即分析學(xué)情，找準(zhǔn)“下手點(diǎn)”：從物質(zhì)變化、能量變化、反應(yīng)條件以及反應(yīng)類型四個(gè)角度梳理“有氧呼吸過程圖解”，如表1。不難發(fā)現(xiàn)物質(zhì)摩爾數(shù)變化、反應(yīng)類型在表中依然懸而未決。究其原因，就是[H]作用和它作為“中間產(chǎn)物”的地位問題沒有解決，出現(xiàn)了“知識(shí)斷點(diǎn)”。對(duì)此，教師教學(xué)的“下手點(diǎn)”應(yīng)為[H]和“中間產(chǎn)物”。

[教師“領(lǐng)學(xué)”提升][H]不是H，不是H⁺，而是一種化合物NADH，具有還原性，作為還原劑。O₂作為氧化劑，這為“反應(yīng)類型是氧化還原反應(yīng)”做足了提示。第一階段和第二階段生成[H]，都是氧化還原反應(yīng)。從C₆H₁₂O₆最終變成了CO₂來看，屬于分解反應(yīng)。綜上所述，有氧呼吸反應(yīng)類型為氧化分解，與前文細(xì)胞呼吸反應(yīng)類型一致。

教師接著介紹“中間產(chǎn)物”，為“書寫總反應(yīng)式”和“能量逐步釋放”搭橋鋪路。有氧呼吸是一系列連續(xù)反應(yīng)，不是一個(gè)化學(xué)反應(yīng)。以丙酮酸為例，丙酮酸既是有氧呼吸第一階段產(chǎn)物，也是第二階段底物，像丙酮酸這樣的，還有[H]，都屬于中間產(chǎn)物。每一階段由專門的酶（可用酶₁、酶₂、酶₃表示）催化，且前一階段的反應(yīng)產(chǎn)物是后一階段的反應(yīng)底物，因此葡萄糖逐步分解，能量逐步釋放。釋放的能量，一部分以熱能形式散失，其余的在有關(guān)酶催化下被ADP接受，與磷酸結(jié)合，生成ATP。

4.檢測(cè)基礎(chǔ)，“領(lǐng)學(xué)”拔高，突破“無氧呼吸”學(xué)習(xí)難點(diǎn)

第1組問題（檢測(cè)基礎(chǔ)）：（1）在有O₂的情況下，細(xì)胞有氧呼吸釋放能量，形成ATP。在沒有O₂或O₂不足的條件下，細(xì)胞怎樣解決ATP供應(yīng)問題？（2）據(jù)圖4，無氧呼吸包括兩個(gè)階段，在圖4中用①②表示，討論每個(gè)階段的發(fā)生場(chǎng)所、物質(zhì)變化、能量變化，在圖5括號(hào)內(nèi)寫出。（3）寫出無氧呼吸總反應(yīng)式。（4）同是無氧呼吸第二階段，為何丙酮酸被還原的產(chǎn)物不同？能否舉例說明哪種生物進(jìn)行酒精發(fā)酵，哪種生物進(jìn)行乳酸發(fā)酵？有沒有一種生物既進(jìn)行酒精發(fā)酵又進(jìn)行乳酸發(fā)酵？試舉例說明。（5）仿照有氧呼吸，給無氧呼吸下定義：無氧呼吸一般指在____的條件下，通過____的催化，把葡萄糖等有機(jī)物分解成為____，同時(shí)釋放_(tái)___的過程。

[學(xué)生學(xué)情]“互學(xué)”后生疑：據(jù)有氧呼吸[H]作用，提示兩種無氧呼吸反應(yīng)類型均為氧化分解，卻無法說出丙酮酸被分解為不同產(chǎn)物的原因，亦不能說出氧化分解的異同。

諸如此類就是知識(shí)縫隙，教師找出這些知識(shí)縫隙后，應(yīng)見縫插針，從“能量釋放多少和去路”人手，設(shè)計(jì)第2組問題，實(shí)現(xiàn)思維引領(lǐng)螺旋式上升。

第2組問題（“領(lǐng)學(xué)”拔高）：（1）以乳酸發(fā)酵為例，每消耗1 mol葡萄糖釋放的能量為196.65 kJ，其中只有61.08 kJ左右的能量?jī)?chǔ)存在ATP中，其余的能量去哪了？以酒精發(fā)酵為例，每消耗1 mol葡萄糖釋放的能量為225.9 kJ，其中只有61.08 kJ左右的能量?jī)?chǔ)存在ATP中，其余的能量去哪了？無氧呼吸第二階段釋放能量了嗎？（2）與有氧呼吸釋放的能量2870 kJ相比，無氧呼吸釋放的能量非常少，二者釋放能量相差如此之大，這對(duì)于理解氧化分解有何意義？差值部分能量?jī)?chǔ)存在哪？（3）說出哪些過程能形成ATP？在ADP轉(zhuǎn)化成ATP過程中，所需能量從哪來？

教師補(bǔ)充表2：由于酶種類不同（用酶_a、酶_b、酶_c表示），丙酮酸被還原的產(chǎn)物不同，要么生成酒精和CO₂，要么生成乳酸，不會(huì)二者兼而有之。酒精發(fā)酵適用于大多數(shù)植物、酵母菌；乳酸發(fā)酵適用于大部分動(dòng)物和乳酸菌。與有氧呼吸相比，無氧呼吸釋放能量較少，說明有氧呼吸氧化分解徹底，無氧呼吸氧化分解不徹底，大部分能量?jī)?chǔ)存在有機(jī)物中。

[歸納小結(jié)]（1）細(xì)胞呼吸主要方式：有氧呼吸。（2）判斷氧化分解徹底與否的依據(jù)：觀察產(chǎn)物是否均為無機(jī)物。（3）ATP的主要來源。個(gè)：①有氧呼吸；②無氧呼吸；③光合作用（如圖6所示）。相應(yīng)的，在ADP轉(zhuǎn)化成ATP的過程中，所需的能量來自有機(jī)物中的化學(xué)能或光能。對(duì)于動(dòng)物、人、真菌和大多數(shù)細(xì)菌來說，均形成ATP的過程主要有3來自細(xì)胞呼吸作用有機(jī)物分解所釋放的能量；對(duì)于綠色植物來說，除了依賴呼吸作用所釋放的能量外，在葉綠體進(jìn)行光合作用時(shí)，還能利用光能將ADP轉(zhuǎn)化為ATP。因此ATP的主要來源是細(xì)胞呼吸。

5.提問結(jié)課.首尾呼應(yīng)

酵母菌是引課素材，繼續(xù)尋找挑戰(zhàn)點(diǎn)進(jìn)行結(jié)課，做到首尾呼應(yīng)。

提問結(jié)課：（1）酵母菌在有氧和無氧條件下都能生存，酵母菌細(xì)胞呼吸方式是什么？（2）回到課前“頭腦風(fēng)暴”：取一部分發(fā)酵液，用乙醇和丙酮處理其中的酵母細(xì)胞，將它們殺死，發(fā)現(xiàn)處理后的發(fā)酵液仍然保持發(fā)酵能力，為什么？（3）某小組在注射器中加入3 mL含酵母菌的培養(yǎng)液，吸入9 mL空氣后加塞密封，一段時(shí)間后，發(fā)現(xiàn)針管內(nèi)的氣體體積增加。為什么？

六、教學(xué)反思

本節(jié)課涉及較多的概念性知識(shí)和過程性知識(shí)，夾雜推理分析，課堂處理很有難度。在不照搬教材的情況下進(jìn)行重構(gòu)：切塊、分層同時(shí)推進(jìn)。切為3塊，分別是細(xì)胞呼吸、有氧呼吸、無氧呼吸，每1塊以組織若干問題分層推進(jìn)。

“視頻導(dǎo)入”引課，帶出關(guān)鍵詞“發(fā)酵”，為細(xì)胞呼吸概念尋找關(guān)鍵詞做好思維內(nèi)動(dòng)，亦為“結(jié)課”做好首尾呼應(yīng)，做到了用一個(gè)觀察點(diǎn)抓住一節(jié)課。

自制的6張圖既是3塊相應(yīng)線索，也是教學(xué)特色。學(xué)生初步閱讀教材建立認(rèn)知后，借助圖形二次建構(gòu)，為快速“站立文本”搭建支架。特別是有位學(xué)生分析有氧呼吸總反應(yīng)式時(shí)，提到“釋放的能量怎么理解？是ATP，或是熱能，還是ATP和熱能二者的總和”，讓教師始料不及，而這就是問題帶來的生產(chǎn)力。學(xué)生在問題式課堂中互疑互解、互幫互學(xué)，逐漸形成嚴(yán)謹(jǐn)性思維，不僅在學(xué)而且在用，是學(xué)以致用的典型。

有氧呼吸過程是重點(diǎn)，亦是難點(diǎn)。以問題遞進(jìn)式推進(jìn)，使組織課堂、觀察課堂的視角由“個(gè)體認(rèn)知”上升為“集體對(duì)話”，把課堂變成學(xué)生交互的舞臺(tái)，增進(jìn)了生生互動(dòng)、師生互動(dòng)，成就了鮮活的課堂。特別是在處理圖3和圖5過程中，學(xué)生多次板演，出現(xiàn)多次“學(xué)習(xí)斷點(diǎn)”“知識(shí)縫隙”，為教師找出學(xué)生的學(xué)習(xí)困難及時(shí)“搭橋”，也為學(xué)生在解決問題過程中生成新問題“鋪路”。此類“問題中再生問題”的方式使問題生成及時(shí)、鮮活、有力，從而突破有氧呼吸學(xué)習(xí)難點(diǎn)，最終讓學(xué)生認(rèn)同“ATP的主要來源是細(xì)胞呼吸”。如此，放手二次開發(fā)教材，實(shí)實(shí)在在地構(gòu)建了問題式課堂。實(shí)踐證明，本課教學(xué)效果良好，深受學(xué)生歡迎。

（責(zé)任編輯 黃春香）