“細胞的能量通貨——ATP”一節(jié)的探究式教學設計

李迎+陳建國

【摘要】引導學生設計實驗、分析實驗并在實驗結果的基礎上引導學生自主、合作和探究性學習，構建能量通貨的相關概念，提高分析和解決問題和構建新知識的能力。

【關鍵詞】能量通貨 探究式 教學設計 自主學習 合作學習

【中圖分類號】G642.3 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2017）52-0160-02

一、教材分析

“細胞的能量通貨——ATP”是新人教版高中生物必修一分子與細胞，第5章第2節(jié)的內容。本節(jié)主要介紹了有關ATP和ADP的化學組成、結構特點以及兩者的轉化關系，并分析了ATP在能量代謝中的作用。其中，本節(jié)的教學重點是ATP的化學組成、結構特點以及ATP與ADP的相互轉化，教學難點是ATP與ADP的相互轉化與ATP在能量代謝中的作用。本節(jié)在高中生物必修一中起承上啟下的作用：上接必修1第2章糖類、脂肪、蛋白質等有機物，學生在了解了能源物質、主要能源物質、儲能物質等知識的基礎上進行學習，下為后面進一步學習和理解呼吸作用和光合作用的能量代謝打下堅實的基礎。組織本節(jié)時，筆者嘗試設計教學情境，提供多種探究資料以引導學生進行自主學習、合作學習和探究學習，引導學生在設計實驗和分析實驗的基礎上推斷出實驗結果，從而構建能量通貨的有關概念，深刻理解知識，掌握生物學的基本規(guī)律。

二、教學目標

1.知識目標；概述ATP的化學組成和特點，列出ATP分子簡式、ATP與ADP的轉化式，并解釋ATP在能量代謝中的作用。

2.能力目標；通過自主學習，培養(yǎng)分析問題、解決問題和建構新知識的能力。

3.情感態(tài)度與價值觀目標；通過小組討論活動，形成主動參與的學習態(tài)度和體驗合作學習的氛圍。

三、教學過程

1.引入探究性試驗，證明ATP是直接能源物質

教師首先通過復習提問：生物體生命活動的能源物質、儲能物質和主要能源物質分別是什么？從而引入本節(jié)課所學的ATP也能為生物體的生命活動提供能量，教師順勢提出：對于以上的能源物質蛋白質、脂肪、葡萄糖和ATP哪一種能源物質能為生命活動直接供能呢？根據(jù)這個問題，你能做出什么假設呢？

引導學生作出假設：蛋白質、脂肪、葡萄糖和ATP能為生命活動直接供能。教師提供素材：螢火蟲尾部有發(fā)光器可以發(fā)光，可以取數(shù)十只螢火蟲的發(fā)光器研磨成粉末做材料，如果該粉末遇到直接能源物質就會再次發(fā)光。教師提出：根據(jù)素材你能設計并驗證試驗假設嗎？教師把學生分成若干小組，每組四人，請學生嘗試設計探究這一問題。

教師引導組織學生進行討論，形成初步的試驗方案。然后以小組為單位進行初步的實驗方案的展示和全班同學討論，并提出采用的試驗方案：取五份等量的螢火蟲發(fā)光器粉末分別加入五支試管中，并標記為1、2、3、4、5，再分別向五支試管中加入等量的蒸餾水，發(fā)現(xiàn)試管底部有亮光出現(xiàn)，待亮光消失后，再對試管進行處理（教師解釋：有亮光出現(xiàn)是因為研磨成的粉末本身還存在一些能量，要待發(fā)光消失后再加入能源物質，防止對實驗結果造成影響），1號試管用2ml蒸餾水進行處理，做空白對照、2號試管用2ml蛋白質溶液進行處理、3號試管用2ml葡萄糖溶液進行處理、4號試管用2ml脂肪溶液進行處理、5號試管用2mlATP溶液進行處理。教師展示實驗結果：1、2、3、4支試管不發(fā)光，5號試管發(fā)光。教師提問：根據(jù)實驗結果，你能得出什么實驗結論呢？引導學生得出：ATP是生命活動的直接能源物質。

設計意圖：引導學生作出假設、設計實驗方案并通過分析實驗現(xiàn)象來推導實驗結論，有助于培養(yǎng)學生的邏輯思維能力。

2. ATP的結構特點

引導學生自主學習“ATP分子中具有高能磷酸鍵”的內容，并讓學生完成該學案（如圖1），然后教師提問學生并讓學生在黑板上展示所寫的答案，之后師生共同總結ATP的化學組成和結構特點。

教師提問：我們知道結構決定功能，通過對ATP的結構特點的學習，你們知道為什么ATP能夠直接提供能量嗎？教師組織學生以小組為單位進行討論，然后以小組為單位展示討論結果，最后教師分析后給出答案：ATP中離腺苷最遠的那個高能磷酸鍵很不穩(wěn)定，易斷裂，會釋放大量能量。

設計意圖：學生通過自主合作學習，建構新知識，培養(yǎng)學生獨立思考、歸納和解決問題的能力。

3. ATP與ADP的轉化

教師提供素材：一個成人一天在靜止狀態(tài)下所消耗的ATP為48kg，在緊張活動的情況下，ATP的消耗可達0.5kg/min。而人體中ATP的總量只有大約2mg，劇烈運動時只能維持3s。教師提問：成人體內的ATP總量基本是穩(wěn)定的，但是在一天內需要消耗大量的能量，那么這些能量從哪里來呢？教師組織小組討論，發(fā)揮想象力，大膽猜測，討論過后小組代表發(fā)表意見，教師進行總結并得出結論：雖然ATP的含量是穩(wěn)定的，但是它可以與ADP可以快速地相互轉化，從而維持ATP對生命活動的供應。教師展示ATP與ADP相互轉化的表達式（如圖2）：

教師對ATP與ADP的相互轉化進行解釋并提問：ATP可以轉化為ADP，ADP也可以轉化為ATP，那么兩者的轉化是不是可逆的呢？（教師提示：根據(jù)化學上中所學的可逆反應進行思考），然后組織小組進行討論并派小組代表發(fā)表小組的看法，最后師生共同總結得出：ATP與ADP的相互轉化不是可逆反應，因為兩者的反應條件不同（一個是水解酶，一個是合成酶），而且物質ADP和Pi是可逆的，能量是不可逆的。

設計意圖：通過小組討論產(chǎn)生思維碰撞，引發(fā)“頭腦風暴”，有利于思維能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

4. ATP的形成途徑

教師在講到能量不可逆的時候，順勢提問：我們知道ATP轉化的能量是由ATP的第三個高能磷酸鍵斷裂釋放的，并用于生物體的生命活動，那么合成ATP的能量來自哪里呢？也就是說哪些生命活動可以提供能量呢？這樣學生就自然的想到光合作用和呼吸作用。然后教師進行總結：合成ATP的能量是由動物的呼吸作用與植物的呼吸作用和光合作用釋放的。

5. ATP的利用

教師接著“ATP的形成途徑”這一知識點，繼續(xù)提問：呼吸作用和光合作用產(chǎn)生的ATP能為哪些生命活動提供能量呢？教師提示在生活中哪些生命活動需要消耗能量呢？小組討論后進行回答，然后教師進行總結：生命活動無時無刻不在消耗能量，包括睡覺、吃飯、散步、學習等等?？偟膩碚f，可以歸納為（如圖3）：

設計意圖：通過聯(lián)系生活與實際，加深學生對知識的理解；通過小組討論與交流，提高學生的思維能力與語言表達能力。

6.總結主干知識，及時反饋[1]

教師引導學生進行自主梳理，并對重要知識點進行及時總結和反饋。

四、教學反思

本節(jié)課通過實驗觀察引入課題，激發(fā)學生的好奇心和求知欲，教學效果很好，充分體現(xiàn)了新課程的探究式學習理念。在實施過程中，要強調“以學生為主，教師為輔”的組合模式[2]。在分析了大量的有關ATP資料的基礎上，通過自主、合作和探究的學習過程，學生在討論、合作交流及表達的過程中，展現(xiàn)了師生互動、生生互動的教學模式，學生嘗試作出假設、進行實驗設計、分析實驗結果，推出實驗結論，逐步建構ATP是直接能源物質、ATP的結構、ATP與ADP的相互轉化以及ATP的利用等重要知識框架，并嘗試解釋ATP作為直接能源物質的原因和概述ATP與ADP的相互轉化的過程，促進學生建立知識間的有機聯(lián)系，不但鞏固了所學知識，也培養(yǎng)了學生的合作精神，體現(xiàn)了新課程教學理念，還有助于培養(yǎng)自主學習的習慣和嚴謹?shù)目茖W態(tài)度，提高分析問題、解決問題和邏輯思維等多方面的能力和生物科學素養(yǎng)。

參考文獻：

[1]李健.“通過神經(jīng)系統(tǒng)的調節(jié)”一節(jié)的探究式教學設計[J].生物學教學，2017，42（1）：36-37.

[2]湯慧杰.高中生物探究式教學設計的應用研究[D].長春：哈爾濱師范大學，2015.endprint