5.2 细胞的能量“货币”ATP 教学设计2025-2026学年高一上学期生物人教版必修1

第 5 章第 2 节 细胞的能量“货币”ATP 教材分析 《细胞的能量“货币 ”ATP》是高中生物新人教版必修一《分子与细胞》第五章《细胞的能 量供应和利用》第二节的内容。本节课主要介绍了 ATP 的功能、ATP 的分子结构、ATP 与 ADP 之间的相互转化以及 ATP 的利用等内容。深入理解放能反应与吸能反应中的能量转 化。作为新教材《细胞的能量“货币 ”ATP》与之前教材相比做了一些改动，例如：对 ATP 水解放能的机理进行了修改，做到了各学科表述方式一致，且通过 ATP 与 ADP 相互转化 的示意图，使学生清晰地明确了两种高能化合物在结构上的区别。对于 ATP 的利用部分为 进一步让学生理解 ATP 供能机制引入了 ATP 为主动运输供能的示意图。教材最后介绍由萤火虫发光的原理培育出了荧光树，号召学生运用所学知识解决能源短缺的问题。同时， 该节内容在《细胞的能量供应和利用》一章中的承接作用相当明显， 学好本节内容有助于学生更好的掌握后面的的《细胞呼吸的原理和应用》及《光合作用与能量转化》等知识。 学情分析 通过本教材第二章《组成细胞的分子》和第四章第二节《主动运输与胞吞、胞吐》的学习，学生已经具备了一定的知识水平，思维和学习能力也得到了一定的发展。对能源物质与物质 运输消耗能量有了进一步的了解，同时学生已经学习了三大能源物质的功能、与能量代谢有关的细胞结构，这为学习 ATP 这一驱动细胞生命活动的直接能源物质奠定了基础。但是 ATP 的利用中，ATP 的供能机制比较难 ，学生掌握起来有一定的难度，因此应该重点讲 解 ATP 为主动运输供能的机制来帮助学生理解。此外， 学生通过物理、化学两学科的学习， 已经具备了能量转化的知识，利于学生对本节知识的进一步理解。 教学目标 1.简述 ATP 的化学组成和特点。 2.写出 ATP 的分子简式。 3.理解 ATP 与 ADP 的相互转化，解释 ATP 在能量代谢中的作用。 核心素养 生命观念：在特定的问题情境中，能以生命观念为指导，分析骨骼肌收缩原理和主动运输原理，探讨其中的规律。 理性思维：能基于特定的生物学事实，采用归纳与概括、演绎与推理等方法，以图示、文字的形式，说明 ATP 的结构，ATP 是吸能反应和放能反应之间的纽带等。 科学探究：根据实验计划，使用简单的实验器具，按照实验操作步骤进行实验，并分析得出结论。让学生掌握科学探究的过程， 通过对 ATP 模型的构建，培养学生团结合作和勇于创 新的精神。 社会责任：能对生物体内能量供应途径和方式进行理性判断，能识别并抵制封建迷信和伪科学。 教学重点和难点 （一）教学重点 ATP 化学组成的特点及其在能量代谢中的作用。 （二）教学难点 通过 ATP 与 ADP 相互转化的特点，解释 ATP 是驱动细胞生命活动的直接能源物质。 教学过程 【新课导入：情景设置，导入新课】 呈现萤火虫漫天飞舞图片，追问：萤火虫为什么要发光？它发光的原理是什么呢？ 提供资料：萤火虫发光的奥秘在于腹部后端细胞内的特殊发光物质——荧光素。荧光素接受 能量被激活后，在荧光素酶的催化下与氧气反应发出荧光。即： 问：我们能不能根据它的发光原理在体外模拟萤火虫发光实验呢？实验中应该注意哪些问题？限于时间和条件，我们一起看一下这几位同学的研究过程。 呈现实验视频。 结合视频得出结论：萤火虫发光的能量直接来源于 ATP，而非葡萄糖、脂肪、蛋白质等。 【总结】 一、ATP 的功能 驱动细胞生命活动的直接能源物质 （用煤炭、电、手机或者蔬菜、钱、衣服来类比，解释“直接”的含义） 【问】ATP 是物质还是能量？为什么这种物质是细胞内的直接能源物质，这与它独特的结构是分不开的。 二、ATP 的结构及特点 呈现 ATP 分子式，学生认真观察，问：ATP 分子由哪些化合物组成？ 再讲解其命名，及与 ADP、AMP、RNA 的关系 1 ．中文名称：腺苷三磷酸 2 ．ATP 的结构简式：A-P~P~P A 代表腺苷，P 代表磷酸基团，“ ~ ”代表一种特殊的化学键，水解时释放出大量能量。 3.结构特点：磷酸基团带负电，彼此间有很强的排斥力，因而磷酸基团之间的化学键不稳定， 容易在 ATP 水解酶的作用下断裂。好比一个压缩的弹簧，压缩的弹簧很不稳定，在弹开的过程中伴随能量的释放。 1molATP 水解释放的能量可高达 30.54KJ，所以 ATP 被称为高能磷酸化合物。 【问】ATP 水解释放的能量都有哪些用途呢？ 三、ATP 的利用 图片展示，肌肉收缩、主动运输、大脑思考、生物发电、生物发光等都需要利用 ATP 【问】ATP 水解释放的能量是如何为这些生命活动供能的呢？ 【视频展示】以 ATP 为主动运输功能为例讲解 【总结】ATP 的供能方式：ATP 水解释放的磷酸基团使蛋白质等分子磷酸化，进而使其空间结构发生变化，活性也被改变，因而参与各种化学反应。 【问】几乎所有生命活动都需要 ATP 直接供能，我们每天至少需要多少ATP？ 【资料】 1.一个成年人安静状态下，24 h 内有 40 kg 的 ATP 水解。剧烈运动状态下，每分钟约有 0.5 kg的 ATP 分解释放能量，供运动所需。 2.在正常人体中 ATP 总量大约为 2 mg～10 mg。在人体安静状态时， 肌肉内 ATP 所含的能 量只能供肌肉收缩 1～2 s。 【问】细胞是如何化解这一矛盾的呢？ 四、ATP 与 ADP 可以相互转化 阅读课本，完善概念图 【问】该反应是不是可逆反应？ 引导学生思考，物质可逆，但能量不可逆，且催化的酶不同。 根据某化学反应是伴随 ATP 合成还是水解，可将化学反应分为吸能反应和放能反应。 能量通过 ATP 分子在吸能反应和放能反应之间流通。 【讨论】1、剧烈运动和静止状态下，ATP 与 ADP 的相互转化有什么不同？ 2、如果 ATP 与 ADP 的相互转化出现障碍，会有什么后果？所以这种转化机制有何意义？ 【总结】ATP 和 ADP 相互转化的特点和意义 特点：时刻不停的发生，且处于动态平衡之中 意义：能够及时而持续地满足细胞各项生命活动对能量的需求 五、拓展 ATP 是细胞内唯一的直接能源物质吗？生物体内的 ATP 只能用来提供能量吗？ 介绍：NTP、dNTP 和磷酸肌酸等高能磷酸化合物；ATP 的其他作用：作为信号分子、作为某些重要分子合成的原料等 板书设计 5.2 细胞的能量“货币”ATP 一、ATP 的功能 二、ATP 的结构 1.结构简式： 2.结构特点 三、ATP 的利用 四、ATP 和 ADP 的相互转化 1.过程 2.特点 3.意义 学科网（北京）股份有限公司 $