5.2细胞的能量“货币”ATP教学设计2026-2027学年高一上学期生物人教版必修1

该高中生物学教学设计聚焦ATP的结构、转化及利用核心知识，以萤火虫发光情境导入引导实验设计，前承主动运输需能过程，后接细胞呼吸与光合作用，通过ATP档案卡整合资料分析与模型构建作为学习支架。 特色在于情境探究与核心素养深度融合，实验设计培养探究实践能力，模型构建强化结构与功能观，生活实例（卫生检测、医疗应用）渗透态度责任，结合视频与歌曲提升趣味性，助力学生构建生命观念与科学思维，为教师提供可操作的探究式教学方案。

《细胞的能量“货币”ATP》教学设计 教学设计 设计者 学校 年级 高一年级 课题 细胞的能量“货币”ATP 课型 新授课 ☑ 章/单元复习课□ 专题复习课□ 习题/试卷讲评课□ 学科实践活动课□ 其他□ 教学内容分析 【课标内容要求】 大概念 2 细胞的生存需要能量和营养物质，并通过分裂实现增殖 重要概念 2.2 细胞的功能绝大多数基于化学反应，这些反应发生在细胞的特定区域次位概念 2.2.2 解释 ATP 是驱动细胞生命活动的直接能源物质 本节课是人教版高中生物必修 1《分子与细胞》第 5 章 “细胞的能量供应和利用 ”的第 2 节，前承“细胞物质输入和输出”（如主动运输需能量驱动），后接 “细胞呼吸 ”“光合作用”（ATP 合成的主要途径），是连接细胞物质代谢与能量代谢的关键纽带，对学生构建 “细胞是物质、能量、信息统一体 ”的认知具有承上启下的作用。 内容结构：围绕 “ATP 的结构 —ATP 与 ADP 相互转化 —ATP 的利用” 三大核心模块展开，遵循 “现象（萤火虫发光）— 本质（ATP 结构与转化）— 应用（ATP 在生活中的作用） ”的认知逻辑。先通过实验情境引出 ATP 是直接能源物质，再借助资料分析与模型构建剖析其结构特点，接着通过数据与资料解读转化机制，最后联系实际说明利用场景，形成完整的知识链条。 学情分析 高一学生在初中已了解“细胞生活需要能量 ”，知道葡萄糖是主要能源物质、脂肪是储能物质，进入高中后学习了细胞化学组成（如糖类、核酸的元素组成）和主动运输等需能过程，具备理解 ATP 结构与功能的基础，但对“直接能源物质 ”与“主要能源物质 ”的区别、“能量如何从葡萄糖转化为可直接利用形式 ”存在认知空白。 具有初步的实验设计和模型构建经验，但在控制实验变量的严谨性（如萤火虫发光实验中空白对照的作用）、从资料中提取关键信息（如从罗曼实验资料拆解 ATP 组成）方面需引导，逻辑思维上能初步归纳总结，但对“结构与功能相适应 ”“物质与能量统一 ”等生命观念的建立需依托具体情境深化。 学生对萤火虫发光、ATP 检测卫生状况等生活实例兴趣浓厚，适合情境导入，但对 “ 高能磷酸键 ”“能量转化 ”等抽象概念易感到枯燥，需借助类比、视频等直观手段降低难度。 1 学科网（北京）股份有限公司 本节课设计采用探究分析教学模式，围绕“ATP 的结构和功能 ”展开讨论与学习，利用 ATP档案卡贯穿，初步建立生物学的物质和能量观。教学中为学生提供了相关内容的资料分析，学生在教师的指导下，通过感知、体验、实践、合作等方式，达成教学目标。 主要的教学流程图示如下： 学习目标确定 1. 通过探究 ATP 的化学组成与结构特点，明确 ATP 的结构适配其功能，强化结构与功能观这一生命观念。 2. 通过构建 ATP 与 ADP 相互转化模型，归纳概述二者转化的过程及核心意义，形成物质与能量观、稳态与平衡观，提升科学思维与科学探究能力。 3. 通过联系生活实例列举 ATP 的应用场景，解释 ATP 作为细胞生命活动直接能源物质的作用，认识生命的复杂性与可认识性，树立学以致用的价值观。 学习重难点 学习重点： ATP 化学组成的特点及其在代谢中的作用 学习难点：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。 任务实施过程 学习任务 教师活动 学生活动 教学意图 2 学科网（北京）股份有限公司 情境导入 情境中感知 ATP 的作用并设计实验“探究细胞内的直接能源物质 ” 【情境引入】课前播放萤火虫之歌吸引学生兴趣。 【学习目标展 示】课件展示学习目标。 萤火虫为什么能发光呢？播放萤火虫发光的视频，课件展示材料，引导学生思考 实验目的： 探究能使“荧光素酶—荧光素”溶液发光的物质 实验材料： 萤火虫的荧光器制成的“荧光素酶—荧光素”溶液，神秘物质溶液，葡萄糖溶液，脂肪溶液，蒸馏水，A、B、C、D 四支试管及其他实验所需材料。 提出问题：如何设计实验，探究细胞内的直接能源物质。引导学生进行实验设计。 思考：该实验说明了什么？ 【过渡】这种神秘物质就是 ATP，ATP为什么能直接为细胞的生命活动提供能 量？通过今天的研究一起为 ATP 建立一个档案卡。 学生齐读学习目标。回顾细胞内哪些化合物可为细胞的生命活动提供能量。分析思考并归纳细胞内的主要能源物质是葡萄糖；细胞内良好的储能物质是脂肪；生物体最终的能量来源是太阳能。 实验设计方案： （1）取4 支试管，编号A、B、C、D，分别加入 2ml“荧光素酶—荧光素 ”溶液； (2）在 A 试管中加入 1ml蒸馏水，B 试管中加入等量葡萄糖溶液，C试管中加入等量脂肪溶液，D 试管中加入等量神秘物质溶液； （3）在黑暗处各试管发生的现象。 观察实验现象，D 试管中发出明亮的荧光。得出实验结论： ATP 是细胞内直接的能源物质 在享受美的视觉的同时，激发学生的学习兴趣渗透热爱自然和生命的情感。 展示实物增强真实感和可信度，激发学生学习的热情。 拓展探究提高学生的科学探究能力 3 学科网（北京）股份有限公司 理解 ATP 是一种高能磷酸化合物 【探究活动一】结合课本 P86 页第三段阅读资料 1，小组合作建立 ATP 的初步档 案： 资料 1:1934 年，罗曼发现 ATP 会被分解成 1 份腺苷一磷酸（AMP）和 2 份磷酸（Pi）。此后， 其他科学家又发现，用腺苷酸酶处理 AMP，AMP被分解成磷酸和腺 苷，后者可进一步被酶分解为腺嘌呤和核糖。 任务要求： 1.结合课本 P86，完善 ATP 档案卡①-④项。 2.根据资料 1 分析， ATP 由哪些不能再水解的小分子物质连接而成？（说明各类小分子的名称及数目）过渡：小分子物质如何构成 ATP 的复杂结构的呢？ 【探究活动二】结合课本 P86 页第三段阅读资料 2，完成以下任务要求： 资料 2：核糖 1，2， 3 和 5 号位上的碳原子有性质活泼的羟基基团，其中 1 号碳上的羟基可以和腺嘌呤反应缩合形成腺苷，5 学生阅读课本 小组合作分析 ATP 的中文名，元素组 成，结构简式。 学生阅读资料 1.提取信息，分析 说出构成 ATP 的小 分子有 1 个腺嘌呤、 1 个核糖和 3 个磷 酸。 结合小分子物 质的构成元素，总结 构成 ATP 的化学元 素有 C、H、O、N、P。 观察 ATP 的变化 学结构图，阅读资料 2.利用图片材料， 构建 ATP 的结构模 型。 学生通过模型 构建 ，加深对 ATP 分子结构的理解。 巩 固 学 生 对 ATP 基本结构 的认 识。 通过类比 ATP 就如同一个被压缩 弹簧的了，分子内部 是会储存能量的借 此使学生认同 ATP 是一种高能磷酸化 合物。初步形成物质 的功能与结构相适 应的观念。 4 学科网（北京）股份有限公司 号碳上的羟基可被磷酸酯化，形成腺苷一磷酸（AMP）。研究发现，磷酸和磷酸之间可形成含能量较多且不稳定的化学键。 1941 年，科学家李普曼已经总结了，建议用符号“”代表这种不稳定、可供能的磷酸键。 任务要求： 1.利用纸袋 1 中的材料讨论构建 ATP 结构模型完善档案卡第⑤项（材料需先挑选后粘贴）。 2.“— ”与“ ”这两个符号的含义有什么不同？对照模型分析 ATP 中三个字母代表的含义是什么？ 3.为什么说 ATP 是一种高能磷酸化合物？讲解：ATP 中的磷酸基团带有负电荷，同种电荷会相互排斥因此将 3 个同带负电的磷酸基团压缩在一 起，必须消耗能量才能克服磷酸基团间的斥力。 将 AMP 逐渐转变成ATP 进而介绍 A—P~P~P 简式 【过渡】储存在 ATP特殊磷酸键中的能量是如何被释放的呢？ ATP 结构简式 中的 A、T、P 分别代 表什么？如何区分 腺嘌呤和腺苷？ 学生思考并分 析 ATP 是一种高能 化合物的原因。 学生理解 AMP、 ADP、ATP 之间的关 系。 AMP：腺苷一磷 酸 ADP：腺苷二磷 酸 ATP：腺苷三磷 酸 类比分析： UTP：尿苷三磷 酸 GTP：胸苷三磷 酸 CTP：胞苷三磷 酸 5 学科网（北京）股份有限公司 ATP 与 ADP 是如何相互转化的呢？ 认知“ATP 和 ADP 可 以相互转化 ” 【探究活动三】 结合资料，讨论完善 ATP 档案卡⑥-⑩项。 资料3：将用32P 标记的磷酸加入细胞 培养液，并在短时间 内快速分离出细胞的 ATP，结果 ATP 浓度变 化不大，但部分 ATP 的末端磷酸基团已带 有放射性标记。 资料 4：经测定， 一个成年人每天大约 需要消耗 45kgATP， 但每一时刻储存在人 体内的 ATP、ADP 的总 含量不到 1g，即每个 细胞每秒钟可形成 1000 万个 ATP 且同时 有等量的 ATP 被分 解。 一般地说，ATP 在细胞内形成后不到 一分钟时间就要发生 转化。 资料 5：研究发 现 ATP 合成酶分布于 线粒体、叶绿体、细 根据材料发现：对于 动物、人、真菌和大 多数细菌来说，ATP 合成所需的能量来 自细胞呼吸；对于绿 色植物来说，ATP 合 成所需的能量来自 细胞呼吸和光合作 用。 围绕任务要求进行 ATP 水解的模拟： ATP ADP+Pi+能 量 通过具体事实进行 分析，得出结论：ATP 的存量有限，但是消 耗量大。 通过进一步思考可 知 ATP 在分解的同 时，还在源源不断的 合成。 学生理解合成 ATP 需要的原料。 形成结构决定功能 的生命观念。 根据事实给学生造 成认知上的冲突，从 而引发他们进一步 探究的欲望。 学生认同 ATP 与 ADP 可以快速相互转化 ATP 也不会在体内 大量储存而导致浪 费。 培养学生的科学思 维能力。明白这对于 构成细胞内稳定的 供能环境具有十分 重要的意义。 帮助学生认同 ATP 水 解与合成的同时，伴 随着能量的变化形成 “物质是能量流动的 载体能量是物质代谢 的动力 ”的物质和能 6 学科网（北京）股份有限公司 胞质基质、异养菌和 光合细菌等的细胞质 中，参与呼吸作用和 光合作用。将 ATP 水 解的酶广泛分布于细 胞内需要能量的各个 部位。 任务要求： 1.结合资料，完善 ATP 档 案 卡⑥⑦⑧⑩项。 2. 第 ⑨ 项资料完善：利用纸袋 2 中的材料，建构 ATP 和ADP 的相互转化模式图。 结合学生构建 的 ATP 和 ADP 的相互 转化模型讲解：ATP 中含有 2 个储存能量 的高能键，决定了它 能够储存能量。又由 于高能键的不稳定 性，决定了 ATP 可以 成为细胞内能量的 “货币。 引导学生思考 ATP 的合成和分解是 学生从能量来源与用途入手，完善 ATP的合成和分解的相互联系的图解。 量观。 7 学科网（北京）股份有限公司 否可逆。 讲解：从能量的 来源和去向、反应条 件和反应场所等方 面，可知 ATP 的合成 与分解过程不尽相 同时，ATP 与 ADP 的相 互转化物质可逆，能 量不可逆是两个截然 不同的生理过程。 ATP 的利用 教师引导学生 思考：细胞中哪些生 命活动需要 ATP 提供 能量呢？ 讲解：吸能反应 总是与 ATP 水解反应 相联系， 由 ATP 水解 提供能量。放能反应 总是与 ATP 合成反应 相联系， 释放的能量 贮存在 ATP 中。 通 过 “ 货 币 ”的类比，帮助学 生更好地理解 ATP 是 阅读教材，联系生活 实际，列举 ATP 的利 用。 得出结论：ATP 是驱 动细胞生命活动的 直接能源物质。 学生阅读课本，将以 认识生命的复杂性。培养学生的科学思维能力。 使学生理解 ATP 放能反应与吸能反应中的枢纽作用，由此得出 ATP 是能量“ 货币 ”的结论。 巧妙运用类比，形成生命观念。 将本节所学知识与现实生活联系，树立学以致用的价值观和社会责任。 8 学科网（北京）股份有限公司 能量的“货币 ”，加 深了学生对 ATP 生理 功能的理解。 思考：ATP 如何 为生命活动提供能 量？ 播放视频总结 ATP 的供能机理。 设问 1：为什么 ATP 对这些疾病有辅 助治疗的效果？ 设问 2：为什么 用荧光素溶液浇灌转 荧光素酶基因植物会 发出荧光？ 设问 3：ATP 荧 光检测仪为什么快速 检测物体表面卫生状况 况？ 设问 4：为什么 氰化钾能在很短的时 间内导致人失去知觉 甚至死亡？ 下 ATP 为主动运输 供能过程排序： ①磷酸基团与载体蛋白结合；②载体蛋白磷酸化；③载体蛋白空间结构改变，将Ca2+释放到膜外； ④Ca2+ 与载体蛋 白结合；⑤载体蛋白催化 ATP 水解的活性被激 活； ⑥ATP 水解。 学生思考回答。 作业 基础作业（面向全体学生，巩固核心知识） ①写出 ATP 的中文名称、结构简式及元素组成， 解释高能磷酸键的特点。 ②绘制 ATP 与 ADP 相互转化的示意图，标注能量来源和去向。 列举 3 个细胞中需要 ATP 供能的生命活动，说明 ATP 作为直接能源物质的理由。 9 学科网（北京）股份有限公司 拓展作业：提高层作业（面向中等水平学生， 深化理解应用） ①分析 “ATP 与 ADP 的相互转化是可逆反应 ” 这一说法是否正确，从反应条件、场所、能量等角度说明理由。 ②结合生活实例，解释 “ATP 荧光检测仪检测卫生状况 ” 的原理，体现 ATP 的功能应用。 ③设计简单实验，验证 “ATP 是萤火虫发光的直接能源物质 ”，写出实验思路和预期结果。 实践作业：拓展层作业（面向高水平学生，培养探究创新能力） ①查阅资料，探究 “影响细胞内 ATP 合成的因素 ”（如温度、氧气浓度），提出假设并设计探究方案。 ②结合后续将要学习的 “细胞呼吸 ”“光合作用 ”，构建 “太阳能→ATP→细胞生命活动 ” 的能量转化链条图，分析各环节的关键场所和物质变化。 ③思考：“氰化钾会抑制 ATP 合成，为何能快速致人死亡 ”，撰写一段 200 字左右的分析报告，联系 ATP 的功能说明逻辑。 板书设计 5.2 细胞的能量 “货币” ATP 1. ATP 的结构 —— 高能磷酸化合物 元素组成：C、H、O、N、P 结构简式：A—P~P~P A：腺苷（腺嘌呤 + 核糖） ~高能磷酸键（不稳定、易水解供能） 结构与功能：高能磷酸键决定其能储存和快速释放能量 2. ATP 与 ADP 的相互转化 转化过程： 水解：ATP → ADP + Pi + 能量（供细胞生命活动） 合成：ADP + Pi + 能量 → ATP（能量来自呼吸作用、光合作用） 转化特点：物质可逆、能量不可逆， 动态平衡 意义：维持细胞内稳定供能，体现稳态与平衡观 3. ATP 的利用 —— 直接能源物质 核心作用：连接吸能反应与放能反应 应用场景：主动运输、生物发光、医疗辅助、卫生检测等 本质：细胞能量传递的 “货币 ” 教学反思与改进 成功之处： 情境与探究结合，激发学习主动性：以 “萤火虫发光 ” 情境导入，自然引出 “探究直接能源物质 ” 的实验设计，既符合学生的认知起点，又能培养科学探究能力；后续通过 ATP 10 学科网（北京）股份有限公司 档案卡贯穿全过程，将资料分析、模型构建、生活应用等任务整合，使知识学习形成 “ 问题链 ”，引导学生主动思考而非被动接受。 直观手段助力抽象概念理解：通过 “弹簧压缩 ” 类比高能磷酸键的储能原理、“货币 ”类比 ATP 的能量传递作用，结合结构模型构建、ATP 供能视频等，将抽象的 “ 能量转化 ”“结构特点” 具象化，有效突破重难点；结尾的 ATP 版《明天，你好！》歌曲，既梳理了知识，又增强了课堂趣味性，帮助学生形成整体认知。 生命观念与社会责任渗透自然：在分析 ATP 与 ADP 转化的动态平衡时，渗透 “稳态与平衡观 ”；在讨论 ATP 在医疗、卫生检测中的应用时，引导学生树立 “学以致用 ” 的价值观，避免了观念教育的生硬灌输，实现了知识、能力、情感目标的有机融合。 不足与改进方向： 实验设计环节的深度可提升：本节课中 “探究直接能源物质 ” 的实验以 “教师引导 +学生表述方案 ” 为主，未涉及实际操作，学生对 “实验变量的控制细节”（如荧光素酶 —荧光素溶液的浓度、反应温度的控制）理解不深刻。后续可改为 “微型分组实验 ”，提供简化的实验材料（如预配好的试剂），让学生实际操作并观察荧光强度变化，进一步强化实验技能。 个体差异关注不足：模型构建、资料分析等任务多以小组合作形式开展，可能导致部分基础较弱的学生依赖同伴，未能独立完成知识建构。后续可增加 “个体任务环节 ”，如让学生独立绘制 ATP 与 ADP 转化的示意图，或在小组汇报后设置 “随机提问 ”，确保每位学生都能掌握核心知识；同时可为基础较好的学生设计拓展任务，如 “探究影响 ATP 合成的因素”，满足不同层次学生的需求。 知识衔接的连贯性可加强：本节课虽提到 ATP 的合成来源（细胞呼吸、光合作用），但未与后续章节建立明确联系，可能导致学生对 “ 能量从太阳能到 ATP 的完整链条” 认知断裂。后续可在结尾增加 “知识预告 ”，如 “ATP 的能量来自呼吸作用和光合作用，那么这两个过程如何具体合成 ATP？下节课我们将深入探究 ”，帮助学生构建章节间的知识网络。 11 学科网（北京）股份有限公司 $