2022年高中生物新课标苏教版 示范教案（生命活动的能量“货币”——ATP）第1课时示范教案 苏教版

2022年高中生物新课标苏教版 示范教案（生命活动的能量“货币”ATP）第1课时示范教案 苏教版在我们学习了细胞的结构与功能之后，理解了细胞的结构与其功能相适应的特征，了解了不同细胞的多样性，感受到了细胞整体的一种和谐与统一的美。在本章，我们将一起学习细胞代谢的知识。1.本章内容组成本章内容由三节组成：和酶、光合作用和细胞呼吸。第一节介绍了和之间的相互转化以及在生命活动中的广泛应用，介绍了酶的概念、酶促反应以及影响酶促反应的因素，它们是学习光合作用和细胞呼吸的必备知识；第二节介绍光合作用发现过程的科学史、光合作用的色素及其对光能的捕获、光合作用的过程、影响光合作用的环境因素等；第三节介绍细胞呼吸的本质和过程、有氧呼吸和无氧呼吸的区别以及细胞呼吸原理的应用。2.本章教材地位本章教材在学生学习了细胞的化学组成、细胞的结构和功能的基础上，讲述和酶在新陈代谢中的作用、光合作用和细胞呼吸的主要过程及其应用，促进学生对生物体新陈代谢的必要性和意义的理解。社会的可持续发展离不开光合作用和细胞呼吸。光合作用为生物界提供有机物和氧气，是地球上绝大多数生物赖以生存的基础，在人类生命活动中起着多方面、多层次的影响；细胞呼吸不断地产生能量，为生物体的生命活动提供能量保障。本章内容是生物学科的核心知识。本章内容与前后章节知识有着内在的联系，本章在本模块中具有承上启下的重要作用。学生可以进一步理解只有在能量的供应下，细胞膜才能行使主动运输的功能，并且加深理解把叶绿体和线粒体分别比喻为植物细胞的“能量转换站”和所有细胞的“动力车间”的含义；有助于学生加深领会活细胞之所以能够经历生长、增殖等生命历程，是与能量的供应和利用分不开的。光合作用和细胞呼吸需要第三章中叶绿体、线粒体结构等知识作基础，后续内容如细胞分裂、分化等过程需要细胞呼吸为其提供能量，需要酶进行催化。叶绿体只有在保持细胞结构完整性的基础上才能使其各项功能得以正常进行。光合作用所需要的原料及形成的产物又涉及物质出入细胞膜等有关知识，另外光合作用和细胞呼吸正常进行还需要其他细胞结构的协作和支持。酶和是生物体新陈代谢过程中必不可少的物质，光合作用和细胞呼吸过程需要酶的参与，并涉及能量的释放和利用，这些都是学习后续内容的必备知识。此外，生物必修2遗传与进化中有关“基因的表达”以及生物必修3稳态与环境中有关“动物和人体生命活动的调节”等，实际上都是细胞在得到能量供应的情况下才能进行的生命活动。学习本章的内容，有助于学生对这两个必修模块中相关内容的理解。生物选修1生物技术实践中的专题1和专题2都与本章第3节有密切的关系，专题2和专题4都与本章第1节有密切的关系。生物选修2生物科学与社会中的第2章与本章第4节有密切的关系，第3章与本章的第1、3节有密切的关系。生物选修3现代生物科技专题中的专题5与本章的第1、3、4节有着密切的关系。3.本章在技能培养以及情感、态度与价值观引导方面的作用通过叶绿素的提取与分离实验等实验的操作，可以培养学生利用生物实验器材进行实验操作的能力。在本章中将通过引导学生回顾酶、光合作用与细胞呼吸的研究历程，感受科学家聪慧的头脑与睿智的目光，以及他们坚定不移的科学态度，不迷信、不武断，敢于挑战权威，勇于承认错误的科学品质。通过学习与ADP的转化、光合作用与呼吸作用过程，体会生命活动的复杂性与多元化；而酶促反应的学习，将使学生感受生命的美，从而尊重生命、关爱生命。光合作用与细胞呼吸知识的学习，将有助于学生从整体上理解生命活动过程中的能量代谢，理解代谢过程中物质循环、能量流动与信息传递相伴相随的特征；感悟光合作用是自然界最基本的物质代谢与能量代谢；体会太阳能是地球上生物生命活动的能量最终来源。本章的学习可以有效地提高学生科学探究的意识与能力，锻炼科学探究的基本技能。因而本章教学中应强调对学生的科学探究意识与实践能力的培养。教学重点：1.酶在代谢中的作用，解释ATP在能量代谢中的作用。2.光合作用的过程以及人类对光合作用的认识过程。3.影响光合作用速率的环境因素。4.细胞呼吸的过程。5.细胞呼吸原理的应用。教学难点：1.和之间的相互转化过程中物质转变与能量转换间的关系；探究影响酶作用速率的因素时如何进行实验的设计。2.回顾光合作用的发现过程以了解光合作用的本质；光合作用过程中物质代谢、能量代谢与信息转换及其相互关系。3.通过数据分析，以研究影响光合作用速率的环境因素。4.细胞呼吸过程中的物质与能量代谢过程；有氧呼吸与无氧呼吸的区别与联系。5.应用细胞呼吸的原理解释相关现象。课时安排：第一节ATP和酶3课时第二节光合作用5课时第三节细胞呼吸3课时第一节ATP和酶从容说课 “ATP和酶”一节主要分为：生命活动的能量“货币”ATP、酶与酶促反应两部分内容。本节的关键词是“ATP、酶与酶促反应”。本节主要阐述了和之间的相互转化以及在生命活动中的广泛应用、酶的概念、酶促反应以及影响酶促反应的因素。和酶是生物新陈代谢过程中的重要物质，是多项生物化学反应的联系纽带。光合作用和细胞呼吸总反应由许许多多的反应组成，这些反应不仅需要酶的参与，还涉及能量的释放和利用。关于部分内容，教材首先通过形象的比喻“生命活动的能量货币”来引出ATP，接着介绍了ATP的发现与结构，然后着重分析了和之间相互转化过程的物质转变与能量转换及其生理意义。对于和之间的相互转化是一种微观、动态的过程，我们建议教学中加强对于文本中“和之间的相互转化”图群的阅读，有条件的学校可设置Flash动画以模拟该过程中的物质转变与能量转换。对于在生命活动中的广泛应用，我们建议教师预设多种问题情景，引导学生分析、讨论。关于酶部分的内容，课本首先定义了酶的概念，然后通过实验，帮助学生理解酶的特性，对于酶促反应的过程，课本试图借助“酶促反应过程示意图”准确展示这一动态过程，我们也建议有条件的学校在教学过程中引入计算机辅助教育手段，帮助学生理解这一微观、动态的复杂过程。接着教材对酶的概念进行了补充与完善。而对于影响酶促反应的因素，我们的教学建议是：在“边做边学”的基础上，引导学生自主归纳、总结。本节共设置了1个“边做边学”、1个“放眼社会”、1个“课题研究”、1个“评价指南”、1个“继续探究”、1个“拓展视野”和相应的图与图群。“边做边学”的题目是研究“酶的特性”，分为2个子项目，我们建议，实验一可以在学生自主完成实验的基础上，小组讨论实验数据，寻找替代实验方法，最后班级交流；实验二较为复杂，因此我们建议，采用小组合作的方式进行科学实验，实验结束后，以小组为单位进行交流。“课题研究”的题目是“影响酶作用速率的因素”，我们的教学建议是组成课题小组，以小组为单位，首先提出实验假设，根据相应的假设进行实验设计，并对实验方案的可行性进行论证，然后利用实验室器材进行科学实验，最后通过对实验数据的分析接受或否定假设。本节还有图群2个：与相互转化图、酶促反应过程示意图；图片1张：酶与药物；函数图2张，表格一个。教师可根据图的特点合理展示图片，图文结合，帮助学生理解相关知识。最后我们建议学生利用图书馆、网络或其他媒体手段，收集有关酶在社会、生活中应用的信息，并做成课题研究报告，进行班级内部交流，或在网上展示。教学重点1.讨论酶的特性以及与新陈代谢的关系是本节教学的重点之一。2.在新陈代谢与ATP的内容中，ATP的分子特点和ATP与ADP的相互转变在新陈代谢中的作用，是本节教学的另一重点。在新陈代谢与ATP的内容中，ATP的分子特点和ATP与ADP的相互转变的特点及其新陈代谢中的作用，是本节教学的教学重点之二。教学难点1.控制变量的科学方法。2.酶在酶促反应过程中的作用机制。3.ATP在能量的储存、转移和利用中的作用，是本节学习的难点。教具准备ATP与ADP相互转化的多媒体课件、酶促反应过程的Flash动画、“酶的特性”的实验器材、教师通过网络等途径收集一组有关酶与ATP的信息。课时安排3课时三维目标 1.简述ATP的化学组成和特点；写出ATP的分子简式；解释ATP在能量代谢中的作用。2.说出酶的化学本质；能举例说明酶的特性和酶促反应的过程。3.会使用相应的实验器材，研究酶的特性与影响酶促反应速率的因素。4.通过ATP与ADP相互转换示意图、酶促反应示意图等图与图群的阅读训练，初步形成图文转换能力和用规范的生物学语言来表述问题的能力。5.参与“影响酶作用速率的因素”的课题研究，形成实验设计能力、利用实验器材完成实验的能力、观察能力和资料的收集与处理能力。6.进行有关的实验和探究，学会控制自变量，观察和检测因变量的变化，以及设置对照组和重复实验；培养学生问题的对比分析能力与归纳能力；小组学习中的合作与交往能力。7.通过阅读分析“关于酶本质的探索”的资料，认同科学是在不断的探索和争论中前进的。8.认同科学家不仅要继承前人的科研成果，而且要善于吸收不同意见中的合理成分，还要具有质疑、创新和勇于实践的科学精神与态度。9.培养学生树立科学技术是一把双刃利剑的观点，学会用辩证的观点看待科学技术对人类社会发展的作用。10.通过回顾酶的发现历程，感受科学家聪慧的头脑与睿智的目光，以及他们坚定不移的科学态度，不迷信、不武断，敢于挑战权威，勇于承认错误的科学品质。11.通过小组学习过程中的合作与交往培养学生的协作意识与交往的态度。第1课时生命活动的能量“货币”ATP教学过程 导入新课教师用多媒体出示右图所示的图片,或其他有关萤火虫的图片或视频，并用一定方式呈现下述诗句：“银烛秋光冷画屏，轻罗小扇扑流萤。天街夜色凉如水，卧看牵牛织女星。”师让我们重新品读唐代诗人杜牧这首情景交融的诗句，想象夜空中与星光媲美的点点流萤，从生物学角度思考下列问题：（1）萤火虫发光的生物学意义是什么?（2）萤火虫体内有发光物质吗?学生活动：学生分小组讨论，提出见解。小组发言，师生共同总结：（1）根据初中所学的知识，从动物行为角度来看，萤火虫发光的生物学意义主要是相互传递求偶信号，以便交尾、繁衍后代。（2）在一些科普性的文章中，我们了解到了萤火虫腹部后端细胞内的荧光素，是其特有的发光物质。师根据前面所学的知识，你能否指出维持萤火虫生命活动的主要能量来源是什么？萤火虫细胞代谢所需能量的储存形式主要是什么？生维持萤火虫生命活动的主要能量来源是糖类；萤火虫细胞代谢所需能量的储存形式主要是脂肪。师我们是否知道萤火虫体内糖类、脂肪的储存能量从何而来呢？师可以根据初中生物中光合作用的相关知识回答上述问题。生能量的最终来源是太阳能；主要通过绿色植物的光合作用，把光能转化为化学能的形式储存在糖类与脂肪等有机物中。当动物将绿色植物以食物形式摄入体内以后，通过一些复杂的途径，最终转化为动物体内的糖类、脂肪或其他有机物，并将能量储存在这些有机物中。师是否所有的动物都以绿色植物为食物？假如不是，它们的能量最终来源是什么？生不是，如猫科动物属于肉食性动物，不以绿色植物为食物；但是，从本质上讲，它们最终还是以绿色植物为食物，所以，它们的能量最终来源还是太阳能。师我们把目光回到萤火虫身上，根据相关的物理学、化学与生物学知识，思考下列问题：（1）萤火虫发光时，是否需要将糖类等有机物中储存的化学能释放出来？那么，这些能源物质中的能量是如何释放出来的呢？所释放出来的能量，能否直接用于生命活动呢？（2）如果不能的话，萤火虫发光所需能量的直接来源是什么？推进新课板书：一、生命活动的能量“货币”ATP教师活动：教师利用多媒体展示“生物体的生命活动需要消耗”的图群，辅以文字解说，通过视听结合方法优化课堂教学，使学生形成直观的印象：是生命活动的直接能源物质。学生活动：学生以问题指向为目标，以自主学习为主要方法，结合小组合作讨论，对书本“生命活动的能量货币ATP”展开学习，强调对于书本图群“ATP与ADP相互转换示意图、生物体内生命活动需要消耗ATP”的阅读。学生小组讨论后，推举代表发言，其他小组可以对其提出的观点表示赞同或反对，若提出反对意见，必须陈述不接受该观点的原因，并能提出自己的观点。生甲光能本身就是一种能量形式，并且在萤火虫发光过程中，有大量能量向周围散失了，从能量的转化与守恒角度来看，萤火虫需要将储存在糖类与脂肪等有机物中的化学能释放出来。生乙根据物理学知识可以得出，萤火虫发光时产生的是光能，而在萤火虫体内的糖类与脂肪等有机物中储存的是化学能，只有将化学能转化为光能，才能发光。生丙从我们已学的知识无法判断有机物中的化学能是否能直接用于发光这样的生命活动。不过，书本的知识或许能说明一些问题。生丁书本提出了一种叫做腺嘌呤核苷三磷酸的物质，是萤火虫发光时的直接能源物质。但是，我们无法理解在生命活动中，为何腺嘌呤核苷三磷酸是直接的能源物质。板书：（一）ATP的结构师我们通过初中阶段的学习，知道如葡萄糖、脂肪等物质都是生命活动的直接能源物质。那么，与葡萄糖等能源物质究竟有什么区别？你能否设计一个实验证明你的假设。【教学实验】实验假设是生命活动的直接能源物质。实验器材试管、葡萄糖液、溶液、萤火虫尾部提取液、滴管等。实验设计（1）取三支试管，加入等量的萤火虫尾部提取液，分别标记为A、B、C。（2）向A试管内加入数滴溶液，B试管内加入等量的葡萄糖，C试管内加入等量的蒸馏水。（3）观察三支试管内萤火虫尾部提取液的发光情况，记录并分析数据。实验结果与分析：（略）师假如你有一张百元大钞，你很难用它购买一些零星物品，如一块糖果、一张活页纸或者一支笔芯。假如你有100张一元的钞票，那么你就会很方便。细胞中通用的能量货币腺嘌呤核苷三磷酸，就如我们日常生活中的零用钱，它会随着每天的花销而减少，因此要维持正常生活必须不断破开大面值的钞票给予补充，细胞中的大面值钞票主要是糖类等有机物。（1）植物和动物通过呼吸作用分解有机物释放出的能量,除了一部分以热能的形式散失或维持体温外，一部分就会被转移并储存到细胞内像腺嘌呤核苷三磷酸这样的化合物中。（2）在细胞内用于细胞代谢中能量转移的化合物有很多种，但腺嘌呤核苷三磷酸是最主要的。（3）其实,从本质上来讲,能量通用“货币”“小面额钞票”，应该是储存在腺嘌呤核苷三磷酸这样的分子中的化学能，而非腺嘌呤核苷三磷酸本身。师我们已经懂得腺嘌呤核苷三磷酸是细胞内的能量“货币”，那么腺嘌呤核苷三磷酸究竟是一种怎样的物质？ATP又是怎样一种物质？ATP中A、T、P各代表什么意思？生腺嘌呤核苷三磷酸是一种不稳定的高能化合物，由一分子腺嘌呤、一分子核糖和三分子磷酸组成，简称ATP。ATP中：A代表腺苷、T代表3个、P代表磷酸基团。师那么腺苷是一种怎样的构造？ATP中一分子腺嘌呤、一分子核糖和三分子磷酸是如何连接而形成ATP的？学生活动：学生根据“ATP与ADP的相互转化示意图”图群中提供信息，思考问题。生腺苷是由腺嘌呤和脱氧核糖脱水缩合而形成的；ATP中核糖位于腺嘌呤与磷酸之间，具体来说，是一分子腺嘌呤、一分子核糖和三分子磷酸依次脱水缩合而成。（如下图）师你是否了解表示ATP结构组成的结构简式？什么叫做高能化合物？为什么ATP是一种高能化合物？为什么说ATP是一种不稳定高能化合物？师生讨论，以教师进行知识拓展为主：（1）ATP结构简式一般表示为APPP。在这个结构简式中，A代表腺苷、P代表磷酸基团、“”是高能磷酸键、“”是普通磷酸键；ATP中的能量主要集中于两个高能磷酸键中。（2）高能化合物的特点是它的高能化学键水解时释放出的化学能是正常化学键释放化学能的2倍以上，一般在20.92 kJ/mol以上。（3）ATP的高能磷酸键（也即酸酐键，用“”表示）在水解时释放的能量为30.54 kJ/mol，远远高于一般的高能化合物的高能键断裂时释放的能量，因而ATP是一种高能化合物。（4）ATP分子中远离腺苷的那一个高能磷酸键不稳定，容易断裂，转变为ADP，同时释放出能量。当然，ADP也容易与一个磷酸分子脱水缩合而形成ATP，同时储存能量。因而，我们称ATP为一种不稳定高能化合物。师需要指出的是，ATP分子既可以水解一个磷酸基团，而形成二磷酸腺苷（ADP）和磷酸（Pi）；又可以同时水解两个磷酸基团，而形成一磷酸腺苷（AMP）和焦磷酸（PPi）。师ADP与ATP是如何转化的？具有怎样的特征？合成ATP的能量来源有哪些？试举例说明。ATP水解形成ADP，高能磷酸键断裂所释放的能量主要用于哪些生命活动？板书：（二）ATP与ADP的相互转化以及ATP的功能教师活动：打开多媒体课件，学生观察并思考问题，教师结合问题分析。对于ATP与ADP相互转化的过程，采用多媒体交互式动画，以ATPADP为例：以红色的“”表示远离腺苷的那个高能磷酸键，以蓝色的“” 表示靠近腺苷的那个高能磷酸键，以黑色的“” 表示普通磷酸键，动态展示ATP中远离腺苷的那个高能磷酸键水解，释放能量形成ADP的过程。以帮助学生理解ATP与ADP的相互转化这一动态、微观的生理过程。学生活动：学生根据初中所学的知识，结合文本与图片，自主思考上述问题。学生讨论，师生共同总结：（1）ADP与ATP的相互转化可以这样表示：。（2）ADP合成ATP储存能量，ATP水解成为ADP释放能量。（3）ATP在细胞内的储存量极少，但是细胞内通过ADP与ATP快速、高效的转化，使得细胞内的ATP含量处于动态平衡之中，以满足细胞代谢过程中对能量的需求。（4）ADP合成ATP时的能量来源，在绿色植物中主要来自于光合作用和呼吸作用；而对于动物细胞，则由ADP生成ATP的能量来源主要来自于呼吸作用；对于一些特殊的微生物，如硝化细菌，则其生成ATP的能量来源除了呼吸作用之外，还可以来自于一种称为化能合成作用的生理过程；对于病毒，其自身缺乏代谢相关的酶系统，因而其生命活动所需的ATP直接来自于宿主细胞。（5）ATP水解成为ADP所释放的能量，用于机体各种生命活动所需。如：在动物体内，可以用于细胞的生长和分裂、细胞的主动运输（无机盐离子的吸收等）、神经传导、肌肉收缩、恒温动物体温的维持以及某些动物的发光现象；在植物体内，可以用于矿质元素的吸收、光合作用、蛋白质合成、细胞的生长与分裂等生命活动；在细菌、真菌的生命活动中，ATP也扮演着重要的角色。（6）在ADP与ATP的相互转化过程中，物质是可逆的，能量是不可逆的。（7）在生物体内的细胞中，时刻进行着ADP与ATP的相互转化。在能量流动过程中，ATP就像能量“货币”一样，是一种活跃、直接可利用的化学能。ATP为细胞正常的代谢提供了能量保证。ADP与ATP的相互转化既可以保证生命活动的能量的正常供应，又可以避免细胞内用不尽的能量白白浪费。师（1）纯净的ATP是一种白色粉末状物质，能溶于水。在医疗上一般有片剂和注射液两种。片剂可口服，注射液可肌肉注射或静脉注射。一方面可以辅助治疗心肌萎缩、脑溢血后遗症、心肌炎等，另一方面可以提供能量，起到改善患者新陈代谢的作用。（2）在动物和人体细胞（特别是肌细胞）内，除了ATP外，其他的高能磷酸化合物还有磷酸肌酸（可用CP代表）。当动物和人体细胞由于能量大量消耗而使细胞内的ATP含量过分减少时，在有关酶的催化作用下，磷酸肌酸中的磷酸基团连同能量一起转移给ADP，从而生成ATP和肌酸（可用C代表）；当ATP含量比较多时，在有关酶的催化作用下，ATP可以将磷酸基团连同能量一起转移给肌酸，使肌酸转变成磷酸肌酸。对于动物和人体细胞来说，磷酸肌酸只是能量的一种储存形式，而不能直接被利用。由此可见，对于动物和人体细胞来说，磷酸肌酸在能量释放、转移和利用之间起着缓冲作用，从而使细胞内ATP的含量能够保持相对的稳定，ATP系统的动态平衡得以维持。师化学中讲的可逆反应的特点是：正逆反应都能在同一条件下进行，ADP与ATP的相互转化的反应是可逆反应吗？学生小组讨论,教师引导,师生共同总结：（1）从反应条件看，ATP的分解是水解反应，催化该反应的是水解酶；而ATP是合成反应，催化该反应的是合成酶。由于酶具有专一性，因此，这两个反应的条件不同。（2）从能量看，ATP水解释放的能量是储存在高能磷酸键内的化学能；而合成ATP的能量主要有光能和有机物分解时所释放的化学能。因此，能量的来源是不同的。（3）从合成与分解的场所来看：ATP合成的场所是细胞质基质、线粒体和叶绿体；而ATP分解的场所较多。因此，合成与分解的场所不尽相同。（4）因此，ATP与ADP相互转变的反应是不可逆的。但是，ATP与ADP在活细胞中永无止境地循环着，该循环使ATP不会因能量的不断消耗而用尽，从而保证了生命活动的顺利进行。师 ATP与细胞代谢具有怎样的关系?课堂小结（1）ATP是生物体细胞内普遍存在的一种含高能量的有机化合物，是细胞各项生命活动的直接能源，它的分解与合成就存在着能量的释放和储存。（2）细胞内糖类、脂类等能源物质是比较稳定的，可以相对大量地储存能量，但利用时，一般需经呼吸作用分解后，将部分能量转移给ATP，转变成活跃形式的化学能，由ATP直接供给各种生命活动利用，解决了“稳定储存”和“灵活利用”的矛盾。（3）各种能源物质中的能量，需要转换成ATP这种“能量货币”形式才能利用，有利于能量的运输和协调供给，如线粒体呼吸释放能量合成的ATP，可以转移到细胞膜用于主动运输，也可以进入细胞核推动DNA的复制等，因此，解决了“产能”和“用能”在空间上的矛盾。板书设计 第四章光合作用和细胞呼吸第一节ATP和酶一、生命活动的能量货币ATP1.ATP的名称：腺嘌呤核苷三磷酸简称ATP2.分子结构简式为：APPP 3.ATP与ADP相互转化的关系与特点4.ATP在生命活动中的应用：为各项生命活动直接提供能量