利用黑箱法對《細(xì)胞的能量通貨ATP》的教學(xué)設(shè)計(jì)

蔣純

一、教材分析及設(shè)計(jì)思路

《細(xì)胞的能量通貨—ATP》是人教版高中生物必修一《分子與細(xì)胞》第五章第2小節(jié)的內(nèi)容。主要是介紹了ATP的結(jié)構(gòu)組成和特性，ATP在能量代謝中的作用，ATP與ADP之間的相互轉(zhuǎn)化過程。新課程提出：“提倡轉(zhuǎn)變學(xué)生的學(xué)習(xí)方式，培養(yǎng)其主動參與、樂于探究、交流合作的學(xué)習(xí)態(tài)度”，本節(jié)內(nèi)容可以很好地為學(xué)生的探究學(xué)習(xí)搭建平臺，筆者嘗試以螢火蟲發(fā)光的直接能量來源為主線，以黑箱法來引導(dǎo)學(xué)生探究ATP的作用，通過實(shí)驗(yàn)得出結(jié)論，再結(jié)合學(xué)案自學(xué)完成相關(guān)知識的學(xué)習(xí)。

二、教學(xué)目標(biāo)

1.知識目標(biāo)

（1）ATP化學(xué)組成和特點(diǎn)。

（2）ATP在能量代謝中的作用。

2.能力目標(biāo)

（1）嘗試?yán)脤?shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的一般原則進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

（2）對實(shí)驗(yàn)過程及結(jié)果中遇到的問題進(jìn)行探究和分析，感悟?qū)嶒?yàn)設(shè)計(jì)的過程，提高學(xué)生的分析、綜合以及探究能力。

3.情感目標(biāo)

（1）通過合作探究，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

（2）滲透熱愛自然和生命以及保護(hù)環(huán)境的情感教育。

三、教學(xué)過程

課前準(zhǔn)備：螢火蟲有專門的飼養(yǎng)基地，秋冬季節(jié)有冬螢，個頭比較大，便于觀察，教師提前一周在淘寶網(wǎng)上購買螢火蟲，用透明塑料瓶內(nèi)裝幾片樹葉來喂養(yǎng)，瓶上打好若干個洞以透氣，每天用小噴壺灑水一到兩次。課前，以兩只螢火蟲為一組分裝在試管內(nèi)，用棉塞堵住試管口備用。

1.創(chuàng)設(shè)情景，引出主線

展示視頻，即在完全黑暗的環(huán)境中，螢火蟲發(fā)出的星星點(diǎn)點(diǎn)的綠光，引出螢火蟲。請學(xué)生觀察試管內(nèi)的螢火蟲并思考：（1）螢火蟲為什么要發(fā)光？（2）發(fā)光部位在哪里？（3）為什么城市中很少見到螢火蟲？一來激發(fā)他們學(xué)習(xí)新內(nèi)容的興趣，二來引導(dǎo)他們了解目前螢火蟲數(shù)量減少與城市光污染和環(huán)境污染有關(guān)，滲透熱愛自然和生命以及保護(hù)環(huán)境的情感教育。

2.構(gòu)建黑箱，切入主題

通過問題串：（1）螢火蟲的發(fā)光器中為什么能發(fā)出“流螢之光”？（2）誰為這個過程直接提供能量？（3）還有沒有其他的能源物質(zhì)？教師展示ATP注射液（圖1）和說明書，引出ATP也可以作為能源物質(zhì)。繼而建立出一個完整的黑箱——糖類、脂肪、ATP誰可以為螢火蟲發(fā)光器的發(fā)光直接提供能量。

3.設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，輸入條件，并分析黑箱可能的輸出結(jié)果

展示實(shí)驗(yàn)材料：葡萄糖注射液，ATP注射液，生理鹽水，螢火蟲兩只，塑料吸管，培養(yǎng)皿，標(biāo)簽紙，刀片，鑷子等，請學(xué)生以2人為一組，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，探究ATP與葡萄糖誰是直接能源物質(zhì)。有很多學(xué)生想到的是用葡萄糖、ATP、生理鹽水飼喂螢火蟲，教師可以引導(dǎo)學(xué)生思考螢火蟲體內(nèi)必定有能量轉(zhuǎn)換的機(jī)制，直接飼喂，能量經(jīng)過轉(zhuǎn)換，無法分辨直接能源物質(zhì)。加以引導(dǎo)之后，學(xué)生改進(jìn)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，通過將發(fā)光器割下后滴加ATP或葡萄糖，觀察發(fā)光情況來判斷。雖然建立了黑箱，也確認(rèn)了輸入條件，但是要通過合理的實(shí)驗(yàn)來預(yù)測實(shí)驗(yàn)結(jié)果并不容易，所以教師在此處應(yīng)該留給學(xué)生足夠的時間來討論探究，并引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中的問題，而不是教師“一言堂”。

4.實(shí)驗(yàn)操作，發(fā)現(xiàn)問題，修正黑箱

以2人為一小組，動手操作該實(shí)驗(yàn)，注意盡量只割下發(fā)光器，學(xué)生觀察并記錄結(jié)果。通過實(shí)驗(yàn)，可以發(fā)現(xiàn)，滴加ATP的一組發(fā)光器很快發(fā)出綠色熒光，滴加葡萄糖和生理鹽水的兩組不發(fā)光（圖2），繼而證明ATP是直接能源物質(zhì)。但是，實(shí)驗(yàn)操作的過程中，學(xué)生發(fā)現(xiàn)了其他問題，例如：割下的發(fā)光器在沒有滴加任何試劑前一直在發(fā)光；滴加葡萄糖的發(fā)光器也可以發(fā)光等問題，教師可以將這些問題一一羅列，請學(xué)生分析原因，最終會發(fā)現(xiàn)這些現(xiàn)象大都與發(fā)光器內(nèi)本身存在的直接能源物質(zhì)有關(guān)，教師順?biāo)浦厶岢龈倪M(jìn)，即將割下的發(fā)光器先放入生理鹽水中稍待片刻，待其耗盡原有的能源物質(zhì)之后再滴加葡萄糖、ATP、生理鹽水，以減少細(xì)胞內(nèi)殘余的能源物質(zhì)對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響。

從實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)到操作實(shí)驗(yàn)，有些實(shí)驗(yàn)結(jié)果并不與實(shí)驗(yàn)預(yù)期完全符合，我們不能僅僅紙上談兵，而應(yīng)該付之于實(shí)踐來發(fā)現(xiàn)問題，修正黑箱，以期望能建構(gòu)一個更適合的模型。

5.自主學(xué)習(xí)，完成學(xué)案

請學(xué)生閱讀課本88～90頁的內(nèi)容，自學(xué)本節(jié)內(nèi)容，完成學(xué)案，分別對ATP的結(jié)構(gòu)組成和特性，ATP形成的能量來源，ATP與ADP之間的相互轉(zhuǎn)化三個方面進(jìn)行學(xué)習(xí)，學(xué)生互助、教師答疑，最終解決學(xué)案中所羅列的問題。

四、教學(xué)反思

筆者對本節(jié)內(nèi)容進(jìn)行了大膽的改革，以黑箱法為依托，通過實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和操作構(gòu)建黑箱、修正黑箱，激發(fā)學(xué)生對于學(xué)習(xí)的好奇心，對ATP產(chǎn)生濃厚的學(xué)習(xí)興趣，再通過自學(xué)和討論來解決書本中的基礎(chǔ)知識。為學(xué)生營造了一種自主學(xué)習(xí)的氛圍，促使他們主動發(fā)現(xiàn)、探索、解決問題，逐漸提高在合作交流中分析問題、解決問題的能力。

基金項(xiàng)目：江蘇省教育科學(xué)“十二五”規(guī)劃課題“黑箱法建模在高中生物探究性學(xué)習(xí)中應(yīng)用的研究”，No.D/2015/02/031。

？誗編輯 高 瓊