利用黑箱法对《细胞的能量通货ATP》的教学设计

蒋纯

一、教材分析及设计思路

《细胞的能量通货—ATP》是人教版高中生物必修一《分子与细胞》第五章第2小节的内容。主要是介绍了ATP的结构组成和特性，ATP在能量代谢中的作用，ATP与ADP之间的相互转化过程。新课程提出：“提倡转变学生的学习方式，培养其主动参与、乐于探究、交流合作的学习态度”，本节内容可以很好地为学生的探究学习搭建平台，笔者尝试以萤火虫发光的直接能量来源为主线，以黑箱法来引导学生探究ATP的作用，通过实验得出结论，再结合学案自学完成相关知识的学习。

二、教学目标

1.知识目标

（1）ATP化学组成和特点。

（2）ATP在能量代谢中的作用。

2.能力目标

（1）尝试利用实验设计的一般原则进行实验设计并进行实验。

（2）对实验过程及结果中遇到的问题进行探究和分析，感悟实验设计的过程，提高学生的分析、综合以及探究能力。

3.情感目标

（1）通过合作探究，激发学生的学习兴趣。

（2）渗透热爱自然和生命以及保护环境的情感教育。

三、教学过程

课前准备：萤火虫有专门的饲养基地，秋冬季节有冬萤，个头比较大，便于观察，教师提前一周在淘宝网上购买萤火虫，用透明塑料瓶内装几片树叶来喂养，瓶上打好若干个洞以透气，每天用小喷壶洒水一到两次。课前，以两只萤火虫为一组分装在试管内，用棉塞堵住试管口备用。

1.创设情景，引出主线

展示视频，即在完全黑暗的环境中，萤火虫发出的星星点点的绿光，引出萤火虫。请学生观察试管内的萤火虫并思考：（1）萤火虫为什么要发光？（2）发光部位在哪里？（3）为什么城市中很少见到萤火虫？一来激发他们学习新内容的兴趣，二来引导他们了解目前萤火虫数量减少与城市光污染和环境污染有关，渗透热爱自然和生命以及保护环境的情感教育。

2.构建黑箱，切入主题

通过问题串：（1）萤火虫的发光器中为什么能发出“流萤之光”？（2）谁为这个过程直接提供能量？（3）还有没有其他的能源物质？教师展示ATP注射液（图1）和说明书，引出ATP也可以作为能源物质。继而建立出一个完整的黑箱——糖类、脂肪、ATP谁可以为萤火虫发光器的发光直接提供能量。

3.设计实验，输入条件，并分析黑箱可能的输出结果

展示实验材料：葡萄糖注射液，ATP注射液，生理盐水，萤火虫两只，塑料吸管，培养皿，标签纸，刀片，镊子等，请学生以2人为一组，设计实验，探究ATP与葡萄糖谁是直接能源物质。有很多学生想到的是用葡萄糖、ATP、生理盐水饲喂萤火虫，教师可以引导学生思考萤火虫体内必定有能量转换的机制，直接饲喂，能量经过转换，无法分辨直接能源物质。加以引导之后，学生改进实验设计，通过将发光器割下后滴加ATP或葡萄糖，观察发光情况来判断。虽然建立了黑箱，也确认了输入条件，但是要通过合理的实验来预测实验结果并不容易，所以教师在此处应该留给学生足够的时间来讨论探究，并引导学生发现实验设计中的问题，而不是教师“一言堂”。

4.实验操作，发现问题，修正黑箱

以2人为一小组，动手操作该实验，注意尽量只割下发光器，学生观察并记录结果。通过实验，可以发现，滴加ATP的一组发光器很快发出绿色荧光，滴加葡萄糖和生理鹽水的两组不发光（图2），继而证明ATP是直接能源物质。但是，实验操作的过程中，学生发现了其他问题，例如：割下的发光器在没有滴加任何试剂前一直在发光；滴加葡萄糖的发光器也可以发光等问题，教师可以将这些问题一一罗列，请学生分析原因，最终会发现这些现象大都与发光器内本身存在的直接能源物质有关，教师顺水推舟提出改进，即将割下的发光器先放入生理盐水中稍待片刻，待其耗尽原有的能源物质之后再滴加葡萄糖、ATP、生理盐水，以减少细胞内残余的能源物质对实验结果的影响。

从实验设计到操作实验，有些实验结果并不与实验预期完全符合，我们不能仅仅纸上谈兵，而应该付之于实践来发现问题，修正黑箱，以期望能建构一个更适合的模型。

5.自主学习，完成学案

请学生阅读课本88～90页的内容，自学本节内容，完成学案，分别对ATP的结构组成和特性，ATP形成的能量来源，ATP与ADP之间的相互转化三个方面进行学习，学生互助、教师答疑，最终解决学案中所罗列的问题。

四、教学反思

笔者对本节内容进行了大胆的改革，以黑箱法为依托，通过实验设计和操作构建黑箱、修正黑箱，激发学生对于学习的好奇心，对ATP产生浓厚的学习兴趣，再通过自学和讨论来解决书本中的基础知识。为学生营造了一种自主学习的氛围，促使他们主动发现、探索、解决问题，逐渐提高在合作交流中分析问题、解决问题的能力。

基金项目：江苏省教育科学“十二五”规划课题“黑箱法建模在高中生物探究性学习中应用的研究”，No.D/2015/02/031。

？誗编辑 高 琼