5.2示范教案(细胞的能量“通货”——ATP)
第2节 细胞的能量“通货”——ATP
●从容说课
《细胞的能量“通货”——ATP》主要介绍了ATP分子的组成和结构特点,ATP具有与ADP相互转化的特性,以及ATP在细胞生命活动中的作用等内容。
关于ATP与ADP的相互转化既是本节的重点也是难点。教师可以继续利用前面的比喻,将细胞中的能量通货比作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。在有机物分解时释放出的能量能被用来合成ATP,这个过程通过ATP与ADP的相互转化来实现。教师在介绍这部分内容时可以充分利用教材上的图解,告诉学生ATP水解时,远离腺苷的磷酸键断裂时释放出较多的能量,是一种放能的过程,所以当ADP与磷酸再次结合形成ATP时,必然从周围吸收相同的能量,而且这个过程在细胞中时刻发生,这就是为什么ATP可以作为一种能量的“小票”而在细胞中流通使用的原因。
关于ATP的利用,一是要讲清楚吸能反应和放能反应与ATP的分解和合成的关系,二是要充分利用教材上的图解,让学生在看懂图解的基础上,讨论ATP还有哪些用途,从而对该图解进行补充和完善。
●三维目标
1.知识与技能
(1)简述ATP的化学组成和特点。(2)写出ATP的分子简式。
(3)解释ATP在能量代谢中的作用。2.过程与方法
(1)通过ATP与ADP相互转化关系的多媒体动画,认识ATP在细胞中作为能量流通的原因。
(2)通过分析,比较在生物体生命活动中,ATP如何生成又如何消耗,找出能量代谢的规律。
3.情感态度与价值观
(1)激发学生的学习兴趣和渗透热爱自然和生命的情感教育。
(2)通过对课本P90图5-7进行补充和完善,以调动学生学习积极性,培养主动参与的学习态度,培养用准确的科学术语阐述观点和进行合作学习的态度。
●教学重点
1.ATP化学组成的特点及其在能量中的作用。2.ATP与ADP的相互转化。●教学难点
ATP与ADP的相互转化。
●教具准备
1.教师课件。
2.ATP结构式挂图。
●课时安排
1课时
●教学过程 [课前准备]
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i3721 中小学教学资源网 思考问题:在人类的生产和生活中是怎样解决能量的“稳定储存”和“灵活利用”这一矛盾的?例如,发电厂是如何转化能量的?人们是如何从农产品转化成各种生活用品的? [情境创设]
1.老师提出问题,学生讨论(1)萤火虫发光需要能量吗?
(2)细胞中的糖类、蛋白质等有机物都储存着大量稳定化学能,生物的生命活动需要能量能直接利用它们吗?
2.教师讲解
从课文中的唐诗中我们知道,生物的生命活动需要能量。实际上,细胞中还有许多化学反应是需要能量的,这些能量是从哪里来的呢?我们知道,细胞中的糖类、蛋白质等有机物都储存着大量稳定化学能,这些能源物质的稳定性,利于大量地储存,但它们不能直接为细胞的生命活动提供能量,细胞是怎样解决“稳定储存”和“灵活利用”这一矛盾的?细胞把稳定的能量转化成另一种能直接给细胞的生命活动提供能量的有机物——ATP,解决了这一问题。ATP什么物质呢?
[师生互动]
1.ATP分子结构特点
学生阅读课本P88相关内容后,教师讲解:
(1)展示ATP结构式挂图,向学生介绍腺嘌呤、核糖(两者结合而成腺苷)、磷酸。(2)ATP是三磷酸腺苷的英文名称的缩写。ATP分子的结构可以简写成A—P~P~P,其中A代表腺苷,P代表磷酸基团,T代表三,~代表一种特殊的化学键,叫做高能磷酸键,ATP分子中大量的能量就储存在高能磷酸键中。ATP水解时高能磷酸键可以水解放出大量的能量,达到30.54 kJ/mol。所以说,ATP是细胞内的高能磷酸化合物。
2.ATP与ADP相互转化
(1)学生阅读课本P88~P89页相关内容,回答问题:ATP与ADP是怎样相互转化的?(2)教师讲解:ATP的化学性质不稳定。在有关酶的催化作用下,ATP分子中远离A的那个高能磷酸键很容易水解脱离开来,形成游离的Pi(磷酸),同时,储存在这个高能磷酸键中的能量释放出来,ATP就转化成ADP(二磷酸腺苷的英文名称的缩写)。在有关酶的催化作用下,ADP可以接受能量,同时与一个游离的Pi结合,重新形成ATP(播放多媒体课件:ATP与ADP相互转化)。
资料显示,正常人每天ATP的转变量几乎接近于体重,但在体内存在的ATP的量是很少的。ATP和ADP在体内总是处于不断转化的动态平衡之中。如下所示:
3.ATP的形成途径
(1)学生阅读课本P89相关内容后,分组讨论:动植物ATP的形成途径有哪些?(2)教师讲解:对于绿色植物来说,ADP转化成ATP时所需的能量来自于呼吸作用和光合作用;对于人、高等动物、真菌和大多数细菌来说,ADP转化成ATP时所需的能量除来自于呼吸作用外,人和高等动物还可以来自磷酸肌酸的转移。
4.ATP的利用
(1)教师讲解:吸能反应总是与ATP水解的反应相联系,由ATP水解提供能量;放能反应总是与ATP的合成相联系,释放的能量储存在ATP中。能量通过ATP分子在吸能反应和放能反应之间循环流通。
(2)学生看课本图,讨论ATP还有哪些用途,从而对该图进行补充和完善。
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i3721 中小学教学资源网 [教师精讲]
1.细胞内储存能量的物质有糖类、脂肪、蛋白质等。细胞内消耗能源物质的顺序是:糖类脂肪蛋白质。一般情况下生物体内细胞利用的能源物质是糖类,而且糖类中的能量需要分解释放传递给ATP,转变成活跃的化学能,才能供给各种生命活动利用,从而解决能量的“稳定储存”和“灵活利用”的矛盾。
2.直接供给生命活动能量的能源物质是ATP。在生物体内能量的转换和传递中,ATP是一种关键物质。ATP是生物体内能量转换的“中转站”,它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的复制等等,从而解决“产能”和“用能”在空间上的矛盾。
3.ATP的结构与物理、化学知识有密切联系,ATP中的能量可以转变成机械能(如肌肉收缩、鞭毛摆动)、化学能、电能(如神经冲动的传导)、渗透能(如主动运输的能量)、光能等其他形式的能量。
4.胞内供能物质有ATP和磷酸肌酸,ATP普遍存在,但含量不多,当ATP大量消耗时,则磷酸肌酸释放能量供ADP和Pi合成ATP。磷酸肌酸的存在对ATP含量的相对稳定起缓冲作用。
[评价反馈]
学生做课本练习题、教师检查评讲。[课堂小结]
[课后拓展]
1.其他高能磷酸化合物
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C~P代表)。磷酸肌酸的结构式是:
当动物和人体细胞由于能量的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。
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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的作用,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。
2.萤火虫发光的原理和意义 萤火虫不论雄性的还是雌性的,夏秋的夜晚都会一闪一闪地发光。雄虫比雌虫的个体小一些,但发出的闪光却亮一些。萤火虫发出的闪光,主要是求偶的信号,用来吸引异性前来交尾。萤火虫有许多种,如平家萤火虫、姬萤火虫等。不同种类的萤火虫会发出各自特定的闪光信号。雌虫看到飞舞着的同种雄虫发出的闪光信号后,就会以特定的闪光信号回应。雄虫的每一组闪光信号是由几个节奏组成的,每个节奏都包括闪光的次数、闪光的频率和每次闪光的时间,这些都是雌虫能够识别的。如果雌虫顺利地回应了闪光信号,则雄虫就会前来交尾,以繁衍后代。有的科学家准确分析出某种雄性萤火虫的闪光规律后,用手电筒模拟这种闪光信号,竟然发现同种的雌虫会迎光而来。
有趣的是,雌虫看到其他种类雄虫的闪光信号后,有时竟能发出该种雌虫的闪光信号,这种闪光信号具有欺骗性,能使该种雄虫误以为可以前去交尾而被雌虫吃掉。雌虫的这一特性,可以使自己获得丰富的营养。这种现象被科学家戏称为“死亡拥抱”。此外,萤火虫发出的荧光还具有一定的警戒作用和照明作用。
萤火虫的发光器官位于腹部后端的下方,该处具有发光细胞。发光细胞的周围有许多微细的气管,发光细胞内有荧光素和荧光素酶。荧光素接受ATP提供的能量后就被激活。在荧光素酶的催化作用下,激活的荧光素与氧发生化学反应,形成氧化荧光素并且发出荧光。顺便说到,荧光是一种冷光,其发光效率可高达98%左右,而热光则发光效率低得多,如太阳的发光效率只有35%左右。
●板书设计
第2节
细胞的能量“通货”——ATP 1.ATP分子结构特点
(1)化学组成:腺嘌呤、核糖、磷酸;(2)ATP(三磷酸腺苷),结构简式A—P~P~P,是细胞内的高能磷酸化合物。2.ATP与ADP相互转化
(1)ATP和ADP在体内总是处于不断转化的动态平衡之中。如下式所示:
ADP+Pi+能量
ATP(2)ATP和ADP能相互转化的原因 3.ATP的形成途径
(1)绿色植物:能量来自于呼吸作用和光合作用;
(2)人、高等动物、真菌和大多数细菌:能量除来自于呼吸作用外,人和高等动物还可以来自磷酸肌酸的转移。
4.ATP的利用(1)运输物质;(2)肌肉收缩;(3)合成物质;(4)生物发电;(5)神经活动。
“细胞的能量‘通货’──ATP”这一课是在人教版《高中生物必修一》第五章第2节, 这部分内容是第五章的重点内容之一。学生在第四章学习主动运输时, 初步了解ATP是生命的直接能源物质, 为学习ATP的具体内容打下伏笔。这节着重介绍ATP的结构特点和ATP与ADP的相互转化的过程, 说明ATP在所有生物的代谢中的重要地位, 并且也为后续学习光合作用、呼吸作用做铺垫, 具有承前启后之作用。
二学情分析
以教材知识结构为基础、以理论联系实际为关键, 加强理解和应用。尽量联系糖类、脂肪、叶绿体、线粒体、主动运输等与能量相关的知识展开教学。然而细胞的分子组成又是微观内容, 比较抽象、难以理解, 所以本课采用了探究学习法与接受式学习相结合, 加强学生对微观内容的感性认识, 使学生在主动获取知识的过程中完成知识的学习, 提高思维能力;并且通过建立实验的情境, 让学生在解决实际问题的过程中理解重点内容, 通过设疑、析疑、解疑和多媒体辅助来强化思维训练和能力培养。此外, 学生通过物理、化学两门学科的基础学习, 已经学过能量转化的知识, 将其转移应用到ATP与ADP的相互转化上, 来认识细胞内的能量转化, 是有帮助作用的。
教学是教师与学生互相交流的过程, 一堂优质课的关键在于找到教法与学法的结合点, 实现教、学的统一。
三教学目标
1. 知识方面
(1) 能写出ATP的分子简式并说出其结构特点。 (2) 能画出ATP和ADP之间的相互转化的过程并能理解ATP的形成途径。 (3) 知道ATP对细胞中能量代谢的意义。 (4) 能利用ATP是新陈代谢的直接能源解释实际问题, 并理解ATP作为“能量通用货币”的含义。
2. 能力方面
(1) 学生通过分析ATP与ADP的相互转化及其对细胞内供能的意义, 训练学生分析实际问题的能力。 (2) 通过对实际问题的实验设计, 培养学生解决问题的能力。
3. 情感、态度、价值观方面
让学生在分析自己身体内发生的ATP-ADP循环及其重要意义, 体验到生物学原理在实际生活中的价值, 加强学生对“身边的科学”这一理念的理解。
四教学的重点和难点
对本节内容确定的重点是:ATP的分子简式及其结构特点、ATP和ADP之间的相互转化及其对细胞内能量代谢的意义、能理解ATP作为“能量通货”的含义。
针对这些重点内容, 其中最难让学生理解的是:ATP和ADP之间的相互转化及其对细胞内能量代谢的意义。
五教学过程
1. 新课引入, 创设问题情境
创设情境:用“囊萤夜读”的典故, 引出萤火虫为什么会发光?怎么发光?和电灯发光的原理是否相同?引起发光的是什么物质?
利用“萤火虫的尾器发光的实验”来解答上面的问题:先收集一定数量尾器;然后放置一会儿, 发现尾器的发光会逐渐消失;再设置对照实验, A组加入等量蒸馏水, B组加入等量葡萄糖溶液, C组加入等量脂肪溶液, D组加入等量的ATP溶液。结果会发现D组的尾器发光重新出现, 而A、B、C组的尾器发光未再出现。
讨论实验证明了什么?
学生对于这一问题情境是可以理解的, 通过对这一问题的讨论, 学生能够从直观上知道ATP是一种什么样的物质和其具体的作用。
2. ATP分子具有高能磷酸键
通过呈现ATP药物及说明书、介绍ATP为动力的纳米发动机等实际生活物品和学生感兴趣的新科技内容, 提高学生的学习兴趣, 寓教于乐, 形成对ATP的感性认识, 为进一步学习奠定基础。
展现ATP结构的动画及其“近亲”一磷酸腺苷、二磷酸腺苷的图片, 引导学生观察、讨论和比较, 调动积极性并利于形成ATP结构的初步认识。通过小组讨论让学生清楚ATP三个磷酸键的不同, 教师再利用多媒体让学生了解何谓高能磷酸键。
师生共同归纳ATP的名称、简式、性质、功能, 形成ATP的理性认识。
3. ATP和ADP的相互转化
继续以上面的内容进一步展开, 复习学过的糖类和脂肪。糖类是主要的能源物质, 脂肪是主要的储能物质。在生物体中, 这两种物质通过呼吸作用分解时所释放出的能量, 能被用来合成ATP;在绿色植物体中, 还能够通过光合作用, 利用光能合成ATP。ATP水解又能把能量释放出来, 用于各项生命活动。
上述过程就实现ATP与ADP的相互转化。再通过提问、学生板书总结与教师动画、图文等形式总结来完成教学过程, 加强学生记忆、培养理解和表达能力。其中, 可用列表比较的形式, 重点从酶、能量走向、反应场所等方面对相互的两个过程进行比较, 得出:ATP与ADP的相互转化过程中, 物质可逆、能量不可逆的结论。并引出下一个问题:ATP的形成途径是怎样的?
4. ATP的形成途径
通过学生自学、提问、师生共同归纳、图文表述、展示动画等教学程序, 学习ATP的形成途径。同时注意与后面光合作用、呼吸作用知识的衔接, 并与ATP的结构、功能, 与ADP转化的知识结合, 为进一步学习本章后面两节知识奠定基础。
5. ATP的利用
设问:细胞中的能量以什么形式释放出来?又是如何被利用的呢?
围绕问题小组讨论, 师生归纳展开教学, 一是主要讲清楚吸能反应和放能反应与ATP的分解和合成关系;二是充分利用教材上的图解, 使学生在理解的基础上, 能通过讨论大胆提出ATP还有哪些用途, 从而对该知识点进行补充和完善。
6. 思考与讨论
设问:葡萄糖和脂肪与ATP之间是什么关系?为什么说ATP是细胞的能量“通货”?
围绕问题展开教学, 利用身边的生活实例:如用存折、百元大钞与十元小票购买生活用品 (一支笔) 时, 如果我们总是拿存折取钱或大额面值的钞票进行交易会很麻烦, 相反如果我们把百元钞票换成10张十元小票, 在进行交易时就很方便。通过这样的例子来比喻细胞中的能量——在细胞中存折相当于脂肪、百元大钞相当于葡萄糖, ATP分子就是那个可以在细胞内方便流通的“小票”, 即能量的“通货”。这样讲述学生更容易理解课文标题, 并能从中找到学习的乐趣。
7. 总结巩固
从生物进行生命活动耗能的知识和ATP的基础知识方面进行总结, 构成完善关于ATP的知识体系, 并最终理解ATP在生物生命活动中的作用和地位。最后补充适当练习加以巩固。
六板书设计
第2节细胞的能量“通货”——ATP
1.ATP的分子组成, 结构简式A—P~P~P
2.ATP和ADP的相互转化
3.ATP的形成途径
4.ATP的利用
七学生学习活动评价设计
中心环节:交流与小组讨论合作。
各个环节由各小组做图表, 讨论自行进行, 得出结论后将结果提交并论述自己小组的综合观点, 与全班同学分享。多媒体展示比较最终学生的讨论结果和教师准备的结果, 教师最后分析并评价, 好在哪里, 不足的地方给以更正。
八教学反思
与传统教育不同, 这节课主要以探究学习法与接受式学习相结合的教学方法, 提倡学生主体, 教师引导的教育体系。从生活中常见的现象出发思考, 体会ATP的特点, 再联系生活中的普遍规律。
学生不再是坐着被动学习, 而是主动探究, 教与学完美结合, 课堂是大家的, 师生一起来参与。
整个教学过程给我的感受非常深刻, 学生们争先恐后地提出自己的观点并加以讨论, 这种气氛是传统教学体系中见不到的。但是需要注意课堂纪律, 不能让学生讨论与课堂学习无关的事情, 影响学习效果。
1 知识方面:(1)简述ATP的化学组成和特点;(2)写出ATP的分子简式;(3)解释ATP在能量代谢中的作用。
2 能力方面:(1)进行试验的探究,加深学习控制自变量,观察和检测因变量的变化,以及设置对照试验的重要性;(2)在有关试验、资料分析、思考与讨论、探究等的问题探讨中,运用语言表达能力以及分享信息的能力。
3 情感态度与价值观:本节情感态度与价值观的教学价值方面,主要强调积极参与讨论,主动思考,大胆回答问题;同时认识ATP是生命活动的直接能源物质。
二、教学重点和难点
1 ATP的化学组成的特点及结构特点;
2 ATP和ADP相互转化过程和意义。
三、教学实施的程序
1 引入:以以下试验探究作为新课导入,培养学生对探究性实验一般步骤的复习,并引出本节课内容——ATP是直接能源物质。学生观察实验回答问题、相互讨论:本实验中自变量、因变量分别是什么?A组实验的作用是?主要的能源物质是什么?储能物质是什么?本实验你能得出什么结论?
设计意图:培养学生对探究性实验一般步骤的复习,并引出本节课内容——ATP是直接能源物质。学生活动:根据问题相互讨论,并回答问题。
2 ATP的结构和功能:本环节内容较为简单,学生可以自主学习,在完成基础性题目的基础上,在后面的练习中突破本环节内容的第一个难点-AMP与RNA的关系。师生共同探究。
3 ATP和ADP的相互转化:
根据上图引导学生主要完成ATP与ADP之间的相互转化方程式。
本环节学案上的一些基础性的知识,学生可以自主完成。主要突破本节的第二个难点ATP和ADP之间的转化是不是可逆反应?师生共同探究。
4 ATP的利用:
此环节由学生根据上图联系以前学习的知识完成ATP的利用、联系第四章第三节《物质跨膜的三种运输方式》自主完成。
5 知识小结:以知识网络的形式(见下图)呈现本节课内容,重要内容以填空的形式呈现,让学生从整体上理解本节课所学内容,自主完成并回答问题。
7 课堂练习:由学生在课堂学案中自主完成,巩固本节所学内容及时反馈。(作者单位:广东广州市华师附中番禺学校)
临朐二中 苗秀丽
1教材分析
人教版高中《生物(必修I)分子与细胞》第5章第2节“细胞的能量‘通货’——ATP”
主要讲了ATP分子的组成和结构特点,ATP和ADP的相互转化以及ATP在细胞生命活动中的作用等内容,其中ATP与ADP相互转化时能量的来源与去路建立了从分子水平、细胞水平、生物个体水平到生态系统中能量间的关系为后面光合作用和细胞呼吸的学习做好了铺垫,所以尽管这些内容篇幅不大却非常重要。本节教学中以ATP分子的结构特点及其在能量代谢中的作用和ATP与ADP的相互转化作为重点及难点,设计如下。
2教学目标
2.1知识目标 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。
2.2能力目标
学生通过分析ATP与ADP的相互转化及ATP的利用,初步训练学生分析实际问题的能力,培养阅读材料获取信息的能力;通过对实际问题的实验设计,训练学生提出问题、分析问题和解决问题的能力,以提高学生的科学素质和探究能力。
2.3情感目标
渗透热爱自然和生命的情感教育。3教学过程
课前准备:萤火虫发光器研磨的粉末,葡萄糖溶液,试管,医用ATP粉末,ATP片剂和ATP注射液及产品说明书,多媒体课件,学案。
3.1 创设情境,导入新课
用多媒体放映内容为“夜空中萤火虫飞舞”的短片,并列出讨论题:①萤火虫发光的生物学意义是什么?②萤火虫体内有特别的发光物质吗?③萤火虫发光的过程有能量转换吗?引导学生思考讨论,导入新课。
3.2设计实验,体验探究
提出问题:生命活动需要的能量来自哪里呢? 哪些有机物能直接为生命活动供能呢?启发学生利用提供的萤火虫发光器研磨的粉末、葡萄糖溶液、试管和 ATP溶液,设计实验探究哪些有机物能直接为生命活动供能,得出 “ATP是生命活动的直接能源物质”的结论。ATP是什么物质,它的性质和生理作用,学生都很陌生,通过观察纯净的ATP粉末、ATP片剂、ATP注射液及产品说明书,让学生对ATP有明确直观的了解。3.3 自主学习,合作互助
对教学内容通过不同的方式引导学生进行自主学习:
(1)“ATP分子的结构特点”学生根据学案中设置的问题自主学习,明确ATP的全称、结构简式、各符号的名称及高能磷酸键等知识并通过学案上的典型例题检查学习结果,并展示答案其余同学对答案进行修正,教师对答案不恰当的地方进行精讲点拨。(2)“ATP和ADP的相互转化”通过播放多媒体课件“ATP与ADP的相互转化过程(可以演示其中的物质变化和能量变化)”,学生在观看多媒体课件时思考相关问题: ATP在有关酶的催化作用下是哪一个高能磷酸键首先进行水解?ATP水解后有哪些产物?释放能量用于哪些生命活动?写出相关反应式。ADP转化成ATP时需要哪些物质?能量由哪里提供?写出相关反应式。ATP与ADP相互转化时物质和能量是否可逆?这些问题先由自己解决,解决不了的小组内讨论解决,仍然有疑点和争议的问题,采取小组间交流合作的形式解决,确有争议的教师进行适当的精讲点拨,然后通过学案上的典型例题检查学习情况。(3)“ATP的利用”要求学生结合教材图5--7讨论ATP有哪些用途,学生展示讨论结果,共同总结ATP中的化学能可以转变成机械能、化学能、电能、渗透能、光能等其它形式的能量,然后通过学案上的典型例题检查学习情况,教师就做题的情况进行精讲点拨。
3.4 反思完善,达标检测
引导学生回顾所学的知识,画本节的知识结构图,并提出没有解决的问题,教师与学生一起归纳总结整理达到共同提高的目的,最后利用10min时间进行课堂达标检测,检查课堂效果并对学生的课堂表现做出评价。
3.5 延伸训练,课后提高
布置课后作业①思考:细胞的主要能源物质是什么 ?生物体内储存能量的物质是什么?新陈代谢所需能量的直接来源是什么?ATP合成时所需要的能量来自于光合作用和细胞呼吸,那光合作用和细胞呼吸的能量来源于哪里?细胞生命活动所需能量最终来源于哪里呢?②搜集有关ATP的资料。
4教学反思
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