劉明月 唐贊

摘要：以“細(xì)胞的能量供應(yīng)與利用”一章為例，聚焦“ATP是驅(qū)動(dòng)細(xì)胞生命活動(dòng)的直接能源物質(zhì)”這個(gè)次位概念，對(duì)教學(xué)中如何落實(shí)生命觀念的核心素養(yǎng)進(jìn)行了教學(xué)設(shè)計(jì)，有助于讓學(xué)生理解生物學(xué)的重要概念，形成正確的生命觀念。

關(guān)鍵詞：生命觀念，大概念，教學(xué)設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：G633.91文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

《普通高中生物課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》（以下簡(jiǎn)稱《新課標(biāo)》），將課程基本理念變?yōu)椤昂诵乃仞B(yǎng)為宗旨、內(nèi)容聚焦大概念、教學(xué)過(guò)程重實(shí)踐、學(xué)業(yè)評(píng)價(jià)促發(fā)展”。生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)包含“生命觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究和社會(huì)責(zé)任”四個(gè)維度，其中“生命觀念”是最具有生物學(xué)科特點(diǎn)的要素，同時(shí)也是生物學(xué)科核心素養(yǎng)的標(biāo)志與關(guān)鍵。正基于此，為更好地落實(shí)課改和促進(jìn)學(xué)生發(fā)展，教師應(yīng)該思考如何才能做好基于生命觀念核心素養(yǎng)的教學(xué)。

1 生命觀念與大概念之間的聯(lián)系

在生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)中，生命觀念是最能體現(xiàn)生物學(xué)科特色的要素，同時(shí)也是生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的基點(diǎn)與重點(diǎn)。生命觀念可以幫助學(xué)生更好地認(rèn)識(shí)世界、解釋世界，以形成科學(xué)的自然觀和世界觀來(lái)應(yīng)對(duì)現(xiàn)實(shí)生活中的各種實(shí)際問(wèn)題和挑戰(zhàn)，主要包含結(jié)構(gòu)與功能觀、穩(wěn)態(tài)與平衡觀、進(jìn)化與適應(yīng)觀和物質(zhì)與能量觀等。其中，結(jié)構(gòu)與功能觀是指一定的結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生與之相適應(yīng)的功能，功能的實(shí)現(xiàn)需要依靠一定的結(jié)構(gòu);穩(wěn)態(tài)與平衡觀指生命系統(tǒng)和生態(tài)系統(tǒng)是一個(gè)在一定的調(diào)節(jié)作用下維持自身相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)并傾向保持平衡、穩(wěn)定的系統(tǒng);進(jìn)化與適應(yīng)觀指“物竟天擇，適者生存”，自然界中的生物在不斷進(jìn)化發(fā)展，進(jìn)化為生物提供適應(yīng)環(huán)境的機(jī)會(huì)，適應(yīng)環(huán)境而生存下來(lái)的生物則有了繼續(xù)進(jìn)化的可能;物質(zhì)與能量觀指生命系統(tǒng)由物質(zhì)組成，而生命系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)需要能量的投入，物質(zhì)和能量相伴而生，物質(zhì)的合成與分解常伴隨著能量的吸收或釋放，物質(zhì)循環(huán)的正常開展需要伴隨著能量的流動(dòng)。

生命觀念是生物學(xué)科中銜接整個(gè)課程內(nèi)容的主線，體現(xiàn)了研究者對(duì)生物學(xué)核心概念的認(rèn)知與理解。因此，生命觀念就對(duì)應(yīng)著生物學(xué)科中的核心概念或大概念，大概念所表述的理解和想法組成生命觀念。為引導(dǎo)學(xué)生形成生命觀念，教師需先在課堂教學(xué)中提供大量的生物學(xué)事實(shí)，引導(dǎo)學(xué)生歸納，促進(jìn)學(xué)生形成次位概念，在此基礎(chǔ)上才能幫助學(xué)生進(jìn)一步理解重要概念和大概念，加深學(xué)生對(duì)生物學(xué)科知識(shí)的理解，從而形成生命觀念。

2 基于生命觀念的概念圖譜

為在教學(xué)中落實(shí)生命觀念核心素養(yǎng)，教師需要幫助學(xué)生總結(jié)事實(shí)，構(gòu)建知識(shí)框架。因此，教師需要提前設(shè)計(jì)出基于生命觀念、能體現(xiàn)概念間的聯(lián)系的概念圖。圖1為筆者對(duì)“細(xì)胞的能量供應(yīng)與利用”一章進(jìn)行理解、分析、整合后設(shè)計(jì)出的概念圖。

學(xué)生需要逐步理解和應(yīng)用這些生物學(xué)概念，以更好地形成生命觀念。以“細(xì)胞的能量供應(yīng)與利用”一章為例，學(xué)生需要通過(guò)對(duì)酶的本質(zhì)與其特性的關(guān)系、ATP因具有高能磷酸鍵而擁有直接提供能量的功能、呼吸作用與線粒體結(jié)構(gòu)有關(guān)以及葉綠體的結(jié)構(gòu)完整是進(jìn)行光合作用的基礎(chǔ)等知識(shí)，來(lái)體會(huì)結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的觀點(diǎn)，即形成一定的結(jié)構(gòu)與功能觀;通過(guò)理解ATP與ADP相互轉(zhuǎn)化并處于動(dòng)態(tài)平衡的過(guò)程，以初步形成穩(wěn)態(tài)與平衡觀;通過(guò)了解ATP的能量供應(yīng)機(jī)制普遍存在于生物界的事實(shí)，來(lái)初步形成進(jìn)化與適應(yīng)觀。此外，由于《新課標(biāo)》中規(guī)定學(xué)生需要掌握“細(xì)胞的生存需要能量和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)”這一大概念，因此學(xué)生尤其要形成物質(zhì)與能量觀這一生命觀念。具體來(lái)講，細(xì)胞最基本的功能之一就是能夠進(jìn)行細(xì)胞代謝，通過(guò)細(xì)胞代謝來(lái)為生命活動(dòng)的正常進(jìn)行提供能量，而能夠直接為生命活動(dòng)提供能量的物質(zhì)就是ATP，因?yàn)锳TP具有蘊(yùn)含大量能量的高能磷酸鍵，而且能夠快速的與ADP進(jìn)行相互轉(zhuǎn)化，通過(guò)ATP的分解反應(yīng)為生命活動(dòng)提供能量：然而要想生命活動(dòng)正常持續(xù)的進(jìn)行下去，不僅需要不斷分解ATP，還需要持續(xù)合成ATP，其中ATP的主要來(lái)源就是細(xì)胞呼吸，通過(guò)呼吸作用分解有機(jī)物，釋放蘊(yùn)含在有機(jī)物中的化學(xué)能并將之用于合成ATP;而呼吸作用分解的有機(jī)物中的化學(xué)能其實(shí)是來(lái)自于太陽(yáng)的光能，植物利用葉綠體中的色素來(lái)捕獲太陽(yáng)中的光能，并通過(guò)光合作用將捕獲到的光能儲(chǔ)存到有機(jī)物中，使光能轉(zhuǎn)換為有機(jī)物中的化學(xué)能，生物體就可以持續(xù)不斷從太陽(yáng)中獲得能量;而在能量的轉(zhuǎn)化過(guò)程中，酶能夠降低活化能，使反應(yīng)更加快速的進(jìn)行。

3 基于生命觀念的教學(xué)片段設(shè)計(jì)

要想學(xué)生理解“ATP是驅(qū)動(dòng)細(xì)胞生命活動(dòng)的直接能源物質(zhì)”這一次位概念，教師至少需要從以下三個(gè)方面進(jìn)行解釋：①ATP結(jié)構(gòu)中含有高能磷酸鍵，因此ATP能夠很好的承載能量;②ATP與ADP能夠快速地轉(zhuǎn)化并保持動(dòng)態(tài)平衡，因此ATP能夠持續(xù)的為細(xì)胞生命活動(dòng)提供能量;③ADP合成ATP時(shí)需要光合作用或者呼吸作用提供能量，ATP分解時(shí)釋放的能量可用于各項(xiàng)生命活動(dòng).學(xué)生對(duì)這一次位概念理解之后，才能進(jìn)一步理解“細(xì)胞的生存需要能量和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)”這一大概念。

3.1 結(jié)構(gòu)與功能觀的培養(yǎng)

教師講解ATP的結(jié)構(gòu)，寫出結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式（A-P～P～P），并提出問(wèn)題：①?gòu)腁TP的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式中的符號(hào)“～”表示什么意思？②ATP有三個(gè)磷酸基團(tuán)，而磷酸基團(tuán)是帶負(fù)電荷的。已知物理中有同性相斥，異性相吸的原理，若3個(gè)帶著負(fù)電荷的磷酸基團(tuán)要結(jié)合在一起，是否需要能量來(lái)克服它們之間的排斥力？③高能磷酸鍵的存在與ATP的功能有關(guān)嗎？教師利用問(wèn)題串引發(fā)學(xué)生思考，促進(jìn)學(xué)生深入理解ATP，掌握“ATP是一種含有高能磷酸鍵的化合物”這一概念，并初步建立結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的觀念。

3.2 穩(wěn)態(tài)與平衡觀的培養(yǎng)

ATP因具有高能磷酸鍵而使其極不穩(wěn)定，在有關(guān)酶的作用下，ATP的高能磷酸鍵會(huì)斷裂，磷酸脫離并放出大量能量，形成ADP，即二磷酸腺苷。依據(jù)該生物學(xué)事實(shí)，教師提出問(wèn)題：已知生物體內(nèi)ATP含量很少，但細(xì)胞生理活動(dòng)的正常進(jìn)行卻需要很多ATP，生物體如何解決這一矛盾？學(xué)生思考交流后，能回答出：細(xì)胞內(nèi)可以不斷合成ATP。教師追問(wèn)：ATP是怎樣合成的？教師引導(dǎo)學(xué)生、思考分析：在有關(guān)酶的幫助下，ADP可以接受能量和一個(gè)磷酸結(jié)合，形成ATP。細(xì)胞雖然在不斷消耗ATP，但同時(shí)也在不斷地合成ATP，細(xì)胞中ATP和ADP可以時(shí)刻進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換并處于動(dòng)態(tài)平衡。正是因?yàn)榧?xì)胞中存在ATP與ADP之間相互轉(zhuǎn)化的動(dòng)態(tài)平衡機(jī)制，才能保證機(jī)體正常運(yùn)轉(zhuǎn)。學(xué)生通過(guò)對(duì)ATP與ADP之間相互轉(zhuǎn)化的動(dòng)態(tài)平衡機(jī)制的理解，可以形成初步的穩(wěn)態(tài)與平衡觀。

3.3 物質(zhì)與能量觀的培養(yǎng)

在學(xué)習(xí)過(guò)程中，學(xué)生可能會(huì)產(chǎn)生疑問(wèn)：ATP高能磷酸鍵斷裂所釋放的能量可用于細(xì)胞各項(xiàng)生命活動(dòng)，但合成ATP所需要的能量又由什么提供？教師提供情景資料，引導(dǎo)學(xué)生分析：①病人在無(wú)法進(jìn)食時(shí)，需要注射葡萄糖生理鹽水來(lái)補(bǔ)充能量;②植物在光照下能制造糖類合成ATP，而在無(wú)光時(shí)兩者均不能產(chǎn)生。這說(shuō)明ATP的合成均需要有機(jī)物提供能量，而生物體中有機(jī)物供能的途徑中有兩種，分別是光合作用和呼吸作用。在ATP與ADP之間相互轉(zhuǎn)化的動(dòng)態(tài)平衡機(jī)制中，雖然只是ATP與ADP兩種物質(zhì)之間的相互轉(zhuǎn)換，但能量的來(lái)源和去路不同，參與反應(yīng)的酶也不同。學(xué)生通過(guò)比較，可認(rèn)識(shí)“物質(zhì)可循環(huán)，能量不可循環(huán)”的客觀規(guī)律，形成初步的物質(zhì)與能量觀。

4結(jié)論與展望

筆者以“的能量供應(yīng)與利用”一章為例，主要探討了教師如何在實(shí)際教學(xué)中結(jié)合生物學(xué)大概念讓學(xué)生形成生命觀念，對(duì)在高中生物教學(xué)中如何落實(shí)生命觀念的核心素養(yǎng)具有一定的實(shí)踐指導(dǎo)意義。然而，要想發(fā)展學(xué)生的生物學(xué)科核心素養(yǎng)，只注重生命觀念這一個(gè)方面是不行的，如何在生物教學(xué)中發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維、提高學(xué)生的科學(xué)探究能力和培養(yǎng)學(xué)生的社會(huì)責(zé)任還有待研究。教師也應(yīng)該更加關(guān)心、思考怎樣能夠更全面地開展基于發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)的教學(xué)實(shí)踐。