高中生物教學(xué)中發(fā)展學(xué)生科學(xué)思維的策略

王揚飛

[摘 要]發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維是高中生物課堂教學(xué)的重要任務(wù)之一。以《細胞的能量通貨——ATP》的教學(xué)為例，利用生活現(xiàn)象、結(jié)構(gòu)簡式圖、矛盾沖突、課堂練習(xí)等手段，引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷實驗探究、建模分析、演繹推理、圖文轉(zhuǎn)化等過程，可有效發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維。

[關(guān)鍵詞]科學(xué)思維；高中生物課堂；細胞的能量通貨

[中圖分類號] G633.91 [文獻標(biāo)識碼] A [文章編號] 1674-6058（2018）26-0080-02

“科學(xué)思維”是指尊重事實和證據(jù)，崇尚嚴(yán)謹(jǐn)和務(wù)實的求知態(tài)度，運用科學(xué)的思維方法認識事物、解決實際問題的思維習(xí)慣和能力。高中生物課堂是發(fā)展學(xué)生科學(xué)思維的主要陣地。學(xué)生科學(xué)思維的發(fā)展不可能一蹴而就，需要在長期教學(xué)過程中潛移默化，不斷滲透。因此，在高中生物課堂教學(xué)中，教師應(yīng)針對不同的教學(xué)內(nèi)容采用不同的教學(xué)策略，使學(xué)生不僅能收獲生物學(xué)知識，還能發(fā)展科學(xué)思維。

一、 立足生活現(xiàn)象，于實驗探究中發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維

【質(zhì)疑】能使螢火蟲直接發(fā)光的物質(zhì)是什么？

【實驗論證】展示科學(xué)家的探究過程：先從螢火蟲體內(nèi)分離出發(fā)光器，然后把發(fā)光器研磨成粉末后，分成3等分，分別放入3支試管中，各加入等量水使之混合，置于暗處；接著分別向這3支試管加入各2毫升的葡萄糖溶液、ATP制劑和蒸餾水。學(xué)生觀察到螢火中體內(nèi)的發(fā)光器直接發(fā)光。

【評析】以學(xué)生熟悉的螢火蟲發(fā)光作為導(dǎo)課內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生思考并得出“螢火蟲發(fā)光是因為有能量”的結(jié)論。學(xué)生容易聯(lián)想到已經(jīng)學(xué)過的糖類、脂肪和蛋白質(zhì)等有機物。那么，使螢火蟲發(fā)光的是這些有機物嗎？通過展示科學(xué)家的實驗探究過程，使學(xué)生了解到ATP是使螢火蟲直接發(fā)光的物質(zhì)，ATP的作用是直接能源物質(zhì)。同時可讓學(xué)生明確，對于生活中出現(xiàn)的疑難問題，最好的辦法是通過實驗論證，進而解決問題。

二、 利用結(jié)構(gòu)簡式圖，于建模分析中發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維

【質(zhì)疑】從結(jié)構(gòu)上分析，為什么ATP可以作為直接能源物質(zhì)？

【模型論證】讓學(xué)生寫出ATP的中文名稱：三磷酸腺苷，并說出ATP各符號的含義：“A”表示腺苷；“T”表示3個；“P”表示磷酸；“～”表示高能磷酸鍵；接著利用寫有各符號的紙片搭建ATP結(jié)構(gòu)簡式的模型：A-P～P～P。

“結(jié)構(gòu)和功能相適應(yīng)”是生物學(xué)的基本觀點之一。在教學(xué)過程中，教師要讓學(xué)生明白要探討ATP為何能作為細胞的能量通貨，就要探討ATP的結(jié)構(gòu)特點。通過閱讀思考，學(xué)生進一步了解到ATP的水解實際上是指ATP分子中高能磷酸鍵的水解。高能磷酸鍵水解時釋放的能量多達30.54kJ/moL，所以說ATP是細胞內(nèi)的一種高能磷酸化合物。通過構(gòu)建模型，學(xué)生可以把抽象的分子結(jié)構(gòu)具體化，在構(gòu)建模型過程中學(xué)生對ATP結(jié)構(gòu)特點的掌握更加深刻。

此外，還可利用圖1引導(dǎo)學(xué)生分析a（腺嘌呤）、b[腺苷（腺嘌呤+核糖）]、c[腺嘌呤核糖核苷酸（腺嘌呤+核糖+磷酸）]、d[ADP（腺嘌呤+核糖+2分子磷酸]、e[ATP（腺嘌呤+核糖+3分子磷酸）]的關(guān)系，從而實現(xiàn)對學(xué)生的思維拓展。

三、 利用矛盾沖突，于演繹推理中發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維

【質(zhì)疑1】ATP是直接能源物質(zhì)，那么它在生物體內(nèi)的含量是不是需要有很多，才能滿足各項生命活動的能量需要？當(dāng)機體需要能量時，ATP如何供能？

【資料論證1】在人體安靜狀態(tài)時，肌肉內(nèi)的ATP含量只能提供肌肉收縮1～2s所需的能量；在人體劇烈運動狀態(tài)下，每分鐘約有0.5kg的ATP分解釋放能量；一個成年人在安靜的狀態(tài)下，24小時內(nèi)有40kg的ATP被水解。

根據(jù)資料分析，ATP在體內(nèi)含量很少，消耗量大。ATP的化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定。在有關(guān)酶的催化作用下，ATP分子中遠離A的那個高能磷酸鍵很容易水解，于是遠離A的那個P就脫離開來，形成游離的Pi（磷酸），同時釋放出大量的能量。

【質(zhì)疑2】ATP在細胞中含量很少，如何滿足各項生命活動的能量需求呢？

【資料論證2】在某細胞培養(yǎng)液中加入32P標(biāo)記的磷酸分子，短時間內(nèi)分離出細胞的ATP，發(fā)現(xiàn)其含量變化不大，但部分ATP的末端P已帶上放射性標(biāo)記。

在有關(guān)酶的催化作用下，ATP水解產(chǎn)生能量，轉(zhuǎn)化成ADP；而ADP可以接受能量與一個游離的Pi結(jié)合，重新形成ATP，即ATP與ADP可以相互轉(zhuǎn)化。

【質(zhì)疑3】ATP與ADP可以相互轉(zhuǎn)化，那么ATP與ADP的轉(zhuǎn)化是可逆反應(yīng)嗎？

【論證3】可逆反應(yīng)是指在同一條件下，既能向正反應(yīng)方向進行，又能向逆反應(yīng)方向進行的反應(yīng)。學(xué)生根據(jù)分析可知，該轉(zhuǎn)化過程不是可逆反應(yīng)，原因一：作用的酶不同；原因二：能量不可逆。合成ATP的能量主要來自細胞呼吸作用時有機物分解所釋放的能量以及光合作用時利用的光能；ATP水解產(chǎn)生的能量則直接用于肌細胞收縮、大腦思考等各項生命活動。

在教學(xué)過程中，教師應(yīng)鼓勵學(xué)生質(zhì)疑，培養(yǎng)學(xué)生的問題意識，并激發(fā)學(xué)生探索問題的欲望。當(dāng)學(xué)習(xí)出現(xiàn)矛盾時，應(yīng)鼓勵學(xué)生抓住矛盾的關(guān)鍵點，尋求實證，解決矛盾，讓思維更加嚴(yán)謹(jǐn)。

四、利用課堂練習(xí)，于圖文轉(zhuǎn)化中發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維

【例題】人的骨骼肌細胞中ATP的含量只能維持劇烈運動3 s以內(nèi)的能量供應(yīng)。某運動員參加短跑比賽過程中，肌肉細胞中ATP的相對含量隨時間的變化如圖2所示。請據(jù)圖回答下面的問題：

① a→b過程中，ATP被水解，釋放的能量用于————————————————。

② b→c過程中，ATP含量增加，說明————————加強，釋放更多的能量，供ADP合成ATP，補充消耗的ATP。

③ 從整個曲線看，肌細胞中ATP的含量不會降為零，說明——————————。

本道例題考查的是“ATP和ADP相互轉(zhuǎn)化”的內(nèi)容。學(xué)生必須先識圖：圖中表示的是ATP相對含量的變化，其中，ab段，ATP的含量逐漸下降；bc段，ATP的含量逐漸上升，而后達到穩(wěn)定狀態(tài)。再根據(jù)本節(jié)所學(xué)的內(nèi)容，可以得出答案：①ATP水解過程，能量用于肌肉收縮等生命活動；②ATP含量增加是通過細胞呼吸迅速由ADP轉(zhuǎn)化而成；③ATP在細胞內(nèi)含量雖少，但與ADP的相互轉(zhuǎn)化卻十分迅速，使細胞內(nèi)ATP的含量總是處于動態(tài)平衡中，構(gòu)成生物體內(nèi)部的穩(wěn)定供能環(huán)境。課堂上通過練習(xí)，以不同的形式呈現(xiàn)教材內(nèi)容，可以培養(yǎng)學(xué)生思維的靈活性。

綜上可知，發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維是高中生物課堂教學(xué)的重要任務(wù)之一。作為高中生物教師，應(yīng)想方設(shè)法設(shè)計不同的教學(xué)策略來發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維。

（責(zé)任編輯 黃春香）