以“細胞能量通貨ATP”為例談高中生物學教學中生命觀念培養

蘇國義

摘要 分析人教版教材中“細胞的能量通貨ATP”所蘊含的生命觀念，梳理教材內容涵蓋的基本概念、生物學事實，并整合概念，從而滲透生命觀念。

關鍵詞 生命觀念 核心素養 ATP

中圖分類號 G633.91 文獻標志碼 B

美國著名課程專家林恩·埃里克森提出了“觀念為本的課程與教學”，學業標準的目標在于提升思維能力，而非掌握更多的事實內容。她認為，課程內容應該圍繞學科觀念進行選擇，具體事實應該作為工具來幫助學生發展深層理解;教學重心應該從講授事實轉移到“使用”事實，以便教授和評價更深層次的理解;學習重心應該從記憶事實轉移到理解可遷移的核心觀念和對更為根本的知識結構進行深層理解，培養和發展思維能力。

在生物學教學中，教師和學生都記住了許多生物學事實和概念，但卻存在割裂、機械地照搬生物學概念。教師備課、上課基本上以考試能否過關為標準，來考查學生的掌握情況，很少挖掘這些知識隱含的生命觀念。《普通高中生物學課程標準（2017年版》）將生命觀念作為生物學核心素養之首，就是要凸顯這些觀念在生物學課程中的地位和育人價值。學生只有理解了生命的本質，才能將有關概念融會貫通，能夠在學習、生活中，運用生命觀念去分析和解決問題，進一步提升對生物學的理解。其實教材的每一章節都蘊含著大量生命觀念素材，因此在教學中，教師要以細碎的、具體的事實性知識為基礎，幫助學生概括為抽象的重要概念和大概念。下面以人教版《必修1·分子與細胞》教材中“細胞能量通貨——ATP”一節的教學為例，談談生命觀念的培養。

1 解讀生命觀念

生命觀念是指對觀察到的生命現象及相互關系或特性進行解釋后的抽象，是人們經過實證后的觀點，是能夠理解或解釋生物學相關事件和現象的意識、觀念和思想方法。生命觀念在高中生物學課程具體表現在結構與功能觀、物質與能量觀、進化與適應觀、穩態與平衡觀。生命觀念是生物學核心概念的呈現方式，是貫穿不同內容的主線，更是對生物學事實的整合和提升。教師應要求學生不僅要掌握，而且要將所學的具體知識圍繞核心概念整合內化成生命觀念，并能用生命觀念認識生物的多樣性和統一性，形成科學的自然觀和世界觀，指導探究生命活動規律，解決實際問題。因此教師需仔細研究課程標準、研讀教材，挖掘出教材中與生命觀念相對應的具體生物學事實，并在教學過程中有意識地滲透這些觀念。“細胞能量通貨ATP”這一節所涉及的主要生命觀念及對這些生命觀念的理解見表1。

2 教學中如何培養生命觀念

2.1 物質與能量觀

物質與能量的主要觀點表現為：生命是建立在特定的物質基礎上，細胞內的化合物是重要的生命物質，能量是維持和更新生命的動力。能量是推動物質轉變的助燃劑;物質的轉變離不開能量的推動。物質的合成和分解總是伴隨著能量的吸收和釋放。

在學習第二章細胞中的元素和化合物后，學生己具備了有關能源物質的基本概念：葡萄糖是生命活動的主要能源：脂肪是生物細胞中的良好儲能物質：初中學過植物細胞的葉綠體進行光合作用，把光能轉化為有機物中的能量。在細胞生命系統中上，ATP是驅動細胞生命活動的直接能源物質，可以提供能量，說明物質是能量的載體。教師首先讓學生在真實的情景中感受到真實的物質，課上以小組為單位，發放三磷酸腺苷二鈉片實物及說明書，引導學生總結ATP的元素、化合物，思考這種化合物是為細胞提供能量的原因，從而引導學生聯系生活經驗，真切感知生命的神奇，來激發學生認知生命的興趣。

緊接著，教師呈現“青蛙腓腸肌在不同能源物質處理下收縮情況”的實驗視頻：先制備青蛙坐骨神經一腓腸肌標本;再施加電刺激，耗盡能量：接著，對兩塊肌肉標本分別滴加葡萄糖溶液，ATP溶液，并用電刺激坐骨神經，觀察肌肉收縮情況。實驗結果發現，滴加ATP溶液的肌肉收縮明顯。學生可以推斷出ATP是驅動細胞生命活動的直接能源物質。通過實驗等活動親身體驗科學探究的的方法和技能，學生可能會發現肌肉收縮由ATP供能，此過程中會發生相應的物質變化，從而構建物質與能量的生命觀念。

2.2 結構與功能觀

生物體的結構與功能是相適應的，是生物體長期進化形成的，是生物體適應環境的一種體現。結構與功能相適應包括兩層含義：一定的結構必然對應一定的功能：任何功能都需要一定的結構來實現。ATP具有驅動細胞生命活動的直接能源物質這一功能，教師引導學生根據結構與功能觀來分析：ATP究竟有什么樣的結構與功能相適應？ATP具有怎樣的結構能直接為細胞生命活動供能？

教學過程中，教師要設計活動，讓學生以利用生活中的實物或圖畫形式直觀地表達細胞的成分與結構特征，直觀顯示結構。這樣既符合學生的認知規律，抽象知識具體化，也能提高學生的學習興趣。學生先自主閱讀教材內容，然后分組討論：明確ATP的分子名稱、結構簡式及高能磷酸鍵等知識。學生在興趣的驅動下，探究ATP結構式，以小組為單位完成ATP結構簡式的拼裝。然后，教師邀請一個小組展示作品，3人相互合作展示，總結模型中每個構件的含義、數目。如有不完整的地方，可有其他小組同學評價、修正。學生在拼裝ATP分子結構模型過程中，進一步加深對結構的理解，通過模型的構建，學生徹底弄清了ATP的各個組成部分。

學生通過一定的物質形式或思維方式來構建生物模型，對生物學知識進行研究和模擬，幫助其理解和掌握生物科學知識，同時為認識事物提供一種思路和方法。學生更能以積極主動的態度去發現和解決問題。因此，教師結合教學內容和學生己有知識，選擇實際生活材料，創設特定問題情境，讓學生對其中的生命現象進行解釋，在嘗試解釋和歸納過程中學習新知，樹立結構與功能相適應的生命觀念。

2.3 進化與適應觀

進化觀是從歷史的維度去進一步理解生命所建立起來的思想與觀念。所有的生命現象，其最終的原因都要到進化里去尋找，因此，進化觀是最具有生物學屬性的觀念群。進化觀又包括以下具體的觀念：遺傳與變異、進化與適應、統一性與多樣性。本節著重體現的是在生命系統的統一性上。在一線教學過程中，思維活躍的學生經常會提出：葡萄糖、脂肪，ATP等物質都含有能量，葡萄糖等能源物質為什么不能直接供能，而生命系統選擇ATP為生命活動直接供能？除結構與功能觀解釋外，教師可以引導學生從進化的角度推測：腺嘌吟可能是較早產生的堿基。接著，學生可能又會提出問題：ATP中的堿基A能否換成其他堿基，如CTP、UTP、GTP、TTP？人體細胞中存在CTP、UTP、GTP、TTP嗎？若存在，人體內能量的主要載體為什么是ATP？這時，教師要引導學生從進化觀的角度分析，生物的蛋白質雖然千變萬化，但是某些關鍵的結構域是很保守的，如ATP的催化位點。各種蛋白識別ATP的位點較多，所以ATP提供能量的范圍更廣。CTP、UTP、GTP、TTP等也有高能磷酸鍵，也是高能磷酸化合物。但在細胞中分工不同，主要表現在GTP主要用于合成蛋白質;CTP主要用于合成脂質;UTP主要用于合成多糖。所以在能量提供方面，大多數代謝反應是由ATP供能。植物、動物、細菌和真菌等細胞生物體內都選擇ATP作為直接能源物質，這就說明生物界具有統一性，也反映生物有著共同的起源。

生命系統的正常運行和發展體現了進化與適應觀。生命系統的正常運行是適應的表現，可見，進化是生物科學的基礎。學習進化的觀點能夠幫助學生更好地理解生物學，因此，教師首先應該先行理解進化的涵義和進化的規律，再在教學中培養學生的進化觀，使學生的生命觀念全面發展。

2.4 穩態與平衡觀

穩態是生命系統的特征，也是機體存活的條件。穩態是通過調節機制實現的動態平衡。調節機制使各種干擾保持在一定范圍之內，使系統保持其協調穩定，呈現出平衡與運動的有機統一。細胞層次的穩態表現之一就在ATP與ADP的相互快速轉化。學生自主分析材料——電鰻受到外界刺激，就會連續放電，電流10～15s后完全消失，經過極短時間后，就能恢復同等的放電能力，從而得出ATP在細胞內的含量很少，但是ATP與ADP在細胞內的相互轉化卻是十分迅速。緊接著，教師呈現相關資料，讓學生得出“在活細胞中，ATP末端的磷酸基團的周轉是十分快的”，進而讓學生理解：ATP的消耗與再生是相對平衡的，ATP的含量因而維持在一個相對穩定的、動態平衡的水平。可見，細胞內ATP與ADP處于動態平衡之中，這對于構成細胞內穩定的供能環境具有十分重要意義。

教師在課堂教學中滲透穩態與平衡觀的培養，可以幫助學生從系統整體的高度分析理解生命現象，同時使學生對穩態與平衡之間的關系有更深刻的認識，進而真正理解生命的本質，樹立生命觀念。

3 教學反思

生命科學如何體現生命性？教師在教學過程中應該把生命觀念培養融合到概念、事實教學體系中，滲透到課堂教學的每一個環節。生命觀念的達成需要一個長期逐漸的積累，不是一節課、一個單元就能建立的。當前教師對教學內容的組織還沒有過渡到核心概念上來，對于生命觀念的落實還有很大的提升空間。因此，要在教學中落實生命觀念，就要求教師鉆研課程標準，盡快轉變教學理念，在教學中要注重與生活銜接，積極開設實驗課程，引導學生構建生物模型，促進學生形成結構與功能觀、進化與適應觀、穩態與平衡觀、物質與能量觀等生命觀念，并且能用生命觀念認識生命世界、解釋生命現象、生物問題，進一步提升學生的生命觀念與核心素養。

參考文獻：

[1]吳成軍.基于生物學核心素養的高考命題研究[J].中國考試，2016，（10）：25-31.

[2]任曉米.例析高中生命科學教材涉及的生命觀念及其教學策略[J].生物學教學，2018，（4）：29-30.