創新作業設計，提升生物核心素養
——以“細胞與能量”一節為例

（杭州市余杭第二高級中學 浙江·杭州 311100）

2018年1月頒布的《普通高中生物學課程標準（2017年版）》為生物學教學工作指明了方向，也提出了新的要求，即從課堂目標到課程內容再到課程的實施和評價，都要以發展學生的生物學學科素養為宗旨。生物學學科素養包括：生命觀念、科學思維、科學探究和社會責任。課后作業是課堂教學的有機組成部分，是課內知識的拓展和延伸，是評價課堂教學的有效指標。作業設計是提高教師專業素養、提升教學質量的有效手段。筆者以浙科版高中《生物.必修1.分子與細胞》第三章第一節“細胞與能量”為例，淺談基于生物學學科素養的作業設計的一些做法和感想。

1 精選習題，培養生命觀念

生命觀念是最具生物學科特色的核心素養，是對大量生命現象及其相互關系進行分析總結后的高度概括，包括結構與功能觀、物質與能量觀、進化與適應觀、穩態與平衡觀等。在作業設計中要精選習題，在潛移默化中不斷滲透生命觀念。

練習1：_____是細胞的直接能源物質。ATP的中文名稱是，結構簡式為_____，由一個腺苷（_____和_____）和_____組成。ATP中的A代表_____。每分子ATP含_____高能磷酸鍵，其中的高能磷酸鍵比較不穩定，容易斷裂，釋放大量能量，用于肌肉收縮、神經細胞的活動以及細胞中的其他活動。

練習2：下列關于ATP的說法中，錯誤的是（ ）

A.ATP中的能量可以由太陽能、化學能轉化而來，也可以轉化為化學能、太陽能

B.原核細胞沒有線粒體和葉綠體，也能合成ATP

C.人在運動時，細胞的代謝增加，細胞產生ATP的速率增加

D.人體在饑餓時，細胞中ATP與ADP難以維持動態平衡

練習3：下列關于細胞中ATP-ADP循環的敘述，正確的是（）

A.ATP在人體內含量不多，但轉化迅速

B.ATP與ADP相互轉化的速率恒定不變

C.ATP與ADP相互轉化的條件相同

D.ATP轉化為ADP的場所只有葉綠體

結構是功能的基礎，結構決定功能，而功能體現結構。ATP為什么稱之為細胞的“能量通貨”，就是因為其含有高能磷酸鍵，而且比較不穩定，容易釋放出來用于細胞內的各種吸能反應。在生物學中，任何一個生命系統中的物質和能量都是相互依存的。能量是推動相關物質變化的動力，而能量往往是以物質為載體。ATP是貫穿生物學能量觀點的重要概念。ATP是一種高能磷酸化合物，含有大量能量，是能量的載體，其水解釋放的能量能推動各種吸能反應的進行。能量不會憑空產生和消失，只是從一種形式轉化成另一種形式。練習1、2，有助于學生理解結構和功能以及物質與能量的聯系。

從細胞水平看，穩態和平衡觀表現在組成細胞的各種元素和化合物的含量都需要維持在一定范圍內。細胞代謝加快，耗能增加，細胞內的ATP含量在一定范圍內會增加，但是不會大量上升，只是ATP和ADP的轉化速率會加快。練習2、3的設計，有助于學生理解細胞內ATP會在一定范圍內發生變化，但是會處于動態平衡中，有助于形成細胞水平的穩態和平衡觀。

2 實驗設計，培養科學思維和探究能力

生物是一門以實驗性很強的學科，生物學中很多概念、原理和規律的得出來源于縝密的實驗設計，科學實驗推動生物學科的發展。科學思維指導科學探究過程，科學探究助力科學思維的形成和完善，兩者相輔相成。培養科學思維和探究能力，可以充分利用科學史，讓學生理解科學的方法和技能；可以讓學生走進實驗室，鼓勵學生主動探究；由于材料、器材、實驗操作步驟的限制，也可以通過讓學生自主設計實驗、撰寫實驗步驟、預測實驗結果和結論或者對已有的實驗方案進行分析、評價，進而培養學生的科學實驗思維，提高解題能力。

練習4：為驗證“ATP是腓腸肌收縮的直接能源物質，葡萄糖不是”，某興趣小組做了如下實驗：

①用玻璃分針剝取蛙的腓腸肌，放在盛有任氏液(滲透壓與蛙細胞外液的滲透壓相當)的培養皿中。

②在載玻片的中央滴2滴任氏液，將腓腸肌放在載玻片上的任氏液中，并且使肌肉呈舒張狀態。用直尺測量并記錄肌肉的長度。

③用適宜強度的電刺激腓腸肌，直到肌肉疲勞不能收縮為止。

④向剛喪失收縮功能的腓腸肌上滴2滴某種溶液，用適宜強度的電刺激腓腸肌，測量并記錄肌肉長度。

⑤用吸水紙吸去腓腸肌上的溶液，再向肌肉上滴2滴另一種溶液，用適宜強度的電刺激肌肉2-3次，測量并記錄其長度。

請分析回答：

（1）將腓腸肌放入任氏液的目的是________。

（2）步驟③中，用電刺激肌肉，直到肌肉不能收縮為止，目的是__________。

（3）步驟④、步驟⑤中所滴加的溶液，分別是ATP溶液和葡萄糖溶液中的哪一種?

__________。如果將步驟④、步驟⑤中使用的溶液對調，能達成實驗目的嗎？為什么？__________。

（4）實驗結論是__________。

練習5：“銀燭秋光冷畫屏，輕羅小扇撲流螢”，夏季夜空熒光閃閃。某研究小組欲探究“螢火蟲的發光強度與ATP濃度的關系”，請你幫助他們設計實驗方案，撰寫實驗步驟，預測實驗結果。

實驗材料：螢火蟲發光器粉末、腺苷三磷酸二鈉（功效同ATP）、蒸餾水、多個不同大小的燒杯、試管等、記號筆等實驗材料。（注：熒光強度的測定的方法不做要求）

實驗步驟：__________。

實驗現象預測及實驗結論：__________。

科學的思維方法指導生物實驗的設計、操作及實驗結果分析、總結歸納。腓腸肌收縮和螢火蟲的發光實驗是驗證ATP是直接能源物質的直觀實驗。在這兩個實驗的基礎上，筆者設計了練習5的實驗設計題以及練習3的實驗分析題。練習5難度不大，旨在要高一的學生熟悉實驗設計的一般步驟，如何預測實驗現象，寫出實驗結論。利用練習4，嘗試鼓勵學生利用科學思維方法分析實驗中的問題，解決問題。對于練習4的第（3）問，有學生指出，如果先滴加ATP試劑，用電刺激肌肉直到肌肉不能收縮，即滴加的ATP溶液消耗完，再滴加葡萄糖試劑，同樣可以完成實驗。可見學生在做作業時思維活躍，進行了深度思考。

3 創新形式，培養社會責任

社會責任是指基于生物學的認識，參與個人與社會事務的討論，做出合理的解釋和判斷，解決生產生活問題的擔當和能力。培養學生的社會責任感是當代教育的重要目標之一。教師在傳授生物知識的同時，應合理引入相關社會議題，發揮生物學對日常生活的指導作用，鼓勵學生用所學的生物知識分析討論并嘗試解決社會問題、喚醒其社會責任感。由于時間和課堂內容的限制，社會責任感的滲透可以延伸到課后作業中。通過搜集資料，我設計了涉及能量ATP的社會生活中的問題改編的作業。

練習6：目前，ATP熒光檢測法在衛生監測領域有著廣泛應用，是根據大自然中螢火蟲發光原理而研發的。檢測原理是，破壞微生物細胞，使其釋放出ATP，在有氧氣的條件下，熒光素酶催化熒光素的氧化而發出熒光，熒光的強度與微生物數量呈比例關系，這就是ATP熒光檢測儀原理。以小組為單位，查閱資料，了解該檢測方法在衛生監測領域方面的具體應用以及與其他檢測微生物數量的方法相比有何優缺點等。以PPT的形式在班級進行匯報講演。

練習7：線粒體肌病是指線粒體發生病變，線粒體不能充分利用反應物導致ATP生成不足，所以能量供應不足的疾病。肌萎縮側索硬化癥，俗稱“漸凍人癥”，是一種運動神經元病，因為患者運動神經元受到破壞，患者肌肉逐漸無力，身體如同逐漸被凍住一樣，說話、吞咽和呼吸功能減退，最終癱瘓、死亡。這兩種疾病均與體內能量供應不足有關。有同學提出疑問，口服或注射ATP藥劑能否治療此類疾病？請查閱資料，回答該同學的疑問。

練習8：某美容醫院推出某品牌ATP熱能時光系列精華水。廣告中宣稱，該精華水蘊含稀有植物能量ATP，作用于面部轉化為熱能，使得肌膚毛孔張開，進入肌膚深層，從而改善面部微循環，深度滋養并提高肌膚免疫能力，有效提升面部輪廓，撫平歲月痕跡。

（1）請對上述廣告語作出評析，找出其邏輯上的漏洞。

（2）如果有人向你或者你家人推銷此護膚品，你將如何回應？

鼓勵學生利用周末時間，分組合作，查閱資料，并在班級內匯報展示。學生在查詢信息的過程中，更進一步了解了ATP熒光檢測法，肯定了生物學知識在實際生活中的應用；知道了一個人一天在安靜狀態下要消耗40KG的ATP，而且ATP容不容易透過細胞膜還值得商榷，所以不可能通過外界補充ATP的方法來治療線粒體肌病或漸凍人癥；識破了三無美容產品的騙局，辨別了生活中的偽科學。除了匯報講演，還可以采用辯論賽、手抄報宣傳、公益宣講、專題調研等形式進行，創新作業形式不僅鍛煉了學生的合作意識，語言表達能力，還可以讓學生感到學有所用，開闊學生的思維，拓寬學生的視野，使其更關心社會問題，關注社會實際，幫助其樹立起良好的責任意識和正確的人生觀、價值觀。

高中生物核心素養是學生適應社會需求和發展不可或缺的技能。核心素養的培養是高中生物教學的重要目標，生物課堂是踐行新課標理念的前沿陣地，課后作業也是滲透核心素養的主要戰場。筆者從精選習題、注重實驗分析與設計、創新作業形式等方面進行了“細胞與能量”一節的課后作業設計，在作業中滲透生命觀念、科學思維、實驗探究以及社會責任，學生表現出了濃厚的興趣，積極參與，收效顯著。總之，作為一線教師要勤思考，多實踐，在課堂內外貫徹落實新課標提升核心素養的理念，為學生個人綜合素質的提升，良好的科學情感態度和正確價值觀的養成做出積極的努力和嘗試。