基于生命觀念核心素養的高中生物學教學設計初探

劉明月 唐贊

摘要：以“細胞的能量供應與利用”一章為例，聚焦“ATP是驅動細胞生命活動的直接能源物質”這個次位概念，對教學中如何落實生命觀念的核心素養進行了教學設計，有助于讓學生理解生物學的重要概念，形成正確的生命觀念。

關鍵詞：生命觀念，大概念，教學設計

中圖分類號：G633.91文獻標志碼：B

《普通高中生物課程標準（2017年版）》（以下簡稱《新課標》），將課程基本理念變為“核心素養為宗旨、內容聚焦大概念、教學過程重實踐、學業評價促發展”。生物學學科核心素養包含“生命觀念、科學思維、科學探究和社會責任”四個維度，其中“生命觀念”是最具有生物學科特點的要素，同時也是生物學科核心素養的標志與關鍵。正基于此，為更好地落實課改和促進學生發展，教師應該思考如何才能做好基于生命觀念核心素養的教學。

1 生命觀念與大概念之間的聯系

在生物學學科核心素養中，生命觀念是最能體現生物學科特色的要素，同時也是生物學學科核心素養的基點與重點。生命觀念可以幫助學生更好地認識世界、解釋世界，以形成科學的自然觀和世界觀來應對現實生活中的各種實際問題和挑戰，主要包含結構與功能觀、穩態與平衡觀、進化與適應觀和物質與能量觀等。其中，結構與功能觀是指一定的結構會產生與之相適應的功能，功能的實現需要依靠一定的結構;穩態與平衡觀指生命系統和生態系統是一個在一定的調節作用下維持自身相對穩定狀態并傾向保持平衡、穩定的系統;進化與適應觀指“物竟天擇，適者生存”，自然界中的生物在不斷進化發展，進化為生物提供適應環境的機會，適應環境而生存下來的生物則有了繼續進化的可能;物質與能量觀指生命系統由物質組成，而生命系統的正常運轉需要能量的投入，物質和能量相伴而生，物質的合成與分解常伴隨著能量的吸收或釋放，物質循環的正常開展需要伴隨著能量的流動。

生命觀念是生物學科中銜接整個課程內容的主線，體現了研究者對生物學核心概念的認知與理解。因此，生命觀念就對應著生物學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。為引導學生形成生命觀念，教師需先在課堂教學中提供大量的生物學事實，引導學生歸納，促進學生形成次位概念，在此基礎上才能幫助學生進一步理解重要概念和大概念，加深學生對生物學科知識的理解，從而形成生命觀念。

2 基于生命觀念的概念圖譜

為在教學中落實生命觀念核心素養，教師需要幫助學生總結事實，構建知識框架。因此，教師需要提前設計出基于生命觀念、能體現概念間的聯系的概念圖。圖1為筆者對“細胞的能量供應與利用”一章進行理解、分析、整合后設計出的概念圖。

學生需要逐步理解和應用這些生物學概念，以更好地形成生命觀念。以“細胞的能量供應與利用”一章為例，學生需要通過對酶的本質與其特性的關系、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構有關以及葉綠體的結構完整是進行光合作用的基礎等知識，來體會結構與功能相適應的觀點，即形成一定的結構與功能觀;通過理解ATP與ADP相互轉化并處于動態平衡的過程，以初步形成穩態與平衡觀;通過了解ATP的能量供應機制普遍存在于生物界的事實，來初步形成進化與適應觀。此外，由于《新課標》中規定學生需要掌握“細胞的生存需要能量和營養物質”這一大概念，因此學生尤其要形成物質與能量觀這一生命觀念。具體來講，細胞最基本的功能之一就是能夠進行細胞代謝，通過細胞代謝來為生命活動的正常進行提供能量，而能夠直接為生命活動提供能量的物質就是ATP，因為ATP具有蘊含大量能量的高能磷酸鍵，而且能夠快速的與ADP進行相互轉化，通過ATP的分解反應為生命活動提供能量：然而要想生命活動正常持續的進行下去，不僅需要不斷分解ATP，還需要持續合成ATP，其中ATP的主要來源就是細胞呼吸，通過呼吸作用分解有機物，釋放蘊含在有機物中的化學能并將之用于合成ATP;而呼吸作用分解的有機物中的化學能其實是來自于太陽的光能，植物利用葉綠體中的色素來捕獲太陽中的光能，并通過光合作用將捕獲到的光能儲存到有機物中，使光能轉換為有機物中的化學能，生物體就可以持續不斷從太陽中獲得能量;而在能量的轉化過程中，酶能夠降低活化能，使反應更加快速的進行。

3 基于生命觀念的教學片段設計

要想學生理解“ATP是驅動細胞生命活動的直接能源物質”這一次位概念，教師至少需要從以下三個方面進行解釋：①ATP結構中含有高能磷酸鍵，因此ATP能夠很好的承載能量;②ATP與ADP能夠快速地轉化并保持動態平衡，因此ATP能夠持續的為細胞生命活動提供能量;③ADP合成ATP時需要光合作用或者呼吸作用提供能量，ATP分解時釋放的能量可用于各項生命活動.學生對這一次位概念理解之后，才能進一步理解“細胞的生存需要能量和營養物質”這一大概念。

3.1 結構與功能觀的培養

教師講解ATP的結構，寫出結構簡式（A-P～P～P），并提出問題：①從ATP的結構簡式中的符號“～”表示什么意思？②ATP有三個磷酸基團，而磷酸基團是帶負電荷的。已知物理中有同性相斥，異性相吸的原理，若3個帶著負電荷的磷酸基團要結合在一起，是否需要能量來克服它們之間的排斥力？③高能磷酸鍵的存在與ATP的功能有關嗎？教師利用問題串引發學生思考，促進學生深入理解ATP，掌握“ATP是一種含有高能磷酸鍵的化合物”這一概念，并初步建立結構與功能相適應的觀念。

3.2 穩態與平衡觀的培養

ATP因具有高能磷酸鍵而使其極不穩定，在有關酶的作用下，ATP的高能磷酸鍵會斷裂，磷酸脫離并放出大量能量，形成ADP，即二磷酸腺苷。依據該生物學事實，教師提出問題：已知生物體內ATP含量很少，但細胞生理活動的正常進行卻需要很多ATP，生物體如何解決這一矛盾？學生思考交流后，能回答出：細胞內可以不斷合成ATP。教師追問：ATP是怎樣合成的？教師引導學生、思考分析：在有關酶的幫助下，ADP可以接受能量和一個磷酸結合，形成ATP。細胞雖然在不斷消耗ATP，但同時也在不斷地合成ATP，細胞中ATP和ADP可以時刻進行相互轉換并處于動態平衡。正是因為細胞中存在ATP與ADP之間相互轉化的動態平衡機制，才能保證機體正常運轉。學生通過對ATP與ADP之間相互轉化的動態平衡機制的理解，可以形成初步的穩態與平衡觀。

3.3 物質與能量觀的培養

在學習過程中，學生可能會產生疑問：ATP高能磷酸鍵斷裂所釋放的能量可用于細胞各項生命活動，但合成ATP所需要的能量又由什么提供？教師提供情景資料，引導學生分析：①病人在無法進食時，需要注射葡萄糖生理鹽水來補充能量;②植物在光照下能制造糖類合成ATP，而在無光時兩者均不能產生。這說明ATP的合成均需要有機物提供能量，而生物體中有機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之間相互轉化的動態平衡機制中，雖然只是ATP與ADP兩種物質之間的相互轉換，但能量的來源和去路不同，參與反應的酶也不同。學生通過比較，可認識“物質可循環，能量不可循環”的客觀規律，形成初步的物質與能量觀。

4結論與展望

筆者以“的能量供應與利用”一章為例，主要探討了教師如何在實際教學中結合生物學大概念讓學生形成生命觀念，對在高中生物教學中如何落實生命觀念的核心素養具有一定的實踐指導意義。然而，要想發展學生的生物學科核心素養，只注重生命觀念這一個方面是不行的，如何在生物教學中發展學生的科學思維、提高學生的科學探究能力和培養學生的社會責任還有待研究。教師也應該更加關心、思考怎樣能夠更全面地開展基于發展學生核心素養的教學實踐。