基于深度學習理念的高中生物學教學設計
——以“細胞的能量通貨—ATP”為例

張雪華

（龍巖第一中學，福建 龍巖 364000）

《普通高中生物學課程標準（2017 年版）》明確提出“核心素養為宗旨”的課程基本理念，這要求教師借助一定的信息技術手段，設計探究學習活動，引導學生深度學習，培養學生的生物學學科核心素養。

一、概述深度學習和“兩次倒轉”教學機制

深度學習是指學生在教師引領下，圍繞具有挑戰性的學習主題，主動參與、體驗成功、獲得發展的、有意義的學習過程，其是培養學生核心素養的重要途徑。［1］選擇學習主題、確定學習目標、設計學習活動和開展持續性評價是深度學習的4 個重要的環節。［1］

“兩次倒轉”教學機制認為，學生的認識過程是將人類認識過程“倒過來”再“轉回去”的過程。［2］“倒過來”為第一次倒轉，解決“學生個體認識與歷史總認識相區別的特殊性”問題，即教學是直接從認識開始，有目的地指向人類已有認識成果的學習。“轉回去”為第二次倒轉，解決“當學生面臨與自己有著極大差距的人類認識成果時，如何能夠成為認識主體并最終將人類認識成果轉化為自身的力量”問題，即化解學生的困難，使學生真正成為教學的主體。［2］

根據深度學習的4 個重要環節及“兩次倒轉”教學機制，現以人教社2007 年版《高中生物·必修1·分子與細胞》第5 章第2 節“細胞的能量通貨—ATP”教學設計為例，探討深度學習教學設計策略。

二、例析高中生物學深度學習教學設計

（一）課堂學習主題設計

課堂學習主題應體現學科知識發展、學科思想與學科方法，能夠激發學生全身心地參與學習活動、促進學生學科核心素養發展的內容。［1］

《普通高中生物學課程標準（2017 年版）》（下文簡稱課程標準）對本節課教學的要求是：通過創設真實情境和設計實驗探究，促進學生達成對重要概念“ATP是驅動生命活動的直接能量物質”的理解。本節課的教學重點和難點是①ATP 化學組成和結構特點及其功能。②ATP 與ADP 的相互轉化。據此，筆者設計本節課堂學習主題為：分析ATP 的化學組成和結構特點，解釋ATP 是驅動生命活動的直接能量物質。通過對本主題的學習，讓學生在分析ATP 結構特點、建構ATP 與ADP 相互轉化模型的過程中，樹立結構與功能相適應、物質與能量相統一等生命觀念，提升歸納與概括、模型與建模、批判性思維與創造性思維等科學思維能力和科學探究能力。

（二）深度學習目標設計

深度學習目標是指完成某節課或某單元學習之后，學生應該獲得的學科核心素養的學習結果。［1］根據課程標準的內容要求，本節課深度學習目標為：①觀看古詩朗誦視頻，初步建立熱愛自然、珍愛生命的情感。②設計實驗方案，建立重要概念“ATP 是驅動生命活動的直接能量物質”。③通過閱讀教科書和問題討論分析，構建ATP 的結構特點模型及ATP 與ADP相互轉化的概念模型，解釋ATP 是細胞吸能反應和放能反應的紐帶，闡明“ATP 是驅動生命活動的直接能量物質”。④應用類比方法，分析ATP 與貨幣的關系，說明ATP 是細胞的能量“通貨”，并能夠遷移運用，解決實際問題。

（三）深度學習活動設計

深度學習活動是指達成深度學習目標的活動過程。設計深度學習活動一般有3 個步驟，分別是設計具有挑戰性的學習任務；對學生學習過程中的表現和可能遇到的困難做出預設，并設計應對方案；對深度學習活動進行檢驗。［1］圍繞學習主題及學習目標，結合學習內容和學生的學習水平，本節課筆者設計了以下系列深度學習活動。

1.營造學習氛圍，導入新課學習

指導學生觀看唐代詩人杜牧的“秋夕”古詩朗誦視頻，思考教科書第88 頁“問題探討”欄目問題：螢火蟲發光具有哪些生物學意義？螢火蟲體內有特殊的發光物質嗎？發光過程有能量的轉換嗎？讓學生聆聽美妙的詩句，欣賞點點流螢下浪漫的夜景，營造輕松、愉悅的課堂學習氛圍，以此激發學生的學習興趣，導入本課學習，潛移默化地促進學生形成熱愛自然、熱愛生命和尊重生命的社會責任意識。

2.創設問題情境，設計實驗方案

創設問題情境：①螢火蟲發光的能量從何而來？螢火蟲發光的能量是由葡萄糖直接提供的嗎？如何設計實驗進行探究呢？請討論分析實驗設計的思路并預期實驗結果。②為什么螢火蟲發光部位提取液加入ATP 就會發光呢？ATP 的結構有哪些特點呢？指導學生分組進行實驗設計，證明“螢火蟲發光所需物質是ATP,而不是葡萄糖”，幫助學生修正前科學概念“葡萄糖是細胞生命活動所需的主要能源物質”，建立重要概念“ATP 是驅動生命活動的直接能量物質”，提高觀察能力及設計實驗方案能力。

3.利用學習資源，開展建模活動

基于教科書提供的學習資源，創設問題情境，指導學生開展觀察、閱讀、討論分析及“ATP 的結構特點模型”“ATP 與ADP 相互轉化關系模型”建構活動，促進學生深度學習。

首先指導學生閱讀有關資料及教科書相關內容，了解人體在劇烈運動時，需要消耗大量的能量，這些能量基本上是由ATP 直接提供的，但是人體細胞內并沒有儲存大量的ATP。由此設問：ATP 的結構必須具備哪些特點才能解決人體在劇烈運動時需要消耗大量能量這個問題呢？組織學生討論、歸納總結：ATP的結構特點有利于含有大量的能量，所含有的能量容易被利用，且ATP 能夠很快被合成。

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指導學生觀察教科書第88 頁ATP 的分子結構式，思考與討論：ATP 的學名是什么？組成元素有哪些？與腺嘌呤核糖核苷酸有哪些相似之處？腺嘌呤核糖核苷酸的作用是什么？它含有很多能量嗎？磷酸基團帶什么電荷？請推測ATP 含有較高的能量的原因。進一步創設問題情境：①ATP 在什么情況下才能釋放能量？ATP 水解時是否兩個高能磷酸鍵皆水解？②ATP 合成需要哪些物質？能量主要來源有哪些途徑？為什么ATP 在細胞內能夠很快合成？ATP 合成的意義是什么？③為什么細胞內ATP 與ADP 相互轉化的能量供應機制普遍存在于生物界？要求學生圍繞上述問題，觀察教科書第72 頁“主動運輸示意圖”及第89 頁“ADP 轉化成ATP 時所需要能量的主要來源示意圖”，開展小組討論分析，建構ATP 與ADP 相互轉化模型。

讓學生在觀察、閱讀、討論分析及建模活動中，親歷ATP 分子結構與功能的科學發現過程；認識建模的方法及其意義；建立與理解“ATP 含有大量能量”“ATP是驅動生命活動的直接能量物質”“ATP 含有的能量很容易被利用”等重要概念，了解ATP 與ADP 相互轉化過程中能量的來源和用途；樹立“結構與功能相適應”“物質與能量相伴隨”“生物界具有統一性”等生命觀念；提高邏輯推理能力、識圖析圖能力及建模能力。

4.創設問題情境，促進重要概念的理解與遷移應用

組織學生閱讀第89 頁教科書部分內容，并觀察第90 頁“ATP 的利用舉例”圖示，思考與討論：生物體的哪些生命活動需要消耗ATP？舉例說明什么是吸能反應與放能反應？如果把糖類和脂肪比作大額支票，則ATP 可以相當于現金嗎？植物、動物、細菌和真菌的細胞內，都是以ATP 作為能量“通貨”的，這是否也說明生物界的統一性？這對你理解生命的起源和生物的進化有什么啟示？［3］

以生物界中ATP 的利用事例創設問題情境，驅動學生建立“吸能反應”“放能反應”概念；應用類比分析方法，深入理解重要概念“ATP 是驅動生命活動的直接能量物質”以及ATP 與ADP 相互轉化的關系，并遷移應用于解決新情境中問題，提高分析問題、解決問題的能力、批判性思維能力與創造性思維能力。

四、持續性評價設計

設計相應習題，利用希沃白板、答題器等信息技術手段進行持續性評價，及時了解學習目標達成情況、監測與調控學生的學習過程、反饋與指導改進教學，促進深度學習有效進行。［1］

例1.將圖示中不同物質中“A”所代表的含義用線連接起來。

③腺嘌呤核糖核苷酸 ④腺嘌呤

例2.某酶可以催化ATP 的一個磷酸基團轉移到DNA 末端上，同時產生ADP。若要用該酶把32P 標記到DNA 末端上，那么帶有32P 的磷酸基團應標在ATP（A－Pα～Pβ～Pγ）的位置是（ ）。

A.α B.β C.γ D.β 和γ

例3.槍烏賊的神經細胞能不斷吸收K+，使細胞內K+濃度遠遠大于細胞外。當用一種有毒物質使其神經細胞中毒時，該細胞就無法吸收K+。如果在該細胞中注入某種物質，其吸收K+的功能則恢復，直至該物質消耗完為止。請回答：槍烏賊的神經細胞吸收K+的方式以及注入的物質各是什么？

利用例1 檢測學生開展“ATP 的結構特點模型”建模活動效果，利用希沃白板的拖曳功能，可以了解學生對圖中物質與各物質中的“A”之間的內在聯系掌握程度，加強學生對核酸的組成單位、ATP 的組成物質及結構特點之間的內在聯系的理解。利用例2 檢測學生是否正確理解“ATP 與ADP 相互轉化關系”，并應用于解決新情境問題的能力。例3 有助于檢測學生對“ATP 是驅動生命活動的直接能量物質”重要概念是否正確理解與應用，培養學生獲取信息、分析問題、解決問題能力。學生利用答題器答題，可讓教師在課堂上及時了解學生知識掌握情況，有利于教師布置課后作業和設計下一節課的教學方案。

基于深度學習理念設計高中生物學學習主題、學習目標、學習活動及學習評價，引導學生通過觀察、思考、討論、建模與探究等學習活動，進行知識構建、問題解決和反思改進，深入理解與應用“ATP 是驅動生命活動的直接能量物質”這一重要概念。此外，視頻、PPT、希沃白板和答題器等信息技術手段的合理應用，能夠輔助學生深度學習，發展生物學學科核心素養。