基于生命觀念的情境教學設計

房秋景 李樂峰 耿雪俠 張海軍

摘 要：文章基于生命觀念“結構與功能觀”“物質與能量觀”兩方面，通過創設“ATP的探秘之旅”的大情境，對“細胞的能量‘貨幣ATP”這一節內容進行了教學設計，旨在揭開ATP的供能方式、ATP的結構特征、ATP與ADP的相互轉化以及ATP的來源與利用之謎，從而提升課堂趣味性，更好地體現生物學科的育人價值。

關鍵詞：ATP;情境教學;生命觀念

生命觀念是生物學科核心素養之首，凸顯了其在高中生物學課程中的地位及育人價值。同時生命觀念無疑也是生物學科核心素養中最能體現生物學科特點的一點。《普通高中生物課程標準（2017年版）》列出了幾個重要的生命觀念：“結構與功能觀”“進化與適應觀”“穩態與平衡觀”“物質與能量觀”。將生命觀念融入高中生物教學中，提升學生的生物學科核心素養，已成為當今中學生物教學發展的趨勢。

情境教學作為一種教學手段，創設與生產、生活密切相關的真實情境，開展教學活動，在中學生物教學中的應用越來越廣泛。教學情境中有一種情境為“大情境”，即在課堂上以某一問題或材料為主線而設計的情境。將這一情境貫穿課堂始終，學生能在這一情境中不斷深入討論、分析、體驗、感悟，從而構建概念、發展能力、培養情趣。筆者以人教版生物學必修一“細胞的能量‘貨幣ATP”為例，基于生命觀念“結構與功能觀”“物質與能量觀”兩方面進行了情境教學設計。

一、教材分析

“細胞的能量‘貨幣ATP”是人教版生物學必修一第五章第二節的內容。其與學生前面所學的糖類、脂肪等能源物質有一定的聯系，同時為第五章光合作用與呼吸作用的學習奠定了一定的理論基礎，起到了承上啟下的作用。因此，讓學生全面深刻地認識ATP至關重要。基于此，筆者嘗試通過生活中常見的生命現象導入新課，并創設一個大情境，采用“一鏡到底”的形式貫穿整節課堂，以問題為導向，激發學生興趣，同時融入生命觀念相關概念，帶領學生共同探索細胞的能量“貨幣”ATP的秘密，開啟探秘之旅。

二、教學目標

（1）依據自我知識儲備進行思考并做出假設，繼而觀看實驗視頻驗證假設，最終得出“ATP是細胞生命活動的直接供能物質”，以培養學生的科學思維與科學探究能力。

（2）掌握ATP的分子結構特點，初步具有一定的結構與功能觀。

（3）掌握ATP與ADP相互轉化的反應式以及轉化過程中的能量供應機制，初步具有一定的物質與能量觀。

（4）熟知ATP的利用實例，解釋有關生命現象，進而熱愛生命，珍惜生命。

三、 教學過程

（一）創設情境，導入新課

用視頻展示被譽為“我國最美螢火蟲觀看地”的南京紫金山螢火蟲路的奇妙景觀。教師以問題串形式提問：“黑夜中螢火蟲為什么會發光？發光有什么生物學意義呢？螢火蟲體內有特殊的發光物質嗎？什么為螢火蟲的發光提供了能量？”問題層層遞進，最終引出本節課的學習內容：細胞的能量“貨幣”ATP。

設計意圖：以螢火蟲發光為背景，從學生熟悉的自然界現象出發創設情境，從創設的情境中延伸出一系列問題，激發學生對“ATP”這一概念的學習興趣，從而帶領學生開啟對細胞能量“貨幣”ATP的探秘之旅，逐步揭開ATP的秘密。

（二）引導探究，層層遞進

本教學環節分為四個部分，基于生命觀念，在“ATP的探秘之旅”的大情境下設置一系列環環相扣的小情境，分別對ATP的供能方式、ATP的分子結構、ATP與ADP的相互轉化以及ATP的來源與利用之謎進行揭秘。

1.探尋ATP的供能方式之謎

在教師的引導下，學生列舉了到目前為止所了解的可能為螢火蟲的發光提供能量的物質，分別為糖類、脂肪以及ATP。教師提出問題：“哪種物質為螢火蟲尾部發光直接提供能量？”學生依據自己的知識儲備做出假設，觀看“探究促使螢火蟲尾部發光的直接能源物質”的實驗視頻驗證假設。實驗視頻內容為：取等量螢火蟲尾部發光器粉末與2mL蒸餾水分別放入4支試管中，可觀察到4支試管均出現熒光現象，15分鐘后熒光消失，再依次向4支試管中分別加入2mL葡萄糖溶液、脂肪溶液、ATP溶液、蒸餾水，這時觀察到只有加入ATP溶液的試管又重新發出了淡淡的熒光。

根據實驗視頻思考以下問題：①為什么第一次往4支試管中加入等量的螢火蟲尾部發光器粉末和蒸餾水后需靜置15分鐘？②實驗最終只有加入ATP溶液的試管才再次出現熒光現象，說明了什么？最終學生經過思考后回答：①消耗掉螢火蟲尾部發光器粉末自身攜帶的供能物質;②葡萄糖、脂肪、蒸餾水不能為螢火蟲發光直接提供能量，生命活動的直接能源物質是ATP。

設計意圖：以問題為導向，激發學生的學習興趣。引導學生提出假設，再通過觀看實驗視頻驗證假設，運用假說-演繹的科學法，培養學生的科學思維。同時使學生更加直觀地認識到ATP可以直接為細胞的生命活動提供能量，揭開了ATP供能方式之謎。

2.探尋ATP的結構之謎

揭開了ATP的供能方式之謎后，教師請學生思考：為何ATP可以直接為細胞的生命活動提供能量？ATP有哪些與功能相適應的結構特征？帶著這些疑問，教師帶領學生一同認識ATP的結構，將課前準備好的代表ATP各組成部分的卡片（包括磷酸基團卡片三張、高能磷酸鍵卡片兩張、磷酸鍵卡片一張、五碳糖卡片一張、腺嘌呤卡片一張）分發給各小組。學生進行小組合作，用卡片制作出ATP的分子結構物理模型，同時運用卡片思考說明ATP與腺嘌呤核糖核苷酸的不同之處，教師抽取小組上臺展示合作成果。

通過教師講解ATP的結構，學生了解到ATP具有一種特殊的化學鍵——高能磷酸鍵。這種化學鍵不穩定，遠離腺苷的高能磷酸鍵易水解斷裂，儲存于其中的大量能量得以釋放，同時末端磷酸基團脫落。這也是與ATP特殊功能相適應的結構特點所在。

設計意圖：從第一部分ATP直接為細胞生命活動提供能量的供能方式出發，基于生命觀念結構與功能相適應的角度，引發學生對ATP結構特點的思考。用小組合作構建物理模型的方法認識ATP的結構特征，提高了學生的合作學習以及科學探究能力，同時使學生更加直觀地學習ATP的結構特征及其與腺嘌呤核糖核苷酸的區別，揭開了ATP的結構之謎。

3.探尋ATP與ADP相互轉化之謎

在學生學習了ATP的結構特點與供能機制后，教師請學生思考：ATP水解后會形成什么？是否還可以重新組合形成ATP？教師帶領學生觀看以下兩則資料：①百米飛人博爾特的短跑視頻。視頻播放后顯示文字資料：人體運動離不開肌肉的收縮，肌肉收縮的直接能源物質為ATP，人體內ATP的含量只夠肌肉收縮3秒以內的能量供給。②一個人在劇烈運動的狀態下，每分鐘約有0.5kg的ATP分解釋放能量，供運動所需。一個成年人在安靜狀態下，24小時內竟有40kg的ATP被水解。從材料中可以看出，人體內ATP的含量非常少，機體對ATP的需求量卻非常大，那么細胞的能量供應機制是怎樣解決這一矛盾的呢？從而引出ATP與ADP之間的相互轉化的學習內容。教師用視頻展示ATP與ADP相互轉化的動畫，并總結公式：

在觀看完動畫演示后，每個小組的學生用之前分發的代表ATP各結構部分的卡片模擬ATP與ADP相互轉化的過程。

設計意圖：從學生熟悉的生活情境出發，設計疑問，激發學生的學習興趣。展示動畫的同時，引導學生進行小組合作，用模型模擬ATP與ADP的動態轉化過程，使學生對此過程的認識更加清晰，揭開了ATP與ADP相互轉化之謎。

4.探尋ATP的來源與利用之謎

在生態系統中，物質合成與分解總是伴隨著能量的吸收與釋放。ATP與ADP相互轉化過程同樣伴隨著能量的吸收與釋放。教師提出問題：“ATP的合成與水解伴隨著細胞中哪些放能反應與吸能反應？”教師舉例并展示情境圖片，圖片內容為放能反應：①陽光下綠色植物進行光合作用;②植物、動物、細菌、真菌進行呼吸作用。吸能反應：①在解數學題時，大腦思考需要消耗能量;②運動員運動時，肌肉收縮需要消耗能量;③部分生物，如螢火蟲的發光，電鰻的發電需要消耗能量;④鈣離子在細胞內的主動運輸需要消耗能量;⑤葡萄糖與果糖合成蔗糖需要消耗能量。展示情境圖片后，教師引導學生將圖片涉及的反應整理成表格。

在學生自主整理形成表格后，教師以鈣離子主動運輸為例，展示ATP為主動運輸供能的過程的動畫，使學生深入了解ATP水解過程伴隨蛋白質等分子磷酸化。教師提出問題：“ATP與ADP相互轉化是可逆反應嗎？”學生思考后反饋：“ATP與ADP相互轉化的反應物質是可逆的，而能量和酶是不可逆的。”

設計意圖：基于物質與能量觀引導學生對ATP與ADP相互轉化時的能量變化的思考，凸顯生命觀念。通過展示生活中常見情境的圖片對轉化時吸能反應與放能反應進行舉例，易于理解，條理清晰，揭開了ATP的來源與利用之謎。

四、教學反思

本文嘗試基于生命觀念“結構與功能觀”“物質與能量觀”兩個方面進行教學設計，旨在提升學生的生物學科核心素養。以“ATP的探秘之旅”為大情境進行教學，將課堂四部分進行串聯，使之層層遞進，增強了各知識點之間的聯系，時刻保持學生的求知興趣。同時在大情境下列舉一系列日常生活中的小情境，讓知識更加淺顯易懂，增強了課本知識與日常生活的聯系。為了達到較好的教學效果，教師在課前需要準備好相應的圖像資料與手工材料。

參考文獻：

[1]黃少旭.基于大概念發展學生生命觀念的策略——以“細胞是生物體結構與生命活動的基本單位”為例[J].中學生物教學，2018（19）：4-6.

[2]中華人民共和國教育部.普通高中生物學課程標準（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018.