新教材理念下基于鄉(xiāng)土資源的“無(wú)氧呼吸”教學(xué)設(shè)計(jì)

陸海英

（上海市奉賢區(qū)教育學(xué)院 上海 201499）

非統(tǒng)編教材滬科版高中《生物學(xué)》以發(fā)展學(xué)生生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)為目標(biāo)，以生物學(xué)大概念為載體，注重學(xué)科概念在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用。新教材在板塊設(shè)計(jì)上，有“小金魚(yú)”欄目，激發(fā)學(xué)生探究活動(dòng)；有“廣角鏡”拓展學(xué)生視野；有“生物學(xué)與社會(huì)”引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注社會(huì)和生活；有“探究活動(dòng)”培養(yǎng)學(xué)生探究和創(chuàng)新能力。在必修1第四章“細(xì)胞代謝”第三節(jié)“細(xì)胞通過(guò)分解有機(jī)分子獲取能量”中，“小金魚(yú)”欄目設(shè)計(jì)了“探究不同供氧環(huán)境下酵母菌的呼吸方式”，引導(dǎo)學(xué)生去探究有氧呼吸和無(wú)氧呼吸。

本課時(shí)內(nèi)容包括探究不同供氧環(huán)境下酵母菌的呼吸方式、無(wú)氧呼吸過(guò)程和無(wú)氧呼吸在生活中應(yīng)用等。上海市奉賢區(qū)有神仙酒廠(chǎng)。而此課時(shí)內(nèi)容與實(shí)際生活聯(lián)系密切，教師充分利用區(qū)域鄉(xiāng)土資源，組織學(xué)生參觀神仙酒廠(chǎng)，使學(xué)生了解神仙酒廠(chǎng)釀酒的流程和操作，并以此情境貫穿本課時(shí)的教學(xué)。

1 教學(xué)目標(biāo)

①通過(guò)對(duì)“探究不同供氧環(huán)境下酵母菌的呼吸方式”實(shí)驗(yàn)的觀察、分析和討論，概述無(wú)氧呼吸過(guò)程中的物質(zhì)變化和能量轉(zhuǎn)化，形成物質(zhì)與能量觀、結(jié)構(gòu)與功能觀。

②通過(guò)無(wú)氧呼吸過(guò)程的建構(gòu)，基于實(shí)驗(yàn)結(jié)果，采用推理與演繹等適當(dāng)?shù)目茖W(xué)思維方法揭示無(wú)氧呼吸的過(guò)程與機(jī)制，并選用恰當(dāng)?shù)姆绞奖磉_(dá)、闡明其內(nèi)涵。

③通過(guò)奉賢區(qū)神仙酒廠(chǎng)的實(shí)地參觀，能夠提出清晰的、有價(jià)值的、可探究的生命科學(xué)問(wèn)題，并能查閱資料，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案。

④舉例說(shuō)出生活中細(xì)胞無(wú)氧呼吸實(shí)例，并能利用細(xì)胞無(wú)氧呼吸原理解釋和解決生活中的相關(guān)問(wèn)題。

2 教學(xué)過(guò)程

2.1 實(shí)地參觀，自主質(zhì)疑

教師利用學(xué)工學(xué)農(nóng)等機(jī)會(huì)，帶領(lǐng)學(xué)生實(shí)地參觀奉賢區(qū)的神仙酒廠(chǎng)。參觀前，學(xué)生要準(zhǔn)備學(xué)習(xí)單，用以在參觀中記錄神仙酒釀制過(guò)程中不理解的問(wèn)題。參觀后，學(xué)生提出了很多問(wèn)題：①為什么用酵母菌釀酒，原理是什么？②釀酒時(shí)為什么要蒸糧呢？③攤糧時(shí)原料內(nèi)拌酒曲為什么事先要測(cè)量溫度?④過(guò)30 min后原料入池，為什么要蓋上幾層塑料薄膜及厚厚的泥土？然后，查閱資料，思考這些問(wèn)題。

課上，教師引導(dǎo)學(xué)生將圍繞這些問(wèn)題進(jìn)行探究和學(xué)習(xí)，從而培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力和自主質(zhì)疑的能力，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究和科學(xué)思維能力。

2.2 實(shí)驗(yàn)探究，解決問(wèn)題

針對(duì)學(xué)生的疑問(wèn)，教師準(zhǔn)備了酵母菌液、乳酸桿菌液、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的葡萄糖溶液、石蠟油、CO2傳感器、酒精檢測(cè)儀等。首先，以“為什么用酵母菌釀酒，原理是什么？”問(wèn)題為例，引導(dǎo)學(xué)生探究酵母菌/乳酸桿菌的呼吸方式和產(chǎn)物（表1）。

表1 酵母菌/乳酸桿菌不同氧氣情況下反應(yīng)產(chǎn)物探究

接著，再針對(duì)學(xué)生質(zhì)疑的其他問(wèn)題，教師引導(dǎo)學(xué)生分組設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，完成實(shí)驗(yàn)探究。例如，針對(duì)釀酒廠(chǎng)在釀酒時(shí)蒸糧的原因，教師引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)收集瓶E，混合加入酵母液和乳酸桿菌液，其余設(shè)計(jì)與表1中的B瓶相同，最終檢測(cè)酒精的含量。針對(duì)攤糧時(shí)原料內(nèi)拌酒曲事先要測(cè)量溫度的原因，學(xué)生增加收集瓶F，加入試劑與表1中B瓶相似，在0℃冰浴，用CO2傳感器檢測(cè)和酒精檢測(cè)儀檢測(cè)。針對(duì)“過(guò)30 min后原料入池，為什么要蓋上幾層塑料薄膜及厚厚的泥土？”問(wèn)題，學(xué)生增加收集瓶G，在表1中B瓶基礎(chǔ)上進(jìn)行修改，先通過(guò)氣體后，再用石蠟油進(jìn)行密封；最終比較兩個(gè)瓶中酒精的產(chǎn)生量。學(xué)生通過(guò)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)的操作，改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)、實(shí)施和數(shù)據(jù)記錄，利用實(shí)驗(yàn)解決實(shí)際問(wèn)題，培養(yǎng)了科學(xué)探究和科學(xué)思維能力。

2.3 反思過(guò)程，建構(gòu)概念

在多個(gè)探究實(shí)驗(yàn)過(guò)程結(jié)束后，教師要引導(dǎo)學(xué)生交流實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并促進(jìn)學(xué)生嘗試對(duì)自主質(zhì)疑的問(wèn)題進(jìn)行解答。在表1的A瓶中，學(xué)生會(huì)發(fā)現(xiàn)，酵母菌在無(wú)氧的情況下可以產(chǎn)生CO2和酒精，在有氧的情況下能產(chǎn)生CO2和水，乳酸桿菌是否有氧條件下均不能產(chǎn)生酒精。學(xué)生從而可以建構(gòu)“不是所有微生物都能用于釀酒”，即使能夠釀酒也需要保持無(wú)氧狀態(tài)。在表1的B瓶中，學(xué)生發(fā)現(xiàn)，當(dāng)有乳酸桿菌混入時(shí)，酒精含量明顯下降，且有不同的產(chǎn)物出現(xiàn)，大大影響了酒的質(zhì)量。在表1的C瓶中，學(xué)生發(fā)現(xiàn)，0℃時(shí)，產(chǎn)生的CO2和酒精量很少，因此猜測(cè)可能是低溫抑制了酶的活性。表1中D瓶的實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，先通入氣體，在進(jìn)行密封，產(chǎn)生的酒精量更多。通過(guò)4個(gè)探究實(shí)驗(yàn)，聯(lián)系教材內(nèi)容，學(xué)生建構(gòu)酵母菌無(wú)氧呼吸過(guò)程、條件和產(chǎn)物等，并反思在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的經(jīng)驗(yàn)和不足。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)探究基礎(chǔ)上，分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，反思實(shí)驗(yàn)過(guò)程，解答自主質(zhì)疑的問(wèn)題，建構(gòu)科學(xué)概念，有利于對(duì)科學(xué)概念的理解和遷移。

2.4 建構(gòu)結(jié)構(gòu)圖，遷移應(yīng)用

教師引導(dǎo)學(xué)生，將無(wú)氧呼吸過(guò)程納入到“酶”“ATP”“有氧呼吸”等認(rèn)知系統(tǒng)中，從而將無(wú)氧呼吸過(guò)程納入到原有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)（圖1）。并注重使學(xué)生學(xué)習(xí)遷移運(yùn)用，聯(lián)系學(xué)生的生活，促進(jìn)學(xué)生思考與解釋?zhuān)孩侔l(fā)酵除了在釀酒得到應(yīng)用外，你能舉出更多的有關(guān)發(fā)酵在生活中應(yīng)用的實(shí)例嗎？②劇烈運(yùn)動(dòng)后有什么感覺(jué)，為什么會(huì)有這樣的感覺(jué)？③一場(chǎng)洪水將植物根部淹沒(méi)；十多天以后，洪水才慢慢退去。請(qǐng)思考，洪水退去后，植物會(huì)出現(xiàn)什么后果？為什么？

圖1 概念結(jié)構(gòu)圖

教師將無(wú)氧呼吸概念納入學(xué)生原有認(rèn)知結(jié)構(gòu)，將生物學(xué)概念進(jìn)行結(jié)構(gòu)化處理，培養(yǎng)學(xué)生利用結(jié)構(gòu)化的概念解決生活中真實(shí)情境的問(wèn)題。

3 教學(xué)反思

本節(jié)課聚焦新教材無(wú)氧呼吸概念，充分利用鄉(xiāng)土資源——奉賢區(qū)神仙酒廠(chǎng)，通過(guò)學(xué)生對(duì)神仙酒廠(chǎng)的參觀，提出問(wèn)題，課堂教學(xué)圍繞學(xué)生的問(wèn)題進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究。由于解決的是學(xué)生提出的問(wèn)題，并利用實(shí)驗(yàn)探究的方法進(jìn)行，學(xué)生自主性被激發(fā)，表現(xiàn)出很高的熱情。在結(jié)構(gòu)化知識(shí)遷移應(yīng)用中，學(xué)生能夠在教師提供情境下，提出新的情境應(yīng)用。利用鄉(xiāng)土資源進(jìn)行課堂實(shí)踐是新教材試用的一個(gè)探索，希望為新教材真正實(shí)施提供參考。