基于培養(yǎng)生命觀念的高中生物教學(xué)*

許高云

（安徽省合肥市肥東縣瑤崗路肥東一中新校區(qū) 安徽合肥 230000）

引言

高中生物學(xué)科核心素養(yǎng)主要包括生命觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究和社會責(zé)任四個維度，其中生命觀念是標(biāo)志和關(guān)鍵，位居生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的首位。生命觀念又進(jìn)一步劃分為結(jié)構(gòu)與功能觀、進(jìn)化與適應(yīng)觀、穩(wěn)態(tài)與平衡觀、物質(zhì)與能量觀等[1]。關(guān)于生命觀念的培養(yǎng)，教師要充分挖掘教材中蘊(yùn)含的生命觀念支撐點(diǎn)，并設(shè)計恰當(dāng)?shù)膶W(xué)生活動，啟發(fā)學(xué)生對生命本質(zhì)進(jìn)行思考、探究，進(jìn)而形成基本的生物學(xué)概念，并嘗試運(yùn)用生物學(xué)基本概念解決實(shí)際問題[2]。本文結(jié)合筆者的教學(xué)實(shí)踐，探討在“細(xì)胞的能量‘貨幣’ATP”這一節(jié)的內(nèi)容中，如何培養(yǎng)學(xué)生的生命觀念。

一、“細(xì)胞的能量‘貨幣’ATP”教材分析

1.教材地位

“細(xì)胞的能量‘貨幣’ATP”是人教版（2019版）高中生物學(xué)必修1模塊《分子與細(xì)胞》第5章第2節(jié)的內(nèi)容。《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》在“分子與細(xì)胞”模塊的概念2中明確提出要求：“解釋ATP是驅(qū)動細(xì)胞生命活動的直接能源物質(zhì)”。因此，教材在組織教學(xué)內(nèi)容時，緊密圍繞一個重要概念——“ATP是細(xì)胞的能量貨幣”，設(shè)計了包括該“能量貨幣”的分子組成、ATP的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、ATP與ADP兩者之間的聯(lián)系與轉(zhuǎn)換方式，還有ATP的利用。在生物體中，ATP的含量很少，但含量穩(wěn)定，合成ATP的能量來源有細(xì)胞呼吸和光合作用，這個將在第3節(jié)和第4節(jié)中重點(diǎn)闡述，所以本節(jié)課是針對“ATP”這一教學(xué)重點(diǎn)的初步闡述，并為之后的內(nèi)容進(jìn)行鋪墊。

2.新教材中“ATP”的變化

對比人教版原教材，2019版新教材中，在第一段闡明螢火蟲發(fā)光需要的能量的基礎(chǔ)上，認(rèn)識到生命活動依靠ATP直接提供能量，然后單獨(dú)一行總述ATP的功能：ATP是細(xì)胞活動的能源供給，是細(xì)胞進(jìn)行一切生命活動的直接能量來源。再依次介紹ATP的組成與結(jié)構(gòu)特點(diǎn)（本質(zhì)），ATP與ADP之間的轉(zhuǎn)換方式和ATP的應(yīng)用途徑。將原教材中的“結(jié)構(gòu)—功能”變化為“功能—結(jié)構(gòu)—功能”，考慮到了我們對一個事物的認(rèn)知規(guī)律，也能由這個結(jié)論引發(fā)學(xué)生強(qiáng)烈的求知欲望。

3.學(xué)情分析

通過對基礎(chǔ)概念的認(rèn)知和分析，他們知道細(xì)胞要想進(jìn)行生命活動，就需要完成能量供給。例如，進(jìn)行物質(zhì)合成、主動運(yùn)輸?shù)龋宜麄円惨呀?jīng)知道了糖類是主要的能源物質(zhì)，脂肪是良好的儲能物質(zhì)，所以就有了一個新的認(rèn)知需求，即糖類或脂肪是否給這些細(xì)胞的生命活動直接提供能量。

4.教學(xué)目標(biāo)

根據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)要求，培養(yǎng)學(xué)生生物學(xué)科核心素養(yǎng)，制訂了本節(jié)內(nèi)容的教學(xué)重點(diǎn)：

（1）通過學(xué)習(xí)ATP的分子組成、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、應(yīng)用功能，認(rèn)為不同物質(zhì)的結(jié)構(gòu)具有不同的功能，結(jié)構(gòu)與其功能相匹配的觀點(diǎn)；通過學(xué)習(xí)ATP和ADP之間轉(zhuǎn)換的機(jī)制，初步形成穩(wěn)態(tài)與平衡觀；運(yùn)用物質(zhì)和能量觀來解釋ATP的合成與分解過程中一定存在能量的利用或流失。

（2）利用建立模型建構(gòu)掌握ATP的組成部分以及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)；分析ATP與ADP相互轉(zhuǎn)化的機(jī)制，歸納ATP與ADP相互轉(zhuǎn)化過程中能量的來源與去向，幫助呼吸作用和光合作用的教學(xué)順利開展。

5.教學(xué)重難點(diǎn)

（1）教學(xué)重點(diǎn)：ATP的化學(xué)組成特點(diǎn)及其在細(xì)胞代謝中的作用。

（2）教學(xué)難點(diǎn)：學(xué)習(xí)ATP與ADP之間轉(zhuǎn)換的機(jī)制，嘗試闡述ATP為什么是供給細(xì)胞進(jìn)行生命活動的必要能源與直接能源物質(zhì)。

二、生命觀念的概念

“生命觀念”是解釋在日常生活中存在的生命活動、關(guān)系和特性的抽象概念，是經(jīng)過實(shí)質(zhì)認(rèn)證后形成的觀點(diǎn)，可以幫助人們了解或闡述自然界中存在的生命活動跡象，同時也可以很好地理解或解釋生物學(xué)科核心素養(yǎng)相關(guān)現(xiàn)象和事件的意識觀念或思想方法。生命觀念與生物學(xué)科中側(cè)重的內(nèi)容有一定偏差，它有上位性和跨概念性，是其余知識點(diǎn)的總體概括和框架構(gòu)成要素。想要形成生命觀念，就要先理解生物學(xué)科相關(guān)知識點(diǎn)，利用生命觀念去解答生活中遇到的問題，去探究生命的活動規(guī)律[2]。

三、教學(xué)中生命觀念培養(yǎng)的意義

高中生物教學(xué)具有生命性，這也是最為重要的學(xué)科特點(diǎn)，為培養(yǎng)“生命觀念”提供了機(jī)會，教育改革要求打破以往只關(guān)注學(xué)科知識和能力，忽視核心素養(yǎng)的教學(xué)模式。高中生物教學(xué)的改革也不例外，需要深入認(rèn)識生物學(xué)科核心素養(yǎng)，將其融入生物課堂之中，提高學(xué)生綜合素養(yǎng)，高中生物課程具有開展“生命教育”的優(yōu)越性，這個核心素養(yǎng)也最能體現(xiàn)學(xué)科性。學(xué)生面臨著高考的壓力，學(xué)習(xí)中遇到挫折之后容易產(chǎn)生消極情緒，如果不能得到有效的引導(dǎo)，就可能導(dǎo)致出現(xiàn)輕生念頭，主要在于沒有認(rèn)識到生命的價值以及生命的難能可貴，所以高中生物教學(xué)的一個主要任務(wù)就是培養(yǎng)學(xué)生對生命的敬畏之心，學(xué)習(xí)生命現(xiàn)象，理解和掌握生命發(fā)展的規(guī)律、生命的本質(zhì)。養(yǎng)成正確的生命價值觀念，要尊重生命，進(jìn)而具備適應(yīng)社會的發(fā)展能力和必備品格，最終達(dá)到素質(zhì)教育的要求。

四、教學(xué)中培養(yǎng)“生命觀念”的有效策略

1.開展實(shí)驗式教學(xué)

如果僅僅依賴教材上的知識，依靠死記硬背，那么高中生物的學(xué)習(xí)將困難重重。大自然存在多種多樣的生物體，學(xué)生可以親近觀察，用親身經(jīng)驗來驗證理論知識。實(shí)踐對于學(xué)習(xí)高中生物、理解生物學(xué)科核心素養(yǎng)有著重要作用，所以，教師可在教學(xué)過程中開展實(shí)驗教學(xué)，選取具有實(shí)驗價值的內(nèi)容組織學(xué)生進(jìn)行練習(xí)，在完成實(shí)驗的過程中，通過親身實(shí)踐、自己動手形成思維網(wǎng)絡(luò)體系，深入理解知識內(nèi)容，更進(jìn)一步真切地認(rèn)識到“生命觀”。

2.加強(qiáng)探究式教學(xué)

探究式教學(xué)可以讓學(xué)生先獨(dú)立自主探究，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行小組合作探究。這種學(xué)習(xí)方式不但有助于培養(yǎng)獨(dú)立自主的學(xué)習(xí)能力，更好地自我發(fā)展，同時也能幫助學(xué)生更好地解決學(xué)習(xí)生物學(xué)時遇到的問題，使其主動探究生物學(xué)問題并進(jìn)行探索，找到適宜的解決方案，達(dá)到培養(yǎng)獨(dú)立思考習(xí)慣的目的。開創(chuàng)合作教學(xué)方法是完善探究式教學(xué)的重要途徑之一，加強(qiáng)師生交流、學(xué)生之間的交流，有助于學(xué)生與學(xué)生、師生之間分享個人觀點(diǎn)與看法，同時也可也有助于學(xué)生找到更合適自身、更好的學(xué)習(xí)方法，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，推動高中生物課堂的有序進(jìn)行。探究式教學(xué)將“生命觀念”這一動態(tài)發(fā)展性的生物學(xué)科核心素養(yǎng)作為高中生物課堂教學(xué)中的重點(diǎn)內(nèi)容。

3.基于真實(shí)情景教學(xué)

教師利用情景教學(xué)法開展高中生物教學(xué)有利于培養(yǎng)核心素養(yǎng)，可選擇與生活貼近的素材入手，使學(xué)生樂于接受。基于真實(shí)情景的教學(xué)，以日常生活中熟知的事物或環(huán)境設(shè)計教學(xué)內(nèi)容，一方面能開拓學(xué)生的眼見，激發(fā)他們的學(xué)習(xí)興趣，引導(dǎo)學(xué)生形成正確的價值觀，另一方面有利于理解課本中抽象的概念，找到適合自己的學(xué)習(xí)高中生物學(xué)的方法，提高對生物學(xué)科的學(xué)習(xí)積極性，最終達(dá)到促進(jìn)“生命觀念”核心素養(yǎng)形成的目的。教師在生物教學(xué)中設(shè)計一些恰當(dāng)?shù)恼鎸?shí)情景，既能帶動課堂氛圍，提供優(yōu)質(zhì)學(xué)習(xí)環(huán)境，也可以提升教師自身的知識水平，共同進(jìn)步。

五、教學(xué)中對“生命觀念”的培養(yǎng)

生命觀念的含義是：對觀察到的生命現(xiàn)象及相互關(guān)系或特性進(jìn)行解釋后的抽象，是經(jīng)過大量文獻(xiàn)研究或?qū)嶒烌炞C證明，同時也可以很好地理解或解釋生物學(xué)科核心素養(yǎng)相關(guān)現(xiàn)象和事件的意識觀念或思想方法。新課標(biāo)指出，高中生物學(xué)中生命觀念主要有“結(jié)構(gòu)與功能觀、物質(zhì)與能量觀、穩(wěn)態(tài)與平衡觀、進(jìn)化與適應(yīng)觀”。從中可以看出，生命觀念的形成是以對客觀生命現(xiàn)象的準(zhǔn)確描述為基礎(chǔ)的，進(jìn)而由大量生命現(xiàn)象的具體描述去探究一般性的理論和規(guī)律，在這里實(shí)事求是地描述所觀察到的生命現(xiàn)象是發(fā)現(xiàn)一般生命規(guī)律的前提之一。

1.結(jié)構(gòu)與功能觀的培養(yǎng)

在“ATP的結(jié)構(gòu)和利用”知識點(diǎn)的教學(xué)中，能很好地培養(yǎng)學(xué)生的結(jié)構(gòu)與功能觀。教師創(chuàng)設(shè)情境導(dǎo)入新課。分析螢火蟲發(fā)光的經(jīng)典實(shí)驗，得出結(jié)論：ATP是供給細(xì)胞生命活動的能源。ATP為什么能直接為肌肉收縮提供能量？引出結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的觀點(diǎn)。自然過渡到ATP的組成和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)內(nèi)容的學(xué)習(xí)。

讓學(xué)生閱讀教材，了解ATP的組成，為了加深學(xué)生對ATP分子結(jié)構(gòu)的理解，設(shè)計了模型建構(gòu)活動：課堂上提供相關(guān)模型，讓學(xué)生先搭建一個腺嘌呤核糖核苷酸，在將AMP逐漸轉(zhuǎn)變成ATP，學(xué)生很容易明白AMP是合成RNA的原料之一。為了讓學(xué)生理解ATP的結(jié)構(gòu)為什么適于直接供能，教師可聯(lián)系物理知識，展示用乒乓球和彈簧自制的ATP模型，解釋特殊化學(xué)鍵：ATP中的磷酸基團(tuán)帶有負(fù)電荷，同種電荷之間相互排斥，因此將3個都帶負(fù)電荷的磷酸基團(tuán)連在一起，就像壓縮一個彈簧，是需要消耗能量的，但如果松手，就會釋放能量。這里與壓縮了的彈簧進(jìn)行類比，讓學(xué)生明白ATP分子內(nèi)部會儲存能量，使學(xué)生很容易認(rèn)識到ATP是一種高能磷酸化合物，但ATP中遠(yuǎn)離A的特殊化學(xué)鍵容易斷裂，也容易形成，結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，ATP適于直接供能。這里初步形成生命觀念——物質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)。

然后結(jié)合課本圖解，引導(dǎo)學(xué)生分析回答ATP水解后可用于哪些生命活動？結(jié)合課本圖5-7ATP為主動運(yùn)輸供能示意圖，并展示Flash動畫，講解ATP的作用機(jī)理。在酶的作用下，ATP水解，末端的酸基團(tuán)脫離下來，它是挾能量與其他分子（如蛋白質(zhì)等）結(jié)合，使后者發(fā)生空間結(jié)構(gòu)上的變化。總結(jié)出ATP的作用機(jī)理——蛋白質(zhì)等分子的磷酸化。通過大量實(shí)例，讓學(xué)生形成ATP生物能量利用的統(tǒng)一性。

2.穩(wěn)態(tài)與平衡觀的培養(yǎng)

在“ATP和ADP之間的相互轉(zhuǎn)化”知識點(diǎn)的教學(xué)中，穩(wěn)態(tài)與平衡觀有很好的體現(xiàn)。生命活動時刻進(jìn)行，ATP就會不斷消耗，細(xì)胞內(nèi)的ATP有多少，它會被消耗完嗎？展示兩個資料。資料1：在成人的體內(nèi)，ATP的總量只有2-10mg，而在未運(yùn)動狀態(tài)下24h消耗ATP的量為40kg，在運(yùn)動情況下，消耗ATP的速率可達(dá)每分鐘0.5kg；在安靜狀態(tài)下，肌肉細(xì)胞釋放的能量僅能維持肌肉收縮2s左右。資料2：某生物科研團(tuán)隊在細(xì)胞培養(yǎng)液中添加了32P標(biāo)記了的磷酸鹽，在極短時間內(nèi)捕獲并分離得到細(xì)胞內(nèi)的ATP，結(jié)果ATP濃度變化不大，但部分ATP末端的磷酸基團(tuán)已被放射性標(biāo)記。根據(jù)資料1，給學(xué)生造成認(rèn)知上的沖突——生物體內(nèi)ATP含量很少，但需求量很大，從而引發(fā)他們進(jìn)一步探究的欲望。分析資料3，得出ATP和ADP之間可以相互轉(zhuǎn)化，從而解決生物體內(nèi)ATP含量很少，但需求量很大的矛盾。ATP與ADP之間的相互轉(zhuǎn)化是時刻不停地發(fā)生，而且是處于動態(tài)平衡之中的，并說明這種相互轉(zhuǎn)化機(jī)制，在生物界具有統(tǒng)一性，這種動態(tài)平衡對于維持細(xì)胞正常生命活動供給能量有著重要的作用。

3.物質(zhì)與能量觀的滲透

在講解ATP的結(jié)構(gòu)適于直接供能知識點(diǎn)的時候，將壓縮的彈簧與高能磷酸鍵進(jìn)行類比，把壓縮的彈簧松開就可以代表特殊化學(xué)鍵的斷裂，讓學(xué)生通過教具模擬親身體會ATP水解過程中能量的變化，說明ATP與ADP的相互轉(zhuǎn)化伴隨著能量儲存與釋放，初步形成物質(zhì)和能量觀。而在講解ATP與ADP相互轉(zhuǎn)化時，能量的來源與去路問題也要交代清楚，這里提供資料3：對于術(shù)后不能進(jìn)食的患者，通常注射葡萄糖液幫助患者恢復(fù)體能。在陽光充足的環(huán)境中，植物的葉綠體合成ATP并制造糖類；但沒有光照時，葉綠體無法合成ATP，更不會合成碳水化合物。得知ADP轉(zhuǎn)化成ATP的主要轉(zhuǎn)換條件，也為后面呼吸作用和光合作用的學(xué)習(xí)，做了很好的鋪墊。

ATP為什么被稱為細(xì)胞內(nèi)流通的能量“貨幣”？為了幫助學(xué)生進(jìn)一步樹立物質(zhì)與能量觀，在講解這個知識點(diǎn)的時候，舉例分析吸能反應(yīng)與ATP水解，以及放能反應(yīng)與ATP合成的關(guān)系。葡萄糖等有機(jī)物含的能量比較多而且穩(wěn)定，就像大額支票，而ATP的結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，易水解也易合成，能持續(xù)滿足生物體內(nèi)各項需能的生命活動，就像小額人民幣一樣，可在放能反應(yīng)和吸能反應(yīng)之間快速流通。此處利用概念圖，幫助學(xué)生形成物質(zhì)與能量觀，認(rèn)同物質(zhì)的合成與分解與能量的儲備與流失是同時存在的，即物質(zhì)是能量的載體，能量是物質(zhì)轉(zhuǎn)變的動力。

關(guān)于進(jìn)化與適應(yīng)觀，本節(jié)教材內(nèi)容中體現(xiàn)的不是很明顯，細(xì)胞內(nèi)絕大多數(shù)的生命活動需要依靠ATP作為能源的直接供給，ATP作為能量貨幣是生物界新陳代謝的特點(diǎn)之一，這體現(xiàn)了生物界的統(tǒng)一性，從而初步建立起進(jìn)化與適應(yīng)觀。

展望

生命觀念的培養(yǎng)是一個循序漸進(jìn)的過程。在教學(xué)實(shí)踐過程中，教師不能直接告知學(xué)生結(jié)果，必須讓學(xué)生自己去觀察、思考和探究，他們自己在理解和掌握知識的基礎(chǔ)上自己嘗試概括總結(jié)，從而逐步形成生命觀念。生命觀念的培養(yǎng)是一個長期的過程，教師要以教材內(nèi)容為依托，不斷發(fā)現(xiàn)問題并努力改進(jìn)，以期尋找培育學(xué)生生命觀念的有效途徑或策略，再服務(wù)于教學(xué)實(shí)踐，使學(xué)生在日常學(xué)習(xí)過程中形成生命觀念。