創(chuàng)設(shè)問題情境引領(lǐng)合作探究

高中生物新課標(biāo)提出，在教學(xué)中要“逐步培養(yǎng)學(xué)生搜集和處理科學(xué)信息的能力，獲取新知識(shí)的能力、批判性思維的能力、分析和解決問題的能力，以及交流與合作的能力”，也就是說，教師要將“教學(xué)生學(xué)會(huì)‘做科學(xué)比‘記科學(xué)更重要”這一理念貫徹到教學(xué)中?！靶〗M合作學(xué)習(xí)”和“探究性學(xué)習(xí)”是實(shí)現(xiàn)“做科學(xué)”的有效辦法。本文以人教版必修一第五章第3節(jié)《ATP的主要來源——細(xì)胞呼吸》第一課時(shí)“有氧呼吸”為例，介紹如何開發(fā)以教師為主導(dǎo)、學(xué)生為主體的合作與探究的高中生物課堂。

一、深入解析教材，形成新課改背景下的教學(xué)設(shè)計(jì)思路

生命活動(dòng)必需依賴細(xì)胞呼吸提供能量，細(xì)胞呼吸是生物每時(shí)每刻都在進(jìn)行的生命活動(dòng)。《ATP的主要來源——細(xì)胞呼吸》這一節(jié)內(nèi)容與前面所學(xué)的線粒體的結(jié)構(gòu)和功能、主動(dòng)運(yùn)輸、ATP、光合作用、植物對(duì)礦質(zhì)離子的吸收以及必修三中的人體血糖調(diào)節(jié)、神經(jīng)調(diào)節(jié)等內(nèi)容有著密切的聯(lián)系；同時(shí)，細(xì)胞呼吸的相關(guān)內(nèi)容也為學(xué)生今后學(xué)習(xí)其他生命活動(dòng)及規(guī)律、分析綜合性問題奠定基礎(chǔ)，因此它是本章的重點(diǎn)。

《ATP的主要來源——細(xì)胞呼吸》共分為2個(gè)理論課時(shí)和1個(gè)實(shí)驗(yàn)課時(shí)，其中第一課時(shí)“有氧呼吸”的教學(xué)重點(diǎn)是讓學(xué)生理解有氧呼吸的三大生化反應(yīng)階段和原理。教材對(duì)三個(gè)階段進(jìn)行了什么反應(yīng)做了說明，但沒有提供相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)，也沒有聯(lián)系學(xué)生已經(jīng)掌握的相關(guān)知識(shí)，如對(duì)第三階段反應(yīng)的表述是：“前兩個(gè)階段產(chǎn)生的[H]，經(jīng)過一系列的化學(xué)反應(yīng)，與氧結(jié)合形成水，同時(shí)釋放出大量的能量。這一階段需要氧的參與，是在線粒體內(nèi)膜上進(jìn)行的?！比艚處焹H以講授的方式直接給出“三大階段產(chǎn)生了什么、是在哪里進(jìn)行的”這樣的結(jié)論，讓學(xué)生被動(dòng)接受知識(shí)的話，由于沒有科學(xué)研究過程做背景，學(xué)生會(huì)產(chǎn)生許多新的疑問：為什么氫與氧要在內(nèi)膜上反應(yīng)生成水？內(nèi)膜提供了什么樣的結(jié)構(gòu)來完成這一功能？

為避免這樣的課堂狀態(tài)，達(dá)成新課標(biāo)下教學(xué)模式與學(xué)習(xí)方式的變革，筆者在教學(xué)設(shè)計(jì)上作了如下調(diào)整：

1.概念教學(xué)方面，對(duì)“呼吸”“呼吸作用”“細(xì)胞呼吸”三個(gè)概念進(jìn)行對(duì)比和剖析，讓學(xué)生理解細(xì)胞為呼吸作用提供場(chǎng)所和條件，并保障多步、有序、溫和的放能過程，使細(xì)胞能夠獲得相對(duì)穩(wěn)定的能量“通貨”ATP。

2.以研究資料來激發(fā)學(xué)生主動(dòng)求知的興趣，讓學(xué)生通過小組合作，分析和推斷出有氧呼吸在細(xì)胞的相應(yīng)部位分步進(jìn)行的結(jié)論。

3.整合化學(xué)的氧化還原知識(shí)、物理學(xué)的能量轉(zhuǎn)化知識(shí)和水力發(fā)電原理。

4.引入大學(xué)階段線粒體的電子傳遞鏈和ATP合成酶的內(nèi)容，雖提升了知識(shí)的難度，但通過聯(lián)系前面已學(xué)過的生物膜系統(tǒng)、物質(zhì)跨膜運(yùn)輸?shù)姆绞?、酶等知識(shí)，合理地搭建知識(shí)體系，化難為易，讓學(xué)生清晰、透徹地掌握細(xì)胞的能量代謝機(jī)理，使學(xué)生通過積極的思考來建構(gòu)新知，形成知識(shí)網(wǎng)絡(luò)。

二、精選教學(xué)資料，激發(fā)學(xué)生自主探究的興趣

科學(xué)探究始于問題。在課堂上教師要努力創(chuàng)設(shè)問題情境，引導(dǎo)學(xué)生由認(rèn)知世界、提出問題、檢驗(yàn)接受或拋棄假設(shè)而得出結(jié)論，由此又引出新的問題，循序漸近、步步深入地生成概念、建構(gòu)知識(shí)。在備課的過程中，為了引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)參與課堂上的探究過程，教師要根據(jù)教材內(nèi)容向?qū)W生展示問題，并給學(xué)生提供適合探究性學(xué)習(xí)的資料。這就要求教師根據(jù)教學(xué)所需，對(duì)搜集到的相關(guān)科研資料進(jìn)行仔細(xì)加工，讓學(xué)生理解資料中涉及的研究方法、原理和操作環(huán)節(jié)。

在備課時(shí)，筆者找到了如下有關(guān)細(xì)胞呼吸的實(shí)驗(yàn)資料：

在一定條件下，采用差速離心法可以將細(xì)胞勻漿中的各種細(xì)胞成分分離出來，并且能保持細(xì)胞器的結(jié)構(gòu)和酶的活性。

在適宜的條件下，把萌發(fā)3—4天的黃瓜子葉置于研缽中研磨，將研磨后的細(xì)胞勻漿差速離心后得到各種成分。現(xiàn)把細(xì)胞勻漿及分離得到的各種成分注入以下試管中，并使各試管懸液體積相等，各試管之間同一種成分的濃度相同，然后在一定條件下分別進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，研究細(xì)胞呼吸的過程是怎樣發(fā)生的。

實(shí)驗(yàn)：分別向6支試管中通入等量的氧氣和用3H（氚）標(biāo)記的等量的葡萄糖，一段時(shí)間后，檢測(cè)各試管內(nèi)變化情況。（見表1）

為了突出本節(jié)課的教學(xué)重點(diǎn)，筆者在印發(fā)給學(xué)生的課前閱讀資料中舍去了5號(hào)及6號(hào)兩組實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)僅圍繞有氧呼吸展開，重點(diǎn)分析細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)與線粒體在呼吸中的作用，將問題聚焦到研討“線粒體與有氧呼吸的關(guān)系”，避免因?yàn)橛懻摗叭~綠體、核糖體與呼吸作用不直接相關(guān)”而使課堂教學(xué)內(nèi)容過于分散。

為了讓學(xué)生對(duì)課前閱讀資料中的差速離心法有切身的體會(huì)，筆者選取了差速離心法運(yùn)用的相關(guān)視頻，通過恰當(dāng)剪裁并改變播放速度，突出了該技術(shù)原理的呈現(xiàn)。為了讓學(xué)生更好地理解視頻中的內(nèi)容，筆者在印發(fā)的資料中還提供了多媒體動(dòng)畫中的線粒體亞顯微結(jié)構(gòu)圖。

三、整合知識(shí)，以跨學(xué)科思維引導(dǎo)探究

（一）構(gòu)建概念教學(xué)和探究的問題鏈

學(xué)生在初中階段已學(xué)習(xí)過細(xì)胞呼吸的簡單知識(shí)，對(duì)個(gè)體水平的“呼吸”概念有一定的了解，如人的氣體交換和種子在萌發(fā)時(shí)會(huì)通過呼吸產(chǎn)熱。怎樣使學(xué)生由已經(jīng)習(xí)得的“呼吸”（氣體交換和產(chǎn)熱）建構(gòu)“細(xì)胞呼吸”（有機(jī)物在細(xì)胞中多步、有序、溫和分解和放能）的新知？這就需要教師搭建合理的臺(tái)階，通過一系列層層遞進(jìn)的問題鏈（見表2），引發(fā)學(xué)生思考，通過“師生雙主體”的合作探究，構(gòu)建新知。

（二）注重學(xué)科內(nèi)和跨學(xué)科知識(shí)整合

1.學(xué)科內(nèi)知識(shí)整合。筆者在教學(xué)中合理聯(lián)系前面所學(xué)的主干知識(shí)，適當(dāng)拓展線粒體內(nèi)膜結(jié)構(gòu)的知識(shí)，如細(xì)胞的生物膜系統(tǒng)使細(xì)胞中的反應(yīng)局限化、膜上的酶及蛋白質(zhì)有序排列使反應(yīng)有序進(jìn)行、物質(zhì)跨膜運(yùn)輸方式等，加深學(xué)生對(duì)細(xì)胞呼吸過程的理解。

2.跨學(xué)科知識(shí)整合。為解決有氧呼吸中的能量轉(zhuǎn)化問題，訓(xùn)練學(xué)生的思維能力，筆者引導(dǎo)學(xué)生以整合的觀點(diǎn)理解“能量代謝”的機(jī)制問題。

（1）聯(lián)系化學(xué)知識(shí)。通過對(duì)比葡萄糖在體外與體內(nèi)（細(xì)胞內(nèi)）氧化分解放能總量相同但能的形式有區(qū)別（見表3），引發(fā)學(xué)生探究有氧呼吸發(fā)生過程的好奇心。endprint

表3 葡萄糖在體外燃燒與體內(nèi)分解對(duì)比

（2）聯(lián)系物理學(xué)知識(shí)。將線粒體中有氧呼吸的第三階段能量轉(zhuǎn)化與物理學(xué)中的水力發(fā)電工作原理進(jìn)行對(duì)比，使學(xué)生觸類旁通，讓其思維能夠在不同的學(xué)科間遷移運(yùn)用。線粒體的內(nèi)膜如同攔河壩，當(dāng)膜間腔中的高濃度的氫質(zhì)子順著濃度梯度通過ATP合成酶時(shí)，氫質(zhì)子的勢(shì)能推動(dòng)ATP合成酶運(yùn)轉(zhuǎn)，將能量轉(zhuǎn)化成ATP中的化學(xué)能，這就如同高處的水流推動(dòng)了水輪發(fā)電機(jī)產(chǎn)生了電能（見表4）。

（三）引發(fā)認(rèn)知沖突和解決生成性問題

1.引發(fā)認(rèn)知沖突。認(rèn)知沖突是指在認(rèn)知過程中出現(xiàn)的“困難”“障礙”和“不協(xié)調(diào)”因素，它是學(xué)生學(xué)習(xí)新知和試圖解決問題的動(dòng)機(jī)和誘因。在教學(xué)過程中設(shè)置認(rèn)知沖突，能調(diào)節(jié)課堂節(jié)奏，活躍課堂氣氛，引起學(xué)生的注意和思考。

在教學(xué)“有氧呼吸的第二階段中有水的參與”這一問題時(shí)，筆者采取了創(chuàng)設(shè)認(rèn)知沖突的方法。通過板書，師生共同完成反應(yīng)過程的條件、場(chǎng)所、產(chǎn)物的概念關(guān)系圖，并用下面的案例引導(dǎo)學(xué)生思考、探究：1分子葡萄糖分解成2分子丙酮酸，在線粒體內(nèi)部進(jìn)行丙酮酸脫氫時(shí)產(chǎn)生了6分子二氧化碳。通過前面的學(xué)習(xí)我們知道，1分子葡萄糖中只有6個(gè)氧原子，而產(chǎn)生的6分子二氧化碳中卻有12個(gè)氧原子，氧原子的數(shù)量增加了！此時(shí)，如果有學(xué)生率先注意到這一點(diǎn)，便會(huì)自發(fā)提出這個(gè)問題——“單靠葡萄糖提供的氧并不足以生成二氧化碳”。如果沒有學(xué)生提出這個(gè)問題，教師可將此問題直接拋給學(xué)生。然后給學(xué)生足夠的時(shí)間思考，不要急于給出答案。學(xué)生會(huì)很自然地想到有氧氣參與，這時(shí)教師再予以否定并強(qiáng)調(diào)氧氣只在第三階段中參與，然后才提出第二階段中有水參與，是水中的氧參與了二氧化碳的合成。認(rèn)知沖突可強(qiáng)化學(xué)生的互動(dòng)探究，利于學(xué)生對(duì)各階段的反應(yīng)物和生成物有更深入的理解。

2.解決生成性問題。教師在課堂上不僅要通過預(yù)設(shè)的問題來引導(dǎo)學(xué)生參與討論、積極互動(dòng)，而且要善于引導(dǎo)學(xué)生解決生成性問題。在這節(jié)課上，某學(xué)生不僅將水力發(fā)電原理與有氧呼吸進(jìn)行類比，還聯(lián)想到了光合作用中的能量轉(zhuǎn)化問題。對(duì)待這樣思維活躍的學(xué)生，教師的執(zhí)教策略如下：一是表揚(yáng)，引起其他學(xué)生的關(guān)注，二是把問題的方向引回本課的教學(xué)主題，通過反問、追問來引發(fā)全體學(xué)生的關(guān)注和深入思考，使學(xué)生真正做到將知識(shí)融會(huì)貫通。

本課教學(xué)在設(shè)計(jì)上緊緊圍繞課標(biāo)中“面向全體學(xué)生、倡導(dǎo)探究學(xué)習(xí)”的理念，在教學(xué)中采取了小組合作學(xué)習(xí)的方式。為適應(yīng)本節(jié)課的探究需要，筆者在教學(xué)中遵循“組內(nèi)異質(zhì)，組間同質(zhì)”的原則，事先按照學(xué)生思維活躍的程度、表達(dá)能力的強(qiáng)弱等特點(diǎn)進(jìn)行了互補(bǔ)式分組，并對(duì)教室的整體布局進(jìn)行了調(diào)整（見圖1），建立了小組內(nèi)成員交流、小組間交流、教師與全體學(xué)生交流、教師與個(gè)別學(xué)生交流的多元通路，讓學(xué)生在積極合作的氛圍中真正成為學(xué)習(xí)的主人。

教師的引領(lǐng)，為學(xué)生提供了生動(dòng)的問題情境，不僅使教材內(nèi)容的教學(xué)豐滿充實(shí)，而且引入大學(xué)階段的線粒體的電子傳遞鏈和ATP合成酶的內(nèi)容，雖然提升了難度，但學(xué)生在合作學(xué)習(xí)的氛圍下“跳一跳，夠得到”，可以清晰、透徹地掌握細(xì)胞的能量代謝機(jī)理，也使課堂容量得到了適當(dāng)?shù)难由旌屯卣?。?dāng)然，在教學(xué)實(shí)施中也有遺憾之處，比如最后的與水力發(fā)電原理類比環(huán)節(jié)，由于時(shí)間有限，學(xué)生的討論并不充分，解決的辦法是下次課回顧：筆者在第二節(jié)課讓學(xué)生回顧反思，起到了同樣的效果。

教師正確地發(fā)揮引領(lǐng)作用可以讓學(xué)生在學(xué)習(xí)方式上實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)變：“探究學(xué)習(xí)”不僅讓學(xué)生學(xué)會(huì)“看科學(xué)、聽科學(xué)、記科學(xué)”，還學(xué)會(huì)“做科學(xué)”；“合作學(xué)習(xí)”則實(shí)現(xiàn)了從“你不愿學(xué)習(xí)，我強(qiáng)迫你學(xué)習(xí)”到“你不愿學(xué)習(xí)，我吸引你學(xué)習(xí)”的轉(zhuǎn)變。

[作者簡介]張慧，中學(xué)高級(jí)教師，北京市西城區(qū)骨干教師、兼職教研員，人民教育出版社特聘新課程培訓(xùn)專家。教學(xué)以“培養(yǎng)科學(xué)研究素養(yǎng)，傳遞健康生活理念”為宗旨，滲透“科學(xué)—技術(shù)—人文”思想，實(shí)踐探索項(xiàng)目式學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)班、研究性學(xué)習(xí)、自主研修課程、競賽課、校本課程等多元特色課程。多次赴內(nèi)蒙古、新疆、山西、河北、廣西、云南等地參與新課程教師輔導(dǎo)工作；多次榮獲國家、北京市、北京西城區(qū)教育教學(xué)獎(jiǎng)。

（責(zé)編 周翠如）endprint