例談生物學(xué)核心素養(yǎng)背景下的教學(xué)設(shè)計(jì)

張宏建

摘 要 將立足這四個(gè)方面的素養(yǎng)目標(biāo)，進(jìn)行“細(xì)胞中的能量通貨——ATP”的設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞 情境創(chuàng)設(shè) 實(shí)驗(yàn)探究 模型建構(gòu)

中圖分類號(hào) G633.91 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 B

1 教材分析

本節(jié)是人教版必修1第五章第三節(jié)，主要是介紹了ATP的分子組成、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、與ADP的相互轉(zhuǎn)化以及ATP在生命活動(dòng)中的作用。本節(jié)知識(shí)點(diǎn)相對(duì)較少，但是卻與多個(gè)學(xué)習(xí)模塊有千絲萬(wàn)縷的聯(lián)系，更可以與物質(zhì)運(yùn)輸、呼吸作用、光合作用等生理過程進(jìn)行高級(jí)思維的提升。這就需要學(xué)生能夠理解并能應(yīng)用本節(jié)課的知識(shí)。

從傳統(tǒng)教學(xué)來(lái)看，本節(jié)課的知識(shí)難度較低，都可以通過學(xué)生的自主學(xué)習(xí)來(lái)完成。但是，課堂教學(xué)不能停留在知識(shí)層面的記憶，教師要在課堂教學(xué)中不斷提升學(xué)生的理科思維和科學(xué)素養(yǎng)。因此，筆者對(duì)本節(jié)課的知識(shí)進(jìn)行了深度挖掘，將“直接能源物質(zhì)是什么”“ATP的分子結(jié)構(gòu)與RNA有何關(guān)系” “ATP與ADP是如何轉(zhuǎn)化的”作為本節(jié)課的難點(diǎn)。

2 設(shè)計(jì)思路

在生物學(xué)核心素養(yǎng)的理念指導(dǎo)下，本節(jié)課的設(shè)計(jì)思路是：用情境吸引學(xué)生，用實(shí)驗(yàn)引領(lǐng)學(xué)生，用模型訓(xùn)練學(xué)生，用思維培養(yǎng)學(xué)生。本節(jié)課的實(shí)施過程如下：

① 設(shè)計(jì)對(duì)照實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生明白生命活動(dòng)的直接能源物質(zhì)是ATP。

② 設(shè)計(jì)模型制作，讓學(xué)生明白ATP與核糖核苷酸分子結(jié)構(gòu)的異同。

③ 設(shè)計(jì)認(rèn)知沖突，讓學(xué)生明白ATP結(jié)構(gòu)式與結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式中A的差異。

④ 設(shè)計(jì)過程演示，讓學(xué)生明白ATP的水解和ATP的合成過程。

⑤ 設(shè)計(jì)思維碰撞，讓學(xué)生明白ATP與ADP的轉(zhuǎn)化十分迅速。

3 教學(xué)目標(biāo)

生命觀念目標(biāo)：能用物質(zhì)和能量觀解釋ATP是驅(qū)動(dòng)細(xì)胞生命活動(dòng)的直接能源物質(zhì)；能用穩(wěn)態(tài)與平衡觀解釋ATP和ADP的轉(zhuǎn)化是十分迅速的。

理性思維目標(biāo)：能掌握ATP的分子簡(jiǎn)式和特點(diǎn)；能理解ATP的化學(xué)組成及其在化學(xué)組成上與RNA的關(guān)系。

科學(xué)探究目標(biāo)：通過設(shè)計(jì)并實(shí)施對(duì)照實(shí)驗(yàn)，熟練掌握科學(xué)探究的基本方法，并明確ATP是生命活動(dòng)的直接能源物質(zhì)；通過模型建構(gòu)ATP的結(jié)構(gòu)式、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式及相互轉(zhuǎn)化過程，培養(yǎng)實(shí)踐、理解能力。

社會(huì)責(zé)任目標(biāo)：通過情境創(chuàng)設(shè)，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，并滲透熱愛自然和生命的情感教育；關(guān)注ATP在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用，并能主動(dòng)向他人宣傳有關(guān)ATP的理性解釋。

4 教學(xué)過程

4.1 情境創(chuàng)設(shè)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情

教師展示數(shù)組本校運(yùn)動(dòng)會(huì)圖片，讓學(xué)生回憶運(yùn)動(dòng)會(huì)場(chǎng)景，并讓學(xué)生從圖中找出自己，用此把學(xué)生的關(guān)注引進(jìn)課堂。在運(yùn)動(dòng)會(huì)上，無(wú)論運(yùn)動(dòng)員，還是非運(yùn)動(dòng)員，都消耗了大量的能量。借此，教師引導(dǎo)學(xué)生思考：① 在你們?nèi)粘Ｋ缘氖澄镏?，哪些物質(zhì)能夠?yàn)樯顒?dòng)提供能量呢？② 糖類、脂肪、蛋白質(zhì)中，哪種物質(zhì)能為生命活動(dòng)直接提供能量呢？

4.2 實(shí)驗(yàn)探究，進(jìn)行思維碰撞

學(xué)生不約而同地猜測(cè)直接提供能量的物質(zhì)是糖類。此時(shí)，教師引導(dǎo)學(xué)生用實(shí)驗(yàn)來(lái)證明答案的正確與否。師生按照實(shí)驗(yàn)探究的歷程，提出假設(shè)（直接為生命活動(dòng)提供能量的物質(zhì)是葡萄糖），設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)：

實(shí)驗(yàn)材料：新鮮的帶有骨的腓腸肌、適宜濃度的葡萄糖溶液、生理鹽水、電刺激、指針、滴管等。

實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示。

為了使實(shí)驗(yàn)結(jié)果具有說服力，教師還要引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)對(duì)照實(shí)驗(yàn)（對(duì)照組滴生理鹽水、實(shí)驗(yàn)組滴葡萄糖），并讓學(xué)生預(yù)測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果。學(xué)生預(yù)測(cè)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果都是：對(duì)照組肌肉不收縮、指針不偏轉(zhuǎn)；實(shí)驗(yàn)組肌肉收縮、指針偏轉(zhuǎn)。

可是，實(shí)驗(yàn)下來(lái)的結(jié)果卻是兩組肌肉都收縮、指針都偏轉(zhuǎn)，與學(xué)生的預(yù)期極度不相符。

在此，教師要引導(dǎo)學(xué)生分析出現(xiàn)此現(xiàn)象的原因是腓腸肌內(nèi)還有能源物質(zhì)。學(xué)生自主完善：本次實(shí)驗(yàn)需進(jìn)行前處理（先將腓腸肌內(nèi)原有的能源物質(zhì)消耗掉）。這樣基于實(shí)驗(yàn)結(jié)果的碰撞，讓學(xué)生深度理解了前處理的必要性。

完善實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)后，繼續(xù)實(shí)施實(shí)驗(yàn)，卻依然沒有出現(xiàn)學(xué)生預(yù)期的結(jié)果，對(duì)照組的實(shí)驗(yàn)結(jié)果是肌肉不收縮、指針不偏轉(zhuǎn)，實(shí)驗(yàn)組的結(jié)果也是肌肉不收縮、指針不偏轉(zhuǎn)，這就說明了葡萄糖不是直接的能源物質(zhì)。那脂肪或蛋白質(zhì)是不是直接的能源物質(zhì)呢？

繼續(xù)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果表明：脂肪、蛋白質(zhì)也不是直接的能源物質(zhì)。那到底什么是直接的能源物質(zhì)呢？學(xué)生在深度的思維碰撞之后，已經(jīng)對(duì)“細(xì)胞的直接能源物質(zhì)”充滿了期待。此時(shí)，教師告知學(xué)生：有一種不知名的物質(zhì)可以讓肌肉收縮、指針偏轉(zhuǎn)。那么，這種物質(zhì)到底是什么呢？

4.3 物質(zhì)探秘，進(jìn)行模型制作

4.3.1 物質(zhì)探秘

學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣被激發(fā)，自主學(xué)習(xí)PPT上的資料。教師用幻燈片呈現(xiàn)該物質(zhì)的英文名稱為Adnosine triphosphate。Adnosine是腺苷，由腺嘌呤和核糖結(jié)合而成。tri是三的意思。Phosphate是磷酸基團(tuán)。該物質(zhì)的結(jié)構(gòu)式圖2所示。教師引導(dǎo)學(xué)生一起找到腺苷、找到核糖、找到腺嘌呤。

4.3.2 模型制作

學(xué)生根據(jù)PPT的信息及信封里的腺嘌呤、核糖和磷酸的模型進(jìn)行粘貼，并用筆將各個(gè)部分的化學(xué)鍵畫出來(lái)。學(xué)生帶著自己對(duì)ATP的理解，進(jìn)行ATP的模型制作：找到代表核糖的模型，貼在信封的中央；再找腺嘌呤，貼在核糖的左側(cè)，并用筆將兩部分用短橫“—”連起來(lái)，制作腺苷；然后，將一個(gè)磷酸集團(tuán)貼在核糖的右側(cè)，并用短橫“—”連起來(lái)。

此時(shí)，教師讓學(xué)生們暫停模型制作，引導(dǎo)學(xué)生為這個(gè)結(jié)構(gòu)命名腺嘌呤核糖核苷酸。這樣，學(xué)生對(duì)“ATP去掉兩個(gè)磷酸基團(tuán)之后是構(gòu)成RNA的基本單位”的理解就沒有任何問題了。

教師指導(dǎo)學(xué)生繼續(xù)將剩余的兩個(gè)磷酸集團(tuán)也根據(jù)ATP的結(jié)構(gòu)貼到信封上去，并提醒學(xué)生注意磷酸與磷酸之間的化學(xué)鍵的畫法為“～”。制作完畢后，教師將學(xué)生作品放到視頻展臺(tái)上展示，強(qiáng)調(diào)高能磷酸鍵的含有的能量，并用聯(lián)想法幫助學(xué)生記憶30.54 kJ/mol，用簡(jiǎn)筆畫提醒學(xué)生畫高能磷酸鍵的方向。endprint

接著，教師和學(xué)生一起給該神秘物質(zhì)命名，并完成ATP的信息卡（圖3）。

4.3.3 構(gòu)建簡(jiǎn)式

教師在黑板上散亂放置代表A、3個(gè)P、2個(gè)“～”和1個(gè)“—”的磁性板，讓學(xué)生構(gòu)建ATP的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式。通過與上一環(huán)節(jié)構(gòu)建的模型進(jìn)行比較，學(xué)生明白ATP中的A是腺苷，而不是腺嘌呤。

物質(zhì)探秘和模型制作過程讓學(xué)生深度理解了ATP的組成部分，對(duì)學(xué)生解決“ATP的分子結(jié)構(gòu)與RNA有何關(guān)系” “ATP中的A與核酸中的A有何差異”等有很大的幫助。

4.4 資料分析，進(jìn)行過程模擬

4.4.1 ATP的水解

學(xué)生閱讀ATP水解過程的資料，然后到黑板上來(lái)利用磁性板模擬演示ATP的水解過程。此時(shí)，學(xué)生需要用另一組磁性板構(gòu)建“A—P—P+Pi”，教師要引導(dǎo)學(xué)生給“A—P—P”命名，并寫出字母縮寫。這樣，學(xué)生不僅理解了ADP的結(jié)構(gòu)及ATP的水解過程，而且還加深了對(duì)ATP的結(jié)構(gòu)認(rèn)知及兩者之間的關(guān)系。

接著，教師還可以和學(xué)生一起分析哪些過程可以用ATP水解釋放出來(lái)的能量，并引出吸能反應(yīng)這個(gè)概念。

4.4.2 ATP的合成

學(xué)生閱讀ATP合成過程的資料，然后到黑板模擬演示ATP的合成過程。在掌握了ATP水解過程后，學(xué)生模擬演示ATP的過程就輕車熟路了。

4.4.3 ATP與ADP的相互轉(zhuǎn)化

學(xué)生通過閱讀能為ATP合成提供能量的生理過程的資料，歸納合成ATP所需能量的來(lái)源。

然后，教師引導(dǎo)學(xué)生思考：① ATP的水解和ATP的合成是可逆反應(yīng)嗎？② 細(xì)胞中的ATP含量很少，可是細(xì)胞對(duì)ATP的需求量很大，機(jī)體是如何解決這個(gè)矛盾的呢？

通過這個(gè)過程，學(xué)生可以從本質(zhì)上弄清楚ATP的水解和合成，并理解ATP與ADP的相互轉(zhuǎn)化十分迅速。

4.5 本節(jié)聚焦，進(jìn)行知識(shí)回顧

教師展示本節(jié)聚焦，讓學(xué)生自查是否掌握本節(jié)課的學(xué)習(xí)目標(biāo)，對(duì)ATP作為能量通貨進(jìn)行解釋，并進(jìn)行“我是醫(yī)生”的活動(dòng)，要求學(xué)生宣講ATP在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用，并能進(jìn)行有關(guān)ATP的理性解釋。

5 教后反思

本節(jié)課的教學(xué)，教師通過情境創(chuàng)設(shè)、趣味導(dǎo)引、有氧思維，激情開展教堂教學(xué)的各個(gè)環(huán)節(jié)。本節(jié)課中的亮點(diǎn)環(huán)節(jié)如下：

① 情景導(dǎo)入的有效。利用運(yùn)動(dòng)場(chǎng)景的展現(xiàn)，很好地吸引了學(xué)生的眼球，將學(xué)生的心一下子拉入了課堂學(xué)習(xí)。

② 實(shí)驗(yàn)意外的吸引。預(yù)實(shí)驗(yàn)時(shí)，對(duì)照組的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象竟然和實(shí)驗(yàn)組一樣收縮？葡萄糖、脂肪、蛋白質(zhì)竟然都不能讓肌肉收縮？一次又一次的意外震撼著學(xué)生的心，并持續(xù)激發(fā)學(xué)生去了解新知的熱情，到底哪種物質(zhì)是直接的能源物質(zhì)呢？

③ 自主學(xué)習(xí)的驅(qū)動(dòng)。學(xué)生閱讀教師提出的資料時(shí)，結(jié)合教師所給材料進(jìn)行粘貼模型。學(xué)生自己動(dòng)手構(gòu)建模型，提高了學(xué)生閱讀資料的認(rèn)真細(xì)心程度。這個(gè)過程需要學(xué)生先將資料信息內(nèi)化為自己的思維，再轉(zhuǎn)變成自己的動(dòng)手行為，對(duì)學(xué)生搜集信息、處理信息的能力以及收獲新知的能力有很強(qiáng)的促進(jìn)作用。

④ 模型制作的碰撞。學(xué)生在好奇心的驅(qū)使下，研究ATP結(jié)構(gòu)式，并利用所給材料，模擬制作了ATP的模型，再到黑板上去模擬制作ATP的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式。通過這兩個(gè)模型的碰撞，學(xué)生徹底弄清了ATP的各個(gè)組成部分，并完全明白了ATP中的A的含義與結(jié)構(gòu)式中A的含義是不同的。

⑤細(xì)節(jié)知識(shí)的強(qiáng)化。學(xué)生在高能磷酸鍵的畫法、高能磷酸鍵中的能量這兩個(gè)細(xì)節(jié)上，常常不經(jīng)意地犯錯(cuò)。筆者通過簡(jiǎn)筆畫，讓學(xué)生趣味地明確了高能磷酸鍵的畫法；30歲離五四青年節(jié)遠(yuǎn)去了，這種聯(lián)想方式讓學(xué)生輕松愉悅地記住了高能磷酸鍵所含有的能量。

⑥ 高級(jí)思維的激發(fā)。ATP在細(xì)胞內(nèi)含量很少，但是一個(gè)人一天竟然需要40 kg的ATP，這種矛盾很好地激發(fā)了學(xué)生高級(jí)思維的動(dòng)機(jī)，讓學(xué)生清晰地得出“ATP與ADP的相互轉(zhuǎn)化是十分迅速的”這個(gè)結(jié)論。ATP的合成與水解是否是可逆反應(yīng)的碰撞，能讓學(xué)生清晰地明白酶的不同、能量的不同。endprint