高中生物教學(xué)中發(fā)展學(xué)生科學(xué)思維的策略

王揚(yáng)飛

[摘 要]發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維是高中生物課堂教學(xué)的重要任務(wù)之一。以《細(xì)胞的能量通貨——ATP》的教學(xué)為例，利用生活現(xiàn)象、結(jié)構(gòu)簡式圖、矛盾沖突、課堂練習(xí)等手段，引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷實(shí)驗(yàn)探究、建模分析、演繹推理、圖文轉(zhuǎn)化等過程，可有效發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維。

[關(guān)鍵詞]科學(xué)思維；高中生物課堂；細(xì)胞的能量通貨

[中圖分類號] G633.91 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A [文章編號] 1674-6058（2018）26-0080-02

“科學(xué)思維”是指尊重事實(shí)和證據(jù)，崇尚嚴(yán)謹(jǐn)和務(wù)實(shí)的求知態(tài)度，運(yùn)用科學(xué)的思維方法認(rèn)識事物、解決實(shí)際問題的思維習(xí)慣和能力。高中生物課堂是發(fā)展學(xué)生科學(xué)思維的主要陣地。學(xué)生科學(xué)思維的發(fā)展不可能一蹴而就，需要在長期教學(xué)過程中潛移默化，不斷滲透。因此，在高中生物課堂教學(xué)中，教師應(yīng)針對不同的教學(xué)內(nèi)容采用不同的教學(xué)策略，使學(xué)生不僅能收獲生物學(xué)知識，還能發(fā)展科學(xué)思維。

一、 立足生活現(xiàn)象，于實(shí)驗(yàn)探究中發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維

【質(zhì)疑】能使螢火蟲直接發(fā)光的物質(zhì)是什么？

【實(shí)驗(yàn)論證】展示科學(xué)家的探究過程：先從螢火蟲體內(nèi)分離出發(fā)光器，然后把發(fā)光器研磨成粉末后，分成3等分，分別放入3支試管中，各加入等量水使之混合，置于暗處；接著分別向這3支試管加入各2毫升的葡萄糖溶液、ATP制劑和蒸餾水。學(xué)生觀察到螢火中體內(nèi)的發(fā)光器直接發(fā)光。

【評析】以學(xué)生熟悉的螢火蟲發(fā)光作為導(dǎo)課內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生思考并得出“螢火蟲發(fā)光是因?yàn)橛心芰俊钡慕Y(jié)論。學(xué)生容易聯(lián)想到已經(jīng)學(xué)過的糖類、脂肪和蛋白質(zhì)等有機(jī)物。那么，使螢火蟲發(fā)光的是這些有機(jī)物嗎？通過展示科學(xué)家的實(shí)驗(yàn)探究過程，使學(xué)生了解到ATP是使螢火蟲直接發(fā)光的物質(zhì)，ATP的作用是直接能源物質(zhì)。同時(shí)可讓學(xué)生明確，對于生活中出現(xiàn)的疑難問題，最好的辦法是通過實(shí)驗(yàn)論證，進(jìn)而解決問題。

二、 利用結(jié)構(gòu)簡式圖，于建模分析中發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維

【質(zhì)疑】從結(jié)構(gòu)上分析，為什么ATP可以作為直接能源物質(zhì)？

【模型論證】讓學(xué)生寫出ATP的中文名稱：三磷酸腺苷，并說出ATP各符號的含義：“A”表示腺苷；“T”表示3個(gè)；“P”表示磷酸；“～”表示高能磷酸鍵；接著利用寫有各符號的紙片搭建ATP結(jié)構(gòu)簡式的模型：A-P～P～P。

“結(jié)構(gòu)和功能相適應(yīng)”是生物學(xué)的基本觀點(diǎn)之一。在教學(xué)過程中，教師要讓學(xué)生明白要探討ATP為何能作為細(xì)胞的能量通貨，就要探討ATP的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。通過閱讀思考，學(xué)生進(jìn)一步了解到ATP的水解實(shí)際上是指ATP分子中高能磷酸鍵的水解。高能磷酸鍵水解時(shí)釋放的能量多達(dá)30.54kJ/moL，所以說ATP是細(xì)胞內(nèi)的一種高能磷酸化合物。通過構(gòu)建模型，學(xué)生可以把抽象的分子結(jié)構(gòu)具體化，在構(gòu)建模型過程中學(xué)生對ATP結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的掌握更加深刻。

此外，還可利用圖1引導(dǎo)學(xué)生分析a（腺嘌呤）、b[腺苷（腺嘌呤+核糖）]、c[腺嘌呤核糖核苷酸（腺嘌呤+核糖+磷酸）]、d[ADP（腺嘌呤+核糖+2分子磷酸]、e[ATP（腺嘌呤+核糖+3分子磷酸）]的關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)對學(xué)生的思維拓展。

三、 利用矛盾沖突，于演繹推理中發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維

【質(zhì)疑1】ATP是直接能源物質(zhì)，那么它在生物體內(nèi)的含量是不是需要有很多，才能滿足各項(xiàng)生命活動的能量需要？當(dāng)機(jī)體需要能量時(shí)，ATP如何供能？

【資料論證1】在人體安靜狀態(tài)時(shí)，肌肉內(nèi)的ATP含量只能提供肌肉收縮1～2s所需的能量；在人體劇烈運(yùn)動狀態(tài)下，每分鐘約有0.5kg的ATP分解釋放能量；一個(gè)成年人在安靜的狀態(tài)下，24小時(shí)內(nèi)有40kg的ATP被水解。

根據(jù)資料分析，ATP在體內(nèi)含量很少，消耗量大。ATP的化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定。在有關(guān)酶的催化作用下，ATP分子中遠(yuǎn)離A的那個(gè)高能磷酸鍵很容易水解，于是遠(yuǎn)離A的那個(gè)P就脫離開來，形成游離的Pi（磷酸），同時(shí)釋放出大量的能量。

【質(zhì)疑2】ATP在細(xì)胞中含量很少，如何滿足各項(xiàng)生命活動的能量需求呢？

【資料論證2】在某細(xì)胞培養(yǎng)液中加入32P標(biāo)記的磷酸分子，短時(shí)間內(nèi)分離出細(xì)胞的ATP，發(fā)現(xiàn)其含量變化不大，但部分ATP的末端P已帶上放射性標(biāo)記。

在有關(guān)酶的催化作用下，ATP水解產(chǎn)生能量，轉(zhuǎn)化成ADP；而ADP可以接受能量與一個(gè)游離的Pi結(jié)合，重新形成ATP，即ATP與ADP可以相互轉(zhuǎn)化。

【質(zhì)疑3】ATP與ADP可以相互轉(zhuǎn)化，那么ATP與ADP的轉(zhuǎn)化是可逆反應(yīng)嗎？

【論證3】可逆反應(yīng)是指在同一條件下，既能向正反應(yīng)方向進(jìn)行，又能向逆反應(yīng)方向進(jìn)行的反應(yīng)。學(xué)生根據(jù)分析可知，該轉(zhuǎn)化過程不是可逆反應(yīng)，原因一：作用的酶不同；原因二：能量不可逆。合成ATP的能量主要來自細(xì)胞呼吸作用時(shí)有機(jī)物分解所釋放的能量以及光合作用時(shí)利用的光能；ATP水解產(chǎn)生的能量則直接用于肌細(xì)胞收縮、大腦思考等各項(xiàng)生命活動。

在教學(xué)過程中，教師應(yīng)鼓勵(lì)學(xué)生質(zhì)疑，培養(yǎng)學(xué)生的問題意識，并激發(fā)學(xué)生探索問題的欲望。當(dāng)學(xué)習(xí)出現(xiàn)矛盾時(shí)，應(yīng)鼓勵(lì)學(xué)生抓住矛盾的關(guān)鍵點(diǎn)，尋求實(shí)證，解決矛盾，讓思維更加嚴(yán)謹(jǐn)。

四、利用課堂練習(xí)，于圖文轉(zhuǎn)化中發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維

【例題】人的骨骼肌細(xì)胞中ATP的含量只能維持劇烈運(yùn)動3 s以內(nèi)的能量供應(yīng)。某運(yùn)動員參加短跑比賽過程中，肌肉細(xì)胞中ATP的相對含量隨時(shí)間的變化如圖2所示。請據(jù)圖回答下面的問題：

① a→b過程中，ATP被水解，釋放的能量用于————————————————。

② b→c過程中，ATP含量增加，說明————————加強(qiáng)，釋放更多的能量，供ADP合成ATP，補(bǔ)充消耗的ATP。

③ 從整個(gè)曲線看，肌細(xì)胞中ATP的含量不會降為零，說明——————————。

本道例題考查的是“ATP和ADP相互轉(zhuǎn)化”的內(nèi)容。學(xué)生必須先識圖：圖中表示的是ATP相對含量的變化，其中，ab段，ATP的含量逐漸下降；bc段，ATP的含量逐漸上升，而后達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。再根據(jù)本節(jié)所學(xué)的內(nèi)容，可以得出答案：①ATP水解過程，能量用于肌肉收縮等生命活動；②ATP含量增加是通過細(xì)胞呼吸迅速由ADP轉(zhuǎn)化而成；③ATP在細(xì)胞內(nèi)含量雖少，但與ADP的相互轉(zhuǎn)化卻十分迅速，使細(xì)胞內(nèi)ATP的含量總是處于動態(tài)平衡中，構(gòu)成生物體內(nèi)部的穩(wěn)定供能環(huán)境。課堂上通過練習(xí)，以不同的形式呈現(xiàn)教材內(nèi)容，可以培養(yǎng)學(xué)生思維的靈活性。

綜上可知，發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維是高中生物課堂教學(xué)的重要任務(wù)之一。作為高中生物教師，應(yīng)想方設(shè)法設(shè)計(jì)不同的教學(xué)策略來發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維。

（責(zé)任編輯 黃春香）