基于培養(yǎng)科學(xué)思維的生物復(fù)習(xí)教學(xué)策略

林來(lái)紅

摘要以“細(xì)胞中的能量通貨——ATP”一節(jié)為例，通過(guò)小組討論，利用教材資源，分析相關(guān)資料，繪制思維導(dǎo)圖，滲透歸納和概括、批判性思、演繹與推理、嚴(yán)謹(jǐn)性思維、構(gòu)建模型等科學(xué)思維。

關(guān)鍵詞 科學(xué)思維 生物復(fù)習(xí) 教學(xué)策略

中圖分類號(hào)G633.91 文獻(xiàn)標(biāo)志碼B

1問(wèn)題提出

生物學(xué)科是一門自然學(xué)科。生物學(xué)課程期待學(xué)生主動(dòng)參與學(xué)習(xí)過(guò)程，在親歷提出問(wèn)題、獲取信息、發(fā)現(xiàn)規(guī)律等過(guò)程中習(xí)得生物學(xué)知識(shí)，養(yǎng)成科學(xué)思維的習(xí)慣。

觀察近幾年的全國(guó)卷生物試題會(huì)發(fā)現(xiàn)，試題中涉及的知識(shí)點(diǎn)大多是教材的主干知識(shí)。而考生的失分往往是因?yàn)閷?duì)基本概念和原理理解不深或“懂了”，但表達(dá)缺乏準(zhǔn)確性、嚴(yán)謹(jǐn)性和針對(duì)性。由此說(shuō)明，很多學(xué)生的科學(xué)思維較欠缺。所以，教師在重視基礎(chǔ)知識(shí)的同時(shí)，應(yīng)注意將某些問(wèn)題進(jìn)行適當(dāng)?shù)耐卣股钊耄瑥亩岣邔W(xué)生綜合分析能力和理解能力。在平時(shí)復(fù)習(xí)時(shí)，尤其要加強(qiáng)表達(dá)能力、推理能力、應(yīng)用所學(xué)知識(shí)分析解決問(wèn)題能力等方面的培養(yǎng)。

2培養(yǎng)科學(xué)思維的課堂教學(xué)策略

“細(xì)胞中的能量通貨——ATP”這節(jié)內(nèi)容在考試大綱中的要求是：理解ATP在能量代謝中的作用和其他知識(shí)之間的聯(lián)系和區(qū)別，并能在較復(fù)雜的情境中綜合運(yùn)用其進(jìn)行分析、判斷、推理和評(píng)價(jià)。近幾年高考中選擇題和非選擇題均有出現(xiàn)過(guò)與ATP知識(shí)相關(guān)的內(nèi)容。如2016全國(guó)卷I第四題結(jié)合神經(jīng)調(diào)節(jié)和有氧呼吸考查了ATP在細(xì)胞代謝中的作用;2016年全國(guó)卷I非選擇題第29題結(jié)合放射性同位素技術(shù)和DNA原料的內(nèi)容，主要圍繞ATP結(jié)構(gòu)與功能考查獲取信息和推理能力;2017年全國(guó)卷Ⅱ第29題考查ATP合成過(guò)程;2018年全國(guó)卷I選擇題第一題結(jié)合光合作用考查ATP合成過(guò)程。由近幾年的試題分析可知，考查ATP知識(shí)點(diǎn)的形式多樣，內(nèi)容綜合，層次各有不同。故本節(jié)內(nèi)容可以很好地培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維，即學(xué)生的歸納與概括、演繹和推理、模型與建模、批判性思維等能力。

2.1小組討論，培養(yǎng)思維歸納和概括能力

小組討論活動(dòng)1：ATP的生理作用是直接給細(xì)胞生命活動(dòng)提供能量，是生命活動(dòng)的直接能源物質(zhì)。而高中生物中學(xué)習(xí)過(guò)許多與能源物質(zhì)相關(guān)的知識(shí)，教師讓學(xué)生以小組為單位進(jìn)行討論并總結(jié)生物中出現(xiàn)過(guò)與能源物質(zhì)相關(guān)的知識(shí)點(diǎn);然后，某小組代表發(fā)言，其他小組進(jìn)行補(bǔ)充;最后，教師進(jìn)行補(bǔ)充完善。根據(jù)討論總結(jié)及教師完善，學(xué)生可得出與能源物質(zhì)的相關(guān)知識(shí)有如下：

①細(xì)胞生命活動(dòng)的主要能源物質(zhì)：葡萄糖。

②生物體的主要能源物質(zhì)：糖類。

③生物體的儲(chǔ)能物質(zhì)：脂肪、淀粉（植物）、糖原（動(dòng)物）。

④生物體的主要儲(chǔ)能物質(zhì)：脂肪。

⑤生物體的能源物質(zhì)：糖類、脂肪、蛋白質(zhì)。

⑥生命活動(dòng)的直接能源物質(zhì)：ATP。

⑦生物體能量的根本來(lái)源：光能（太陽(yáng)能）。

小組討論活動(dòng)2：教師在黑板上展示ATP的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式：A-P～P～P，并標(biāo)注A為腺苷，然后引導(dǎo)學(xué)生以小組為單位相互討論，寫(xiě)出高中生物中出現(xiàn)A字母的結(jié)構(gòu)式并要標(biāo)明A所代表的含義。學(xué)生的結(jié)果如圖1所示。

對(duì)“能源物質(zhì)”及“結(jié)構(gòu)式中A的含義”這兩個(gè)知識(shí)點(diǎn)，教師可以通過(guò)小組討論且總結(jié)的教學(xué)方法讓學(xué)生進(jìn)行歸納，使整個(gè)知識(shí)體系組織得更有條理，更好地理解這些內(nèi)容之間的聯(lián)系和區(qū)別。

2.2巧用教材示意圖，培養(yǎng)思維的批判性

教材插圖是生物學(xué)教材的重要組成部分，包含生物學(xué)概念、生理過(guò)程及生物結(jié)構(gòu)組織等。充分重視教材插圖并加以利用，也是教師培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維的一個(gè)重要手段?！凹?xì)胞中的能量通貨——ATP”這節(jié)，從問(wèn)題探討的螢火蟲(chóng)發(fā)亮到ATP與ADP相互轉(zhuǎn)化示意圖再到ATP的利用的例子都有相應(yīng)的插圖。其中教材中ATP與ADP相互轉(zhuǎn)化示意圖如圖2所示。

對(duì)于ATP與ADP相互轉(zhuǎn)化，教材中的描述為ATP與ADP的這種物質(zhì)相互轉(zhuǎn)化，是時(shí)刻不停地發(fā)生且處于動(dòng)態(tài)平衡之中，ATP轉(zhuǎn)化為ADP，釋放能量，生成的ADP又可以在一定的條件下轉(zhuǎn)化為ATP。教師要學(xué)生詳細(xì)閱讀課本并結(jié)合圖2思考兩個(gè)問(wèn)題：①圖2中兩處出現(xiàn)酶，那么這兩處的酶是同一種酶嗎？②ATP與ADP相互轉(zhuǎn)化的反應(yīng)過(guò)程是否可逆，回答出原因。

僅通過(guò)教材中ATP與ADP相互轉(zhuǎn)化示意圖以及過(guò)程描述容易讓學(xué)生誤以為ATP與ADP相互轉(zhuǎn)化的反應(yīng)過(guò)程是可逆的。教師設(shè)置以上兩個(gè)問(wèn)題，能讓學(xué)生快速明白圖2中左邊為合成酶，右邊為水解酶，因?yàn)槊覆煌?，也就是條件不同，所以ATP與ADP相互轉(zhuǎn)化是不可逆的反應(yīng)。在此要特別強(qiáng)調(diào)反應(yīng)不可逆，但物質(zhì)是可循環(huán)利用。然后根據(jù)圖中兩處能量相關(guān)的生理過(guò)程不同，提出吸能和放能反應(yīng)與ATP合成和水解之間關(guān)系，并讓學(xué)生對(duì)圖2進(jìn)行進(jìn)一步完善（即圖3），從而突破對(duì)教材插圖淺層的認(rèn)識(shí)。

2.3分析資料，培養(yǎng)演繹與推理能力

演繹推理是指由一般性知識(shí)為前提推出特殊性或個(gè)別性知識(shí)為結(jié)論的推理。高考是要選拔人才的一場(chǎng)考試，試題往往會(huì)有很多新的信息，學(xué)生要根據(jù)自己所學(xué)的知識(shí)去推理新信息所表達(dá)的意思。如2016年高考新課標(biāo)I卷選擇題第二題所提到到的離子泵，有的學(xué)生就非常陌生。題干是這樣描述的：離子泵具有ATP水解酶活性，那么則可以由ATP水解酶推出通過(guò)離子泵的跨膜運(yùn)輸需要能量。

針對(duì)培養(yǎng)學(xué)生演繹與推理能力的科學(xué)思維，教師可以展示ATP有關(guān)數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生根據(jù)已學(xué)知識(shí)分析和回答以下問(wèn)題：

（1）經(jīng)測(cè)定，正常成年人靜止?fàn)顟B(tài)下24 h將有40kgATP發(fā)生轉(zhuǎn)化，而細(xì)胞內(nèi)ADP、ATP的總量?jī)H為2-10mg，為滿足能量供應(yīng)需要，生物體內(nèi)解決這一矛盾的合理途經(jīng)應(yīng)該是怎樣的？

（2）用³²P標(biāo)記磷酸加入細(xì)胞培養(yǎng)液，短時(shí)間內(nèi)快速分離出細(xì)胞內(nèi)的ATP，結(jié)果ATP濃度變化不大，但部分ATP的末端磷酸基卻已帶上了放射性標(biāo)記，這說(shuō)明了什么？

（3）ATP作為RNA分子的合成原料，將³²P標(biāo)記到新合成的RNA分子上，則帶的³²P的磷酸基團(tuán)應(yīng)在ATP的哪個(gè)位置上（與腺苷連接的磷酸為l號(hào)位置，中間為2號(hào)，遠(yuǎn)離腺苷的為3號(hào)）？

2.4概念的外延，培養(yǎng)思維的嚴(yán)謹(jǐn)性

ATP是一種高能磷酸化合物，之所以叫高能磷酸化合物，在人教版教材中是這樣描述的：～代表一種特殊的化學(xué)鍵，高能磷酸鍵斷裂時(shí)，大量的能量會(huì)釋放出來(lái)，ATP分子中高能磷酸鍵水解時(shí)釋放的能量多達(dá)30.54 KJ/mol。而高中所學(xué)的化學(xué)知識(shí)中化學(xué)鍵的斷裂是需要能量而不釋放能量，所以教材中的描述應(yīng)該怎樣去理解呢？比較理想的方式是教師引導(dǎo)學(xué)生自己上在權(quán)威的學(xué)術(shù)網(wǎng)站去查閱資料找到答案，但是很多學(xué)校并沒(méi)有這樣的條件，故還是需要教師自身去查閱資料，課堂中給學(xué)生講解。

通過(guò)查閱資料，得出：ATP的3個(gè)磷酸基因都是帶負(fù)電荷。相同的電極會(huì)相互排斥，這導(dǎo)致它們之間的化學(xué)鍵不穩(wěn)定。而ATP水解釋放能量因?yàn)樵撍夥磻?yīng)的生成物比反應(yīng)物的能量更低，該反應(yīng)的自由能為負(fù)值。

在高中階段，學(xué)生學(xué)的科目較多，并且思維不夠成熟，因此對(duì)很多知識(shí)描述得比較簡(jiǎn)單或者比較籠統(tǒng)，不夠準(zhǔn)確。教師可以適當(dāng)拓展，讓他們可以更深入思考問(wèn)題，達(dá)到培養(yǎng)他們思維的嚴(yán)謹(jǐn)性的目的。

2.5畫(huà)思維導(dǎo)圖，構(gòu)建概念模型

生物學(xué)科的知識(shí)比較零碎且散亂，復(fù)習(xí)課中，如果學(xué)生能夠?qū)⑵綍r(shí)學(xué)習(xí)中各個(gè)單元、章節(jié)學(xué)到的零散知識(shí)有機(jī)的組合成自己的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)，則能夠幫助形成系統(tǒng)和邏輯的知識(shí)體系，能充分調(diào)動(dòng)二輪復(fù)習(xí)的積極性和主動(dòng)性，從而提高復(fù)習(xí)效率和效果，最終提高生物成績(jī)。

學(xué)生自己用思維導(dǎo)圖對(duì)所學(xué)過(guò)的內(nèi)容進(jìn)行整理、歸納，可以快速建立和完善知識(shí)網(wǎng)絡(luò)，從整體上把握知識(shí)點(diǎn)。但是基于學(xué)情分析，學(xué)生在思維導(dǎo)圖構(gòu)建知識(shí)體系這方面的能力較弱，所以教師平時(shí)要有意識(shí)地使用思維導(dǎo)圖，并教導(dǎo)學(xué)生如何畫(huà)思維導(dǎo)圖。首先要提取提煉“主題”和“次主題”，接著將主題畫(huà)中心，周圍畫(huà)出次主題，將主題與次主題即主要分支連接起來(lái)。如“細(xì)胞中的能量通貨——ATP”這節(jié)課的主要內(nèi)容是：ATP結(jié)構(gòu)，ATP的合成，ATP的水解。根據(jù)這三點(diǎn)重要知識(shí)，可以構(gòu)建如圖4所示的知識(shí)體系。

因?yàn)閷W(xué)生已經(jīng)進(jìn)入高三復(fù)習(xí)，教師可以鼓勵(lì)和引導(dǎo)學(xué)生將本節(jié)課其他內(nèi)容都畫(huà)入自己的思維導(dǎo)圖中，還可以將之前所學(xué)的“降低化學(xué)反應(yīng)活化能的酶”與這一節(jié)內(nèi)容聯(lián)系起來(lái)，一并畫(huà)到思維導(dǎo)圖里。這樣學(xué)生既能鞏固本節(jié)課內(nèi)容，也能直觀地觀察到知識(shí)之間的聯(lián)系。

3小結(jié)

在“細(xì)胞中的能量通貨——ATP”一節(jié)，通過(guò)上述小組討論、分析資料、畫(huà)思維導(dǎo)圖等環(huán)節(jié)的訓(xùn)練，教師鼓勵(lì)學(xué)生敢于質(zhì)疑，使學(xué)生能夠辯證地看問(wèn)題，批判性地接受知識(shí)，學(xué)會(huì)如何用已學(xué)的知識(shí)去理解新的信息，并且在新的信息中找到解題的突破點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)散式思維、立體思考，訓(xùn)練學(xué)生分析問(wèn)題的全面性和推理的嚴(yán)密性。