高中生生命觀念構(gòu)建及提升的典型案例分析

陳俊偉　羅衛(wèi)

【摘 要】目前運(yùn)用“生命觀念”對(duì)教材中相關(guān)章節(jié)的案例分析較少，現(xiàn)有的文獻(xiàn)顯示出人們對(duì)生命觀念內(nèi)涵詮釋不深刻，案例分析也比較抽象，挖掘不夠，列舉的教學(xué)案例和方法無法貼近教學(xué)實(shí)際，需要進(jìn)一步補(bǔ)充和完善。因此，本研究從高中生物學(xué)中生命觀念的內(nèi)涵為出發(fā)點(diǎn)，以《細(xì)胞呼吸》這一節(jié)作為具體案例，運(yùn)用結(jié)構(gòu)與功能觀和物質(zhì)與能量觀進(jìn)行案例分析，提煉知識(shí)要點(diǎn)難點(diǎn)、歸納以往文獻(xiàn)中對(duì)本章節(jié)的案例分析，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行總結(jié)提升，并結(jié)合教學(xué)實(shí)際提出實(shí)用的建議，希望能讓生命觀念融入課堂，融入學(xué)生的內(nèi)心。

【關(guān)鍵詞】生命觀念;高中生物;細(xì)胞呼吸;結(jié)構(gòu)與功能觀;物質(zhì)與能量觀

生命觀念主要包括結(jié)構(gòu)與功能觀、物質(zhì)與能量觀、進(jìn)化與適應(yīng)觀和穩(wěn)態(tài)與平衡觀等方面。在高中階段教學(xué)過程中，教師需要引導(dǎo)學(xué)生在理解生物學(xué)核心素養(yǎng)的基礎(chǔ)上利用所學(xué)知識(shí)構(gòu)建生命觀念，并讓學(xué)生學(xué)會(huì)從生命觀念的角度認(rèn)知生命科學(xué)、詮釋自然界中生命的奧秘、理解生物學(xué)的意義。

“結(jié)構(gòu)與功能觀”是人教版高中教材生命觀念的主要內(nèi)容，如生物膜結(jié)構(gòu)與功能、細(xì)胞器結(jié)構(gòu)與功能等。在一定程度上，結(jié)構(gòu)決定著功能，如線粒體特有的結(jié)構(gòu)為細(xì)胞呼吸的順利進(jìn)行創(chuàng)造了有利條件。從具體功能來看，細(xì)胞呼吸過程中伴隨著一些物質(zhì)的運(yùn)輸和轉(zhuǎn)化，同時(shí)還伴隨著能量的轉(zhuǎn)換和消耗?！凹?xì)胞呼吸”通過物質(zhì)轉(zhuǎn)化過程中形成的能量，可以為細(xì)胞內(nèi)眾多生命活動(dòng)提供能量。因此，包含物質(zhì)能量變化涵義的“物質(zhì)與能量觀”也是細(xì)胞呼吸這一章節(jié)中“生命觀念”的重要內(nèi)容之一。

以下就人教版必修一第五章第三節(jié)《ATP的主要來源-細(xì)胞呼吸》內(nèi)容，運(yùn)用結(jié)構(gòu)與功能觀和物質(zhì)與能量觀進(jìn)行相關(guān)的教學(xué)案例分析。

一、結(jié)構(gòu)與功能觀構(gòu)建過程

“結(jié)構(gòu)功能觀”的內(nèi)容包含結(jié)構(gòu)與功能定義的解釋以及二者之間的聯(lián)系。生物學(xué)科中結(jié)構(gòu)”與“功能”之間存在相適應(yīng)的關(guān)系，結(jié)構(gòu)可以決定功能，功能在一定程度上也會(huì)影響結(jié)構(gòu)。

在人教版必修一教材中介紹線粒體是細(xì)胞的“動(dòng)力車間”，其具有雙層膜結(jié)構(gòu)，特別是內(nèi)膜折疊成嵴，增大膜面積，可以使內(nèi)膜附著更多與呼吸相關(guān)的酶，線粒體能夠供應(yīng)細(xì)胞內(nèi)95%的能量。線粒體是由內(nèi)膜和外膜圍成的橢球型結(jié)構(gòu)。外膜有孔蛋白構(gòu)成的運(yùn)輸通道，糖在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中分解生成的丙酮酸能通過外膜進(jìn)入線粒體，并通過主動(dòng)運(yùn)輸穿過線粒體的內(nèi)膜運(yùn)輸?shù)骄€粒體基質(zhì)。線粒體的外膜是光滑的，而內(nèi)膜可折疊形成嵴，可以附著大量酶復(fù)合體，如ATP合成和分解相關(guān)的酶等。

二、物質(zhì)與能量觀構(gòu)建過程

“物質(zhì)與能量觀”的內(nèi)涵包括物質(zhì)與能量的定義以及二者之間的關(guān)系。一般認(rèn)為物質(zhì)是能量的載體，而物質(zhì)的轉(zhuǎn)化往往伴隨著能量的轉(zhuǎn)變。

細(xì)胞呼吸其實(shí)是在細(xì)胞內(nèi)對(duì)有機(jī)物進(jìn)行逐步氧化分解，將有機(jī)物中穩(wěn)定的化學(xué)能轉(zhuǎn)變成熱能和ATP中活躍的化學(xué)能。

根據(jù)人教版高中生物必修一教材中介紹，葡萄糖的胞內(nèi)氧化分解為例，主要包括以下幾個(gè)階段：第一階段葡萄糖的氧化分解在有氧和無氧條件下是一樣的，首先在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中通過相關(guān)酶的作用把1分子葡萄糖糖分解為2分子丙酮酸，同時(shí)產(chǎn)生2分子ATP，并伴隨電子的傳遞：電子傳遞給NAD+合成NADH。無氧呼吸產(chǎn)生ATP過程集中在第一階段。

第二階段根據(jù)氧氣是否存在把細(xì)胞呼吸類型分兩種情況。無氧情況下一些細(xì)胞（如動(dòng)物細(xì)胞）中發(fā)生乳酸發(fā)酵過程：第一階段中產(chǎn)生的丙酮酸在相關(guān)酶的作用下被還原成一分子乳酸，植物細(xì)胞中則發(fā)生酒精發(fā)酵過程。第二階段中產(chǎn)生的丙酮酸在相關(guān)酶的作用下則被還原成乙醇和CO2。在無氧呼吸過程中葡萄糖分子中的化學(xué)能沒有完全釋放出來，大部分保留在未徹底氧化分解的有機(jī)底物如乳酸或酒精中。有氧情況下，第一階段中產(chǎn)生的丙酮酸則穿過線粒體的兩層膜進(jìn)入到線粒體基質(zhì)，在相關(guān)酶的作用下氧化成乙酰CoA，最終在TCA循環(huán)中氧化為CO2，同時(shí)還通過底物水平磷酸化直接合成2分子ATP。

第三階段在線粒體內(nèi)膜上進(jìn)行。這一階段只存在于有氧呼吸中，無氧呼吸沒有這一階段。有氧呼吸中第一和第二兩個(gè)階段還原生成的[H]將獲得的電子經(jīng)過線粒體內(nèi)膜上的傳遞鏈傳遞給O2，使其與[H]結(jié)合生成H2O。最終1分子的葡萄糖徹底氧化可產(chǎn)生大約30分子的ATP。細(xì)胞呼吸過程中還伴隨著熱能的散失，這一部分能量不能再利用，所以葡萄糖中的能量并沒有完全轉(zhuǎn)化為ATP中活躍的化學(xué)能。

因此，通過呼吸作用可以將糖、脂肪等有機(jī)物氧化分解成小分子物質(zhì)，這個(gè)物質(zhì)轉(zhuǎn)化過程伴隨著能量的傳遞和轉(zhuǎn)化，將儲(chǔ)存在有機(jī)物中穩(wěn)定的化學(xué)能釋放出來并將部分能量轉(zhuǎn)化為ATP中的活躍化學(xué)能;無氧呼吸中葡萄糖最終分解為乳酸、乙醇，大部分能量仍然保留在最終產(chǎn)物中，少部分儲(chǔ)存在轉(zhuǎn)化為ATP中的活躍化學(xué)能。ATP中的活躍化學(xué)能可以為細(xì)胞很多耗能的生命活動(dòng)提供能量，如主動(dòng)運(yùn)輸、胞吞胞吐等。

細(xì)胞呼吸在人教版必修一教材中被劃分到第五章《細(xì)胞的能量供應(yīng)》這一章節(jié)中，這也進(jìn)一步明確了細(xì)胞呼吸的功能。同時(shí)教材中還給出了有氧呼吸及無氧呼吸具體的反應(yīng)方程式和相關(guān)的能量轉(zhuǎn)變比例。本章節(jié)的內(nèi)容比較全面地體現(xiàn)了生命觀念教學(xué)物質(zhì)與能量觀，除了課本知識(shí)構(gòu)建，在課后練習(xí)中也側(cè)重對(duì)學(xué)生在“物質(zhì)與能量觀”方面的引導(dǎo)和培養(yǎng)。

生命觀念的認(rèn)知主體是人，對(duì)象是整個(gè)生命世界，要形成這種觀念必須從教學(xué)的細(xì)節(jié)上做好準(zhǔn)備。教師需要根據(jù)教學(xué)內(nèi)容的不同，針對(duì)生命觀念設(shè)計(jì)不同的教學(xué)方案，通過具體的案例和形象的描述把無形的生命觀念在學(xué)生的腦海中形成一種思維習(xí)慣，在教學(xué)過程中，教師可以在相關(guān)教學(xué)內(nèi)容中引入情境、設(shè)計(jì)問答、導(dǎo)學(xué)案或者小組討論等，把結(jié)構(gòu)與功能觀融入其中，讓學(xué)生通過不同角度不同案例的學(xué)習(xí)在教學(xué)活動(dòng)中形成觀點(diǎn)，從生物學(xué)生命觀念的角度引導(dǎo)學(xué)生。

在結(jié)構(gòu)與功能觀的教學(xué)中，要認(rèn)識(shí)到結(jié)構(gòu)和功能屬于生命世界的根本特征。在授課時(shí)注意知識(shí)點(diǎn)的前后銜接，首先了解和認(rèn)識(shí)結(jié)構(gòu)，如在細(xì)胞呼吸這一節(jié)中，先復(fù)習(xí)呼吸底物（糖、脂肪等）分子構(gòu)成特點(diǎn)以及細(xì)胞結(jié)構(gòu)如線粒體的結(jié)構(gòu)組成，在了解以上結(jié)構(gòu)特點(diǎn)之后，再分析相關(guān)物質(zhì)和結(jié)構(gòu)的功能就會(huì)使結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系更加明了。

在物質(zhì)與能量觀教學(xué)過程中，首先要讓學(xué)生知道在細(xì)胞的生命過程中時(shí)刻都進(jìn)行著物質(zhì)轉(zhuǎn)換和能量轉(zhuǎn)化。在教學(xué)中可以按以下幾個(gè)方面設(shè)計(jì)教案引導(dǎo)學(xué)生：首先，細(xì)胞的有機(jī)物如糖和脂肪等能源物質(zhì)是細(xì)胞中能量的主要載體，而這些能源物質(zhì)主要在細(xì)胞質(zhì)中。其次，細(xì)胞質(zhì)中能源物質(zhì)要進(jìn)入到線粒體中進(jìn)行有氧呼吸，必須要實(shí)現(xiàn)物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸，即相關(guān)物質(zhì)要跨過線粒體的兩層膜再進(jìn)行進(jìn)一步的氧化分解，這一過程的實(shí)質(zhì)是線粒體與細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)的物質(zhì)代謝活動(dòng)，既伴隨著物質(zhì)交換也伴隨能量的轉(zhuǎn)換。另外，細(xì)胞中的能量轉(zhuǎn)換主要發(fā)生在光合作用（植物體）、細(xì)胞呼吸（所有生物）中。在這兩個(gè)章節(jié)中特別是細(xì)胞呼吸中著重體現(xiàn)有機(jī)物代謝過程中的物質(zhì)轉(zhuǎn)換中伴隨著能量的轉(zhuǎn)化。總之，對(duì)不同知識(shí)點(diǎn)在物質(zhì)與能量觀教學(xué)中先要認(rèn)知物質(zhì)（對(duì)于生物體來說主要是有機(jī)物）是能量的載體;再理清新陳代謝中的物質(zhì)變化，合成代謝（如光合作用）是把小分子物質(zhì)轉(zhuǎn)化成大分子有機(jī)物，分解代謝（如細(xì)胞呼吸）把較大的有機(jī)物分子轉(zhuǎn)化成小分子物質(zhì);然后把代謝過程中，物質(zhì)變化與能量轉(zhuǎn)化有機(jī)結(jié)合起來。教師在同一知識(shí)點(diǎn)授課過程中可以引導(dǎo)學(xué)生分步認(rèn)知和理解物質(zhì)能量觀，先認(rèn)清物質(zhì)轉(zhuǎn)化和能量轉(zhuǎn)換各自具體的過程，然后把二者有機(jī)結(jié)合讓學(xué)生形成總體認(rèn)知。另外，教師可以在不同章節(jié)的知識(shí)點(diǎn)授課過程中反復(fù)引導(dǎo)學(xué)生，讓學(xué)生融會(huì)貫通，從而使得學(xué)生深入領(lǐng)悟生命觀念。

如何在教學(xué)過程中生命觀念方面的教學(xué)進(jìn)行評(píng)價(jià)和掌握呢？針對(duì)這一問題，我們可以把評(píng)價(jià)的主體轉(zhuǎn)移到授課對(duì)象——學(xué)生。生命觀念能否形成主要看學(xué)生能不能針對(duì)教師授課的內(nèi)容說出這一章節(jié)中涉及的生命觀念，能不能用較為專業(yè)的術(shù)語把生命觀念具體描述出來;另外，通過教師的講解和引導(dǎo)，學(xué)生能夠在學(xué)習(xí)新的知識(shí)點(diǎn)中主動(dòng)構(gòu)建生命觀念的相關(guān)內(nèi)容，這就說明學(xué)生的生命觀念基本形成。

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