高中生物新課教學(xué)有效利用實(shí)驗(yàn)素材貫徹科學(xué)素養(yǎng)探析

周佳璇

【摘要】生物科學(xué)素養(yǎng)，要求學(xué)生具備科學(xué)思維、科學(xué)探究素養(yǎng)。生物新課授課中，傳統(tǒng)教學(xué)依據(jù)教材素材進(jìn)行。筆者嘗試以實(shí)驗(yàn)素材為背景依據(jù)，以人教版必修一第5章“細(xì)胞的能量供應(yīng)和利用”的第3節(jié)《細(xì)胞的能量通貨——ATP》一節(jié)為例，探討在新課教學(xué)中利用生物實(shí)驗(yàn)素材貫徹生物科學(xué)素養(yǎng)的心得方法。

【關(guān)鍵詞】ATP;生物科學(xué)素養(yǎng);生物實(shí)驗(yàn)

《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》指出，高中教育階段的生物學(xué)課程是科學(xué)領(lǐng)域的重要學(xué)科課程之一，既要讓學(xué)生獲得基礎(chǔ)的生物學(xué)知識(shí)，又要領(lǐng)悟生物學(xué)家在研究過程中所持有的觀點(diǎn)以及解決問題的思路和方法。培養(yǎng)學(xué)生養(yǎng)成理性思維的習(xí)慣，形成積極的科學(xué)態(tài)度，發(fā)展終身學(xué)習(xí)及創(chuàng)新實(shí)踐的能力。

傳統(tǒng)生物教學(xué)，教師主要利用教材編排的素材，或者網(wǎng)絡(luò)收集與生活聯(lián)系的素材進(jìn)行情景導(dǎo)入教學(xué)。該教學(xué)方式可以滿足學(xué)生形成生命觀念的需求，但是對(duì)于生物科學(xué)思維和科學(xué)探究素養(yǎng)的形成作用并不突出。筆者嘗試以實(shí)驗(yàn)素材為背景依據(jù)，以人教版必修一第5章“細(xì)胞的能量供應(yīng)和利用”的第3節(jié)《細(xì)胞的能量通貨——ATP》一節(jié)為例，探討在新課教學(xué)中利用生物實(shí)驗(yàn)素材貫徹生物科學(xué)素養(yǎng)的方法。

一、本節(jié)課地位及課程標(biāo)準(zhǔn)解讀

高中生物的編排具有一定科學(xué)順序。在前面的章節(jié)，學(xué)生先從微觀上認(rèn)識(shí)了構(gòu)成細(xì)胞的各種物質(zhì)，對(duì)于物質(zhì)的分類及作用的學(xué)習(xí)，學(xué)生已經(jīng)認(rèn)識(shí)糖類、脂肪、蛋白質(zhì)等能源物質(zhì)。接著，教材從微宏觀角度上，開始帶領(lǐng)學(xué)生認(rèn)識(shí)細(xì)胞以及細(xì)胞的各種結(jié)構(gòu)，學(xué)生基本認(rèn)識(shí)到細(xì)胞生命活動(dòng)的進(jìn)行需要依賴一定的結(jié)構(gòu)完成。組成細(xì)胞的結(jié)構(gòu)和細(xì)胞執(zhí)行的生命活動(dòng)都需要各種物質(zhì)，教材接著巧妙安排物質(zhì)的輸入與輸出一章，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到細(xì)胞與外界環(huán)境的物質(zhì)聯(lián)系。這種編排，教師如果能夠滲透到位，學(xué)生對(duì)于結(jié)構(gòu)與功能觀的建立是非常有利的。

進(jìn)入“細(xì)胞的能量供應(yīng)與利用”一章，教材開始徹底貫徹能量與物質(zhì)觀的生命觀念。通過探究實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行酶的高效性和專一性、酶的作用條件等對(duì)照實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)和探討，幫助學(xué)生理解酶在細(xì)胞內(nèi)的物質(zhì)和能量轉(zhuǎn)變中的地位和作用。在細(xì)胞代謝中，酶只是作為催化劑，并不能提供能量給予各項(xiàng)生命活動(dòng)。教材提出了“能量通貨”的比喻，進(jìn)入ATP的教學(xué)。教師通過資料，向?qū)W生展示ATP與ADP之間相互轉(zhuǎn)化所伴隨的能量轉(zhuǎn)化，理解這種轉(zhuǎn)化在細(xì)胞內(nèi)的貯存和能量轉(zhuǎn)變中的地位和作用。在教師引導(dǎo)下，通過歸納與總結(jié)ATP的能量的來源與去路，學(xué)生聯(lián)系之前所學(xué)能源物質(zhì)，可以科學(xué)推理出呼吸作用正是將“不直接”的能源物質(zhì)轉(zhuǎn)化為“直接”能源物質(zhì)的過程，光合作用則是將生物體不能直接利用的光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的過程。這部分的鋪墊啟發(fā)，有利于后續(xù)光合作用和呼吸作用本質(zhì)的學(xué)習(xí)，也有利于學(xué)生認(rèn)同能量的轉(zhuǎn)化需要特定的物質(zhì)載體從而建立物質(zhì)與能量觀。

二、用實(shí)驗(yàn)素材創(chuàng)設(shè)情景，貫徹生物科學(xué)素養(yǎng)

筆者進(jìn)行ATP一節(jié)的教學(xué)，以一道實(shí)驗(yàn)題（圖1）為素材，導(dǎo)入新課，通過設(shè)計(jì)情境，貫徹整節(jié)課的教學(xué)，重視生物科學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)。

1.創(chuàng)設(shè)問題情境，導(dǎo)入新課

筆者通過實(shí)驗(yàn)小視頻（利用ATP溶液使離體蛙腓腸肌持續(xù)保持收縮能力的實(shí)驗(yàn)），介紹離體蛙腓腸肌實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備工作每個(gè)步驟實(shí)施的原因，并提出“為什么體外培養(yǎng)的蛙腓腸肌可以持續(xù)保持收縮能力？其能量哪里來？”，一方面讓學(xué)生對(duì)比較陌生的生理實(shí)驗(yàn)和生物實(shí)驗(yàn)材料有個(gè)基礎(chǔ)認(rèn)知，從而有利于后續(xù)教學(xué)順利進(jìn)行;另一方面通過創(chuàng)設(shè)問題情境引起學(xué)生興趣，引入新課的實(shí)驗(yàn)素材，開展新課教學(xué)。

2.科學(xué)思維分析，找出實(shí)驗(yàn)變量

筆者認(rèn)為，高中學(xué)生對(duì)生物科實(shí)驗(yàn)的把握，最重要來自于準(zhǔn)確找出實(shí)驗(yàn)變量。在酶的一節(jié)學(xué)習(xí)中，學(xué)生已經(jīng)認(rèn)識(shí)了自變量、因變量和無關(guān)變量，該問題的創(chuàng)設(shè)，可以讓教師評(píng)價(jià)學(xué)生學(xué)習(xí)成果，并且學(xué)生的遷移訓(xùn)練也是科學(xué)思維分析能力形成的環(huán)節(jié)之一。學(xué)生正確找出這個(gè)實(shí)驗(yàn)唯一控制的變量是葡萄糖和ATP溶液，因變量是肌肉的長度，便能夠把握自變量與因變量的關(guān)系。另外，兩種能源物質(zhì)作為實(shí)驗(yàn)自變量，也為后續(xù)ATP的作用特點(diǎn)教學(xué)埋下伏筆。而對(duì)于無關(guān)變量的復(fù)習(xí)，筆者則是設(shè)計(jì)讓學(xué)生舉例無關(guān)變量的任務(wù)。

3.把握實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，書寫實(shí)驗(yàn)題目

對(duì)于任何一個(gè)實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖菫槭裁催M(jìn)行該實(shí)驗(yàn)、如何進(jìn)行該實(shí)驗(yàn)的根本。筆者在教學(xué)中發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)學(xué)生對(duì)待實(shí)驗(yàn)題比較盲目，沒辦法總體把握實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，?dǎo)致沒辦法把握實(shí)驗(yàn)要求。筆者在實(shí)驗(yàn)變量基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)第二個(gè)教學(xué)情境：學(xué)生書寫實(shí)驗(yàn)題目。這個(gè)任務(wù)要求學(xué)生首先理解該實(shí)驗(yàn)性質(zhì)，是探究性實(shí)驗(yàn)還是驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)。其次，把握自變量與因變量關(guān)系，能夠闡述是自變量影響因變量。

4.重視數(shù)據(jù)處理，繪制實(shí)驗(yàn)記錄表格

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的收集和處理體現(xiàn)學(xué)生的科學(xué)思維、科學(xué)探究能力，而實(shí)驗(yàn)記錄表格是承載

數(shù)據(jù)的重要工具。正確設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)表格是科學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)必備環(huán)節(jié)，也是學(xué)生正確把握實(shí)驗(yàn)變量的評(píng)價(jià)方法之一。筆者在ATP一節(jié)教學(xué)中，利用實(shí)驗(yàn)情境，對(duì)學(xué)生提出設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)記錄表格的任務(wù)，并讓學(xué)生展示小組結(jié)果，互相評(píng)價(jià)。在評(píng)價(jià)中，學(xué)生可以正確體會(huì)到兩個(gè)方面：一是實(shí)驗(yàn)記錄方法可以容納多樣性的呈現(xiàn)方式;二是多樣性的呈現(xiàn)方式是建立在科學(xué)思維基礎(chǔ)上的，只有正確把握因變量與自變量的關(guān)系，才是一個(gè)科學(xué)的實(shí)驗(yàn)記錄表格。

5.分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，用理論反思學(xué)習(xí)教材知識(shí)

筆者的實(shí)驗(yàn)素材，讓學(xué)生從實(shí)驗(yàn)對(duì)比角度，從事實(shí)的角度認(rèn)同ATP才能使離體肌肉持續(xù)收縮，而葡萄糖不能。葡萄糖，作為前面已經(jīng)學(xué)習(xí)過的主要能源物質(zhì)，能夠提供能量，為什么不能讓肌肉持續(xù)收縮呢？帶著問題，筆者引導(dǎo)學(xué)生閱讀教材，認(rèn)識(shí)ATP的結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)特性，貫徹結(jié)構(gòu)與功能觀的滲透，讓學(xué)生從ATP的結(jié)構(gòu)上認(rèn)同其具有容易水解提供能量的特征，這也就是其能夠直接提供能源的原因之一。筆者用數(shù)據(jù)展示事實(shí)：人體的ATP量是少的，但是劇烈運(yùn)動(dòng)時(shí)每分鐘約有0.5kg的ATP轉(zhuǎn)化成ADP。學(xué)生很容易分析出ATP與ADP的轉(zhuǎn)化是非常迅速的，筆者在這個(gè)學(xué)生結(jié)論基礎(chǔ)上提出能量守恒以及能量的轉(zhuǎn)化承載在一定的物質(zhì)上的觀點(diǎn)，貫徹能量與物質(zhì)觀的教學(xué)。能量是守恒的，在后面的教學(xué)中，筆者進(jìn)一步重視引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)能量“哪里來”和“去哪里”的問題，引出后面章節(jié)的光合作用與呼吸作用實(shí)質(zhì)的學(xué)習(xí)，為后面課程學(xué)習(xí)打基礎(chǔ)。并且在呼吸作用學(xué)習(xí)中，就涉及葡萄糖作底物，在酶催化下逐步分解并合成ATP的過程，筆者用回歸實(shí)驗(yàn)結(jié)論，點(diǎn)出兩種能源物質(zhì)區(qū)別在“不直接”與“直接”，呼吸作用的目的正是在于將“不直接”的能源物質(zhì)轉(zhuǎn)化為“直接”的能源物質(zhì)。

6.修正實(shí)驗(yàn)，碰撞思維火花

筆者認(rèn)為，所給實(shí)驗(yàn)素材，用同個(gè)離體肌肉，先用葡萄糖處理，再用ATP處理，這樣獲得的實(shí)驗(yàn)結(jié)果不嚴(yán)謹(jǐn)。在酶一節(jié)的對(duì)照實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中，學(xué)生對(duì)對(duì)照實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)已經(jīng)有一定的基礎(chǔ)。筆者提出修正實(shí)驗(yàn)步驟四、五的任務(wù)。在實(shí)踐中，學(xué)生基本能夠在引導(dǎo)下，修正為用同樣經(jīng)過步驟一、二、三處理的離體肌肉，分成兩個(gè)實(shí)驗(yàn)組，分別用一定濃度的ATP溶液和葡萄糖溶液處理，利用步驟四五的基本思路思想，完成實(shí)驗(yàn)，達(dá)到控制單一變量的科學(xué)思維和科學(xué)探究的實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練教學(xué)。

參考文獻(xiàn)：

[1]教育部.普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018.