基于深度學(xué)習(xí)理念的高中生物學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)
——以“細(xì)胞的能量通貨—ATP”為例

張雪華

（龍巖第一中學(xué)，福建 龍巖 364000）

《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017 年版）》明確提出“核心素養(yǎng)為宗旨”的課程基本理念，這要求教師借助一定的信息技術(shù)手段，設(shè)計(jì)探究學(xué)習(xí)活動(dòng)，引導(dǎo)學(xué)生深度學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生的生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

一、概述深度學(xué)習(xí)和“兩次倒轉(zhuǎn)”教學(xué)機(jī)制

深度學(xué)習(xí)是指學(xué)生在教師引領(lǐng)下，圍繞具有挑戰(zhàn)性的學(xué)習(xí)主題，主動(dòng)參與、體驗(yàn)成功、獲得發(fā)展的、有意義的學(xué)習(xí)過程，其是培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的重要途徑。［1］選擇學(xué)習(xí)主題、確定學(xué)習(xí)目標(biāo)、設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)活動(dòng)和開展持續(xù)性評(píng)價(jià)是深度學(xué)習(xí)的4 個(gè)重要的環(huán)節(jié)。［1］

“兩次倒轉(zhuǎn)”教學(xué)機(jī)制認(rèn)為，學(xué)生的認(rèn)識(shí)過程是將人類認(rèn)識(shí)過程“倒過來”再“轉(zhuǎn)回去”的過程。［2］“倒過來”為第一次倒轉(zhuǎn)，解決“學(xué)生個(gè)體認(rèn)識(shí)與歷史總認(rèn)識(shí)相區(qū)別的特殊性”問題，即教學(xué)是直接從認(rèn)識(shí)開始，有目的地指向人類已有認(rèn)識(shí)成果的學(xué)習(xí)?！稗D(zhuǎn)回去”為第二次倒轉(zhuǎn)，解決“當(dāng)學(xué)生面臨與自己有著極大差距的人類認(rèn)識(shí)成果時(shí)，如何能夠成為認(rèn)識(shí)主體并最終將人類認(rèn)識(shí)成果轉(zhuǎn)化為自身的力量”問題，即化解學(xué)生的困難，使學(xué)生真正成為教學(xué)的主體。［2］

根據(jù)深度學(xué)習(xí)的4 個(gè)重要環(huán)節(jié)及“兩次倒轉(zhuǎn)”教學(xué)機(jī)制，現(xiàn)以人教社2007 年版《高中生物·必修1·分子與細(xì)胞》第5 章第2 節(jié)“細(xì)胞的能量通貨—ATP”教學(xué)設(shè)計(jì)為例，探討深度學(xué)習(xí)教學(xué)設(shè)計(jì)策略。

二、例析高中生物學(xué)深度學(xué)習(xí)教學(xué)設(shè)計(jì)

（一）課堂學(xué)習(xí)主題設(shè)計(jì)

課堂學(xué)習(xí)主題應(yīng)體現(xiàn)學(xué)科知識(shí)發(fā)展、學(xué)科思想與學(xué)科方法，能夠激發(fā)學(xué)生全身心地參與學(xué)習(xí)活動(dòng)、促進(jìn)學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)發(fā)展的內(nèi)容。［1］

《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017 年版）》（下文簡(jiǎn)稱課程標(biāo)準(zhǔn)）對(duì)本節(jié)課教學(xué)的要求是：通過創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境和設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究，促進(jìn)學(xué)生達(dá)成對(duì)重要概念“ATP是驅(qū)動(dòng)生命活動(dòng)的直接能量物質(zhì)”的理解。本節(jié)課的教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)是①ATP 化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其功能。②ATP 與ADP 的相互轉(zhuǎn)化。據(jù)此，筆者設(shè)計(jì)本節(jié)課堂學(xué)習(xí)主題為：分析ATP 的化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，解釋ATP 是驅(qū)動(dòng)生命活動(dòng)的直接能量物質(zhì)。通過對(duì)本主題的學(xué)習(xí)，讓學(xué)生在分析ATP 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、建構(gòu)ATP 與ADP 相互轉(zhuǎn)化模型的過程中，樹立結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)、物質(zhì)與能量相統(tǒng)一等生命觀念，提升歸納與概括、模型與建模、批判性思維與創(chuàng)造性思維等科學(xué)思維能力和科學(xué)探究能力。

（二）深度學(xué)習(xí)目標(biāo)設(shè)計(jì)

深度學(xué)習(xí)目標(biāo)是指完成某節(jié)課或某單元學(xué)習(xí)之后，學(xué)生應(yīng)該獲得的學(xué)科核心素養(yǎng)的學(xué)習(xí)結(jié)果。［1］根據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容要求，本節(jié)課深度學(xué)習(xí)目標(biāo)為：①觀看古詩朗誦視頻，初步建立熱愛自然、珍愛生命的情感。②設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，建立重要概念“ATP 是驅(qū)動(dòng)生命活動(dòng)的直接能量物質(zhì)”。③通過閱讀教科書和問題討論分析，構(gòu)建ATP 的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)模型及ATP 與ADP相互轉(zhuǎn)化的概念模型，解釋ATP 是細(xì)胞吸能反應(yīng)和放能反應(yīng)的紐帶，闡明“ATP 是驅(qū)動(dòng)生命活動(dòng)的直接能量物質(zhì)”。④應(yīng)用類比方法，分析ATP 與貨幣的關(guān)系，說明ATP 是細(xì)胞的能量“通貨”，并能夠遷移運(yùn)用，解決實(shí)際問題。

（三）深度學(xué)習(xí)活動(dòng)設(shè)計(jì)

深度學(xué)習(xí)活動(dòng)是指達(dá)成深度學(xué)習(xí)目標(biāo)的活動(dòng)過程。設(shè)計(jì)深度學(xué)習(xí)活動(dòng)一般有3 個(gè)步驟，分別是設(shè)計(jì)具有挑戰(zhàn)性的學(xué)習(xí)任務(wù)；對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)過程中的表現(xiàn)和可能遇到的困難做出預(yù)設(shè)，并設(shè)計(jì)應(yīng)對(duì)方案；對(duì)深度學(xué)習(xí)活動(dòng)進(jìn)行檢驗(yàn)。［1］圍繞學(xué)習(xí)主題及學(xué)習(xí)目標(biāo)，結(jié)合學(xué)習(xí)內(nèi)容和學(xué)生的學(xué)習(xí)水平，本節(jié)課筆者設(shè)計(jì)了以下系列深度學(xué)習(xí)活動(dòng)。

1.營(yíng)造學(xué)習(xí)氛圍，導(dǎo)入新課學(xué)習(xí)

指導(dǎo)學(xué)生觀看唐代詩人杜牧的“秋夕”古詩朗誦視頻，思考教科書第88 頁“問題探討”欄目問題：螢火蟲發(fā)光具有哪些生物學(xué)意義？螢火蟲體內(nèi)有特殊的發(fā)光物質(zhì)嗎？發(fā)光過程有能量的轉(zhuǎn)換嗎？讓學(xué)生聆聽美妙的詩句，欣賞點(diǎn)點(diǎn)流螢下浪漫的夜景，營(yíng)造輕松、愉悅的課堂學(xué)習(xí)氛圍，以此激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，導(dǎo)入本課學(xué)習(xí)，潛移默化地促進(jìn)學(xué)生形成熱愛自然、熱愛生命和尊重生命的社會(huì)責(zé)任意識(shí)。

2.創(chuàng)設(shè)問題情境，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案

創(chuàng)設(shè)問題情境：①螢火蟲發(fā)光的能量從何而來？螢火蟲發(fā)光的能量是由葡萄糖直接提供的嗎？如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行探究呢？請(qǐng)討論分析實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的思路并預(yù)期實(shí)驗(yàn)結(jié)果。②為什么螢火蟲發(fā)光部位提取液加入ATP 就會(huì)發(fā)光呢？ATP 的結(jié)構(gòu)有哪些特點(diǎn)呢？指導(dǎo)學(xué)生分組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，證明“螢火蟲發(fā)光所需物質(zhì)是ATP,而不是葡萄糖”，幫助學(xué)生修正前科學(xué)概念“葡萄糖是細(xì)胞生命活動(dòng)所需的主要能源物質(zhì)”，建立重要概念“ATP 是驅(qū)動(dòng)生命活動(dòng)的直接能量物質(zhì)”，提高觀察能力及設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案能力。

3.利用學(xué)習(xí)資源，開展建?；顒?dòng)

基于教科書提供的學(xué)習(xí)資源，創(chuàng)設(shè)問題情境，指導(dǎo)學(xué)生開展觀察、閱讀、討論分析及“ATP 的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)模型”“ATP 與ADP 相互轉(zhuǎn)化關(guān)系模型”建構(gòu)活動(dòng)，促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí)。

首先指導(dǎo)學(xué)生閱讀有關(guān)資料及教科書相關(guān)內(nèi)容，了解人體在劇烈運(yùn)動(dòng)時(shí)，需要消耗大量的能量，這些能量基本上是由ATP 直接提供的，但是人體細(xì)胞內(nèi)并沒有儲(chǔ)存大量的ATP。由此設(shè)問：ATP 的結(jié)構(gòu)必須具備哪些特點(diǎn)才能解決人體在劇烈運(yùn)動(dòng)時(shí)需要消耗大量能量這個(gè)問題呢？組織學(xué)生討論、歸納總結(jié)：ATP的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)有利于含有大量的能量，所含有的能量容易被利用，且ATP 能夠很快被合成。

集成電路布圖設(shè)計(jì)專有權(quán)保護(hù)相關(guān)問題研究——國(guó)內(nèi)首例侵權(quán)糾紛行政裁決案件引發(fā)的思考.........................................................................曹志明 王志超 07.60

指導(dǎo)學(xué)生觀察教科書第88 頁ATP 的分子結(jié)構(gòu)式，思考與討論：ATP 的學(xué)名是什么？組成元素有哪些？與腺嘌呤核糖核苷酸有哪些相似之處？腺嘌呤核糖核苷酸的作用是什么？它含有很多能量嗎？磷酸基團(tuán)帶什么電荷？請(qǐng)推測(cè)ATP 含有較高的能量的原因。進(jìn)一步創(chuàng)設(shè)問題情境：①ATP 在什么情況下才能釋放能量？ATP 水解時(shí)是否兩個(gè)高能磷酸鍵皆水解？②ATP 合成需要哪些物質(zhì)？能量主要來源有哪些途徑？為什么ATP 在細(xì)胞內(nèi)能夠很快合成？ATP 合成的意義是什么？③為什么細(xì)胞內(nèi)ATP 與ADP 相互轉(zhuǎn)化的能量供應(yīng)機(jī)制普遍存在于生物界？要求學(xué)生圍繞上述問題，觀察教科書第72 頁“主動(dòng)運(yùn)輸示意圖”及第89 頁“ADP 轉(zhuǎn)化成ATP 時(shí)所需要能量的主要來源示意圖”，開展小組討論分析，建構(gòu)ATP 與ADP 相互轉(zhuǎn)化模型。

讓學(xué)生在觀察、閱讀、討論分析及建模活動(dòng)中，親歷ATP 分子結(jié)構(gòu)與功能的科學(xué)發(fā)現(xiàn)過程；認(rèn)識(shí)建模的方法及其意義；建立與理解“ATP 含有大量能量”“ATP是驅(qū)動(dòng)生命活動(dòng)的直接能量物質(zhì)”“ATP 含有的能量很容易被利用”等重要概念，了解ATP 與ADP 相互轉(zhuǎn)化過程中能量的來源和用途；樹立“結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)”“物質(zhì)與能量相伴隨”“生物界具有統(tǒng)一性”等生命觀念；提高邏輯推理能力、識(shí)圖析圖能力及建模能力。

4.創(chuàng)設(shè)問題情境，促進(jìn)重要概念的理解與遷移應(yīng)用

組織學(xué)生閱讀第89 頁教科書部分內(nèi)容，并觀察第90 頁“ATP 的利用舉例”圖示，思考與討論：生物體的哪些生命活動(dòng)需要消耗ATP？舉例說明什么是吸能反應(yīng)與放能反應(yīng)？如果把糖類和脂肪比作大額支票，則ATP 可以相當(dāng)于現(xiàn)金嗎？植物、動(dòng)物、細(xì)菌和真菌的細(xì)胞內(nèi)，都是以ATP 作為能量“通貨”的，這是否也說明生物界的統(tǒng)一性？這對(duì)你理解生命的起源和生物的進(jìn)化有什么啟示？［3］

以生物界中ATP 的利用事例創(chuàng)設(shè)問題情境，驅(qū)動(dòng)學(xué)生建立“吸能反應(yīng)”“放能反應(yīng)”概念；應(yīng)用類比分析方法，深入理解重要概念“ATP 是驅(qū)動(dòng)生命活動(dòng)的直接能量物質(zhì)”以及ATP 與ADP 相互轉(zhuǎn)化的關(guān)系，并遷移應(yīng)用于解決新情境中問題，提高分析問題、解決問題的能力、批判性思維能力與創(chuàng)造性思維能力。

四、持續(xù)性評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)相應(yīng)習(xí)題，利用希沃白板、答題器等信息技術(shù)手段進(jìn)行持續(xù)性評(píng)價(jià)，及時(shí)了解學(xué)習(xí)目標(biāo)達(dá)成情況、監(jiān)測(cè)與調(diào)控學(xué)生的學(xué)習(xí)過程、反饋與指導(dǎo)改進(jìn)教學(xué)，促進(jìn)深度學(xué)習(xí)有效進(jìn)行。［1］

例1.將圖示中不同物質(zhì)中“A”所代表的含義用線連接起來。

③腺嘌呤核糖核苷酸 ④腺嘌呤

例2.某酶可以催化ATP 的一個(gè)磷酸基團(tuán)轉(zhuǎn)移到DNA 末端上，同時(shí)產(chǎn)生ADP。若要用該酶把32P 標(biāo)記到DNA 末端上，那么帶有32P 的磷酸基團(tuán)應(yīng)標(biāo)在ATP（A－Pα～Pβ～Pγ）的位置是（ ）。

A.α B.β C.γ D.β 和γ

例3.槍烏賊的神經(jīng)細(xì)胞能不斷吸收K+，使細(xì)胞內(nèi)K+濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于細(xì)胞外。當(dāng)用一種有毒物質(zhì)使其神經(jīng)細(xì)胞中毒時(shí)，該細(xì)胞就無法吸收K+。如果在該細(xì)胞中注入某種物質(zhì)，其吸收K+的功能則恢復(fù)，直至該物質(zhì)消耗完為止。請(qǐng)回答：槍烏賊的神經(jīng)細(xì)胞吸收K+的方式以及注入的物質(zhì)各是什么？

利用例1 檢測(cè)學(xué)生開展“ATP 的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)模型”建?；顒?dòng)效果，利用希沃白板的拖曳功能，可以了解學(xué)生對(duì)圖中物質(zhì)與各物質(zhì)中的“A”之間的內(nèi)在聯(lián)系掌握程度，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)核酸的組成單位、ATP 的組成物質(zhì)及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)之間的內(nèi)在聯(lián)系的理解。利用例2 檢測(cè)學(xué)生是否正確理解“ATP 與ADP 相互轉(zhuǎn)化關(guān)系”，并應(yīng)用于解決新情境問題的能力。例3 有助于檢測(cè)學(xué)生對(duì)“ATP 是驅(qū)動(dòng)生命活動(dòng)的直接能量物質(zhì)”重要概念是否正確理解與應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生獲取信息、分析問題、解決問題能力。學(xué)生利用答題器答題，可讓教師在課堂上及時(shí)了解學(xué)生知識(shí)掌握情況，有利于教師布置課后作業(yè)和設(shè)計(jì)下一節(jié)課的教學(xué)方案。

基于深度學(xué)習(xí)理念設(shè)計(jì)高中生物學(xué)學(xué)習(xí)主題、學(xué)習(xí)目標(biāo)、學(xué)習(xí)活動(dòng)及學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)，引導(dǎo)學(xué)生通過觀察、思考、討論、建模與探究等學(xué)習(xí)活動(dòng)，進(jìn)行知識(shí)構(gòu)建、問題解決和反思改進(jìn)，深入理解與應(yīng)用“ATP 是驅(qū)動(dòng)生命活動(dòng)的直接能量物質(zhì)”這一重要概念。此外，視頻、PPT、希沃白板和答題器等信息技術(shù)手段的合理應(yīng)用，能夠輔助學(xué)生深度學(xué)習(xí)，發(fā)展生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。