高中生物學(xué)情境化教學(xué)實踐與研究
——以《細(xì)胞的能量“貨幣”ATP》教學(xué)為例

魏梅紅 劉會堅

（1.福州第二中學(xué)，福建 福州 350001；2.福州第三中學(xué)，福建 福州 350003）

情境性是知識的重要特征之一。建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論認(rèn)為：學(xué)習(xí)不是知識由教師向?qū)W生的傳遞，而是學(xué)生于其原有知識經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，在一定的情境中，主動地加工處理新信息，建構(gòu)知識意義的過程。情境認(rèn)知理論認(rèn)為：知識是在真實情境中產(chǎn)生的，因而知識的理解和掌握離不開具體情境的支撐。［1］為了踐行“核心素養(yǎng)為宗旨”的高中生物學(xué)課程基本理念，生物學(xué)教師應(yīng)根據(jù)生物學(xué)科特點、學(xué)情及教學(xué)實際，整合、優(yōu)化課程資源，積極探索情境創(chuàng)設(shè)方式，提高課堂實效性，促進學(xué)生發(fā)展生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。筆者嘗試以2019 年版人教社《高中生物學(xué)·必修1·分子與細(xì)胞》第5 章第2 節(jié)《細(xì)胞的能量“貨幣”ATP》教學(xué)為例，開展高中生物學(xué)情境化教學(xué)實踐與研究，探討如何創(chuàng)設(shè)真實的學(xué)習(xí)情境，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，主動參與學(xué)習(xí)活動，促進學(xué)生建構(gòu)、理解與應(yīng)用生物學(xué)知識，提高分析問題、解決問題的能力。

一、以模型創(chuàng)設(shè)學(xué)習(xí)情境，促進知識的建立與理解

應(yīng)用模型開展模型演示、觀察及建模等活動，實現(xiàn)情境化教學(xué)，使得抽象的知識直觀化、形象化及生動化，促進學(xué)生建立與理解知識。

ATP 的化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)特點是《細(xì)胞的能量“貨幣”ATP》的教學(xué)重難點之一，筆者從學(xué)生已有的知識基礎(chǔ)與生活經(jīng)驗出發(fā)，創(chuàng)設(shè)問題情境：什么是ATP？ATP 是如何給生命活動提供能量的？引導(dǎo)學(xué)生復(fù)習(xí)核糖核苷酸結(jié)構(gòu)通式，閱讀教科書及有關(guān)資料，并指導(dǎo)學(xué)生利用“希沃白板5”的拖曳功能將“A（腺苷）”“～（一種特殊的化學(xué)鍵）”“P（磷酸集團）”等圖片進行拼裝，建構(gòu)ATP 結(jié)構(gòu)模型，幫助學(xué)生認(rèn)識“ATP 是一種高能磷酸化合物”，即對ATP 結(jié)構(gòu)和特點形成理性認(rèn)識。再進一步創(chuàng)設(shè)問題情境：同是特殊的化學(xué)鍵，為什么越遠(yuǎn)離腺苷的磷酸集團越容易脫落？引導(dǎo)學(xué)生分析ATP 結(jié)構(gòu)中磷酸集團帶負(fù)電荷，彼此會產(chǎn)生排斥。為了幫助學(xué)生更好地理解，筆者課前制作ATP 結(jié)構(gòu)實物模型，利用白色乒乓球代表腺苷，黃色乒乓球表示磷酸集團，腺苷與磷酸集團之間用木棍相連，磷酸集團之間用彈簧相連。課堂教學(xué)時演示該模型，壓縮彈簧，則遠(yuǎn)離白色乒乓球（腺苷）的那個黃色乒乓球（末端磷酸基團）就彈射出去，以此模擬ATP 的化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定，遠(yuǎn)離腺苷的磷酸基團容易離開ATP，為學(xué)習(xí)“脫離下來的磷酸基團攜帶能量與其他分子相結(jié)合，讓后者結(jié)構(gòu)發(fā)生改變”埋下伏筆，并促進學(xué)生加深對“ATP 如何為生命活動提供能量”的理解，形成結(jié)構(gòu)和功能觀、物質(zhì)和能量觀等生命觀念。

借助模型演示與建?；顒?，營造直觀、生動的探究學(xué)習(xí)情境，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，主動參與建模活動，幫助學(xué)生建立與理解生物學(xué)概念，提高學(xué)習(xí)的有效性和認(rèn)同感。

二、以生物學(xué)實驗創(chuàng)設(shè)學(xué)習(xí)情境，促進思維的發(fā)散與拓展

模擬實驗是高中生物學(xué)實驗教學(xué)的重要手段。應(yīng)用生物學(xué)實驗創(chuàng)設(shè)學(xué)習(xí)情境，為學(xué)生搭建思維發(fā)散與拓展的平臺。

為了促進學(xué)生建立與理解“ATP 是驅(qū)動生命活動的直接能源物質(zhì)”這一教學(xué)重難點。首先，引導(dǎo)學(xué)生復(fù)習(xí)有關(guān)葡萄糖和脂肪的作用，將ATP 的作用與學(xué)生熟悉的生活現(xiàn)象進行類比：ATP 的作用猶如“現(xiàn)金”，現(xiàn)金在市場上是可以流通的，故科學(xué)家將ATP 稱“貨幣”；葡萄糖是“存折”，只有“提現(xiàn)”才能更好地“流通”。再結(jié)合課前發(fā)放給學(xué)生的三磷酸腺苷二鈉片實物及說明書，分析三磷酸腺苷二鈉片的作用機理。在此基礎(chǔ)上，組織學(xué)生觀察青蛙肌肉收縮模擬實驗視頻，分析青蛙的腓腸肌在不同物質(zhì)刺激下的收縮情況。青蛙是兩棲類動物，其基本的生命活動和生理功能與一般溫血動物是相似的。青蛙的離體組織所需要的生活環(huán)境比較簡單，可以通過添加任氏液（—種比較接近兩棲動物內(nèi)環(huán)境的液體）來維持其生理活性。腓腸肌的收縮是神經(jīng)肌肉接受刺激（用浸有任氏液的鋅銅弓輕觸坐骨神經(jīng)）產(chǎn)生興奮的重要表現(xiàn)，這一過程是需要消耗能量的。通過分組添加一定量的ATP 及葡萄糖，學(xué)生可以觀察到：1 號添加ATP 任氏液的青蛙腓腸肌接受鋅銅弓刺激坐骨神經(jīng)時出現(xiàn)收縮，而2 號添加葡萄糖任氏液的青蛙腓腸肌接受刺激時未出現(xiàn)收縮。若將2 號原滴加的葡萄糖洗去，再添加與1 號相同量的ATP 任氏液，則青蛙腓腸肌接受刺激時出現(xiàn)收縮現(xiàn)象。由此判斷ATP 能直接供能，而葡萄糖則不能。以此加深學(xué)生對ATP 是驅(qū)動生命活動的直接能源物質(zhì)的理解。當(dāng)然為避免青蛙腓腸肌中原有能量的干擾，還需通過不斷刺激，讓1、2 號青蛙腓腸肌消耗殆盡原有能量，再進行上述青蛙肌肉收縮實驗。促進學(xué)生發(fā)散、拓展思維，做到全面、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)厮伎肌?/p>

在生活體驗的基礎(chǔ)上應(yīng)用生物學(xué)實驗創(chuàng)設(shè)學(xué)習(xí)情境，有助于學(xué)生加深對生物學(xué)重要概念及其生物學(xué)意義的理解，培養(yǎng)學(xué)生實事求是、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)那笾獞B(tài)度，促進思維的發(fā)散與拓展。

三、以課堂練習(xí)、測驗創(chuàng)設(shè)學(xué)習(xí)情境，促進知識的鞏固與應(yīng)用

創(chuàng)設(shè)真實的練習(xí)、測驗情境，促進學(xué)生在真實的任務(wù)情境中解決真實的問題，并在此過程中真實地發(fā)展。［2］練習(xí)、測驗的情境源自生活或接近生活，則能符合教育的本質(zhì)和素養(yǎng)生成的規(guī)律，有利于促進學(xué)生的發(fā)展。

為加深學(xué)生對“ATP 水解釋放的能量用于各項生命活動”的理解與應(yīng)用，筆者推送隨堂測試題，創(chuàng)設(shè)學(xué)習(xí)任務(wù)情境1：ATP 中的腺嘌呤（A）可否替換成G、C、T等形成GTP、CTP、TTP？它們是否存在？如何存在，為什么供能的載體主要是ATP？在學(xué)生思考、測驗的基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生從進化的角度進行闡釋，GTP、CTP、TTP 等也是高能磷酸化合物，同樣具有高能磷酸鍵，只是其在細(xì)胞中的分工不同，因ATP 的催化位點比較多，供能的范圍更廣泛，所以ATP 是主要的供能物質(zhì)，促進學(xué)生形成進化與適應(yīng)觀的同時，也為從蛋白質(zhì)結(jié)合位點、ATP 催化位點等角度分析任務(wù)2 做鋪墊。［3］創(chuàng)設(shè)任務(wù)情境2：智能生物藥物成為治療癌癥等難以攻克疾病的首選，近些年，蛋白質(zhì)納米管（可以用來包裹、保護藥物）在細(xì)胞內(nèi)高含量ATP 條件下可以釋放治療藥物，被譽為“ATP 控制的藥物遞送系統(tǒng)”。請根據(jù)ATP、蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能推測ATP 在藥物釋放中所起的作用。要求學(xué)生基于教科書第88 頁圖5-7“ATP 為主動運輸供能示意圖”并結(jié)合ATP、蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能，分析參與Ca2+運輸?shù)妮d體是一種催化ATP 水解的酶，ATP 在酶的作用下，末端的磷酸集團脫落與載體蛋白結(jié)合，使后者發(fā)生磷酸化，導(dǎo)致其空間結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，Ca2+的結(jié)合位點由膜內(nèi)轉(zhuǎn)到膜外，引起Ca2+的釋放。以此促進學(xué)生鞏固所學(xué)知識，并遷移應(yīng)用：蛋白質(zhì)納米管在ATP 水解釋放的能量轉(zhuǎn)移作用下，結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，從而幫助釋放藥物?？梢?，特定的蛋白在特殊情況下可以同時承擔(dān)多種角色，如運輸、催化等；蛋白質(zhì)等分子磷酸化后空間結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，活性和功能也改變。ATP 為生命活動直接供能外，還為蛋白質(zhì)等分子的磷酸化做重要貢獻。

應(yīng)用隨堂練習(xí)、測驗創(chuàng)設(shè)學(xué)習(xí)情境，挖掘和提煉與科學(xué)、技術(shù)及社會STS 相聯(lián)系的習(xí)題與試題，促進學(xué)生在鞏固知識的同時，遷移應(yīng)用解決與生物學(xué)密切相關(guān)的社會熱點問題，形成社會責(zé)任意識與擔(dān)當(dāng)。

在高中生物學(xué)課程改革深入推進的背景下，要求高中生物學(xué)教師轉(zhuǎn)變教學(xué)理念，探索情境化教學(xué)策略，讓課堂教學(xué)情境化，讓學(xué)生學(xué)習(xí)情境多樣化，促進學(xué)生主動參與課堂教學(xué)，在問題情境、實驗情境、任務(wù)情境中提升對生物學(xué)知識的理解能力與應(yīng)用能力，發(fā)展生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。