例談概念教學(xué)中培育生命觀念的路徑

羅玲

摘要 以“細(xì)胞的能量“貨幣”ATP”概念為例，探討概念教學(xué)中通過對解讀核心概念，理解生命觀念的內(nèi)涵;深度研讀教材，找準(zhǔn)生命觀念錨定點(diǎn);聚焦概念建構(gòu)，培育學(xué)生的生命觀念等，突出實(shí)踐過程與方法的可操作性。

關(guān)鍵詞 生命觀念 概念教學(xué) ATP

中圖分類號 G633.91

文獻(xiàn)標(biāo)志碼 B

生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)中的生命觀念是指對觀察到的生命現(xiàn)象及相互關(guān)系或特性進(jìn)行解釋后的抽象，是人們經(jīng)過實(shí)證后的觀點(diǎn)，是能夠理解或解釋生物學(xué)相關(guān)事件和現(xiàn)象的意識、觀念和思想方法。發(fā)展學(xué)生的生命觀念有助于學(xué)生在面對現(xiàn)實(shí)生活中的實(shí)際問題和挑戰(zhàn)時具有較好的分析能力和解決問題能力，從而更好地適應(yīng)未來的社會發(fā)展和個人生活。

生物學(xué)是一個概念系統(tǒng)為主要特征的學(xué)科，概念教學(xué)是發(fā)展生命觀念的基礎(chǔ)。下面以《必修1·分子與細(xì)胞》第五章中“細(xì)胞的能量‘貨幣’ATP”為例，探討概念教學(xué)中生命觀念的培育。

1解讀核心概念，理解生命觀念的內(nèi)涵生命觀念是生物學(xué)核心概念（也叫大概念）的呈現(xiàn)方式。因此，首先要理解和把握本節(jié)課程內(nèi)容所蘊(yùn)含的生命觀念內(nèi)涵。研讀《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》課程內(nèi)容，梳理各層級概念及核心概念所蘊(yùn)含的生命觀念，見表1。課程內(nèi)容中對進(jìn)化與適應(yīng)觀、穩(wěn)態(tài)與平衡觀沒有特別的學(xué)業(yè)要求，教學(xué)時可適當(dāng)滲透，不作為教學(xué)重點(diǎn)。

2深度研讀教材，找準(zhǔn)生命觀念錨定點(diǎn)

觀念是抽象的，甚至是虛空的，如果不能找到相應(yīng)生命觀念在生物學(xué)概念中的錨定點(diǎn)，則會在實(shí)踐中無從下手。因此，教師首先要研讀教材，找準(zhǔn)每個生命觀念所錨定的概念和關(guān)鍵事實(shí)。

2.1物質(zhì)與能量觀

本節(jié)教材貫穿“物質(zhì)與能量觀”，通過問題探討引出螢火蟲發(fā)光需要能量，在正文的首段列舉一些事實(shí)，如細(xì)胞中的糖類、脂肪等有機(jī)物都儲存著化學(xué)能，直接給細(xì)胞的主動運(yùn)輸、物質(zhì)的合成和肌纖維的收縮等生命活動提供能量的是ATP。接著，用數(shù)據(jù)30.54kJ/mol來說明ATP是一種高能磷酸化合物。在ATP與ADP可以相互轉(zhuǎn)化這個板塊，主要通過ATP與ADP可以相互轉(zhuǎn)化示意圖和ADP轉(zhuǎn)化成ATP時所需要能量的主要來源圖，說明兩種物質(zhì)在轉(zhuǎn)化過程中伴隨能量的變化。在ATP的利用板塊，舉例說明生物（如電鰻）發(fā)電、螢火蟲發(fā)光、大腦思考、物質(zhì)合成、主動運(yùn)輸、肌肉收縮等需要ATP供能等;歸納總結(jié)細(xì)胞生命活動吸能反應(yīng)與放能反應(yīng)一般與ATP水解或ATP合成相聯(lián)系。這些內(nèi)容都說明生命活動不僅需要物質(zhì)基礎(chǔ)，還需要能量驅(qū)動，而能量的供應(yīng)和利用離不開化學(xué)反應(yīng)，物質(zhì)是能量的載體，能量是物質(zhì)變化的動力，這就是生物學(xué)的物質(zhì)與能量觀。

2.2結(jié)構(gòu)與功能觀

本節(jié)的教學(xué)關(guān)鍵點(diǎn)是同樣是能源物質(zhì)，ATP具有哪些與葡萄糖不同的特點(diǎn)決定了它是細(xì)胞生命活動的直接能源物質(zhì)。教材用兩段分別介紹了ATP的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)特點(diǎn)：1ATP是一種高能磷酸化合物;2ATP分子中末端的特殊化學(xué)鍵（也就是磷酐鍵）不穩(wěn)定，很容易水解;3ATP與ADP相互轉(zhuǎn)化迅速，教材通過數(shù)據(jù)來直接說明，即人在激烈運(yùn)動的狀態(tài)下每分鐘約有0.5kg的ATP轉(zhuǎn)化成ADP來證明轉(zhuǎn)化是迅速的。ATP正是具有這樣的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)特點(diǎn)，才決定了它是細(xì)胞中的能量“貨幣”。糖類、脂肪等雖然也是能源物質(zhì)，但是沒有ATP這樣獨(dú)特的性質(zhì)，這正是體現(xiàn)結(jié)構(gòu)決定功能的生命觀念。

當(dāng)然，細(xì)胞內(nèi)ATP與ADP相互轉(zhuǎn)化是時刻不停地發(fā)生，但ATP含量始終維持在一個相對穩(wěn)定的、動態(tài)平衡的水平，這對于構(gòu)成細(xì)胞內(nèi)穩(wěn)定的供能環(huán)境具有十分重要意義，也正是細(xì)胞水平上的穩(wěn)態(tài)與平衡觀。自然界中，從真核生物到原核生物，其細(xì)胞內(nèi)都是以ATP作為能量“貨幣”的，這說明生物界具有統(tǒng)一性，也反映生物界有著共同的起源，體現(xiàn)了生命系統(tǒng)的進(jìn)化與適應(yīng)觀。

3聚焦概念建構(gòu)，培育學(xué)生的生命觀念

實(shí)踐證明，學(xué)生對生物學(xué)概念的正確理解是建立在豐富的、有代表性的生物學(xué)事實(shí)和材料基礎(chǔ)上的。因此，在教學(xué)過程中，教師應(yīng)創(chuàng)設(shè)真實(shí)的教學(xué)情境，以具體的生物學(xué)事實(shí)為載體，引導(dǎo)學(xué)生積極主動參與實(shí)驗(yàn)設(shè)計、模型建構(gòu)、資料搜集、數(shù)據(jù)分析等探究活動，學(xué)生在實(shí)踐體驗(yàn)中完成對概念的建構(gòu)，同時培育生命觀念。

3.1創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境，引入概念——培養(yǎng)生命觀念的起始點(diǎn)

情境之于知識，猶如湯之于鹽。有效的教學(xué)情境與問題可以激勵、喚醒、鼓舞學(xué)生的學(xué)習(xí)欲望，學(xué)生就會自主地思考和探究問題，自主地感悟情境與問題中蘊(yùn)含的生物學(xué)思想觀念。教師由車胤的囊螢夜讀典故引出螢火蟲發(fā)光現(xiàn)象，提供螢火蟲發(fā)光原理、為螢火蟲尾部的發(fā)光直接提供能量物質(zhì)的資料。結(jié)合前面學(xué)生學(xué)習(xí)過的幾種能源物質(zhì)，教師再提供ATP的資料，資料僅僅強(qiáng)調(diào)ATP也是一種能源物質(zhì)，其名稱、結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)暫不多說，留下懸念，讓學(xué)生設(shè)計實(shí)驗(yàn)思路，來探究糖類、脂肪、蛋白質(zhì)、ATP等物質(zhì)中哪種為螢火蟲尾部的發(fā)光直接提供能量的物質(zhì)，從而滲透物質(zhì)變化的過程中伴隨能量變化的觀念。

3.2注重實(shí)踐探究，建構(gòu)概念——培養(yǎng)生命觀念的生長點(diǎn)

教師通過問題引領(lǐng)和任務(wù)驅(qū)動，促進(jìn)學(xué)生積極主動、深度參與探究活動，學(xué)生在實(shí)踐和體驗(yàn)中實(shí)現(xiàn)對概念的建構(gòu)。

任務(wù)1：設(shè)計實(shí)驗(yàn)并分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，明確ATP是直接供能物質(zhì)。學(xué)生小組合作思考，探尋為螢火蟲發(fā)光直接提供能源物質(zhì)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計思路。教師動畫模擬演示實(shí)驗(yàn)結(jié)果，引導(dǎo)學(xué)生分析得出結(jié)論：直接為螢火蟲發(fā)光提供能量物質(zhì)是ATP，葡萄糖、脂肪、蛋白質(zhì)等都不是。

任務(wù)2：合作建構(gòu)ATP分子物理模型，理解ATP結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定。教師聯(lián)系學(xué)生已有的知識經(jīng)驗(yàn)，利用不同顏色的彩紙剪成的多邊形、圓形、五邊形分別代表腺嘌呤、磷酸、核糖，拼接腺嘌呤核糖核苷酸模型，再引導(dǎo)學(xué)生自學(xué)教材及旁欄中的相關(guān)信息，嘗試拼接ATP分子結(jié)構(gòu)模型。通過模型制作，學(xué)生理解ATP作為細(xì)胞生命活動的直接能源物質(zhì)的理由有：11molATP水解釋放的能量高達(dá)為30.54kJ，是一種高能磷酸化合物;2特殊的化學(xué)鍵不穩(wěn)定。

關(guān)于ATP水解釋放能量，由于高一學(xué)生化學(xué)反應(yīng)中轉(zhuǎn)移勢能相關(guān)知識沒有學(xué)習(xí)，而且化學(xué)鍵的斷裂一般需要消耗能量。為了幫助學(xué)生理解，教師要適時補(bǔ)充講解ATP水解釋放能量原因：依據(jù)能量守恒定律，由于反應(yīng)產(chǎn)物所含的自由能比反應(yīng)物低，將自由能貢獻(xiàn)出來，因此釋放能量。

任務(wù)3：分析數(shù)據(jù)，邏輯推理，證明ADP與ATP相互迅速轉(zhuǎn)化。由于ATP的化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定，教師引導(dǎo)學(xué)生分析推理、得出ATP在細(xì)胞中的含量應(yīng)該很少。教師提供資料：事實(shí)上，人體中ATP的總量只有大約2mg，人的肌細(xì)胞中ATP只能維持不到1s的劇烈運(yùn)動所需能量;一個成人一天在靜止?fàn)顟B(tài)下所消耗的ATP為40kg，人在緊張活動的情況下消耗的ATP可達(dá)0.5kg/min。教師再設(shè)疑：生物體內(nèi)ATP的含量很低的，而機(jī)體正常生命活動需要量卻很多，生物體是如何解決這一矛盾的呢？學(xué)生通過思考、推理，可知細(xì)胞合成ATP非常迅速，且ADP與ATP的相互轉(zhuǎn)化迅速，由此學(xué)生獲得由于ATP作為細(xì)胞生命活動的直接能源物質(zhì)理由之三。

關(guān)于ADP轉(zhuǎn)化成ATP時所需能量的主要來源問題，教師引導(dǎo)學(xué)生分析教材中的圖解，知道主要通過光合作用和呼吸作用這兩條途徑。這兩部分內(nèi)容將在后面詳細(xì)學(xué)習(xí)，因此本節(jié)課無需深挖。

以上3個活動可以讓學(xué)生理解“ATP作為細(xì)胞生命活動的直接能源物質(zhì)，與其結(jié)構(gòu)、性質(zhì)是相適應(yīng)的”。當(dāng)然，ATP與ADP的相互轉(zhuǎn)化在細(xì)胞內(nèi)時刻不停地發(fā)生并處于動態(tài)平衡，這正是細(xì)胞水平上的穩(wěn)態(tài)與平衡。

任務(wù)4：搜集資料，展示交流，例舉細(xì)胞內(nèi)ATP的利用。課前，教師布置學(xué)生搜集有關(guān)ATP的利用資料圖片等，學(xué)生課堂上展示并交流。教師播放ATP為主動運(yùn)輸供能過程的動畫，并說明其中的原理是“ATP水解釋放的磷酸基團(tuán)與載體蛋白結(jié)合，導(dǎo)致載體蛋白磷酸化，其空間結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，所以完成物質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)”。ATP水解釋放的磷酸基團(tuán)導(dǎo)致蛋白質(zhì)磷酸化的現(xiàn)象在細(xì)胞內(nèi)是比較常見的，ATP因而可以參與各種化學(xué)反應(yīng)，從另一角度幫助學(xué)生理解ATP為很多細(xì)胞內(nèi)很多生命活動直接供能是由其性質(zhì)特點(diǎn)決定的。教師引導(dǎo)學(xué)生了解：不同的生物絕大多數(shù)的生命活動都以ATP為直接能源物質(zhì)，說明生物界具有共性，也反映生物有著共同的起源，這體現(xiàn)了生命系統(tǒng)的進(jìn)化與適應(yīng)觀。

3.3建構(gòu)知識框架，整合概念——培養(yǎng)生命觀念的著力點(diǎn)

概念教學(xué)不應(yīng)僅僅停留在讓學(xué)生記住一些零散的生物學(xué)事實(shí)、碎片化的知識，還要引導(dǎo)學(xué)生依據(jù)概念間內(nèi)在的邏輯關(guān)系建構(gòu)知識體系，概括為抽象的重要概念和大概念，才能使概念內(nèi)化于學(xué)生的頭腦，形成生命觀念。

教師引導(dǎo)學(xué)生歸納、總結(jié)：細(xì)胞生命活動中的吸能反應(yīng)與放能反應(yīng)一般與ATP水解或ATP合成相聯(lián)系。能量通過ATP分子在吸能反應(yīng)和放能反應(yīng)之間循環(huán)流通，及時而持續(xù)地滿足各項(xiàng)生命活動對能量的需求。學(xué)生依據(jù)知識之間的內(nèi)在聯(lián)系，把瑣碎的知識串聯(lián)起來，自主構(gòu)建知識網(wǎng)絡(luò)（圖1），發(fā)展物質(zhì)與能量觀。

3.4著意遷移應(yīng)用，評價概念——培育生命觀念的關(guān)鍵點(diǎn)

注重知識的遷移運(yùn)用，分析和解決現(xiàn)實(shí)生活中的問題，一方面有利于學(xué)生對概念的深度理解，另一方面助推學(xué)生生命觀念的達(dá)成。例如，本節(jié)課上，教師引導(dǎo)學(xué)生討論：為什么醫(yī)學(xué)上常用ATP片劑或注射液對漸凍癥、心功能不全、心肌疾患、進(jìn)行性肌萎縮、腦出血后遺癥等疾病進(jìn)行輔助治療？

學(xué)生能用本節(jié)知識對此應(yīng)用做出合理的解釋，不僅促進(jìn)達(dá)成生命觀念，還利于形成生物科學(xué)能夠促進(jìn)人類健康、造福人類的價值觀。

在課堂上培養(yǎng)學(xué)生生命觀念是生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)落地的關(guān)鍵所在，前提是需要教師解讀核心概念，理解生命觀念的內(nèi)涵;深度研讀教材，找準(zhǔn)生命觀念錨定點(diǎn);聚焦概念建構(gòu)，培育學(xué)生的生命觀念。其中概念的深度學(xué)習(xí)是基礎(chǔ)，情景的設(shè)計與應(yīng)用是重點(diǎn)，概念的整合與觀念融合是核心。

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