情境教學(xué)模式在高中生物教學(xué)中的應(yīng)用

喬曉燕,梁岳

摘? 要：以新教材《分子與細(xì)胞》中第五章第二節(jié)“細(xì)胞的能量”貨幣“ATP”為例，通過(guò)創(chuàng)設(shè)情景，對(duì)教材內(nèi)容重新整合。采用任務(wù)驅(qū)動(dòng)，一境到底的大概念教學(xué)模式達(dá)成知識(shí)目標(biāo)和素養(yǎng)能力的培養(yǎng)。運(yùn)用視頻、模型、圖示等培養(yǎng)生命觀念和科學(xué)思維，通過(guò)資料分析，培養(yǎng)學(xué)生獲取新知識(shí)、交流與合作的能力。通過(guò)聯(lián)系生活對(duì)ATP制劑應(yīng)用的探討，鍛煉學(xué)生運(yùn)用生物學(xué)知識(shí)去理解和關(guān)注社會(huì)議題，增強(qiáng)社會(huì)責(zé)任。

關(guān)鍵詞：模型構(gòu)建;ATP;核心素養(yǎng);高中生物學(xué)

建構(gòu)主義認(rèn)為，知識(shí)是由先前的知識(shí)和情境中的經(jīng)驗(yàn)形成的，學(xué)習(xí)是基于情境的。知識(shí)的建構(gòu)過(guò)程需要用到觀察、概括、概念擴(kuò)展。需要構(gòu)建科學(xué)解釋，科學(xué)推理、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)等，這些都能很好地落實(shí)學(xué)生的核心素養(yǎng)能力。另外情景化的教學(xué)模式會(huì)讓學(xué)生主動(dòng)思考、主動(dòng)探究，引發(fā)他們學(xué)習(xí)的興趣。情景化教學(xué)模式的有效開(kāi)展可以改變傳統(tǒng)教學(xué)過(guò)分注重教授理論知識(shí)的觀念，更加重視學(xué)生綜合素質(zhì)的培養(yǎng)，這也符合核心素養(yǎng)教育理念的要求。本文是以2019年版人教社《高中生物學(xué)·必修一·分子與細(xì)胞》第五章第二節(jié)《細(xì)胞的能量“貨幣”ATP》一節(jié)的教學(xué)實(shí)施為例，教師為學(xué)生的學(xué)習(xí)創(chuàng)設(shè)情境，提供相關(guān)的視頻、資料、模型等，嘗試基于情境創(chuàng)設(shè)的概念生成性教學(xué)。

一、做好學(xué)情分析，設(shè)計(jì)教學(xué)思路

本節(jié)在學(xué)生掌握了細(xì)胞中的有機(jī)物——蛋白質(zhì)、糖類、脂肪等在細(xì)胞中的作用的基礎(chǔ)上開(kāi)展的，目的是讓學(xué)生了解，盡管糖類等有機(jī)物是能源物質(zhì)，但是不能給生命活動(dòng)直接提供能量。本節(jié)在細(xì)胞呼吸、光合作用之前開(kāi)展，該節(jié)內(nèi)容是后續(xù)章節(jié)的基礎(chǔ)。本節(jié)應(yīng)該通過(guò)模型構(gòu)建、資料分析、多媒體動(dòng)畫(huà)等方式突破ATP與ADP之間的相互轉(zhuǎn)化的難點(diǎn)，通過(guò)“存折與葡萄糖”“現(xiàn)金與ATP”等的類比方法，突破ATP是能量貨幣的教學(xué)難點(diǎn)。

二、設(shè)定知識(shí)目標(biāo)，落實(shí)核心素養(yǎng)

基于新課程標(biāo)準(zhǔn)和核心素養(yǎng)能力的落實(shí)，我對(duì)本節(jié)課的知識(shí)目標(biāo)和能力定位在以下四個(gè)方面：

1. 通過(guò)物理模型構(gòu)建，學(xué)習(xí)ATP化學(xué)組成和特點(diǎn)，并從結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的角度去理解為什么ATP是生命活動(dòng)的直接能源物質(zhì)。以此強(qiáng)化學(xué)生的生命觀念。

2. 通過(guò)對(duì)ATP和ADP相互轉(zhuǎn)化以及該過(guò)程中能量來(lái)源與去路的概念圖的構(gòu)建，嘗試?yán)斫鉃槭裁碅TP是能量貨幣。落實(shí)對(duì)學(xué)生科學(xué)思維能力的訓(xùn)練。

3. 通過(guò)對(duì)主動(dòng)運(yùn)輸實(shí)例的分析，解釋ATP是驅(qū)動(dòng)生命活動(dòng)直接能源物質(zhì)的原因。該過(guò)程可以鍛煉學(xué)生科學(xué)探究以及科學(xué)思維能力。

4. 通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)基因植物熒光樹(shù)以及ATP制劑的關(guān)注，強(qiáng)化學(xué)生的社會(huì)責(zé)任。

三、基于目標(biāo)達(dá)成，實(shí)施教學(xué)過(guò)程

學(xué)習(xí)的主題部分分為四個(gè)環(huán)節(jié)：

（一）引入部分，觀察現(xiàn)象，提出疑問(wèn)

課堂上組織學(xué)生觀看是什么物質(zhì)使得螢火蟲(chóng)發(fā)光的視頻，解決課本問(wèn)題探討的內(nèi)容的同時(shí)，拋出問(wèn)題“為什么ATP是使得螢火蟲(chóng)發(fā)光的直接能源物質(zhì)，而葡萄糖不是”這與ATP的特殊結(jié)構(gòu)有關(guān)。那么ATP具有怎樣的結(jié)構(gòu)，才使得ATP成為生命活動(dòng)的直接能源物質(zhì)？

（二）學(xué)習(xí)主體部分，構(gòu)建模型，培養(yǎng)生命觀念，養(yǎng)成科學(xué)思維意識(shí)

首先帶著引入中的“為什么ATP是使得螢火蟲(chóng)發(fā)光的直接能源物質(zhì)，而葡萄糖不是”這一問(wèn)題，讓學(xué)生自主閱讀課本86頁(yè)內(nèi)容，小組協(xié)作，完成第一個(gè)任務(wù)，用長(zhǎng)方形代表5種堿基、五邊形代表核糖、圓形代表磷酸基團(tuán)，利用所給材料，把選中的基團(tuán)用化學(xué)鍵連接起來(lái)，構(gòu)建ATP的結(jié)構(gòu)模型并體會(huì)ATP水解的過(guò)程。接下來(lái)，老師根據(jù)學(xué)生構(gòu)建的物理模型，先糾錯(cuò)矯正，再引導(dǎo)學(xué)生理解，由于ATP中的磷酸基團(tuán)帶負(fù)電荷，根據(jù)同種電荷相互排斥的原理，“～”這種化學(xué)鍵不穩(wěn)定，其末端的磷酸基團(tuán)特別容易挾帶能量與其他分子結(jié)合，從而使后者發(fā)生變化。接下來(lái)教師闡釋ATP可以作為螢火蟲(chóng)發(fā)光的直接能源物質(zhì)，正是由于ATP具有這樣的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，從而使熒光素分子活化，在熒光素酶和氧氣的作用下，變成氧化熒光素并發(fā)出熒光。教師利用學(xué)生剛才構(gòu)建的物理模型，在黑板上演示讓ATP末端磷酸基團(tuán)斷裂，指出這個(gè)過(guò)程同時(shí)放出能量形成ADP，即演示ATP在ATP水解酶作用下的水解過(guò)程，要求同學(xué)們寫(xiě)出ATP水解的反應(yīng)方程式，引導(dǎo)學(xué)生注意這個(gè)反應(yīng)中反應(yīng)條件和能量去向。

分析材料完成第二個(gè)任務(wù)，寫(xiě)出合成ATP的反應(yīng)式。資料①人體每天所消耗的能量需要水解100～150mol的ATP（相當(dāng)于50～75Kg）;在劇烈運(yùn)動(dòng)的情況下，ATP的消耗約達(dá)0.5kg/min。而人體中ATP的總量只有0.1mol，劇烈運(yùn)動(dòng)時(shí)只能維持幾分鐘。如何解決這一矛盾呢？通過(guò)對(duì)資料①的分析，同學(xué)們很快可以得出結(jié)論ATP存量有限，但ATP與ADP之間可以迅速相互轉(zhuǎn)化，不會(huì)在體內(nèi)大量?jī)?chǔ)存導(dǎo)致浪費(fèi)。資料②在某細(xì)胞培養(yǎng)液中加入32P（31P的同位素）標(biāo)記的磷酸分子，短時(shí)間內(nèi)分離出細(xì)胞中的ATP，發(fā)現(xiàn)其含量變化不大，但部分ATP的末端磷酸基團(tuán)已被32P放射性標(biāo)記。該實(shí)驗(yàn)說(shuō)明了什么？引導(dǎo)同學(xué)們得出結(jié)論，ATP末端磷酸基團(tuán)脫落后形成了ADP，ADP又迅速與32P標(biāo)記的磷酸基團(tuán)結(jié)合，形成新的ATP。也就是說(shuō)在細(xì)胞內(nèi)存在著ATP與ADP相互轉(zhuǎn)化的機(jī)制。構(gòu)建出ATP與ADP轉(zhuǎn)化的方程式并引導(dǎo)學(xué)生思考，ATP的水解釋放能量，該能量去向哪里？ATP在合成時(shí)是需要吸收能量的，該能量來(lái)自哪里？

在上面學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，讓小組通過(guò)討論完成第三個(gè)任務(wù)，即構(gòu)建ATP與ADP相互轉(zhuǎn)化中能量來(lái)源與去路的概念模型。首先播放動(dòng)畫(huà)情境，讓學(xué)生了解ATP可以由光合作用和呼吸作用的過(guò)程產(chǎn)生。接著老師提問(wèn)ATP水解后，釋放的能量可用于哪些生命活動(dòng)？學(xué)生會(huì)有跑步、學(xué)習(xí)、心臟跳動(dòng)等限于個(gè)體或器官水平的直觀性比較強(qiáng)的答案，老師可以補(bǔ)充譬如精子游動(dòng)，細(xì)胞分裂，分泌蛋白合成等細(xì)胞乃至分子水平的答案。使學(xué)生從細(xì)胞和分子水平理解生命活動(dòng)與ATP供能的關(guān)系。此外通過(guò)展示電鰩放電、離子的主動(dòng)運(yùn)輸?shù)冗^(guò)程，讓學(xué)生理解ATP中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能、滲透能等。此時(shí)，學(xué)生可以得出結(jié)論，ATP水解與吸能反應(yīng)相聯(lián)系，ATP合成總是與放能反應(yīng)聯(lián)系在一起。在這個(gè)過(guò)程中，學(xué)生能夠形成“物質(zhì)是能量的載體，能量是物質(zhì)流動(dòng)的動(dòng)力，生命活動(dòng)過(guò)程中能量只會(huì)轉(zhuǎn)移、轉(zhuǎn)化，能量是守恒的”，這樣的物質(zhì)與能量觀。學(xué)生也可以理解生命活動(dòng)所需的直接能源為什么必須由ATP水解提供，也就是因?yàn)锳TP具有特殊的化學(xué)鍵這樣的結(jié)構(gòu)，它容易斷裂，使得ATP適宜作為直接能源物質(zhì)。糖類相當(dāng)于我們的存折，而ATP相當(dāng)于我們的現(xiàn)金，至此學(xué)生形成本節(jié)課的重要概念，細(xì)胞的能量貨幣是ATP。學(xué)生在這個(gè)過(guò)程中，可以熟悉概念模型如何構(gòu)建，以及如何對(duì)現(xiàn)象、資料進(jìn)行歸納概括，從而利用已知的知識(shí)去解釋推導(dǎo)出未知的知識(shí)，解釋生物學(xué)規(guī)律。

任務(wù)四是運(yùn)用知識(shí)，解決問(wèn)題。讓學(xué)生閱讀課本ATP為主動(dòng)運(yùn)輸供能的示意圖，探究ATP如何為主動(dòng)運(yùn)輸供能。讓學(xué)生關(guān)注，在Ca2+主動(dòng)運(yùn)輸過(guò)程中載體蛋白有兩個(gè)功能，一個(gè)是作為運(yùn)輸?shù)妮d體，另一個(gè)是作為ATP水解酶。Ca2+與載體蛋白的結(jié)合會(huì)激活它作為水解酶的活性，讓ATP水解，末端磷酸基團(tuán)轉(zhuǎn)移到載體蛋白上，讓載體蛋白磷酸化?？臻g結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，從而將Ca2+釋放到膜外。至此關(guān)于知識(shí)目標(biāo)的四個(gè)內(nèi)容已經(jīng)完成。并且在完成知識(shí)目標(biāo)的同時(shí)，落實(shí)了學(xué)生核心素養(yǎng)能力的培養(yǎng)。學(xué)生的結(jié)構(gòu)與功能觀，物質(zhì)與能量觀都得以強(qiáng)化。

（三）總結(jié)歸納，解決社會(huì)問(wèn)題，增強(qiáng)社會(huì)責(zé)任感

該部分內(nèi)容是引導(dǎo)學(xué)生利用新學(xué)的知識(shí)，開(kāi)展新的課題研究。嘗試培養(yǎng)學(xué)生的探究意識(shí)，嘗試讓他們對(duì)各種生物學(xué)現(xiàn)象進(jìn)行理性地解釋。具體操作是教師根據(jù)課本89頁(yè)小字部分科學(xué)前沿的內(nèi)容做出引導(dǎo)性提問(wèn)：轉(zhuǎn)基因植物熒光樹(shù)已經(jīng)產(chǎn)生了，它作為新興的科研產(chǎn)品有哪些益處和弊端，是否值得推廣？教師還可以聯(lián)系生活提問(wèn)，誤食大量含有氰化物的苦杏仁、白果、桃仁等食物可引起氰化物中毒。氰化物是一種劇毒物質(zhì)，氰化物的中毒原理是阻斷細(xì)胞呼吸作用的過(guò)程。剛才所講的ATP合成時(shí)，能量可以來(lái)自細(xì)胞呼吸，當(dāng)細(xì)胞呼吸被阻斷時(shí)，生命活動(dòng)的直接能源物質(zhì)ATP得不到及時(shí)產(chǎn)生，那我們能否用ATP制劑作為急救措施？并說(shuō)明理由。此種聯(lián)系實(shí)際，利用課本所學(xué)內(nèi)容解決社會(huì)生活問(wèn)題的教學(xué)方法，不僅能引起學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣 ，更主要的是可以讓學(xué)生用學(xué)到的知識(shí)服務(wù)于社會(huì)，服務(wù)于人類，增強(qiáng)社會(huì)責(zé)任感，這樣的教育才有意義。

（四）多元化評(píng)價(jià)，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)信心

教師在開(kāi)展課堂教學(xué)時(shí)，應(yīng)采用多元化教學(xué)評(píng)價(jià)。每一節(jié)課中盡量包括學(xué)生自評(píng)，學(xué)生互評(píng)，以及教師的及時(shí)評(píng)價(jià)和延時(shí)評(píng)價(jià)。多種評(píng)價(jià)模式有助于學(xué)生及時(shí)發(fā)現(xiàn)自己學(xué)習(xí)上的問(wèn)題、修正并完善自身的知識(shí)體系。在新課程背景下，教師也應(yīng)轉(zhuǎn)變觀念，多采用表現(xiàn)性評(píng)價(jià)的模式，這種評(píng)價(jià)方式就是教師通過(guò)呈現(xiàn)一系列綜合性的復(fù)雜任務(wù)、問(wèn)題或情境讓學(xué)生完成，然后通過(guò)學(xué)生在完成老師設(shè)置的任務(wù)時(shí)的課堂表現(xiàn)，對(duì)學(xué)生獲得的知識(shí)性能力和素養(yǎng)性能力進(jìn)行評(píng)價(jià)。本節(jié)課就是采用設(shè)置情境、完成任務(wù)并運(yùn)用所獲得的知識(shí)去解決實(shí)際問(wèn)題的方式去設(shè)計(jì)的，評(píng)價(jià)也從知識(shí)能力、素養(yǎng)能力以及課堂表現(xiàn)幾個(gè)方面進(jìn)行。該節(jié)課進(jìn)行時(shí)，學(xué)生每完成一個(gè)任務(wù)，老師會(huì)立刻給出其在知識(shí)能力和素養(yǎng)能力的評(píng)價(jià)與肯定，這樣多元化的評(píng)價(jià)方式，可以鼓勵(lì)學(xué)生更主動(dòng)地參與到課堂的學(xué)習(xí)與活動(dòng)中來(lái)，樹(shù)立學(xué)習(xí)的信心。

四、教學(xué)總結(jié)與反思

《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》指出，有效的教學(xué)情境能夠激發(fā)學(xué)生的好奇心和求知欲，點(diǎn)燃學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情，從而使學(xué)生主動(dòng)參與對(duì)所學(xué)知識(shí)的探索發(fā)現(xiàn)和認(rèn)識(shí)的過(guò)程。本節(jié)課能夠創(chuàng)設(shè)真實(shí)的情境，以完成任務(wù)串的形式來(lái)降低教學(xué)難度，在教學(xué)過(guò)程中注重知識(shí)的遷移和應(yīng)用，提高學(xué)生的歸納能力和分析問(wèn)題解決問(wèn)題的能力。

新的生物教育教學(xué)改革提出以培育核心素養(yǎng)為主要目標(biāo)的全面育人方向，這對(duì)任課教師的課程設(shè)計(jì)和實(shí)施都提出更高層次的要求。本節(jié)課設(shè)計(jì)始終圍繞ATP是細(xì)胞的能量“貨幣”這個(gè)內(nèi)容進(jìn)行，利用視頻、物理模型、資料、圖片等素材，采用閱讀、小組分工合作、討論以及老師講解等方式克服難點(diǎn)，并且多次讓學(xué)生利用所學(xué)知識(shí)解釋實(shí)際現(xiàn)象，這樣可以培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用知識(shí)，分析現(xiàn)實(shí)問(wèn)題并解釋生物學(xué)現(xiàn)象的能力。本節(jié)課能夠做到情境貫穿，促使學(xué)生運(yùn)用“結(jié)構(gòu)與功能觀”并初步形成“物質(zhì)與能量觀”。但是由于整個(gè)情境囊括了實(shí)驗(yàn)探究和模型構(gòu)建，容易忽略一些知識(shí)點(diǎn)的落實(shí)，可以課后通過(guò)練習(xí)等進(jìn)行彌補(bǔ)。

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（責(zé)任編輯：鄒宇銘）