论文部分内容阅读
摘 要 以活动为“核”，素养为“心”，借助3个课堂教学活动，串联起“细胞的能量通货——ATP”课堂脉络，培养与提升学生相应的生物核心素养。
关键词 生物学核心素养 课堂教学 ATP
中图分类号 G633.91 文献标志码 B
“核心素养”是跨学科素养，生物学作为自然科学中的一门基础学科，不仅有本学科理论丰富的知识体系，也有医学、药学、农业工程、环境保护、城市规划和建设及其他相关科学基础，同时包括了人类认识自然现象和规律的一些特有的思维方式和探究过程。因此，在培养和发展学生的“核心素养”过程中，生物学科也有着不可替代的作用。那么，如何把生物学核心素养的培养落实到课堂教学中，已成为生物教师必须思考的问题。
在具体的生物课教学过程中，教师如何来提高学生的生物学核心素养呢？教材文本、探究实验、现实生活、自然环境都是培养学生核心素养的重要载体。其中教材上有很多文本内容对培养学生生物学核心素养起着重要的作用。以人教版必修1第五章第二节“细胞的能量通货——ATP”为例，结合3个课堂教学活动，从科学探究、理性思维、生命观念3个方面，谈谈对生物学核心素养的尝试及思考。
1 科学探究之实验设计与分析
“科学探究”是指能够发现现实中的生物学问题，针对特定的生物学现象，进行观察、提问、实验设计、方案实施以及结果的交流与讨论。
课堂教学活动1：在本节课之前，学生已学习了主要能源物质、储能物质、良好储能物质。教师提出问题：“我们每天进行着的各项生命活动，是靠哪种物质来直接提供能量的呢？请根据提供的实验材料，4人为一组，依照实验原理，设计实验方案并进行科学的实验分析（表1）。”
该实验设计的活动，一方面是为了使学生学会综合排除无关变量，抓住变量分析实验并得出实验结论，且强化科学探究的基本方法、原则；另一方面是引导学生在小组学习中能合作的，推进探究方案或工程实践的实施，并运用科学术语报告实验结果。从而达到潜移默化地培养与提高学生内在的科学探究、合作交流的目的。
2 理性思维之模型与建模
“理性思维”是指尊重事实和证据，崇尚严谨和务实的求知态度，运用科学的思维方法认识事物、解决实际问题的思维习惯和能力。学生应该在学习过程中逐步发展理性思维，如能够基于生物学事实和证据运用归纳与概括、演绎与推理、模型与建模、批判性思维等方法，探讨、阐释生命现象及规律，审视或论证生物学社会议题。
课堂教学活动2：学生探究小组通过上述实验活动后，明白ATP是生命活动的直接能源物质。接下来顺势引出第二活动：认识ATP，构建ATP。
课前先准备好相应的材料； 代表腺嘌呤、 代表核糖、 代表磷酸基团，——和～代表化学键，A4纸，透明胶，磁铁。
2名学生一组，利用上述材料，在A4纸上进行推演摆放，模拟构建ATP的结构图。具体步骤如下：（1） 认识清楚各个部件的代表意义，确定所需要的数量；（2） 确定各部件的摆放顺序；（3） 模拟构建，并用透明胶粘好；（4） 用磁铁固定在黑板上展示小组的成果，和同学们分享构建的思路并修正ATP模型。
ATP的建模活动既使学生直观地认识ATP结构，提高学习兴趣；又让学生学会动手、合作与分享、独立思考与观察的能力；同时也可以让学生掌握模型构建的基本方法，锻炼学生的理性思维。
3 生命观念之结构与功能
“生命观念”是指对观察到的生命现象及相互关系或特性进行解释后的抽象，是经过实证后的想法或观点，能够理解或解释相关事件和现象的品格和能力。学生应该在较好地理解生物学概念的基础上形成生命观念，如结构与功能观、进化与适应观、稳态与平衡观、物质与能量观等。能从分子与细胞水平认识生物体的结构与功能是相适应的。
通过活动2，学生理解了ATP的基本结构，结合展示的ATP模型，进一步理解ATP的結构特点和与之相对应的功能是如何相互适应的。即思考：ATP为什么能够作为生命活动的直接能源物质？
课堂教学活动3：结合刚才小组构建的ATP模型，小组内合作探讨ATP有关的问题：（1） ATP的元素组成是什么？（2） ATP的中文名称是什么？（3） ATP含有几个磷酸基团？几个普通磷酸键？几个高能磷酸键？（4） 腺苷由什么组成？（5） 结构特点是什么？（6） 该结构特点如何与ATP的功能相适应？
通过小组探讨活动，问题由浅入深，逐步推进。（1）～（5）这五个问题，能在书本上提取到相应信息，可快速回答。第6个问题，则需要组内进行深度思考讨论，在前5个问题的铺垫下，学生慢慢地思考：这神奇的物质ATP因为含有2个高能磷酸键，所以含有很多能量。若要是能够断裂这两个化学键，则可以释放大量的能量。这样的思考方向，符合核心素养的培养目标，呈现出结构与功能观。
但学生的疑问也很明显，到底断裂几个高能磷酸键？是不是类似燃烧那样，一下子全部释放所有能量？且还有一个更加让人困惑的问题：一个成人一天在静止状态下所消耗的ATP为48 kg，而人体中ATP的总量大约2～10 mg，剧烈运动时只能维持3 s。这个矛盾怎么解决呢？
所以，教师再次让学生回到ATP结构模型中，同时给出ATP更加具体的结构图（图1）。
学生仔细研究ATP的结构，琢磨该结构究竟如何与相应功能适应的，从而解决上述系列问题。
学生讨论后发现：ATP明显的一个结构特点是远离腺嘌呤的键不稳定，易断裂，释放出大量能量供生命活动利用，但也易形成，即ATP与ADP可以快速相互转化，这样就能够解决上述看起来明显矛盾的问题，ATP也不会在体内大量储存而导致浪费。
在思考这系列问题时，学生学会利用相应知识去思考一些生命现象，并尝试去解释；也会逐渐体验到结构与功能相适应的美妙，感叹生命物质的神奇，形成健康的生命观。
4 结语
本节内容从生命活动耗能等生命现象切入，引起学生对ATP的关注，激发其学习兴趣。教师以活动为“核”，素养为“心”，借助实验设计、模型构建、小组合作探讨3个课堂教学活动，串联起“细胞的能量通货——ATP”课堂脉络，使学生理解ATP结构与功能是如何相适应的，使学生形成适当的结构功能生命观念。学生在动手操作的过程中，通过感知、体验、实践、参与和合作等方式，逐步揭示ATP的本质，实现目标，感受成功，进而达到培养与提升相应的生物学核心素养的目的。
参考文献：
[1] 蒋桂林.基于高中生核心素养培养的生物学科素养的思考[J].中学生物学，2015：10.
[2] 周红.生物学核心素养在高中生物科学史教学中的实现[J].中学生物教学，2017（6）：12-13.
关键词 生物学核心素养 课堂教学 ATP
中图分类号 G633.91 文献标志码 B
“核心素养”是跨学科素养，生物学作为自然科学中的一门基础学科，不仅有本学科理论丰富的知识体系，也有医学、药学、农业工程、环境保护、城市规划和建设及其他相关科学基础，同时包括了人类认识自然现象和规律的一些特有的思维方式和探究过程。因此，在培养和发展学生的“核心素养”过程中，生物学科也有着不可替代的作用。那么，如何把生物学核心素养的培养落实到课堂教学中，已成为生物教师必须思考的问题。
在具体的生物课教学过程中，教师如何来提高学生的生物学核心素养呢？教材文本、探究实验、现实生活、自然环境都是培养学生核心素养的重要载体。其中教材上有很多文本内容对培养学生生物学核心素养起着重要的作用。以人教版必修1第五章第二节“细胞的能量通货——ATP”为例，结合3个课堂教学活动，从科学探究、理性思维、生命观念3个方面，谈谈对生物学核心素养的尝试及思考。
1 科学探究之实验设计与分析
“科学探究”是指能够发现现实中的生物学问题，针对特定的生物学现象，进行观察、提问、实验设计、方案实施以及结果的交流与讨论。
课堂教学活动1：在本节课之前，学生已学习了主要能源物质、储能物质、良好储能物质。教师提出问题：“我们每天进行着的各项生命活动，是靠哪种物质来直接提供能量的呢？请根据提供的实验材料，4人为一组，依照实验原理，设计实验方案并进行科学的实验分析（表1）。”
该实验设计的活动，一方面是为了使学生学会综合排除无关变量，抓住变量分析实验并得出实验结论，且强化科学探究的基本方法、原则；另一方面是引导学生在小组学习中能合作的，推进探究方案或工程实践的实施，并运用科学术语报告实验结果。从而达到潜移默化地培养与提高学生内在的科学探究、合作交流的目的。
2 理性思维之模型与建模
“理性思维”是指尊重事实和证据，崇尚严谨和务实的求知态度，运用科学的思维方法认识事物、解决实际问题的思维习惯和能力。学生应该在学习过程中逐步发展理性思维，如能够基于生物学事实和证据运用归纳与概括、演绎与推理、模型与建模、批判性思维等方法，探讨、阐释生命现象及规律，审视或论证生物学社会议题。
课堂教学活动2：学生探究小组通过上述实验活动后，明白ATP是生命活动的直接能源物质。接下来顺势引出第二活动：认识ATP，构建ATP。
课前先准备好相应的材料； 代表腺嘌呤、 代表核糖、 代表磷酸基团，——和～代表化学键，A4纸，透明胶，磁铁。
2名学生一组，利用上述材料，在A4纸上进行推演摆放，模拟构建ATP的结构图。具体步骤如下：（1） 认识清楚各个部件的代表意义，确定所需要的数量；（2） 确定各部件的摆放顺序；（3） 模拟构建，并用透明胶粘好；（4） 用磁铁固定在黑板上展示小组的成果，和同学们分享构建的思路并修正ATP模型。
ATP的建模活动既使学生直观地认识ATP结构，提高学习兴趣；又让学生学会动手、合作与分享、独立思考与观察的能力；同时也可以让学生掌握模型构建的基本方法，锻炼学生的理性思维。
3 生命观念之结构与功能
“生命观念”是指对观察到的生命现象及相互关系或特性进行解释后的抽象，是经过实证后的想法或观点，能够理解或解释相关事件和现象的品格和能力。学生应该在较好地理解生物学概念的基础上形成生命观念，如结构与功能观、进化与适应观、稳态与平衡观、物质与能量观等。能从分子与细胞水平认识生物体的结构与功能是相适应的。
通过活动2，学生理解了ATP的基本结构，结合展示的ATP模型，进一步理解ATP的結构特点和与之相对应的功能是如何相互适应的。即思考：ATP为什么能够作为生命活动的直接能源物质？
课堂教学活动3：结合刚才小组构建的ATP模型，小组内合作探讨ATP有关的问题：（1） ATP的元素组成是什么？（2） ATP的中文名称是什么？（3） ATP含有几个磷酸基团？几个普通磷酸键？几个高能磷酸键？（4） 腺苷由什么组成？（5） 结构特点是什么？（6） 该结构特点如何与ATP的功能相适应？
通过小组探讨活动，问题由浅入深，逐步推进。（1）～（5）这五个问题，能在书本上提取到相应信息，可快速回答。第6个问题，则需要组内进行深度思考讨论，在前5个问题的铺垫下，学生慢慢地思考：这神奇的物质ATP因为含有2个高能磷酸键，所以含有很多能量。若要是能够断裂这两个化学键，则可以释放大量的能量。这样的思考方向，符合核心素养的培养目标，呈现出结构与功能观。
但学生的疑问也很明显，到底断裂几个高能磷酸键？是不是类似燃烧那样，一下子全部释放所有能量？且还有一个更加让人困惑的问题：一个成人一天在静止状态下所消耗的ATP为48 kg，而人体中ATP的总量大约2～10 mg，剧烈运动时只能维持3 s。这个矛盾怎么解决呢？
所以，教师再次让学生回到ATP结构模型中，同时给出ATP更加具体的结构图（图1）。
学生仔细研究ATP的结构，琢磨该结构究竟如何与相应功能适应的，从而解决上述系列问题。
学生讨论后发现：ATP明显的一个结构特点是远离腺嘌呤的键不稳定，易断裂，释放出大量能量供生命活动利用，但也易形成，即ATP与ADP可以快速相互转化，这样就能够解决上述看起来明显矛盾的问题，ATP也不会在体内大量储存而导致浪费。
在思考这系列问题时，学生学会利用相应知识去思考一些生命现象，并尝试去解释；也会逐渐体验到结构与功能相适应的美妙，感叹生命物质的神奇，形成健康的生命观。
4 结语
本节内容从生命活动耗能等生命现象切入，引起学生对ATP的关注，激发其学习兴趣。教师以活动为“核”，素养为“心”，借助实验设计、模型构建、小组合作探讨3个课堂教学活动，串联起“细胞的能量通货——ATP”课堂脉络，使学生理解ATP结构与功能是如何相适应的，使学生形成适当的结构功能生命观念。学生在动手操作的过程中，通过感知、体验、实践、参与和合作等方式，逐步揭示ATP的本质，实现目标，感受成功，进而达到培养与提升相应的生物学核心素养的目的。
参考文献：
[1] 蒋桂林.基于高中生核心素养培养的生物学科素养的思考[J].中学生物学，2015：10.
[2] 周红.生物学核心素养在高中生物科学史教学中的实现[J].中学生物教学，2017（6）：12-13.