基于生物學核心素養導向的課堂教學

鄧過房

摘 要 以活動為“核”，素養為“心”，借助3個課堂教學活動，串聯起“細胞的能量通貨——ATP”課堂脈絡，培養與提升學生相應的生物核心素養。

關鍵詞 生物學核心素養 課堂教學 ATP

中圖分類號 G633.91 文獻標志碼 B

“核心素養”是跨學科素養，生物學作為自然科學中的一門基礎學科，不僅有本學科理論豐富的知識體系，也有醫學、藥學、農業工程、環境保護、城市規劃和建設及其他相關科學基礎，同時包括了人類認識自然現象和規律的一些特有的思維方式和探究過程。因此，在培養和發展學生的“核心素養”過程中，生物學科也有著不可替代的作用。那么，如何把生物學核心素養的培養落實到課堂教學中，已成為生物教師必須思考的問題。

在具體的生物課教學過程中，教師如何來提高學生的生物學核心素養呢？教材文本、探究實驗、現實生活、自然環境都是培養學生核心素養的重要載體。其中教材上有很多文本內容對培養學生生物學核心素養起著重要的作用。以人教版必修1第五章第二節“細胞的能量通貨——ATP”為例，結合3個課堂教學活動，從科學探究、理性思維、生命觀念3個方面，談談對生物學核心素養的嘗試及思考。

1 科學探究之實驗設計與分析

“科學探究”是指能夠發現現實中的生物學問題，針對特定的生物學現象，進行觀察、提問、實驗設計、方案實施以及結果的交流與討論。

課堂教學活動1：在本節課之前，學生已學習了主要能源物質、儲能物質、良好儲能物質。教師提出問題：“我們每天進行著的各項生命活動，是靠哪種物質來直接提供能量的呢？請根據提供的實驗材料，4人為一組，依照實驗原理，設計實驗方案并進行科學的實驗分析（表1）。”

該實驗設計的活動，一方面是為了使學生學會綜合排除無關變量，抓住變量分析實驗并得出實驗結論，且強化科學探究的基本方法、原則；另一方面是引導學生在小組學習中能合作的，推進探究方案或工程實踐的實施，并運用科學術語報告實驗結果。從而達到潛移默化地培養與提高學生內在的科學探究、合作交流的目的。

2 理性思維之模型與建模

“理性思維”是指尊重事實和證據，崇尚嚴謹和務實的求知態度，運用科學的思維方法認識事物、解決實際問題的思維習慣和能力。學生應該在學習過程中逐步發展理性思維，如能夠基于生物學事實和證據運用歸納與概括、演繹與推理、模型與建模、批判性思維等方法，探討、闡釋生命現象及規律，審視或論證生物學社會議題。

課堂教學活動2：學生探究小組通過上述實驗活動后，明白ATP是生命活動的直接能源物質。接下來順勢引出第二活動：認識ATP，構建ATP。

課前先準備好相應的材料； 代表腺嘌呤、 代表核糖、 代表磷酸基團，——和～代表化學鍵，A4紙，透明膠，磁鐵。

2名學生一組，利用上述材料，在A4紙上進行推演擺放，模擬構建ATP的結構圖。具體步驟如下：（1） 認識清楚各個部件的代表意義，確定所需要的數量；（2） 確定各部件的擺放順序；（3） 模擬構建，并用透明膠粘好；（4） 用磁鐵固定在黑板上展示小組的成果，和同學們分享構建的思路并修正ATP模型。

ATP的建模活動既使學生直觀地認識ATP結構，提高學習興趣；又讓學生學會動手、合作與分享、獨立思考與觀察的能力；同時也可以讓學生掌握模型構建的基本方法，鍛煉學生的理性思維。

3 生命觀念之結構與功能

“生命觀念”是指對觀察到的生命現象及相互關系或特性進行解釋后的抽象，是經過實證后的想法或觀點，能夠理解或解釋相關事件和現象的品格和能力。學生應該在較好地理解生物學概念的基礎上形成生命觀念，如結構與功能觀、進化與適應觀、穩態與平衡觀、物質與能量觀等。能從分子與細胞水平認識生物體的結構與功能是相適應的。

通過活動2，學生理解了ATP的基本結構，結合展示的ATP模型，進一步理解ATP的結構特點和與之相對應的功能是如何相互適應的。即思考：ATP為什么能夠作為生命活動的直接能源物質？

課堂教學活動3：結合剛才小組構建的ATP模型，小組內合作探討ATP有關的問題：（1） ATP的元素組成是什么？（2） ATP的中文名稱是什么？（3） ATP含有幾個磷酸基團？幾個普通磷酸鍵？幾個高能磷酸鍵？（4） 腺苷由什么組成？（5） 結構特點是什么？（6） 該結構特點如何與ATP的功能相適應？

通過小組探討活動，問題由淺入深，逐步推進。（1）～（5）這五個問題，能在書本上提取到相應信息，可快速回答。第6個問題，則需要組內進行深度思考討論，在前5個問題的鋪墊下，學生慢慢地思考：這神奇的物質ATP因為含有2個高能磷酸鍵，所以含有很多能量。若要是能夠斷裂這兩個化學鍵，則可以釋放大量的能量。這樣的思考方向，符合核心素養的培養目標，呈現出結構與功能觀。

但學生的疑問也很明顯，到底斷裂幾個高能磷酸鍵？是不是類似燃燒那樣，一下子全部釋放所有能量？且還有一個更加讓人困惑的問題：一個成人一天在靜止狀態下所消耗的ATP為48 kg，而人體中ATP的總量大約2～10 mg，劇烈運動時只能維持3 s。這個矛盾怎么解決呢？

所以，教師再次讓學生回到ATP結構模型中，同時給出ATP更加具體的結構圖（圖1）。

學生仔細研究ATP的結構，琢磨該結構究竟如何與相應功能適應的，從而解決上述系列問題。

學生討論后發現：ATP明顯的一個結構特點是遠離腺嘌呤的鍵不穩定，易斷裂，釋放出大量能量供生命活動利用，但也易形成，即ATP與ADP可以快速相互轉化，這樣就能夠解決上述看起來明顯矛盾的問題，ATP也不會在體內大量儲存而導致浪費。

在思考這系列問題時，學生學會利用相應知識去思考一些生命現象，并嘗試去解釋；也會逐漸體驗到結構與功能相適應的美妙，感嘆生命物質的神奇，形成健康的生命觀。

4 結語

本節內容從生命活動耗能等生命現象切入，引起學生對ATP的關注，激發其學習興趣。教師以活動為“核”，素養為“心”，借助實驗設計、模型構建、小組合作探討3個課堂教學活動，串聯起“細胞的能量通貨——ATP”課堂脈絡，使學生理解ATP結構與功能是如何相適應的，使學生形成適當的結構功能生命觀念。學生在動手操作的過程中，通過感知、體驗、實踐、參與和合作等方式，逐步揭示ATP的本質，實現目標，感受成功，進而達到培養與提升相應的生物學核心素養的目的。

參考文獻：

[1] 蔣桂林.基于高中生核心素養培養的生物學科素養的思考[J].中學生物學，2015：10.

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