高中生生命觀念構建及提升的典型案例分析

陳俊偉　羅衛(wèi)

【摘 要】目前運用“生命觀念”對教材中相關章節(jié)的案例分析較少，現有的文獻顯示出人們對生命觀念內涵詮釋不深刻，案例分析也比較抽象，挖掘不夠，列舉的教學案例和方法無法貼近教學實際，需要進一步補充和完善。因此，本研究從高中生物學中生命觀念的內涵為出發(fā)點，以《細胞呼吸》這一節(jié)作為具體案例，運用結構與功能觀和物質與能量觀進行案例分析，提煉知識要點難點、歸納以往文獻中對本章節(jié)的案例分析，在此基礎上進行總結提升，并結合教學實際提出實用的建議，希望能讓生命觀念融入課堂，融入學生的內心。

【關鍵詞】生命觀念;高中生物;細胞呼吸;結構與功能觀;物質與能量觀

生命觀念主要包括結構與功能觀、物質與能量觀、進化與適應觀和穩(wěn)態(tài)與平衡觀等方面。在高中階段教學過程中，教師需要引導學生在理解生物學核心素養(yǎng)的基礎上利用所學知識構建生命觀念，并讓學生學會從生命觀念的角度認知生命科學、詮釋自然界中生命的奧秘、理解生物學的意義。

“結構與功能觀”是人教版高中教材生命觀念的主要內容，如生物膜結構與功能、細胞器結構與功能等。在一定程度上，結構決定著功能，如線粒體特有的結構為細胞呼吸的順利進行創(chuàng)造了有利條件。從具體功能來看，細胞呼吸過程中伴隨著一些物質的運輸和轉化，同時還伴隨著能量的轉換和消耗。“細胞呼吸”通過物質轉化過程中形成的能量，可以為細胞內眾多生命活動提供能量。因此，包含物質能量變化涵義的“物質與能量觀”也是細胞呼吸這一章節(jié)中“生命觀念”的重要內容之一。

以下就人教版必修一第五章第三節(jié)《ATP的主要來源-細胞呼吸》內容，運用結構與功能觀和物質與能量觀進行相關的教學案例分析。

一、結構與功能觀構建過程

“結構功能觀”的內容包含結構與功能定義的解釋以及二者之間的聯系。生物學科中結構”與“功能”之間存在相適應的關系，結構可以決定功能，功能在一定程度上也會影響結構。

在人教版必修一教材中介紹線粒體是細胞的“動力車間”，其具有雙層膜結構，特別是內膜折疊成嵴，增大膜面積，可以使內膜附著更多與呼吸相關的酶，線粒體能夠供應細胞內95%的能量。線粒體是由內膜和外膜圍成的橢球型結構。外膜有孔蛋白構成的運輸通道，糖在細胞質基質中分解生成的丙酮酸能通過外膜進入線粒體，并通過主動運輸穿過線粒體的內膜運輸到線粒體基質。線粒體的外膜是光滑的，而內膜可折疊形成嵴，可以附著大量酶復合體，如ATP合成和分解相關的酶等。

二、物質與能量觀構建過程

“物質與能量觀”的內涵包括物質與能量的定義以及二者之間的關系。一般認為物質是能量的載體，而物質的轉化往往伴隨著能量的轉變。

細胞呼吸其實是在細胞內對有機物進行逐步氧化分解，將有機物中穩(wěn)定的化學能轉變成熱能和ATP中活躍的化學能。

根據人教版高中生物必修一教材中介紹，葡萄糖的胞內氧化分解為例，主要包括以下幾個階段：第一階段葡萄糖的氧化分解在有氧和無氧條件下是一樣的，首先在細胞質基質中通過相關酶的作用把1分子葡萄糖糖分解為2分子丙酮酸，同時產生2分子ATP，并伴隨電子的傳遞：電子傳遞給NAD+合成NADH。無氧呼吸產生ATP過程集中在第一階段。

第二階段根據氧氣是否存在把細胞呼吸類型分兩種情況。無氧情況下一些細胞（如動物細胞）中發(fā)生乳酸發(fā)酵過程：第一階段中產生的丙酮酸在相關酶的作用下被還原成一分子乳酸，植物細胞中則發(fā)生酒精發(fā)酵過程。第二階段中產生的丙酮酸在相關酶的作用下則被還原成乙醇和CO2。在無氧呼吸過程中葡萄糖分子中的化學能沒有完全釋放出來，大部分保留在未徹底氧化分解的有機底物如乳酸或酒精中。有氧情況下，第一階段中產生的丙酮酸則穿過線粒體的兩層膜進入到線粒體基質，在相關酶的作用下氧化成乙酰CoA，最終在TCA循環(huán)中氧化為CO2，同時還通過底物水平磷酸化直接合成2分子ATP。

第三階段在線粒體內膜上進行。這一階段只存在于有氧呼吸中，無氧呼吸沒有這一階段。有氧呼吸中第一和第二兩個階段還原生成的[H]將獲得的電子經過線粒體內膜上的傳遞鏈傳遞給O2，使其與[H]結合生成H2O。最終1分子的葡萄糖徹底氧化可產生大約30分子的ATP。細胞呼吸過程中還伴隨著熱能的散失，這一部分能量不能再利用，所以葡萄糖中的能量并沒有完全轉化為ATP中活躍的化學能。

因此，通過呼吸作用可以將糖、脂肪等有機物氧化分解成小分子物質，這個物質轉化過程伴隨著能量的傳遞和轉化，將儲存在有機物中穩(wěn)定的化學能釋放出來并將部分能量轉化為ATP中的活躍化學能;無氧呼吸中葡萄糖最終分解為乳酸、乙醇，大部分能量仍然保留在最終產物中，少部分儲存在轉化為ATP中的活躍化學能。ATP中的活躍化學能可以為細胞很多耗能的生命活動提供能量，如主動運輸、胞吞胞吐等。

細胞呼吸在人教版必修一教材中被劃分到第五章《細胞的能量供應》這一章節(jié)中，這也進一步明確了細胞呼吸的功能。同時教材中還給出了有氧呼吸及無氧呼吸具體的反應方程式和相關的能量轉變比例。本章節(jié)的內容比較全面地體現了生命觀念教學物質與能量觀，除了課本知識構建，在課后練習中也側重對學生在“物質與能量觀”方面的引導和培養(yǎng)。

生命觀念的認知主體是人，對象是整個生命世界，要形成這種觀念必須從教學的細節(jié)上做好準備。教師需要根據教學內容的不同，針對生命觀念設計不同的教學方案，通過具體的案例和形象的描述把無形的生命觀念在學生的腦海中形成一種思維習慣，在教學過程中，教師可以在相關教學內容中引入情境、設計問答、導學案或者小組討論等，把結構與功能觀融入其中，讓學生通過不同角度不同案例的學習在教學活動中形成觀點，從生物學生命觀念的角度引導學生。

在結構與功能觀的教學中，要認識到結構和功能屬于生命世界的根本特征。在授課時注意知識點的前后銜接，首先了解和認識結構，如在細胞呼吸這一節(jié)中，先復習呼吸底物（糖、脂肪等）分子構成特點以及細胞結構如線粒體的結構組成，在了解以上結構特點之后，再分析相關物質和結構的功能就會使結構與功能的關系更加明了。

在物質與能量觀教學過程中，首先要讓學生知道在細胞的生命過程中時刻都進行著物質轉換和能量轉化。在教學中可以按以下幾個方面設計教案引導學生：首先，細胞的有機物如糖和脂肪等能源物質是細胞中能量的主要載體，而這些能源物質主要在細胞質中。其次，細胞質中能源物質要進入到線粒體中進行有氧呼吸，必須要實現物質的跨膜運輸，即相關物質要跨過線粒體的兩層膜再進行進一步的氧化分解，這一過程的實質是線粒體與細胞質基質的物質代謝活動，既伴隨著物質交換也伴隨能量的轉換。另外，細胞中的能量轉換主要發(fā)生在光合作用（植物體）、細胞呼吸（所有生物）中。在這兩個章節(jié)中特別是細胞呼吸中著重體現有機物代謝過程中的物質轉換中伴隨著能量的轉化。總之，對不同知識點在物質與能量觀教學中先要認知物質（對于生物體來說主要是有機物）是能量的載體;再理清新陳代謝中的物質變化，合成代謝（如光合作用）是把小分子物質轉化成大分子有機物，分解代謝（如細胞呼吸）把較大的有機物分子轉化成小分子物質;然后把代謝過程中，物質變化與能量轉化有機結合起來。教師在同一知識點授課過程中可以引導學生分步認知和理解物質能量觀，先認清物質轉化和能量轉換各自具體的過程，然后把二者有機結合讓學生形成總體認知。另外，教師可以在不同章節(jié)的知識點授課過程中反復引導學生，讓學生融會貫通，從而使得學生深入領悟生命觀念。

如何在教學過程中生命觀念方面的教學進行評價和掌握呢？針對這一問題，我們可以把評價的主體轉移到授課對象——學生。生命觀念能否形成主要看學生能不能針對教師授課的內容說出這一章節(jié)中涉及的生命觀念，能不能用較為專業(yè)的術語把生命觀念具體描述出來;另外，通過教師的講解和引導，學生能夠在學習新的知識點中主動構建生命觀念的相關內容，這就說明學生的生命觀念基本形成。

參考文獻：

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