創(chuàng)新作業(yè)設(shè)計，提升生物核心素養(yǎng)
——以“細胞與能量”一節(jié)為例

（杭州市余杭第二高級中學(xué) 浙江·杭州 311100）

2018年1月頒布的《普通高中生物學(xué)課程標準（2017年版）》為生物學(xué)教學(xué)工作指明了方向，也提出了新的要求，即從課堂目標到課程內(nèi)容再到課程的實施和評價，都要以發(fā)展學(xué)生的生物學(xué)學(xué)科素養(yǎng)為宗旨。生物學(xué)學(xué)科素養(yǎng)包括：生命觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究和社會責(zé)任。課后作業(yè)是課堂教學(xué)的有機組成部分，是課內(nèi)知識的拓展和延伸，是評價課堂教學(xué)的有效指標。作業(yè)設(shè)計是提高教師專業(yè)素養(yǎng)、提升教學(xué)質(zhì)量的有效手段。筆者以浙科版高中《生物.必修1.分子與細胞》第三章第一節(jié)“細胞與能量”為例，淺談基于生物學(xué)學(xué)科素養(yǎng)的作業(yè)設(shè)計的一些做法和感想。

1 精選習(xí)題，培養(yǎng)生命觀念

生命觀念是最具生物學(xué)科特色的核心素養(yǎng)，是對大量生命現(xiàn)象及其相互關(guān)系進行分析總結(jié)后的高度概括，包括結(jié)構(gòu)與功能觀、物質(zhì)與能量觀、進化與適應(yīng)觀、穩(wěn)態(tài)與平衡觀等。在作業(yè)設(shè)計中要精選習(xí)題，在潛移默化中不斷滲透生命觀念。

練習(xí)1：_____是細胞的直接能源物質(zhì)。ATP的中文名稱是，結(jié)構(gòu)簡式為_____，由一個腺苷（_____和_____）和_____組成。ATP中的A代表_____。每分子ATP含_____高能磷酸鍵，其中的高能磷酸鍵比較不穩(wěn)定，容易斷裂，釋放大量能量，用于肌肉收縮、神經(jīng)細胞的活動以及細胞中的其他活動。

練習(xí)2：下列關(guān)于ATP的說法中，錯誤的是（ ）

A.ATP中的能量可以由太陽能、化學(xué)能轉(zhuǎn)化而來，也可以轉(zhuǎn)化為化學(xué)能、太陽能

B.原核細胞沒有線粒體和葉綠體，也能合成ATP

C.人在運動時，細胞的代謝增加，細胞產(chǎn)生ATP的速率增加

D.人體在饑餓時，細胞中ATP與ADP難以維持動態(tài)平衡

練習(xí)3：下列關(guān)于細胞中ATP-ADP循環(huán)的敘述，正確的是（）

A.ATP在人體內(nèi)含量不多，但轉(zhuǎn)化迅速

B.ATP與ADP相互轉(zhuǎn)化的速率恒定不變

C.ATP與ADP相互轉(zhuǎn)化的條件相同

D.ATP轉(zhuǎn)化為ADP的場所只有葉綠體

結(jié)構(gòu)是功能的基礎(chǔ)，結(jié)構(gòu)決定功能，而功能體現(xiàn)結(jié)構(gòu)。ATP為什么稱之為細胞的“能量通貨”，就是因為其含有高能磷酸鍵，而且比較不穩(wěn)定，容易釋放出來用于細胞內(nèi)的各種吸能反應(yīng)。在生物學(xué)中，任何一個生命系統(tǒng)中的物質(zhì)和能量都是相互依存的。能量是推動相關(guān)物質(zhì)變化的動力，而能量往往是以物質(zhì)為載體。ATP是貫穿生物學(xué)能量觀點的重要概念。ATP是一種高能磷酸化合物，含有大量能量，是能量的載體，其水解釋放的能量能推動各種吸能反應(yīng)的進行。能量不會憑空產(chǎn)生和消失，只是從一種形式轉(zhuǎn)化成另一種形式。練習(xí)1、2，有助于學(xué)生理解結(jié)構(gòu)和功能以及物質(zhì)與能量的聯(lián)系。

從細胞水平看，穩(wěn)態(tài)和平衡觀表現(xiàn)在組成細胞的各種元素和化合物的含量都需要維持在一定范圍內(nèi)。細胞代謝加快，耗能增加，細胞內(nèi)的ATP含量在一定范圍內(nèi)會增加，但是不會大量上升，只是ATP和ADP的轉(zhuǎn)化速率會加快。練習(xí)2、3的設(shè)計，有助于學(xué)生理解細胞內(nèi)ATP會在一定范圍內(nèi)發(fā)生變化，但是會處于動態(tài)平衡中，有助于形成細胞水平的穩(wěn)態(tài)和平衡觀。

2 實驗設(shè)計，培養(yǎng)科學(xué)思維和探究能力

生物是一門以實驗性很強的學(xué)科，生物學(xué)中很多概念、原理和規(guī)律的得出來源于縝密的實驗設(shè)計，科學(xué)實驗推動生物學(xué)科的發(fā)展。科學(xué)思維指導(dǎo)科學(xué)探究過程，科學(xué)探究助力科學(xué)思維的形成和完善，兩者相輔相成。培養(yǎng)科學(xué)思維和探究能力，可以充分利用科學(xué)史，讓學(xué)生理解科學(xué)的方法和技能；可以讓學(xué)生走進實驗室，鼓勵學(xué)生主動探究；由于材料、器材、實驗操作步驟的限制，也可以通過讓學(xué)生自主設(shè)計實驗、撰寫實驗步驟、預(yù)測實驗結(jié)果和結(jié)論或者對已有的實驗方案進行分析、評價，進而培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)實驗思維，提高解題能力。

練習(xí)4：為驗證“ATP是腓腸肌收縮的直接能源物質(zhì)，葡萄糖不是”，某興趣小組做了如下實驗：

①用玻璃分針剝?nèi)⊥艿碾枘c肌，放在盛有任氏液(滲透壓與蛙細胞外液的滲透壓相當(dāng))的培養(yǎng)皿中。

②在載玻片的中央滴2滴任氏液，將腓腸肌放在載玻片上的任氏液中，并且使肌肉呈舒張狀態(tài)。用直尺測量并記錄肌肉的長度。

③用適宜強度的電刺激腓腸肌，直到肌肉疲勞不能收縮為止。

④向剛喪失收縮功能的腓腸肌上滴2滴某種溶液，用適宜強度的電刺激腓腸肌，測量并記錄肌肉長度。

⑤用吸水紙吸去腓腸肌上的溶液，再向肌肉上滴2滴另一種溶液，用適宜強度的電刺激肌肉2-3次，測量并記錄其長度。

請分析回答：

（1）將腓腸肌放入任氏液的目的是________。

（2）步驟③中，用電刺激肌肉，直到肌肉不能收縮為止，目的是__________。

（3）步驟④、步驟⑤中所滴加的溶液，分別是ATP溶液和葡萄糖溶液中的哪一種?

__________。如果將步驟④、步驟⑤中使用的溶液對調(diào)，能達成實驗?zāi)康膯幔繛槭裁矗縚_________。

（4）實驗結(jié)論是__________。

練習(xí)5：“銀燭秋光冷畫屏，輕羅小扇撲流螢”，夏季夜空熒光閃閃。某研究小組欲探究“螢火蟲的發(fā)光強度與ATP濃度的關(guān)系”，請你幫助他們設(shè)計實驗方案，撰寫實驗步驟，預(yù)測實驗結(jié)果。

實驗材料：螢火蟲發(fā)光器粉末、腺苷三磷酸二鈉（功效同ATP）、蒸餾水、多個不同大小的燒杯、試管等、記號筆等實驗材料。（注：熒光強度的測定的方法不做要求）

實驗步驟：__________。

實驗現(xiàn)象預(yù)測及實驗結(jié)論：__________。

科學(xué)的思維方法指導(dǎo)生物實驗的設(shè)計、操作及實驗結(jié)果分析、總結(jié)歸納。腓腸肌收縮和螢火蟲的發(fā)光實驗是驗證ATP是直接能源物質(zhì)的直觀實驗。在這兩個實驗的基礎(chǔ)上，筆者設(shè)計了練習(xí)5的實驗設(shè)計題以及練習(xí)3的實驗分析題。練習(xí)5難度不大，旨在要高一的學(xué)生熟悉實驗設(shè)計的一般步驟，如何預(yù)測實驗現(xiàn)象，寫出實驗結(jié)論。利用練習(xí)4，嘗試鼓勵學(xué)生利用科學(xué)思維方法分析實驗中的問題，解決問題。對于練習(xí)4的第（3）問，有學(xué)生指出，如果先滴加ATP試劑，用電刺激肌肉直到肌肉不能收縮，即滴加的ATP溶液消耗完，再滴加葡萄糖試劑，同樣可以完成實驗。可見學(xué)生在做作業(yè)時思維活躍，進行了深度思考。

3 創(chuàng)新形式，培養(yǎng)社會責(zé)任

社會責(zé)任是指基于生物學(xué)的認識，參與個人與社會事務(wù)的討論，做出合理的解釋和判斷，解決生產(chǎn)生活問題的擔(dān)當(dāng)和能力。培養(yǎng)學(xué)生的社會責(zé)任感是當(dāng)代教育的重要目標之一。教師在傳授生物知識的同時，應(yīng)合理引入相關(guān)社會議題，發(fā)揮生物學(xué)對日常生活的指導(dǎo)作用，鼓勵學(xué)生用所學(xué)的生物知識分析討論并嘗試解決社會問題、喚醒其社會責(zé)任感。由于時間和課堂內(nèi)容的限制，社會責(zé)任感的滲透可以延伸到課后作業(yè)中。通過搜集資料，我設(shè)計了涉及能量ATP的社會生活中的問題改編的作業(yè)。

練習(xí)6：目前，ATP熒光檢測法在衛(wèi)生監(jiān)測領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用，是根據(jù)大自然中螢火蟲發(fā)光原理而研發(fā)的。檢測原理是，破壞微生物細胞，使其釋放出ATP，在有氧氣的條件下，熒光素酶催化熒光素的氧化而發(fā)出熒光，熒光的強度與微生物數(shù)量呈比例關(guān)系，這就是ATP熒光檢測儀原理。以小組為單位，查閱資料，了解該檢測方法在衛(wèi)生監(jiān)測領(lǐng)域方面的具體應(yīng)用以及與其他檢測微生物數(shù)量的方法相比有何優(yōu)缺點等。以PPT的形式在班級進行匯報講演。

練習(xí)7：線粒體肌病是指線粒體發(fā)生病變，線粒體不能充分利用反應(yīng)物導(dǎo)致ATP生成不足，所以能量供應(yīng)不足的疾病。肌萎縮側(cè)索硬化癥，俗稱“漸凍人癥”，是一種運動神經(jīng)元病，因為患者運動神經(jīng)元受到破壞，患者肌肉逐漸無力，身體如同逐漸被凍住一樣，說話、吞咽和呼吸功能減退，最終癱瘓、死亡。這兩種疾病均與體內(nèi)能量供應(yīng)不足有關(guān)。有同學(xué)提出疑問，口服或注射ATP藥劑能否治療此類疾病？請查閱資料，回答該同學(xué)的疑問。

練習(xí)8：某美容醫(yī)院推出某品牌ATP熱能時光系列精華水。廣告中宣稱，該精華水蘊含稀有植物能量ATP，作用于面部轉(zhuǎn)化為熱能，使得肌膚毛孔張開，進入肌膚深層，從而改善面部微循環(huán)，深度滋養(yǎng)并提高肌膚免疫能力，有效提升面部輪廓，撫平歲月痕跡。

（1）請對上述廣告語作出評析，找出其邏輯上的漏洞。

（2）如果有人向你或者你家人推銷此護膚品，你將如何回應(yīng)？

鼓勵學(xué)生利用周末時間，分組合作，查閱資料，并在班級內(nèi)匯報展示。學(xué)生在查詢信息的過程中，更進一步了解了ATP熒光檢測法，肯定了生物學(xué)知識在實際生活中的應(yīng)用；知道了一個人一天在安靜狀態(tài)下要消耗40KG的ATP，而且ATP容不容易透過細胞膜還值得商榷，所以不可能通過外界補充ATP的方法來治療線粒體肌病或漸凍人癥；識破了三無美容產(chǎn)品的騙局，辨別了生活中的偽科學(xué)。除了匯報講演，還可以采用辯論賽、手抄報宣傳、公益宣講、專題調(diào)研等形式進行，創(chuàng)新作業(yè)形式不僅鍛煉了學(xué)生的合作意識，語言表達能力，還可以讓學(xué)生感到學(xué)有所用，開闊學(xué)生的思維，拓寬學(xué)生的視野，使其更關(guān)心社會問題，關(guān)注社會實際，幫助其樹立起良好的責(zé)任意識和正確的人生觀、價值觀。

高中生物核心素養(yǎng)是學(xué)生適應(yīng)社會需求和發(fā)展不可或缺的技能。核心素養(yǎng)的培養(yǎng)是高中生物教學(xué)的重要目標，生物課堂是踐行新課標理念的前沿陣地，課后作業(yè)也是滲透核心素養(yǎng)的主要戰(zhàn)場。筆者從精選習(xí)題、注重實驗分析與設(shè)計、創(chuàng)新作業(yè)形式等方面進行了“細胞與能量”一節(jié)的課后作業(yè)設(shè)計，在作業(yè)中滲透生命觀念、科學(xué)思維、實驗探究以及社會責(zé)任，學(xué)生表現(xiàn)出了濃厚的興趣，積極參與，收效顯著。總之，作為一線教師要勤思考，多實踐，在課堂內(nèi)外貫徹落實新課標提升核心素養(yǎng)的理念，為學(xué)生個人綜合素質(zhì)的提升，良好的科學(xué)情感態(tài)度和正確價值觀的養(yǎng)成做出積極的努力和嘗試。