基于高中生物學學科核心素養的教學設計
——以“細胞的能量‘通貨’-ATP”為例

宋 迪 賈俊娟 李桂萍 陳 忠

（淮北師范大學生命科學學院 安徽淮北 235000）

生物核心素養是學生在實際情境中解決生物學問題時所表現出來的必要行為和關鍵能力，主要包括生命觀念、科學思維、科學探究和社會責任四個維度[1]。生物核心素養貫穿于生物課堂教學的過程中，不僅可以幫助學生構建完整的生物知識體系，使學生更好地掌握生物知識，而且可以從多方面提高學生的學習積極性，促進學生多方面的健全發展，只有在生物課堂教學中緊密結合生物核心素養，才能達到預期的理想效果。因此，以“細胞的能量‘通貨’-ATP”的教學設計為例，引發教師對培養高中生生物核心素養教學策略的探究與思考。

一、教材分析

“細胞的能量‘通貨’-ATP”是人教版高中生物學必修一教材《分子與細胞》中第五章第二節的內容，它包括ATP 的結構和功能、ATP 與ADP 相互轉化以及ATP 的利用三大部分。這一課與前面所學習的糖類（主要的能源物質）、脂肪（細胞內良好的儲能物質）有一定的聯系，也是后面將要學習到的細胞呼吸和光合作用的基礎，起著承前啟后的作用。通過本節課的學習，可以幫助學生樹立正確的“結構與功能、物質與能量”的生命觀念，幫助學生形成“歸納與總結”的科學思維，激發學生“觀察提問、交流討論”的科學探究的學習方法以及“解決問題”的社會責任感[2]。

二、教學目標

（1）通過對“螢火蟲發光”問題的探討以及對ATP 結構圖的分析，掌握ATP 結構、明確ATP 的功能，形成結構與功能相適應的觀念。（生命觀念、科學思維、科學探究）

（2）通過分析高能磷酸鍵的斷裂釋放大量能量來解釋ATP稱為高能磷酸化合物的原因。（生命觀念、科學思維）

（3）通過比較的方式，嘗試歸納總結ATP 的合成及消耗途徑特點。（科學思維）

（4）通過舉例說明ATP 在生活中的應用，解決實際問題，并通過對ATP 的理解來糾正錯誤觀念。（社會責任）

三、教學重點和難點

（1）重點：ATP 的結構特點及功能；ATP 與ADP 的相互轉化；ATP 在能量代謝中的作用。

（2）難點；ATP 與ADP 的相互轉化。

四、教學過程

（一）教學過程中形成生命觀念的教學片段——形成結構與功能觀、物質與能量觀

生命觀念是生物現象的一個抽象概念，通過觀察它們的關系或特征后進行解釋，是能夠理解或解釋的意識、觀念和思維方法[3]。生物學中重要的生命觀念有：結構與功能、物質與能量、穩態與平衡、進化與適應等。在本節課的學習中，主要培養學生的結構與功能和物質與能量的生命觀念。

首先，老師對本課的主題提出疑問：我們了解到糖類、脂肪等物質中都含有能量，為什么只有“ATP”才能夠成為細胞的能量“通貨”呢？

1.創設情境，設問激疑

教師首先展示出螢火蟲的夜景圖和唐代詩人杜牧的詩《秋夕》，并伴有輕音樂放出，然后讓同學們一起有感情地朗誦這首詩歌。螢火蟲的腹部會發出微小的光亮，像星星在夜空中點光，那么我們就隨著這靈動的光亮，進入這個奇妙的世界。隨后，向同學們提出問題：螢火蟲的發光需要能量嗎？如果需要，是哪些物質供應能使它發光呢？

2.對螢火蟲發光的探究實驗進行分析，理解ATP 是直接能源物質

通過多媒體放映的形式觀看探究實驗過程：

實驗一：首先用刀片將多只可以發亮的螢火蟲的發光器切下，將切下的發光器進行干燥處理后研成粉末。然后將粉末均勻混合，取四份相同質量的粉末別放入四支相同試管中，并向四支試管中各加入少量水與粉末混合，將四支試管放在黑暗的地方，可見試管內發出微弱的黃光，大約過15 分鐘后消失。

實驗二：再分別向上面所用實驗的四只試管中加入2 mL蒸餾水、2 mL 葡萄糖溶液、2 mL 脂肪溶液、2 mL ATP 溶液，同樣將它們放置于暗處，讓同學們猜測哪支試管有熒光出現。

設計意圖：通過探究實驗讓學生明白我們前面所學習到的糖類是主要的能源物質、脂肪是細胞內良好的儲能物質，但是它們中所存在的能量不能被直接利用，就好比銀行卡；而ATP儲存的能量雖然相對較少，但能被直接利用，就好比生活中使用的現金，現金就是現實生活中暢通的貨幣，因此ATP 是直接能源物質。進而總結出ATP 的功能：直接給生命活動提供能量[4]。

3.ATP 的結構特點

學生結合課本第88 頁的內容，畫出ATP 的結構簡圖并回答以下問題：

(1)ATP 的中文名稱是什么？

(2)ATP 的結構簡式是什么？結構簡式中的A、T、P、-、～分別代表什么？

(3)為什么ATP 被稱作“高能磷酸化合物”？

設計意圖：教師可讓學生閱讀課本后，自己得出相關問題的結論，進一步加深對ATP 的結構與功能觀和物質與能量觀的理解。

（二）教學過程中形成科學探究的教學片段——培養學生觀察提問和表達交流的能力

科學探究是指通過觀察生物學現象以找出生活中的相關問題，并進行觀察提問、實驗設計、方案實施以及根據最后所得出的結果進行交流與討論的能力。本節課主要是培養學生觀察提問和表達交流的能力。

1.ATP 和ADP 可以相互轉化

（1）教師提出問題：通過以上探討ATP 被稱作“高能磷酸化合物”，那么ATP 在供能時是如何釋放能量來滿足需要的呢？通過以上對ATP 結構的研究，我們可以知道ATP 中含有兩個高能磷酸鍵，那么ATP 被激發時，這兩個高能磷酸鍵是否同樣活躍？請同學們帶著對問題的思考，看多媒體上ATP 和ADP 相互轉化的視頻。

（2）教師再次提出問題：經查閱資料分析發現人體在安靜狀態時，肌肉中的ATP 含量是非常少的，但是人體所需要ATP提供的能量是非常多的，那ATP 是如何滿足這一需要的呢？

（3）ATP 的來源

通過以上兩個問題的解答，教師引導學生提出疑問：在ATP 轉化成ADP 時可以放出能量用于絕大多數的生命活動，在ADP 轉化成ATP 時是否耗能，如果耗能，那這些需要的能量來自哪里呢?

設計意圖：讓學生了解不同生物ATP 來源可能不同，通過觀察、提問、交流和討論培養學生的科學探究能力。

2.ATP 的利用

在ATP 的利用中，教師提問：細胞中絕大多數需要能量的生命活動都是由ATP 直接提供的，請學生對ATP 的利用進行舉例說明。

教師再次提問：ATP 是細胞的能量“通貨”，細胞中吸能反應與ATP 的利用相聯系，那么細胞內的放能反應是否也與ATP 相聯系呢？

設計意圖：在討論過程中，培養學生的合作學習能力，并將ATP 的利用與生活實際相聯系，鍛煉學生們的學以致用能力并培養學生的科學探究能力。

（三）教學過程中形成科學思維的教學片段——培養學生的歸納總結能力

科學思維是指在尊重事實的基礎上，以嚴謹的態度和科學的方法看待事物，培養發現問題、解決問題的思維習慣與能力。內容包括歸納與概括、演繹與推理、模型與建模等，本節課的目的主要是培養學生的歸納總結能力。

老師發給每個小組一張空白卡片，總結本課內容，與同桌交流，將成果進行展示，由老師和學生一同評價。

ATP的水解 ATP的合成反應式 ATP酶ADP+Pi+能量 ADP+Pi+能量酶ATP條件 水解酶 合成酶能量來源 高能磷酸鍵 呼吸作用、光合作用能量去路 絕大多數的生命活動 儲存于ATP中場所 生命體的需要部位 細胞質基質、線粒體、葉綠體總反應式 ATP酶ADP+Pi+能量 酶

設計意圖：以表格的形式來對比ATP 的水解及合成的過程，鍛煉學生的總結歸納能力，鞏固所學知識，培養學生的科學思維。

（四）教學過程中形成社會責任的教學片段——培養學生解決實際問題的能力和情感意識等

社會責任是指基于對生物學的認識，經過一系列的交流和探討，對生產生活問題作出合理判斷和解釋的能力。主要包括解決問題、樂于傳播、參與討論和情感意識等方面。

通過本節課的學習，同學們自我糾正認知：“含能量越多的物質對生物體的生命活動貢獻就越大”。通過對ATP 的理解，可以回答現實生活中的一些問題和現象，激發學生對周圍事物的探索，提高學生的學習積極性。

五、結束語

本節課的教學設計亮點在于將生物學的核心素養與生命科學趣味相融合并應用于生物教學中，以“螢火蟲發光的探究實驗”作為這節課的情境創設，并以此為線索展開教學，能夠激發學生的學習積極性，在枯燥的知識中找到學習的樂趣。

以生物學核心素養貫穿整堂課，進一步提高課堂效率，同時也有助于學生各方面能力的提高。但是在實際教學過程中，不能將核心素養的“四個維度”嚴格分開，也就是說，每個教學環節中不只體現出單個核心素養維度，雖然凸顯某一種維度或某幾種維度，但是其他維度也會貫穿其中，并加以整合，才能更好地完成課堂教學。

高中生物學教材中有的知識內容比較枯燥繁雜，學生不易理解，作為教師，應該將繁雜內容條理化、枯燥內容趣味化，以提高學生的學習積極主動性，才能更好地掌握生物知識并將其加以運用。