基于學(xué)習(xí)進(jìn)階的高中生物重要概念的建構(gòu)

朱素娟

摘 要：本文從學(xué)習(xí)進(jìn)階出發(fā)，通過(guò)創(chuàng)設(shè)真情境對(duì)重要概念中蘊(yùn)含的核心素養(yǎng)要素進(jìn)行分析，通過(guò)多種教學(xué)手段引導(dǎo)學(xué)生深入思考，從細(xì)胞結(jié)構(gòu)與功能的統(tǒng)一、細(xì)胞生命活動(dòng)中物質(zhì)與能量的統(tǒng)一、生物不斷進(jìn)化發(fā)展等生命觀念分析解釋生產(chǎn)生活問(wèn)題，逐步形成核心概念，進(jìn)而使生物學(xué)核心素養(yǎng)的達(dá)成落到實(shí)處。

關(guān)鍵詞：核心素養(yǎng);學(xué)習(xí)進(jìn)階;重要概念

學(xué)習(xí)進(jìn)階是學(xué)生學(xué)習(xí)和探究某一主題時(shí)所遵循的學(xué)習(xí)路徑，是圍繞核心概念展開(kāi)一系列由簡(jiǎn)單到復(fù)雜、相互關(guān)聯(lián)的概念序列逐級(jí)深化的思維方式的描述[1]。普通高中《生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》中明確提出高中生物學(xué)習(xí)應(yīng)重視培養(yǎng)學(xué)科核心素養(yǎng)，強(qiáng)調(diào)教學(xué)聚焦核心概念，關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)階，這為高中生物重要概念的理解和建構(gòu)提供了良好的契機(jī)和啟示[2]。依據(jù)課標(biāo)要求，課前問(wèn)卷調(diào)查，繪制學(xué)生學(xué)習(xí)“細(xì)胞呼吸是ATP的主要來(lái)源”這一主題時(shí)的概念進(jìn)階圖，如圖1所示。圖中展示由簡(jiǎn)單到復(fù)雜、相互聯(lián)系的概念，各個(gè)概念間的邏輯關(guān)系是組織開(kāi)展教學(xué)的重要線索，因此圍繞核心概念，依據(jù)學(xué)生不同階段應(yīng)該達(dá)到的水平要求，展開(kāi)的一系列由淺入深的教學(xué)內(nèi)容，在深度學(xué)習(xí)“細(xì)胞呼吸”的過(guò)程中感悟生命觀念，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)課程標(biāo)準(zhǔn)-教學(xué)內(nèi)容-教學(xué)評(píng)價(jià)的一致性[3]。筆者從學(xué)習(xí)進(jìn)階出發(fā)，以《ATP的主要來(lái)源---細(xì)胞呼吸》第2課時(shí)教學(xué)為例，開(kāi)展基于學(xué)習(xí)進(jìn)階的高中生物重要概念的教學(xué)設(shè)計(jì)。

一、教材分析和設(shè)計(jì)思路

《ATP的主要來(lái)源——細(xì)胞呼吸》是人教版高中生物必修1第5章第3節(jié)的部分，其包括細(xì)胞的有氧呼吸、無(wú)氧呼吸、影響細(xì)胞呼吸的因素及細(xì)胞呼吸原理的應(yīng)用等內(nèi)容。通過(guò)本節(jié)課學(xué)習(xí)，學(xué)生明白細(xì)胞的生存需要能量和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，運(yùn)用細(xì)胞結(jié)構(gòu)與功能的統(tǒng)一、細(xì)胞生命活動(dòng)中物質(zhì)與能量的統(tǒng)一、生物不斷進(jìn)化發(fā)展等生命觀念分析解釋生產(chǎn)生活問(wèn)題，注重相關(guān)概念的層級(jí)，進(jìn)而引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建細(xì)胞呼吸的知識(shí)體系。本節(jié)課的教學(xué)重點(diǎn)是細(xì)胞呼吸過(guò)程中能量的產(chǎn)生與利用，教學(xué)難點(diǎn)是影響細(xì)胞呼吸的因素（包括外因和內(nèi)因），通過(guò)分析影響細(xì)胞呼吸的環(huán)境因素及生產(chǎn)生活中細(xì)胞呼吸原理的應(yīng)用，學(xué)會(huì)承擔(dān)關(guān)注健康保護(hù)環(huán)境的社會(huì)責(zé)任。

本節(jié)課采用“一線三階”教學(xué)模式，以概念為主線，通過(guò)問(wèn)題鏈設(shè)置，借助前概念調(diào)查問(wèn)卷、勞動(dòng)體驗(yàn)、概念模型構(gòu)建等環(huán)節(jié)，關(guān)注學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展與生活經(jīng)驗(yàn)，創(chuàng)設(shè)真情境激發(fā)真情感（形成次位概念）→問(wèn)題探討逐步深入（形成重要概念）→聯(lián)系實(shí)際拓展應(yīng)用（形成大概念）[4]，以促進(jìn)三次學(xué)習(xí)進(jìn)階的達(dá)成，如圖2所示。

二、教材目標(biāo)

（1）描述線粒體的結(jié)構(gòu)與有氧呼吸的關(guān)系，說(shuō)出有氧呼吸過(guò)程中物質(zhì)與能量的變化;

（2）比較有氧呼吸與無(wú)氧呼吸，從物質(zhì)和能量變化的角度，闡明細(xì)胞呼吸的實(shí)質(zhì);

（3）探討細(xì)胞呼吸原理在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用，學(xué)會(huì)承擔(dān)關(guān)注健康保護(hù)環(huán)境的社會(huì)責(zé)任。

三、教材過(guò)程

（一）創(chuàng)設(shè)真情境，激發(fā)真情感

【動(dòng)一動(dòng)】創(chuàng)設(shè)真情境，體驗(yàn)屏息30秒的小活動(dòng)，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注呼吸健康，樹(shù)立環(huán)保意識(shí)。回顧初中8年級(jí)上冊(cè)人體呼吸的相關(guān)知識(shí)，分析吸進(jìn)氧氣排出二氧化碳，那么二氧化碳是怎么產(chǎn)生的？氧氣運(yùn)輸?shù)郊?xì)胞有什么作用？為什么劇烈運(yùn)動(dòng)呼吸頻率會(huì)加快？劇烈運(yùn)動(dòng)后肌肉會(huì)酸痛？簡(jiǎn)單的設(shè)問(wèn)貼近與同學(xué)們生活的聯(lián)系，厘清呼吸與細(xì)胞呼吸的差異，對(duì)細(xì)胞呼吸有一個(gè)總體的認(rèn)識(shí)，能說(shuō)出細(xì)胞呼吸的類(lèi)型、產(chǎn)物和主要場(chǎng)所，為進(jìn)一步學(xué)習(xí)細(xì)胞呼吸過(guò)程中各個(gè)階段的場(chǎng)所、反應(yīng)物、生成物和產(chǎn)能情況等做好鋪墊[3]。

（二）問(wèn)題探討，提出次位概念

【畫(huà)一畫(huà)】課前給每個(gè)小組準(zhǔn)備好線粒體結(jié)構(gòu)圖，嘗試在線粒體的結(jié)構(gòu)圖中標(biāo)注出有氧呼吸和無(wú)氧呼吸的具體過(guò)程。課堂由小組代表上臺(tái)展示，其他組同學(xué)認(rèn)真傾聽(tīng)并點(diǎn)評(píng)，學(xué)生思維火花被點(diǎn)燃，師生互動(dòng)生生互動(dòng)進(jìn)入小高潮。學(xué)生從細(xì)胞結(jié)構(gòu)與功能統(tǒng)一的觀點(diǎn)出發(fā)，描述線粒體的結(jié)構(gòu)與有氧呼吸的相互關(guān)系，分析線粒體被稱(chēng)為細(xì)胞的“動(dòng)力車(chē)間”原因，是如何為生命活動(dòng)提供能量，建立線粒體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與有氧呼吸的功能相適應(yīng)觀點(diǎn)。

【想一想】依據(jù)線粒體結(jié)構(gòu)圖和有氧呼吸的過(guò)程分析回答下列問(wèn)題：

（1）為什么這些反應(yīng)會(huì)在不同的場(chǎng)所中進(jìn)行？

（2）C6H12O6、O2分別參與第幾階段反應(yīng)？C6H12O6能否進(jìn)入線粒體中？為什么？

（3）有氧呼吸方程式兩邊的H2O來(lái)源是否一致？產(chǎn)物H2O中O、H元素的來(lái)源？

（4）CO2中O元素的來(lái)源？科學(xué)家們用什么方法得知氧原子的轉(zhuǎn)移？

（5）三個(gè)階段都有能量嗎？產(chǎn)能最多的階段？能量的轉(zhuǎn)換形式？

通過(guò)問(wèn)題鏈設(shè)置，采用圖文結(jié)合的方式，將物質(zhì)和能量變化過(guò)程與相應(yīng)步驟在細(xì)胞內(nèi)發(fā)生的位置進(jìn)行對(duì)應(yīng)，體現(xiàn)能量供應(yīng)伴隨著物質(zhì)變化的物質(zhì)與能量觀，旨在引導(dǎo)學(xué)生分析總結(jié)有氧呼吸能量利用的特點(diǎn)，關(guān)注學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展與生活經(jīng)驗(yàn)提出次位概念---有氧呼吸，釋放能量多、轉(zhuǎn)化效率高、能量逐級(jí)釋放，進(jìn)而加深對(duì)生命本質(zhì)的理解。

【推一推】依據(jù)上述有氧呼吸過(guò)程的分析，自主歸納有氧呼吸的概念，再運(yùn)用類(lèi)比方法給無(wú)氧呼吸下定義。由此得出：無(wú)氧呼吸是指細(xì)胞在缺氧的條件下，通過(guò)不同酶的催化作用，把葡萄糖等有機(jī)物進(jìn)行不徹底的氧化分解，產(chǎn)生酒精或乳酸等中間產(chǎn)物，釋放少量能量，生成ATP的過(guò)程。

（1）無(wú)氧呼吸有幾個(gè)階段反應(yīng)？無(wú)氧呼吸產(chǎn)生的[H]參與哪些階段的反應(yīng)？

（2）無(wú)氧呼吸產(chǎn)生的能量來(lái)自第幾階段反應(yīng)？未釋放的能量轉(zhuǎn)移到哪？

（3）人體在劇烈運(yùn)動(dòng)時(shí)能進(jìn)行無(wú)氧呼吸，屬于無(wú)氧呼吸的生物嗎？

（4）列舉原核生物因沒(méi)有線粒體就也能進(jìn)行有氧呼吸。

地球早期大氣中沒(méi)有氧氣，原核生物體內(nèi)沒(méi)有線粒體，說(shuō)明無(wú)氧呼吸是一種古老的呼吸作用形式，在生物進(jìn)化史上先出現(xiàn)無(wú)氧呼吸而后才出現(xiàn)有氧呼吸，認(rèn)同無(wú)氧呼吸的存在對(duì)生物來(lái)說(shuō)有重要的意義[5]。推測(cè)體內(nèi)骨骼肌保留無(wú)氧呼吸的能力，是漫長(zhǎng)的生物進(jìn)化史在人類(lèi)身上留下的印記，同時(shí)對(duì)人類(lèi)進(jìn)行長(zhǎng)跑等劇烈運(yùn)動(dòng)時(shí)，當(dāng)供氧不足時(shí)，骨骼肌細(xì)胞可暫時(shí)進(jìn)行無(wú)氧呼吸供能，有一定的適應(yīng)意義，進(jìn)一步拓展學(xué)生對(duì)線粒體的認(rèn)識(shí)，有助于生物進(jìn)化觀的建立。

【比一比】有氧呼吸和無(wú)氧呼吸的區(qū)別與聯(lián)系

討論、分析，得出結(jié)論：①無(wú)氧呼吸是在無(wú)氧條件下進(jìn)行，釋放少量的能量;②仍有許多微生物只能進(jìn)行無(wú)氧呼吸;③當(dāng)需氧生物處于缺氧狀態(tài)時(shí)，無(wú)氧呼吸就是有氧呼吸的有效補(bǔ)充。依據(jù)液滴移動(dòng)圖示判斷不同生物的細(xì)胞呼吸方式類(lèi)型，能設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單實(shí)驗(yàn)判斷細(xì)胞呼吸方式[3]，通過(guò)對(duì)細(xì)胞呼吸共性的歸納，有氧呼吸與無(wú)氧呼吸的異同比較，培養(yǎng)學(xué)生分析、歸納總結(jié)的能力，進(jìn)而加深對(duì)細(xì)胞呼吸意義的理解。

（三）逐步深入，提出重要概念

【說(shuō)一說(shuō)】列舉生產(chǎn)生活中細(xì)胞呼吸原理的應(yīng)用。

（1）用透氣紗布或“創(chuàng)可貼”包扎傷口（2）釀酒、食醋、味精的生產(chǎn)（3）糧食儲(chǔ)藏和果蔬保鮮（4）提倡慢跑（5）稻田定期排水（6）中耕松土等。嘗試分析農(nóng)田松土給農(nóng)作物的生長(zhǎng)、當(dāng)?shù)氐乃帘３旨叭驓夂蜃兣确矫婵赡軒?lái)的影響？如何盡量減少不利影響？

學(xué)生根據(jù)已有的學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)和生活經(jīng)驗(yàn)，分析生產(chǎn)生活中細(xì)胞呼吸原理的應(yīng)用，樹(shù)立科學(xué)理論的發(fā)展是與社會(huì)實(shí)踐相適應(yīng)的觀點(diǎn)，形成細(xì)胞生命活動(dòng)中物質(zhì)與能量的統(tǒng)一觀點(diǎn)，能夠熟練描述有氧呼吸和無(wú)氧呼吸每個(gè)階段的場(chǎng)所、反應(yīng)物、生成物、產(chǎn)能等情況，分析影響細(xì)胞呼吸強(qiáng)度的環(huán)境因素，嘗試應(yīng)用細(xì)胞呼吸的原理解釋原因[3]。

【析一析】分析影響細(xì)胞呼吸速率的環(huán)境因素及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的應(yīng)用

通過(guò)比較有氧呼吸和無(wú)氧呼吸的區(qū)別與聯(lián)系，能快速分析影響細(xì)胞呼吸強(qiáng)度的環(huán)境因素的常見(jiàn)數(shù)學(xué)模型，了解人工控制細(xì)胞呼吸速率的相關(guān)措施，通過(guò)引導(dǎo)學(xué)生深度學(xué)習(xí)嘗試對(duì)身邊的生產(chǎn)生活現(xiàn)象進(jìn)行解釋?zhuān)诼男凶约荷鐣?huì)責(zé)任的過(guò)程中認(rèn)同細(xì)胞呼吸在各項(xiàng)生命活動(dòng)中至關(guān)重要，更加關(guān)注呼吸健康，形成保護(hù)環(huán)境和宣傳健康生活方式的社會(huì)責(zé)任，能夠運(yùn)用化學(xué)反應(yīng)方程式中體現(xiàn)的氣體體積關(guān)系設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)確定細(xì)胞的呼吸方式，能夠使用細(xì)胞呼吸的基本原理分析各種生活問(wèn)題，理論聯(lián)系實(shí)際學(xué)以致用[3]。

四、教學(xué)反思

回歸生物教學(xué)的初心，抓準(zhǔn)生物課程的科學(xué)性和趣味性，在學(xué)習(xí)進(jìn)階理論的指導(dǎo)下，在教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)要抓住課程的核心知識(shí)和核心概念，引導(dǎo)學(xué)生在真實(shí)情境中展開(kāi)探究與實(shí)踐，選擇有價(jià)值的學(xué)習(xí)內(nèi)容，確定核心概念的學(xué)習(xí)進(jìn)階，診斷核心概念的學(xué)習(xí)難點(diǎn)，不僅能提高教學(xué)水平，學(xué)生的學(xué)習(xí)效果也大大提升，進(jìn)而達(dá)成更優(yōu)的教學(xué)效果。

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[2]張宏佳，李雪峰.高中生物“基因表達(dá)”重要概念學(xué)習(xí)進(jìn)階的構(gòu)建與測(cè)量研究，中學(xué)生物教學(xué)，2018（9）：67.

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基金項(xiàng)目：福建省教育科學(xué)“十三五”規(guī)劃2019年度常規(guī)課題《基于學(xué)習(xí)進(jìn)階理論的高中生物核心概念的教學(xué)實(shí)踐研究》階段性成果 ，課題編號(hào)：2019XB0047