高中生物學情境化教學實踐與研究
——以《細胞的能量“貨幣”ATP》教學為例

魏梅紅 劉會堅

（1.福州第二中學，福建 福州 350001；2.福州第三中學，福建 福州 350003）

情境性是知識的重要特征之一。建構主義學習理論認為：學習不是知識由教師向學生的傳遞，而是學生于其原有知識經驗的基礎上，在一定的情境中，主動地加工處理新信息，建構知識意義的過程。情境認知理論認為：知識是在真實情境中產生的，因而知識的理解和掌握離不開具體情境的支撐。［1］為了踐行“核心素養為宗旨”的高中生物學課程基本理念，生物學教師應根據生物學科特點、學情及教學實際，整合、優化課程資源，積極探索情境創設方式，提高課堂實效性，促進學生發展生物學學科核心素養。筆者嘗試以2019 年版人教社《高中生物學·必修1·分子與細胞》第5 章第2 節《細胞的能量“貨幣”ATP》教學為例，開展高中生物學情境化教學實踐與研究，探討如何創設真實的學習情境，激發學生的學習興趣，主動參與學習活動，促進學生建構、理解與應用生物學知識，提高分析問題、解決問題的能力。

一、以模型創設學習情境，促進知識的建立與理解

應用模型開展模型演示、觀察及建模等活動，實現情境化教學，使得抽象的知識直觀化、形象化及生動化，促進學生建立與理解知識。

ATP 的化學組成和結構特點是《細胞的能量“貨幣”ATP》的教學重難點之一，筆者從學生已有的知識基礎與生活經驗出發，創設問題情境：什么是ATP？ATP 是如何給生命活動提供能量的？引導學生復習核糖核苷酸結構通式，閱讀教科書及有關資料，并指導學生利用“希沃白板5”的拖曳功能將“A（腺苷）”“～（一種特殊的化學鍵）”“P（磷酸集團）”等圖片進行拼裝，建構ATP 結構模型，幫助學生認識“ATP 是一種高能磷酸化合物”，即對ATP 結構和特點形成理性認識。再進一步創設問題情境：同是特殊的化學鍵，為什么越遠離腺苷的磷酸集團越容易脫落？引導學生分析ATP 結構中磷酸集團帶負電荷，彼此會產生排斥。為了幫助學生更好地理解，筆者課前制作ATP 結構實物模型，利用白色乒乓球代表腺苷，黃色乒乓球表示磷酸集團，腺苷與磷酸集團之間用木棍相連，磷酸集團之間用彈簧相連。課堂教學時演示該模型，壓縮彈簧，則遠離白色乒乓球（腺苷）的那個黃色乒乓球（末端磷酸基團）就彈射出去，以此模擬ATP 的化學性質不穩定，遠離腺苷的磷酸基團容易離開ATP，為學習“脫離下來的磷酸基團攜帶能量與其他分子相結合，讓后者結構發生改變”埋下伏筆，并促進學生加深對“ATP 如何為生命活動提供能量”的理解，形成結構和功能觀、物質和能量觀等生命觀念。

借助模型演示與建模活動，營造直觀、生動的探究學習情境，激發學生的學習興趣，主動參與建模活動，幫助學生建立與理解生物學概念，提高學習的有效性和認同感。

二、以生物學實驗創設學習情境，促進思維的發散與拓展

模擬實驗是高中生物學實驗教學的重要手段。應用生物學實驗創設學習情境，為學生搭建思維發散與拓展的平臺。

為了促進學生建立與理解“ATP 是驅動生命活動的直接能源物質”這一教學重難點。首先，引導學生復習有關葡萄糖和脂肪的作用，將ATP 的作用與學生熟悉的生活現象進行類比：ATP 的作用猶如“現金”，現金在市場上是可以流通的，故科學家將ATP 稱“貨幣”；葡萄糖是“存折”，只有“提現”才能更好地“流通”。再結合課前發放給學生的三磷酸腺苷二鈉片實物及說明書，分析三磷酸腺苷二鈉片的作用機理。在此基礎上，組織學生觀察青蛙肌肉收縮模擬實驗視頻，分析青蛙的腓腸肌在不同物質刺激下的收縮情況。青蛙是兩棲類動物，其基本的生命活動和生理功能與一般溫血動物是相似的。青蛙的離體組織所需要的生活環境比較簡單，可以通過添加任氏液（—種比較接近兩棲動物內環境的液體）來維持其生理活性。腓腸肌的收縮是神經肌肉接受刺激（用浸有任氏液的鋅銅弓輕觸坐骨神經）產生興奮的重要表現，這一過程是需要消耗能量的。通過分組添加一定量的ATP 及葡萄糖，學生可以觀察到：1 號添加ATP 任氏液的青蛙腓腸肌接受鋅銅弓刺激坐骨神經時出現收縮，而2 號添加葡萄糖任氏液的青蛙腓腸肌接受刺激時未出現收縮。若將2 號原滴加的葡萄糖洗去，再添加與1 號相同量的ATP 任氏液，則青蛙腓腸肌接受刺激時出現收縮現象。由此判斷ATP 能直接供能，而葡萄糖則不能。以此加深學生對ATP 是驅動生命活動的直接能源物質的理解。當然為避免青蛙腓腸肌中原有能量的干擾，還需通過不斷刺激，讓1、2 號青蛙腓腸肌消耗殆盡原有能量，再進行上述青蛙肌肉收縮實驗。促進學生發散、拓展思維，做到全面、嚴謹地思考。

在生活體驗的基礎上應用生物學實驗創設學習情境，有助于學生加深對生物學重要概念及其生物學意義的理解，培養學生實事求是、嚴謹的求知態度，促進思維的發散與拓展。

三、以課堂練習、測驗創設學習情境，促進知識的鞏固與應用

創設真實的練習、測驗情境，促進學生在真實的任務情境中解決真實的問題，并在此過程中真實地發展。［2］練習、測驗的情境源自生活或接近生活，則能符合教育的本質和素養生成的規律，有利于促進學生的發展。

為加深學生對“ATP 水解釋放的能量用于各項生命活動”的理解與應用，筆者推送隨堂測試題，創設學習任務情境1：ATP 中的腺嘌呤（A）可否替換成G、C、T等形成GTP、CTP、TTP？它們是否存在？如何存在，為什么供能的載體主要是ATP？在學生思考、測驗的基礎上，引導學生從進化的角度進行闡釋，GTP、CTP、TTP 等也是高能磷酸化合物，同樣具有高能磷酸鍵，只是其在細胞中的分工不同，因ATP 的催化位點比較多，供能的范圍更廣泛，所以ATP 是主要的供能物質，促進學生形成進化與適應觀的同時，也為從蛋白質結合位點、ATP 催化位點等角度分析任務2 做鋪墊。［3］創設任務情境2：智能生物藥物成為治療癌癥等難以攻克疾病的首選，近些年，蛋白質納米管（可以用來包裹、保護藥物）在細胞內高含量ATP 條件下可以釋放治療藥物，被譽為“ATP 控制的藥物遞送系統”。請根據ATP、蛋白質的結構和功能推測ATP 在藥物釋放中所起的作用。要求學生基于教科書第88 頁圖5-7“ATP 為主動運輸供能示意圖”并結合ATP、蛋白質的結構和功能，分析參與Ca2+運輸的載體是一種催化ATP 水解的酶，ATP 在酶的作用下，末端的磷酸集團脫落與載體蛋白結合，使后者發生磷酸化，導致其空間結構發生變化，Ca2+的結合位點由膜內轉到膜外，引起Ca2+的釋放。以此促進學生鞏固所學知識，并遷移應用：蛋白質納米管在ATP 水解釋放的能量轉移作用下，結構發生改變，從而幫助釋放藥物。可見，特定的蛋白在特殊情況下可以同時承擔多種角色，如運輸、催化等；蛋白質等分子磷酸化后空間結構發生改變，活性和功能也改變。ATP 為生命活動直接供能外，還為蛋白質等分子的磷酸化做重要貢獻。

應用隨堂練習、測驗創設學習情境，挖掘和提煉與科學、技術及社會STS 相聯系的習題與試題，促進學生在鞏固知識的同時，遷移應用解決與生物學密切相關的社會熱點問題，形成社會責任意識與擔當。

在高中生物學課程改革深入推進的背景下，要求高中生物學教師轉變教學理念，探索情境化教學策略，讓課堂教學情境化，讓學生學習情境多樣化，促進學生主動參與課堂教學，在問題情境、實驗情境、任務情境中提升對生物學知識的理解能力與應用能力，發展生物學學科核心素養。