基于培養生命觀念的高中生物教學*

許高云

（安徽省合肥市肥東縣瑤崗路肥東一中新校區 安徽合肥 230000）

引言

高中生物學科核心素養主要包括生命觀念、科學思維、科學探究和社會責任四個維度，其中生命觀念是標志和關鍵，位居生物學學科核心素養的首位。生命觀念又進一步劃分為結構與功能觀、進化與適應觀、穩態與平衡觀、物質與能量觀等[1]。關于生命觀念的培養，教師要充分挖掘教材中蘊含的生命觀念支撐點，并設計恰當的學生活動，啟發學生對生命本質進行思考、探究，進而形成基本的生物學概念，并嘗試運用生物學基本概念解決實際問題[2]。本文結合筆者的教學實踐，探討在“細胞的能量‘貨幣’ATP”這一節的內容中，如何培養學生的生命觀念。

一、“細胞的能量‘貨幣’ATP”教材分析

1.教材地位

“細胞的能量‘貨幣’ATP”是人教版（2019版）高中生物學必修1模塊《分子與細胞》第5章第2節的內容。《普通高中生物學課程標準（2017年版）》在“分子與細胞”模塊的概念2中明確提出要求：“解釋ATP是驅動細胞生命活動的直接能源物質”。因此，教材在組織教學內容時，緊密圍繞一個重要概念——“ATP是細胞的能量貨幣”，設計了包括該“能量貨幣”的分子組成、ATP的結構特點、ATP與ADP兩者之間的聯系與轉換方式，還有ATP的利用。在生物體中，ATP的含量很少，但含量穩定，合成ATP的能量來源有細胞呼吸和光合作用，這個將在第3節和第4節中重點闡述，所以本節課是針對“ATP”這一教學重點的初步闡述，并為之后的內容進行鋪墊。

2.新教材中“ATP”的變化

對比人教版原教材，2019版新教材中，在第一段闡明螢火蟲發光需要的能量的基礎上，認識到生命活動依靠ATP直接提供能量，然后單獨一行總述ATP的功能：ATP是細胞活動的能源供給，是細胞進行一切生命活動的直接能量來源。再依次介紹ATP的組成與結構特點（本質），ATP與ADP之間的轉換方式和ATP的應用途徑。將原教材中的“結構—功能”變化為“功能—結構—功能”，考慮到了我們對一個事物的認知規律，也能由這個結論引發學生強烈的求知欲望。

3.學情分析

通過對基礎概念的認知和分析，他們知道細胞要想進行生命活動，就需要完成能量供給。例如，進行物質合成、主動運輸等，而且他們也已經知道了糖類是主要的能源物質，脂肪是良好的儲能物質，所以就有了一個新的認知需求，即糖類或脂肪是否給這些細胞的生命活動直接提供能量。

4.教學目標

根據課程標準要求，培養學生生物學科核心素養，制訂了本節內容的教學重點：

（1）通過學習ATP的分子組成、結構特點、應用功能，認為不同物質的結構具有不同的功能，結構與其功能相匹配的觀點；通過學習ATP和ADP之間轉換的機制，初步形成穩態與平衡觀；運用物質和能量觀來解釋ATP的合成與分解過程中一定存在能量的利用或流失。

（2）利用建立模型建構掌握ATP的組成部分以及結構特點；分析ATP與ADP相互轉化的機制，歸納ATP與ADP相互轉化過程中能量的來源與去向，幫助呼吸作用和光合作用的教學順利開展。

5.教學重難點

（1）教學重點：ATP的化學組成特點及其在細胞代謝中的作用。

（2）教學難點：學習ATP與ADP之間轉換的機制，嘗試闡述ATP為什么是供給細胞進行生命活動的必要能源與直接能源物質。

二、生命觀念的概念

“生命觀念”是解釋在日常生活中存在的生命活動、關系和特性的抽象概念，是經過實質認證后形成的觀點，可以幫助人們了解或闡述自然界中存在的生命活動跡象，同時也可以很好地理解或解釋生物學科核心素養相關現象和事件的意識觀念或思想方法。生命觀念與生物學科中側重的內容有一定偏差，它有上位性和跨概念性，是其余知識點的總體概括和框架構成要素。想要形成生命觀念，就要先理解生物學科相關知識點，利用生命觀念去解答生活中遇到的問題，去探究生命的活動規律[2]。

三、教學中生命觀念培養的意義

高中生物教學具有生命性，這也是最為重要的學科特點，為培養“生命觀念”提供了機會，教育改革要求打破以往只關注學科知識和能力，忽視核心素養的教學模式。高中生物教學的改革也不例外，需要深入認識生物學科核心素養，將其融入生物課堂之中，提高學生綜合素養，高中生物課程具有開展“生命教育”的優越性，這個核心素養也最能體現學科性。學生面臨著高考的壓力，學習中遇到挫折之后容易產生消極情緒，如果不能得到有效的引導，就可能導致出現輕生念頭，主要在于沒有認識到生命的價值以及生命的難能可貴，所以高中生物教學的一個主要任務就是培養學生對生命的敬畏之心，學習生命現象，理解和掌握生命發展的規律、生命的本質。養成正確的生命價值觀念，要尊重生命，進而具備適應社會的發展能力和必備品格，最終達到素質教育的要求。

四、教學中培養“生命觀念”的有效策略

1.開展實驗式教學

如果僅僅依賴教材上的知識，依靠死記硬背，那么高中生物的學習將困難重重。大自然存在多種多樣的生物體，學生可以親近觀察，用親身經驗來驗證理論知識。實踐對于學習高中生物、理解生物學科核心素養有著重要作用，所以，教師可在教學過程中開展實驗教學，選取具有實驗價值的內容組織學生進行練習，在完成實驗的過程中，通過親身實踐、自己動手形成思維網絡體系，深入理解知識內容，更進一步真切地認識到“生命觀”。

2.加強探究式教學

探究式教學可以讓學生先獨立自主探究，在此基礎上進行小組合作探究。這種學習方式不但有助于培養獨立自主的學習能力，更好地自我發展，同時也能幫助學生更好地解決學習生物學時遇到的問題，使其主動探究生物學問題并進行探索，找到適宜的解決方案，達到培養獨立思考習慣的目的。開創合作教學方法是完善探究式教學的重要途徑之一，加強師生交流、學生之間的交流，有助于學生與學生、師生之間分享個人觀點與看法，同時也可也有助于學生找到更合適自身、更好的學習方法，提高學生的學習興趣，推動高中生物課堂的有序進行。探究式教學將“生命觀念”這一動態發展性的生物學科核心素養作為高中生物課堂教學中的重點內容。

3.基于真實情景教學

教師利用情景教學法開展高中生物教學有利于培養核心素養，可選擇與生活貼近的素材入手，使學生樂于接受。基于真實情景的教學，以日常生活中熟知的事物或環境設計教學內容，一方面能開拓學生的眼見，激發他們的學習興趣，引導學生形成正確的價值觀，另一方面有利于理解課本中抽象的概念，找到適合自己的學習高中生物學的方法，提高對生物學科的學習積極性，最終達到促進“生命觀念”核心素養形成的目的。教師在生物教學中設計一些恰當的真實情景，既能帶動課堂氛圍，提供優質學習環境，也可以提升教師自身的知識水平，共同進步。

五、教學中對“生命觀念”的培養

生命觀念的含義是：對觀察到的生命現象及相互關系或特性進行解釋后的抽象，是經過大量文獻研究或實驗驗證證明，同時也可以很好地理解或解釋生物學科核心素養相關現象和事件的意識觀念或思想方法。新課標指出，高中生物學中生命觀念主要有“結構與功能觀、物質與能量觀、穩態與平衡觀、進化與適應觀”。從中可以看出，生命觀念的形成是以對客觀生命現象的準確描述為基礎的，進而由大量生命現象的具體描述去探究一般性的理論和規律，在這里實事求是地描述所觀察到的生命現象是發現一般生命規律的前提之一。

1.結構與功能觀的培養

在“ATP的結構和利用”知識點的教學中，能很好地培養學生的結構與功能觀。教師創設情境導入新課。分析螢火蟲發光的經典實驗，得出結論：ATP是供給細胞生命活動的能源。ATP為什么能直接為肌肉收縮提供能量？引出結構與功能相適應的觀點。自然過渡到ATP的組成和結構特點內容的學習。

讓學生閱讀教材，了解ATP的組成，為了加深學生對ATP分子結構的理解，設計了模型建構活動：課堂上提供相關模型，讓學生先搭建一個腺嘌呤核糖核苷酸，在將AMP逐漸轉變成ATP，學生很容易明白AMP是合成RNA的原料之一。為了讓學生理解ATP的結構為什么適于直接供能，教師可聯系物理知識，展示用乒乓球和彈簧自制的ATP模型，解釋特殊化學鍵：ATP中的磷酸基團帶有負電荷，同種電荷之間相互排斥，因此將3個都帶負電荷的磷酸基團連在一起，就像壓縮一個彈簧，是需要消耗能量的，但如果松手，就會釋放能量。這里與壓縮了的彈簧進行類比，讓學生明白ATP分子內部會儲存能量，使學生很容易認識到ATP是一種高能磷酸化合物，但ATP中遠離A的特殊化學鍵容易斷裂，也容易形成，結構不穩定，ATP適于直接供能。這里初步形成生命觀念——物質的結構與功能相適應。

然后結合課本圖解，引導學生分析回答ATP水解后可用于哪些生命活動？結合課本圖5-7ATP為主動運輸供能示意圖，并展示Flash動畫，講解ATP的作用機理。在酶的作用下，ATP水解，末端的酸基團脫離下來，它是挾能量與其他分子（如蛋白質等）結合，使后者發生空間結構上的變化。總結出ATP的作用機理——蛋白質等分子的磷酸化。通過大量實例，讓學生形成ATP生物能量利用的統一性。

2.穩態與平衡觀的培養

在“ATP和ADP之間的相互轉化”知識點的教學中，穩態與平衡觀有很好的體現。生命活動時刻進行，ATP就會不斷消耗，細胞內的ATP有多少，它會被消耗完嗎？展示兩個資料。資料1：在成人的體內，ATP的總量只有2-10mg，而在未運動狀態下24h消耗ATP的量為40kg，在運動情況下，消耗ATP的速率可達每分鐘0.5kg；在安靜狀態下，肌肉細胞釋放的能量僅能維持肌肉收縮2s左右。資料2：某生物科研團隊在細胞培養液中添加了32P標記了的磷酸鹽，在極短時間內捕獲并分離得到細胞內的ATP，結果ATP濃度變化不大，但部分ATP末端的磷酸基團已被放射性標記。根據資料1，給學生造成認知上的沖突——生物體內ATP含量很少，但需求量很大，從而引發他們進一步探究的欲望。分析資料3，得出ATP和ADP之間可以相互轉化，從而解決生物體內ATP含量很少，但需求量很大的矛盾。ATP與ADP之間的相互轉化是時刻不停地發生，而且是處于動態平衡之中的，并說明這種相互轉化機制，在生物界具有統一性，這種動態平衡對于維持細胞正常生命活動供給能量有著重要的作用。

3.物質與能量觀的滲透

在講解ATP的結構適于直接供能知識點的時候，將壓縮的彈簧與高能磷酸鍵進行類比，把壓縮的彈簧松開就可以代表特殊化學鍵的斷裂，讓學生通過教具模擬親身體會ATP水解過程中能量的變化，說明ATP與ADP的相互轉化伴隨著能量儲存與釋放，初步形成物質和能量觀。而在講解ATP與ADP相互轉化時，能量的來源與去路問題也要交代清楚，這里提供資料3：對于術后不能進食的患者，通常注射葡萄糖液幫助患者恢復體能。在陽光充足的環境中，植物的葉綠體合成ATP并制造糖類；但沒有光照時，葉綠體無法合成ATP，更不會合成碳水化合物。得知ADP轉化成ATP的主要轉換條件，也為后面呼吸作用和光合作用的學習，做了很好的鋪墊。

ATP為什么被稱為細胞內流通的能量“貨幣”？為了幫助學生進一步樹立物質與能量觀，在講解這個知識點的時候，舉例分析吸能反應與ATP水解，以及放能反應與ATP合成的關系。葡萄糖等有機物含的能量比較多而且穩定，就像大額支票，而ATP的結構不穩定，易水解也易合成，能持續滿足生物體內各項需能的生命活動，就像小額人民幣一樣，可在放能反應和吸能反應之間快速流通。此處利用概念圖，幫助學生形成物質與能量觀，認同物質的合成與分解與能量的儲備與流失是同時存在的，即物質是能量的載體，能量是物質轉變的動力。

關于進化與適應觀，本節教材內容中體現的不是很明顯，細胞內絕大多數的生命活動需要依靠ATP作為能源的直接供給，ATP作為能量貨幣是生物界新陳代謝的特點之一，這體現了生物界的統一性，從而初步建立起進化與適應觀。

展望

生命觀念的培養是一個循序漸進的過程。在教學實踐過程中，教師不能直接告知學生結果，必須讓學生自己去觀察、思考和探究，他們自己在理解和掌握知識的基礎上自己嘗試概括總結，從而逐步形成生命觀念。生命觀念的培養是一個長期的過程，教師要以教材內容為依托，不斷發現問題并努力改進，以期尋找培育學生生命觀念的有效途徑或策略，再服務于教學實踐，使學生在日常學習過程中形成生命觀念。