例談概念教學中培育生命觀念的路徑

羅玲

摘要 以“細胞的能量“貨幣”ATP”概念為例，探討概念教學中通過對解讀核心概念，理解生命觀念的內涵;深度研讀教材，找準生命觀念錨定點;聚焦概念建構，培育學生的生命觀念等，突出實踐過程與方法的可操作性。

關鍵詞 生命觀念 概念教學 ATP

中圖分類號 G633.91

文獻標志碼 B

生物學學科核心素養中的生命觀念是指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，是人們經過實證后的觀點，是能夠理解或解釋生物學相關事件和現象的意識、觀念和思想方法。發展學生的生命觀念有助于學生在面對現實生活中的實際問題和挑戰時具有較好的分析能力和解決問題能力，從而更好地適應未來的社會發展和個人生活。

生物學是一個概念系統為主要特征的學科，概念教學是發展生命觀念的基礎。下面以《必修1·分子與細胞》第五章中“細胞的能量‘貨幣’ATP”為例，探討概念教學中生命觀念的培育。

1解讀核心概念，理解生命觀念的內涵生命觀念是生物學核心概念（也叫大概念）的呈現方式。因此，首先要理解和把握本節課程內容所蘊含的生命觀念內涵。研讀《普通高中生物學課程標準（2017年版）》課程內容，梳理各層級概念及核心概念所蘊含的生命觀念，見表1。課程內容中對進化與適應觀、穩態與平衡觀沒有特別的學業要求，教學時可適當滲透，不作為教學重點。

2深度研讀教材，找準生命觀念錨定點

觀念是抽象的，甚至是虛空的，如果不能找到相應生命觀念在生物學概念中的錨定點，則會在實踐中無從下手。因此，教師首先要研讀教材，找準每個生命觀念所錨定的概念和關鍵事實。

2.1物質與能量觀

本節教材貫穿“物質與能量觀”，通過問題探討引出螢火蟲發光需要能量，在正文的首段列舉一些事實，如細胞中的糖類、脂肪等有機物都儲存著化學能，直接給細胞的主動運輸、物質的合成和肌纖維的收縮等生命活動提供能量的是ATP。接著，用數據30.54kJ/mol來說明ATP是一種高能磷酸化合物。在ATP與ADP可以相互轉化這個板塊，主要通過ATP與ADP可以相互轉化示意圖和ADP轉化成ATP時所需要能量的主要來源圖，說明兩種物質在轉化過程中伴隨能量的變化。在ATP的利用板塊，舉例說明生物（如電鰻）發電、螢火蟲發光、大腦思考、物質合成、主動運輸、肌肉收縮等需要ATP供能等;歸納總結細胞生命活動吸能反應與放能反應一般與ATP水解或ATP合成相聯系。這些內容都說明生命活動不僅需要物質基礎，還需要能量驅動，而能量的供應和利用離不開化學反應，物質是能量的載體，能量是物質變化的動力，這就是生物學的物質與能量觀。

2.2結構與功能觀

本節的教學關鍵點是同樣是能源物質，ATP具有哪些與葡萄糖不同的特點決定了它是細胞生命活動的直接能源物質。教材用兩段分別介紹了ATP的結構和性質特點：1ATP是一種高能磷酸化合物;2ATP分子中末端的特殊化學鍵（也就是磷酐鍵）不穩定，很容易水解;3ATP與ADP相互轉化迅速，教材通過數據來直接說明，即人在激烈運動的狀態下每分鐘約有0.5kg的ATP轉化成ADP來證明轉化是迅速的。ATP正是具有這樣的結構和性質特點，才決定了它是細胞中的能量“貨幣”。糖類、脂肪等雖然也是能源物質，但是沒有ATP這樣獨特的性質，這正是體現結構決定功能的生命觀念。

當然，細胞內ATP與ADP相互轉化是時刻不停地發生，但ATP含量始終維持在一個相對穩定的、動態平衡的水平，這對于構成細胞內穩定的供能環境具有十分重要意義，也正是細胞水平上的穩態與平衡觀。自然界中，從真核生物到原核生物，其細胞內都是以ATP作為能量“貨幣”的，這說明生物界具有統一性，也反映生物界有著共同的起源，體現了生命系統的進化與適應觀。

3聚焦概念建構，培育學生的生命觀念

實踐證明，學生對生物學概念的正確理解是建立在豐富的、有代表性的生物學事實和材料基礎上的。因此，在教學過程中，教師應創設真實的教學情境，以具體的生物學事實為載體，引導學生積極主動參與實驗設計、模型建構、資料搜集、數據分析等探究活動，學生在實踐體驗中完成對概念的建構，同時培育生命觀念。

3.1創設真實情境，引入概念——培養生命觀念的起始點

情境之于知識，猶如湯之于鹽。有效的教學情境與問題可以激勵、喚醒、鼓舞學生的學習欲望，學生就會自主地思考和探究問題，自主地感悟情境與問題中蘊含的生物學思想觀念。教師由車胤的囊螢夜讀典故引出螢火蟲發光現象，提供螢火蟲發光原理、為螢火蟲尾部的發光直接提供能量物質的資料。結合前面學生學習過的幾種能源物質，教師再提供ATP的資料，資料僅僅強調ATP也是一種能源物質，其名稱、結構及特點暫不多說，留下懸念，讓學生設計實驗思路，來探究糖類、脂肪、蛋白質、ATP等物質中哪種為螢火蟲尾部的發光直接提供能量的物質，從而滲透物質變化的過程中伴隨能量變化的觀念。

3.2注重實踐探究，建構概念——培養生命觀念的生長點

教師通過問題引領和任務驅動，促進學生積極主動、深度參與探究活動，學生在實踐和體驗中實現對概念的建構。

任務1：設計實驗并分析實驗結果，明確ATP是直接供能物質。學生小組合作思考，探尋為螢火蟲發光直接提供能源物質的實驗設計思路。教師動畫模擬演示實驗結果，引導學生分析得出結論：直接為螢火蟲發光提供能量物質是ATP，葡萄糖、脂肪、蛋白質等都不是。

任務2：合作建構ATP分子物理模型，理解ATP結構不穩定。教師聯系學生已有的知識經驗，利用不同顏色的彩紙剪成的多邊形、圓形、五邊形分別代表腺嘌呤、磷酸、核糖，拼接腺嘌呤核糖核苷酸模型，再引導學生自學教材及旁欄中的相關信息，嘗試拼接ATP分子結構模型。通過模型制作，學生理解ATP作為細胞生命活動的直接能源物質的理由有：11molATP水解釋放的能量高達為30.54kJ，是一種高能磷酸化合物;2特殊的化學鍵不穩定。

關于ATP水解釋放能量，由于高一學生化學反應中轉移勢能相關知識沒有學習，而且化學鍵的斷裂一般需要消耗能量。為了幫助學生理解，教師要適時補充講解ATP水解釋放能量原因：依據能量守恒定律，由于反應產物所含的自由能比反應物低，將自由能貢獻出來，因此釋放能量。

任務3：分析數據，邏輯推理，證明ADP與ATP相互迅速轉化。由于ATP的化學性質不穩定，教師引導學生分析推理、得出ATP在細胞中的含量應該很少。教師提供資料：事實上，人體中ATP的總量只有大約2mg，人的肌細胞中ATP只能維持不到1s的劇烈運動所需能量;一個成人一天在靜止狀態下所消耗的ATP為40kg，人在緊張活動的情況下消耗的ATP可達0.5kg/min。教師再設疑：生物體內ATP的含量很低的，而機體正常生命活動需要量卻很多，生物體是如何解決這一矛盾的呢？學生通過思考、推理，可知細胞合成ATP非常迅速，且ADP與ATP的相互轉化迅速，由此學生獲得由于ATP作為細胞生命活動的直接能源物質理由之三。

關于ADP轉化成ATP時所需能量的主要來源問題，教師引導學生分析教材中的圖解，知道主要通過光合作用和呼吸作用這兩條途徑。這兩部分內容將在后面詳細學習，因此本節課無需深挖。

以上3個活動可以讓學生理解“ATP作為細胞生命活動的直接能源物質，與其結構、性質是相適應的”。當然，ATP與ADP的相互轉化在細胞內時刻不停地發生并處于動態平衡，這正是細胞水平上的穩態與平衡。

任務4：搜集資料，展示交流，例舉細胞內ATP的利用。課前，教師布置學生搜集有關ATP的利用資料圖片等，學生課堂上展示并交流。教師播放ATP為主動運輸供能過程的動畫，并說明其中的原理是“ATP水解釋放的磷酸基團與載體蛋白結合，導致載體蛋白磷酸化，其空間結構發生改變，所以完成物質的轉運”。ATP水解釋放的磷酸基團導致蛋白質磷酸化的現象在細胞內是比較常見的，ATP因而可以參與各種化學反應，從另一角度幫助學生理解ATP為很多細胞內很多生命活動直接供能是由其性質特點決定的。教師引導學生了解：不同的生物絕大多數的生命活動都以ATP為直接能源物質，說明生物界具有共性，也反映生物有著共同的起源，這體現了生命系統的進化與適應觀。

3.3建構知識框架，整合概念——培養生命觀念的著力點

概念教學不應僅僅停留在讓學生記住一些零散的生物學事實、碎片化的知識，還要引導學生依據概念間內在的邏輯關系建構知識體系，概括為抽象的重要概念和大概念，才能使概念內化于學生的頭腦，形成生命觀念。

教師引導學生歸納、總結：細胞生命活動中的吸能反應與放能反應一般與ATP水解或ATP合成相聯系。能量通過ATP分子在吸能反應和放能反應之間循環流通，及時而持續地滿足各項生命活動對能量的需求。學生依據知識之間的內在聯系，把瑣碎的知識串聯起來，自主構建知識網絡（圖1），發展物質與能量觀。

3.4著意遷移應用，評價概念——培育生命觀念的關鍵點

注重知識的遷移運用，分析和解決現實生活中的問題，一方面有利于學生對概念的深度理解，另一方面助推學生生命觀念的達成。例如，本節課上，教師引導學生討論：為什么醫學上常用ATP片劑或注射液對漸凍癥、心功能不全、心肌疾患、進行性肌萎縮、腦出血后遺癥等疾病進行輔助治療？

學生能用本節知識對此應用做出合理的解釋，不僅促進達成生命觀念，還利于形成生物科學能夠促進人類健康、造福人類的價值觀。

在課堂上培養學生生命觀念是生物學學科核心素養落地的關鍵所在，前提是需要教師解讀核心概念，理解生命觀念的內涵;深度研讀教材，找準生命觀念錨定點;聚焦概念建構，培育學生的生命觀念。其中概念的深度學習是基礎，情景的設計與應用是重點，概念的整合與觀念融合是核心。

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