基于概念教學的“細胞呼吸的原理和應用”教學設計

陶 欣

（江蘇省奔牛高級中學 江蘇常州 213000）

《普通高中生物學課程標準（2017年版2020年修訂）》在基本理念中強調讓學生主動學習，深刻理解和應用重要的生物學概念，聚焦單元大概念，培育學科核心素養。課程的教學在本質上是基于概念教學，并在此基礎上逐步深化和系統化知識體系，讓學生由表及里，深層次理解、掌握、應用和拓展概念知識，達到深度學習的目的。

從表征上來看，生物學的概念一般具有抽象性、思維性、科學性和變化性的特點，很多學生在接受新概念之前已存在固定的觀念，可能來自于書本知識或是生活情境。一般來說，前概念的存在會讓學生在認知上產生先入為主的觀念，影響學生對生物學基本概念理解的客觀性和科學性，對于其深度學習也會存在阻礙。從本質上來看，教育的最終目的是培養人，培養有思維能力的人，而“概念”被標記為思維的起點。這就要求教師應更加注重基于學科概念的啟發和引導式教學，調動學生思考的積極性，使學生養成科學的思維方法。教師要進一步擴充和遷移概念的內涵，培養學生深度和自主學習的能力，使學生以更高的投入性和主動性進行持續的深度學習，最終建構系統的概念體系，提高學生學習的積極性和主動性。

“細胞呼吸的原理和應用”是2019版人教版生物學教材《必修1·分子與細胞》第五章第三節的內容。本章的單元大概念聚焦在“細胞的生存需要能量和營養物質”這一基礎性的生物學概念，通過能量的供應和利用，串聯起高中生物學中酶、細胞呼吸和光合作用等核心概念。下面將以該節為例，運用概念教學法，整合概念體系，促使學生深度學習，培育核心素養。

1 概念教學的教學策略

從方法論的角度出發，概念教學要求教師設置合理的教學情境，利用科學的輔助素材，將抽象的概念性知識點轉化為簡潔的概括性論點，幫助學生正確認識和理解生物學概念的內涵。從學生認知發展和概念形成的方面來看，概念教學更加注重根據學生的認知能力，對概念進行剖析，糾正學生錯誤的前概念，遷移到現有技術支撐下的科學理論，產生對生物學概念的理性、創造性思維。

和一般的教學方式不同，概念教學需要逐步推進、由淺入深。具體來說，在實際的教學中，教師首先要引入概念，常用的方法包括：復習舊知引入；創設新課的情境，讓學生自主推理引入；讓學生動手進行實驗，根據實驗結論引入；讓學生通過小組探究性學習，查閱資料引入等。在這一環節中，教師要將概念與課堂緊密聯系起來，明確所要學習的重要概念，為概念的深度學習打好基礎，同時也讓學生在腦海中初步建構起本節課初步的概念體系。其次，教師應利用多種教學輔助工具創設真實、富有創造性的課堂情境，使概念從抽象變具體幫助學生建構概念，形成概念體系的框架。例如，教師可以利用多媒體工具展示生活中的一些生物學現象，或是讓學生自己創設情境，動手操作，觀察、分析、探究，最終歸納出現象中蘊藏的生物學概念。教師在學生概念生成后要進行及時的鞏固，通過設置問題進行反饋評價，及時對學生易錯的概念進行辨析和改正，保證概念生成過程的準確性和科學性。最后，對相應的概念在理解和應用的基礎上，進行深度學習，深化和延伸概念的內涵，并對概念進行深層次的批判性學習，培養學生批判性科學思維的核心素養。

2 基于概念教學的“細胞呼吸的原理和應用”教學設計

2.1 創設真實情境，促進概念主動學習

“細胞呼吸”指的是細胞內有機物氧化分解釋放能量的過程，與一般學生從個體角度認知的“呼吸”概念存在偏差。學生在學習“細胞呼吸”的概念前，已經存在“呼吸是生物體吸入氧氣呼出二氧化碳的過程”的前概念。在此基礎上，教師應對前概念進行遷移，將概念的運用范圍從生物體內轉到細胞內，聯系細胞設置導入情境。細胞內的代謝反應在表觀上很難通過肉眼觀察到，教師在選擇情境時可將現象放大，選擇單細胞的真核生物酵母菌作為導入對象，展示真實、常見的面包和饅頭等實物，讓學生觀察和感受面包和饅頭中的透氣孔，思考氣孔產生的原因，由此引入本節課的核心概念“細胞呼吸”。

在此基礎上，教師延伸情境，讓學生感受實際米酒散發的酒精味，自主分析此過程中發生的細胞呼吸和饅頭制作中存在何異同，對比有氧呼吸和無氧呼吸，讓學生初步構建本節課核心概念的知識體系。

2.2 巧借科學史互動，推進概念體系建構

教師將課堂交給學生，提高學生學習的自主性和課堂的參與度，基于科學探究的一般步驟，并給予學生適當的提示。學生分組合作，設計探究酵母菌呼吸方式的實驗，在實驗設計的過程中，更深刻地理解有氧呼吸和無氧呼吸的具體內涵，通過觀察實驗現象，直觀地感受概念帶來的本質結果和影響。

教師基于學生觀察到的實驗現象，分解概念，利用思維導圖的形式，將大概念分解成子概念，在細胞概念的層次上分解出有氧呼吸和無氧呼吸的概念，挖掘概念深層次的延伸點。對于“呼吸”的概念，很多學生停留在“需要氧氣參與，釋放二氧化碳的過程”的錯誤認知上。因此，教師在學生自主探究學習的過程中，應舉出反例，讓學生進行辨析、討論和批判性學習。在建構知識體系（圖1）的過程中，教師引導學生從物質和能量兩方面，對概念進行深度剖析，理解其要點。

圖1 基于核心概念“細胞呼吸”構建的知識體系

在建構出細胞呼吸知識體系的基礎上，教師利用科學史和問題情境導入，進一步延伸細胞呼吸的概念。教師先展示科學家對細胞呼吸探究的歷程（表1），讓學生初步了解細胞呼吸發生的的具體過程，延伸概念，再利用問題創設情境。教師設置的情境1：破碎酵母菌細胞，離心處理得到線粒體、細胞質基質的分離液，分別加入葡萄糖和能量檢測劑，觀察實驗現象。教師設置問題串：①葡萄糖在何處分解？②葡萄糖分解產生了什么？③丙酮酸在何處分解？④丙酮酸分解產生了什么？接著，教師以丙酮酸進入線粒體分解為引，設置情境2：破碎線粒體，離心后得到線粒體基質和膜狀結構的分離液，分別加入丙酮酸和能量檢測劑，觀察實驗現象。教師設置問題串：①丙酮酸在何處分解？②大量能量在何處產生？通過問題，教師引導學生歸納出有氧呼吸和無氧呼吸的延伸概念及其具體的過程，進一步建構本節課完整的知識體系（圖2）。

圖2 基于核心概念“細胞呼吸”的延伸構建的知識體系

表1 細胞呼吸的探索歷程

2.3 多樣評價延伸，縱深概念內核理解

在學生形成概念體系、明確概念的要點后，教師要立即幫助學生循序漸進地鞏固概念。首先是對概念基礎知識的理解，教師通過填空題幫助學生回顧核心概念，再設置選擇題及問答題，使學生理解概念內涵。

在實際教學中，學生對于有氧呼吸和無氧呼吸具體過程的理解還存在欠缺。例如，學生基本可以說出有氧呼吸的過程，但無法運用相關概念解決問題。在此反饋情況下，教師應讓學生主動說出自己的理解，及時對學生理解不到位甚至理解錯誤的部分進行辨析，并引導學生自主提問，培養其批判性思維的能力。

細胞呼吸實驗內容也是本節課的重點和難點。教師主要利用各種類型的題目，引導學生自主歸納要點，發現自己在概念理解上存在的問題。對于“有氧呼吸”和“無氧呼吸”的概念，在實際的教學中，教師可以讓學生自由討論，對比、辨析兩者的具體區別和相同點，再借助表格從不同的方面去辨析概念的具體內涵（表2）。表格要注意簡潔且條理性強，便于學生進行對比。

表2 有氧呼吸與無氧呼吸概念的比較

2.4 深化概念遷移，激發學生深度學習

在課堂教學中，學生在建構起復雜知識網絡后，對概念有了深層次的理解，會主動聯想到生活中的生物學現象，如提倡有氧運動的必要性、水果蔬菜的保鮮保存、對植物根部進行松土操作等。還有學生提出：大部分生物都進行有氧呼吸，那無氧呼吸有什么存在的必要性嗎？此時，教師應趁熱打鐵，讓學生分小組討無氧呼吸的意義，在全班交流匯報。在此過程中，教師要注重調動學生的學習熱情，拓展延伸和實際應用概念，要求學生從細胞呼吸角度說明植物長期泡在水中會萎蔫的原因，將概念與自然和生活緊密結合，激發學生探索大自然奧秘的興趣。

在本節課的教學設計環節，根據學情分析報告和反饋情況，教師設置了課外探究性學習任務，提供適當的課題參考，如搜集資料分析水生植物在水中生活的結構特征，實地調查研究細胞呼吸在發酵技術中的應用，利用生物學知識提出緩解地球“溫室效應”的具體措施等。教師要求學生撰寫探究性學習報告，并在課程結束后進行小組匯報，借此培育學生保護生態環境、造福人類社會的責任感。

3 教學反思

在本節課的教學中，基于對核心概念“細胞呼吸”的理解和延伸，教師通過創設問題、科學史、生活現象等素材吸引學生興趣，引導學生探究，促進學生的深度學習。在課堂設計中，教師不僅關注學生對概念的理解，更注重概念的應用，關注對學生生命觀念、科學思維、科學探究及社會責任的生物學科核心素養的培養。在設計教學時，教師要遵循課程標準的基本理念，聚焦大概念，將概念與實踐結合，充分引導學生思考，讓學生在自主思考中挖掘概念的深層次內涵，促進學生合作能力、探究能力、表達能力的提升，充分發揮學生在學習中的主體作用。