基于“深度學習”的高中生物學支架式教學*
——以“細胞的能量通貨——ATP”為例

王 芝 王啟雨

(1.中國科學技術大學附屬中學 2.合肥工業大學附屬中學 安徽合肥 230000)

深度學習是指在教師的帶領下，學生針對有一定難度的學習主題，身心積極投入，獲得成功的體驗和發展的有價值的學習過程。

支架式教學是指教師通過構建支架來幫助學生循序漸進地掌握知識，不斷積累知識，最終達到理想的層次。

筆者以新人教版必修1第五章第2節“細胞的能量通貨——ATP”為例，結合深度學習的幾大特征，采用支架式教學方法就學生如何深度學習進行實踐研究，通過運用多種類型的支架來幫助學生深度學習，培養學生的學科核心素養。

(一)教學目標的確定

《普通高中生物學課程標準(2017年版)》對本節課教學內容的要求是，解釋ATP是驅動細胞生命活動的直接能源物質。筆者參照課標并依據培養學生核心素養的要求，將本節課的教學目標確定為：(1)針對ATP的功能和結構特點，開展探究實驗，掌握科學探究的一般方法，建立相應的結構與功能觀；(2)通過對ATP與ADP相互轉化的供能機制和供能特點的歸納及總結，能解釋“ATP是驅動細胞生命活動的直接能源物質”的原因。

(二)情境式支架的導入

深度學習的首要特征是“知識與經驗的相互轉化”。經研究，筆者發現，在課堂中引入真實情境能引發學生的興趣，幫助學生實現知識與經驗的相互轉化。

比如在本節課開始時，先播放有關螢火蟲發光的科普視頻，然后依照表1中的情境式支架來導入本節課。這樣，不僅能激活學生以往的知識經驗，還能將學生的興趣轉移到本節課的教學內容中來。情景式支架導入如表1所示：

表1

(三)探究式支架的鋪展

深度學習的重要特征是“活動與體驗”，“活動”是指學生的主體活動，而“體驗”指的是學生在活動中獲得的內心體驗。在情境式支架導入后，教師向學生介紹一種新的能源物質ATP，引導學生按科學探究的一般思路對“什么物質能為螢火蟲發光直接供能”進行探究。學生探究活動的具體過程如表2所示：

表2

通過以上探究活動，學生發現能為螢火蟲發光直接供能的物質是ATP，而其他幾種能源物質不可以，這無疑引發了學生的認知沖突，想進一步弄清楚ATP能直接供能的原因。隨后教師就可以指導學生自主學習ATP的結構并構建ATP結構的物理模型，形成“ATP是一種高能磷酸化合物”的概念。

(四)邏輯化支架的遞進

深度學習的另外一個重要特征是對知識進行深度加工，掌握知識的本質內涵以及知識之間的內在聯系。

在探究式支架的鋪展之后，學生對ATP結構和功能有了初步的了解，但是對ATP的供能機制和供能特點的理解還不夠深入。教師可以通過提出一連串邏輯化遞進的問題來幫助學生掌握ATP和ADP相互轉化的供能機制和ATP的供能特點，從而理解“ATP是細胞中的能量通貨”的原因。具體過程如表3、表4和表5所示：

表3

表4

表5

1.邏輯化支架1：ATP與ADP相互轉化的供能機制

2.邏輯化支架2：ATP的供能特點

材料1：教師向之前加入熒光素、熒光素酶以及葡萄糖的試管中再加入適量酵母菌提取液，一段時間后，試管中出現了熒光。

材料2：1 mol葡萄糖在線粒體和細胞質基質中經呼吸作用完全氧化分解共需幾十步反應，且能釋放出來的能量約為ATP水解釋放能量的94倍。

以上邏輯化支架的搭建能將生物學科中一些碎片化的知識整合起來，幫助學生掌握知識背后的科學本質和思維體系。

(五)圖表式支架的總結

在高中生物教學中，巧妙運用圖表式支架可以幫助學生建立完善的知識體系。筆者在教學中設計了如圖1所示的板書，以幫助學生深入理解本節課知識之間的內在聯系。

圖1

筆者以中學生物學科核心素養目標為依據，結合深度學習的幾大特征，通過構建四種支架式教學方式，能很好地達成本節課的教學目標。