情境教學(xué)模式在高中生物教學(xué)中的應(yīng)用

喬曉燕,梁岳

摘? 要：以新教材《分子與細(xì)胞》中第五章第二節(jié)“細(xì)胞的能量”貨幣“ATP”為例，通過創(chuàng)設(shè)情景，對教材內(nèi)容重新整合。采用任務(wù)驅(qū)動，一境到底的大概念教學(xué)模式達(dá)成知識目標(biāo)和素養(yǎng)能力的培養(yǎng)。運(yùn)用視頻、模型、圖示等培養(yǎng)生命觀念和科學(xué)思維，通過資料分析，培養(yǎng)學(xué)生獲取新知識、交流與合作的能力。通過聯(lián)系生活對ATP制劑應(yīng)用的探討，鍛煉學(xué)生運(yùn)用生物學(xué)知識去理解和關(guān)注社會議題，增強(qiáng)社會責(zé)任。

關(guān)鍵詞：模型構(gòu)建;ATP;核心素養(yǎng);高中生物學(xué)

建構(gòu)主義認(rèn)為，知識是由先前的知識和情境中的經(jīng)驗形成的，學(xué)習(xí)是基于情境的。知識的建構(gòu)過程需要用到觀察、概括、概念擴(kuò)展。需要構(gòu)建科學(xué)解釋，科學(xué)推理、設(shè)計實驗等，這些都能很好地落實學(xué)生的核心素養(yǎng)能力。另外情景化的教學(xué)模式會讓學(xué)生主動思考、主動探究，引發(fā)他們學(xué)習(xí)的興趣。情景化教學(xué)模式的有效開展可以改變傳統(tǒng)教學(xué)過分注重教授理論知識的觀念，更加重視學(xué)生綜合素質(zhì)的培養(yǎng)，這也符合核心素養(yǎng)教育理念的要求。本文是以2019年版人教社《高中生物學(xué)·必修一·分子與細(xì)胞》第五章第二節(jié)《細(xì)胞的能量“貨幣”ATP》一節(jié)的教學(xué)實施為例，教師為學(xué)生的學(xué)習(xí)創(chuàng)設(shè)情境，提供相關(guān)的視頻、資料、模型等，嘗試基于情境創(chuàng)設(shè)的概念生成性教學(xué)。

一、做好學(xué)情分析，設(shè)計教學(xué)思路

本節(jié)在學(xué)生掌握了細(xì)胞中的有機(jī)物——蛋白質(zhì)、糖類、脂肪等在細(xì)胞中的作用的基礎(chǔ)上開展的，目的是讓學(xué)生了解，盡管糖類等有機(jī)物是能源物質(zhì)，但是不能給生命活動直接提供能量。本節(jié)在細(xì)胞呼吸、光合作用之前開展，該節(jié)內(nèi)容是后續(xù)章節(jié)的基礎(chǔ)。本節(jié)應(yīng)該通過模型構(gòu)建、資料分析、多媒體動畫等方式突破ATP與ADP之間的相互轉(zhuǎn)化的難點(diǎn)，通過“存折與葡萄糖”“現(xiàn)金與ATP”等的類比方法，突破ATP是能量貨幣的教學(xué)難點(diǎn)。

二、設(shè)定知識目標(biāo)，落實核心素養(yǎng)

基于新課程標(biāo)準(zhǔn)和核心素養(yǎng)能力的落實，我對本節(jié)課的知識目標(biāo)和能力定位在以下四個方面：

1. 通過物理模型構(gòu)建，學(xué)習(xí)ATP化學(xué)組成和特點(diǎn)，并從結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的角度去理解為什么ATP是生命活動的直接能源物質(zhì)。以此強(qiáng)化學(xué)生的生命觀念。

2. 通過對ATP和ADP相互轉(zhuǎn)化以及該過程中能量來源與去路的概念圖的構(gòu)建，嘗試?yán)斫鉃槭裁碅TP是能量貨幣。落實對學(xué)生科學(xué)思維能力的訓(xùn)練。

3. 通過對主動運(yùn)輸實例的分析，解釋ATP是驅(qū)動生命活動直接能源物質(zhì)的原因。該過程可以鍛煉學(xué)生科學(xué)探究以及科學(xué)思維能力。

4. 通過對轉(zhuǎn)基因植物熒光樹以及ATP制劑的關(guān)注，強(qiáng)化學(xué)生的社會責(zé)任。

三、基于目標(biāo)達(dá)成，實施教學(xué)過程

學(xué)習(xí)的主題部分分為四個環(huán)節(jié)：

（一）引入部分，觀察現(xiàn)象，提出疑問

課堂上組織學(xué)生觀看是什么物質(zhì)使得螢火蟲發(fā)光的視頻，解決課本問題探討的內(nèi)容的同時，拋出問題“為什么ATP是使得螢火蟲發(fā)光的直接能源物質(zhì)，而葡萄糖不是”這與ATP的特殊結(jié)構(gòu)有關(guān)。那么ATP具有怎樣的結(jié)構(gòu)，才使得ATP成為生命活動的直接能源物質(zhì)？

（二）學(xué)習(xí)主體部分，構(gòu)建模型，培養(yǎng)生命觀念，養(yǎng)成科學(xué)思維意識

首先帶著引入中的“為什么ATP是使得螢火蟲發(fā)光的直接能源物質(zhì)，而葡萄糖不是”這一問題，讓學(xué)生自主閱讀課本86頁內(nèi)容，小組協(xié)作，完成第一個任務(wù)，用長方形代表5種堿基、五邊形代表核糖、圓形代表磷酸基團(tuán)，利用所給材料，把選中的基團(tuán)用化學(xué)鍵連接起來，構(gòu)建ATP的結(jié)構(gòu)模型并體會ATP水解的過程。接下來，老師根據(jù)學(xué)生構(gòu)建的物理模型，先糾錯矯正，再引導(dǎo)學(xué)生理解，由于ATP中的磷酸基團(tuán)帶負(fù)電荷，根據(jù)同種電荷相互排斥的原理，“～”這種化學(xué)鍵不穩(wěn)定，其末端的磷酸基團(tuán)特別容易挾帶能量與其他分子結(jié)合，從而使后者發(fā)生變化。接下來教師闡釋ATP可以作為螢火蟲發(fā)光的直接能源物質(zhì)，正是由于ATP具有這樣的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，從而使熒光素分子活化，在熒光素酶和氧氣的作用下，變成氧化熒光素并發(fā)出熒光。教師利用學(xué)生剛才構(gòu)建的物理模型，在黑板上演示讓ATP末端磷酸基團(tuán)斷裂，指出這個過程同時放出能量形成ADP，即演示ATP在ATP水解酶作用下的水解過程，要求同學(xué)們寫出ATP水解的反應(yīng)方程式，引導(dǎo)學(xué)生注意這個反應(yīng)中反應(yīng)條件和能量去向。

分析材料完成第二個任務(wù)，寫出合成ATP的反應(yīng)式。資料①人體每天所消耗的能量需要水解100～150mol的ATP（相當(dāng)于50～75Kg）;在劇烈運(yùn)動的情況下，ATP的消耗約達(dá)0.5kg/min。而人體中ATP的總量只有0.1mol，劇烈運(yùn)動時只能維持幾分鐘。如何解決這一矛盾呢？通過對資料①的分析，同學(xué)們很快可以得出結(jié)論ATP存量有限，但ATP與ADP之間可以迅速相互轉(zhuǎn)化，不會在體內(nèi)大量儲存導(dǎo)致浪費(fèi)。資料②在某細(xì)胞培養(yǎng)液中加入32P（31P的同位素）標(biāo)記的磷酸分子，短時間內(nèi)分離出細(xì)胞中的ATP，發(fā)現(xiàn)其含量變化不大，但部分ATP的末端磷酸基團(tuán)已被32P放射性標(biāo)記。該實驗說明了什么？引導(dǎo)同學(xué)們得出結(jié)論，ATP末端磷酸基團(tuán)脫落后形成了ADP，ADP又迅速與32P標(biāo)記的磷酸基團(tuán)結(jié)合，形成新的ATP。也就是說在細(xì)胞內(nèi)存在著ATP與ADP相互轉(zhuǎn)化的機(jī)制。構(gòu)建出ATP與ADP轉(zhuǎn)化的方程式并引導(dǎo)學(xué)生思考，ATP的水解釋放能量，該能量去向哪里？ATP在合成時是需要吸收能量的，該能量來自哪里？

在上面學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，讓小組通過討論完成第三個任務(wù)，即構(gòu)建ATP與ADP相互轉(zhuǎn)化中能量來源與去路的概念模型。首先播放動畫情境，讓學(xué)生了解ATP可以由光合作用和呼吸作用的過程產(chǎn)生。接著老師提問ATP水解后，釋放的能量可用于哪些生命活動？學(xué)生會有跑步、學(xué)習(xí)、心臟跳動等限于個體或器官水平的直觀性比較強(qiáng)的答案，老師可以補(bǔ)充譬如精子游動，細(xì)胞分裂，分泌蛋白合成等細(xì)胞乃至分子水平的答案。使學(xué)生從細(xì)胞和分子水平理解生命活動與ATP供能的關(guān)系。此外通過展示電鰩放電、離子的主動運(yùn)輸?shù)冗^程，讓學(xué)生理解ATP中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能、滲透能等。此時，學(xué)生可以得出結(jié)論，ATP水解與吸能反應(yīng)相聯(lián)系，ATP合成總是與放能反應(yīng)聯(lián)系在一起。在這個過程中，學(xué)生能夠形成“物質(zhì)是能量的載體，能量是物質(zhì)流動的動力，生命活動過程中能量只會轉(zhuǎn)移、轉(zhuǎn)化，能量是守恒的”，這樣的物質(zhì)與能量觀。學(xué)生也可以理解生命活動所需的直接能源為什么必須由ATP水解提供，也就是因為ATP具有特殊的化學(xué)鍵這樣的結(jié)構(gòu)，它容易斷裂，使得ATP適宜作為直接能源物質(zhì)。糖類相當(dāng)于我們的存折，而ATP相當(dāng)于我們的現(xiàn)金，至此學(xué)生形成本節(jié)課的重要概念，細(xì)胞的能量貨幣是ATP。學(xué)生在這個過程中，可以熟悉概念模型如何構(gòu)建，以及如何對現(xiàn)象、資料進(jìn)行歸納概括，從而利用已知的知識去解釋推導(dǎo)出未知的知識，解釋生物學(xué)規(guī)律。

任務(wù)四是運(yùn)用知識，解決問題。讓學(xué)生閱讀課本ATP為主動運(yùn)輸供能的示意圖，探究ATP如何為主動運(yùn)輸供能。讓學(xué)生關(guān)注，在Ca2+主動運(yùn)輸過程中載體蛋白有兩個功能，一個是作為運(yùn)輸?shù)妮d體，另一個是作為ATP水解酶。Ca2+與載體蛋白的結(jié)合會激活它作為水解酶的活性，讓ATP水解，末端磷酸基團(tuán)轉(zhuǎn)移到載體蛋白上，讓載體蛋白磷酸化。空間結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，從而將Ca2+釋放到膜外。至此關(guān)于知識目標(biāo)的四個內(nèi)容已經(jīng)完成。并且在完成知識目標(biāo)的同時，落實了學(xué)生核心素養(yǎng)能力的培養(yǎng)。學(xué)生的結(jié)構(gòu)與功能觀，物質(zhì)與能量觀都得以強(qiáng)化。

（三）總結(jié)歸納，解決社會問題，增強(qiáng)社會責(zé)任感

該部分內(nèi)容是引導(dǎo)學(xué)生利用新學(xué)的知識，開展新的課題研究。嘗試培養(yǎng)學(xué)生的探究意識，嘗試讓他們對各種生物學(xué)現(xiàn)象進(jìn)行理性地解釋。具體操作是教師根據(jù)課本89頁小字部分科學(xué)前沿的內(nèi)容做出引導(dǎo)性提問：轉(zhuǎn)基因植物熒光樹已經(jīng)產(chǎn)生了，它作為新興的科研產(chǎn)品有哪些益處和弊端，是否值得推廣？教師還可以聯(lián)系生活提問，誤食大量含有氰化物的苦杏仁、白果、桃仁等食物可引起氰化物中毒。氰化物是一種劇毒物質(zhì)，氰化物的中毒原理是阻斷細(xì)胞呼吸作用的過程。剛才所講的ATP合成時，能量可以來自細(xì)胞呼吸，當(dāng)細(xì)胞呼吸被阻斷時，生命活動的直接能源物質(zhì)ATP得不到及時產(chǎn)生，那我們能否用ATP制劑作為急救措施？并說明理由。此種聯(lián)系實際，利用課本所學(xué)內(nèi)容解決社會生活問題的教學(xué)方法，不僅能引起學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣 ，更主要的是可以讓學(xué)生用學(xué)到的知識服務(wù)于社會，服務(wù)于人類，增強(qiáng)社會責(zé)任感，這樣的教育才有意義。

（四）多元化評價，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)信心

教師在開展課堂教學(xué)時，應(yīng)采用多元化教學(xué)評價。每一節(jié)課中盡量包括學(xué)生自評，學(xué)生互評，以及教師的及時評價和延時評價。多種評價模式有助于學(xué)生及時發(fā)現(xiàn)自己學(xué)習(xí)上的問題、修正并完善自身的知識體系。在新課程背景下，教師也應(yīng)轉(zhuǎn)變觀念，多采用表現(xiàn)性評價的模式，這種評價方式就是教師通過呈現(xiàn)一系列綜合性的復(fù)雜任務(wù)、問題或情境讓學(xué)生完成，然后通過學(xué)生在完成老師設(shè)置的任務(wù)時的課堂表現(xiàn)，對學(xué)生獲得的知識性能力和素養(yǎng)性能力進(jìn)行評價。本節(jié)課就是采用設(shè)置情境、完成任務(wù)并運(yùn)用所獲得的知識去解決實際問題的方式去設(shè)計的，評價也從知識能力、素養(yǎng)能力以及課堂表現(xiàn)幾個方面進(jìn)行。該節(jié)課進(jìn)行時，學(xué)生每完成一個任務(wù)，老師會立刻給出其在知識能力和素養(yǎng)能力的評價與肯定，這樣多元化的評價方式，可以鼓勵學(xué)生更主動地參與到課堂的學(xué)習(xí)與活動中來，樹立學(xué)習(xí)的信心。

四、教學(xué)總結(jié)與反思

《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》指出，有效的教學(xué)情境能夠激發(fā)學(xué)生的好奇心和求知欲，點(diǎn)燃學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情，從而使學(xué)生主動參與對所學(xué)知識的探索發(fā)現(xiàn)和認(rèn)識的過程。本節(jié)課能夠創(chuàng)設(shè)真實的情境，以完成任務(wù)串的形式來降低教學(xué)難度，在教學(xué)過程中注重知識的遷移和應(yīng)用，提高學(xué)生的歸納能力和分析問題解決問題的能力。

新的生物教育教學(xué)改革提出以培育核心素養(yǎng)為主要目標(biāo)的全面育人方向，這對任課教師的課程設(shè)計和實施都提出更高層次的要求。本節(jié)課設(shè)計始終圍繞ATP是細(xì)胞的能量“貨幣”這個內(nèi)容進(jìn)行，利用視頻、物理模型、資料、圖片等素材，采用閱讀、小組分工合作、討論以及老師講解等方式克服難點(diǎn)，并且多次讓學(xué)生利用所學(xué)知識解釋實際現(xiàn)象，這樣可以培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用知識，分析現(xiàn)實問題并解釋生物學(xué)現(xiàn)象的能力。本節(jié)課能夠做到情境貫穿，促使學(xué)生運(yùn)用“結(jié)構(gòu)與功能觀”并初步形成“物質(zhì)與能量觀”。但是由于整個情境囊括了實驗探究和模型構(gòu)建，容易忽略一些知識點(diǎn)的落實，可以課后通過練習(xí)等進(jìn)行彌補(bǔ)。

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（責(zé)任編輯：鄒宇銘）