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        高中生物教學(xué)中發(fā)展學(xué)生科學(xué)思維的策略

        2018-10-23 11:35:32王揚飛
        關(guān)鍵詞:科學(xué)思維

        王揚飛

        [摘 要]發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維是高中生物課堂教學(xué)的重要任務(wù)之一。以《細(xì)胞的能量通貨——ATP》的教學(xué)為例,利用生活現(xiàn)象、結(jié)構(gòu)簡式圖、矛盾沖突、課堂練習(xí)等手段,引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷實驗探究、建模分析、演繹推理、圖文轉(zhuǎn)化等過程,可有效發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維。

        [關(guān)鍵詞]科學(xué)思維;高中生物課堂;細(xì)胞的能量通貨

        [中圖分類號] G633.91 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A [文章編號] 1674-6058(2018)26-0080-02

        “科學(xué)思維”是指尊重事實和證據(jù),崇尚嚴(yán)謹(jǐn)和務(wù)實的求知態(tài)度,運用科學(xué)的思維方法認(rèn)識事物、解決實際問題的思維習(xí)慣和能力。高中生物課堂是發(fā)展學(xué)生科學(xué)思維的主要陣地。學(xué)生科學(xué)思維的發(fā)展不可能一蹴而就,需要在長期教學(xué)過程中潛移默化,不斷滲透。因此,在高中生物課堂教學(xué)中,教師應(yīng)針對不同的教學(xué)內(nèi)容采用不同的教學(xué)策略,使學(xué)生不僅能收獲生物學(xué)知識,還能發(fā)展科學(xué)思維。

        一、 立足生活現(xiàn)象,于實驗探究中發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維

        【質(zhì)疑】能使螢火蟲直接發(fā)光的物質(zhì)是什么?

        【實驗論證】展示科學(xué)家的探究過程:先從螢火蟲體內(nèi)分離出發(fā)光器,然后把發(fā)光器研磨成粉末后,分成3等分,分別放入3支試管中,各加入等量水使之混合,置于暗處;接著分別向這3支試管加入各2毫升的葡萄糖溶液、ATP制劑和蒸餾水。學(xué)生觀察到螢火中體內(nèi)的發(fā)光器直接發(fā)光。

        【評析】以學(xué)生熟悉的螢火蟲發(fā)光作為導(dǎo)課內(nèi)容,引導(dǎo)學(xué)生思考并得出“螢火蟲發(fā)光是因為有能量”的結(jié)論。學(xué)生容易聯(lián)想到已經(jīng)學(xué)過的糖類、脂肪和蛋白質(zhì)等有機(jī)物。那么,使螢火蟲發(fā)光的是這些有機(jī)物嗎?通過展示科學(xué)家的實驗探究過程,使學(xué)生了解到ATP是使螢火蟲直接發(fā)光的物質(zhì),ATP的作用是直接能源物質(zhì)。同時可讓學(xué)生明確,對于生活中出現(xiàn)的疑難問題,最好的辦法是通過實驗論證,進(jìn)而解決問題。

        二、 利用結(jié)構(gòu)簡式圖,于建模分析中發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維

        【質(zhì)疑】從結(jié)構(gòu)上分析,為什么ATP可以作為直接能源物質(zhì)?

        【模型論證】讓學(xué)生寫出ATP的中文名稱:三磷酸腺苷,并說出ATP各符號的含義:“A”表示腺苷;“T”表示3個;“P”表示磷酸;“~”表示高能磷酸鍵;接著利用寫有各符號的紙片搭建ATP結(jié)構(gòu)簡式的模型:A-P~P~P。

        “結(jié)構(gòu)和功能相適應(yīng)”是生物學(xué)的基本觀點之一。在教學(xué)過程中,教師要讓學(xué)生明白要探討ATP為何能作為細(xì)胞的能量通貨,就要探討ATP的結(jié)構(gòu)特點。通過閱讀思考,學(xué)生進(jìn)一步了解到ATP的水解實際上是指ATP分子中高能磷酸鍵的水解。高能磷酸鍵水解時釋放的能量多達(dá)30.54kJ/moL,所以說ATP是細(xì)胞內(nèi)的一種高能磷酸化合物。通過構(gòu)建模型,學(xué)生可以把抽象的分子結(jié)構(gòu)具體化,在構(gòu)建模型過程中學(xué)生對ATP結(jié)構(gòu)特點的掌握更加深刻。

        此外,還可利用圖1引導(dǎo)學(xué)生分析a(腺嘌呤)、b[腺苷(腺嘌呤+核糖)]、c[腺嘌呤核糖核苷酸(腺嘌呤+核糖+磷酸)]、d[ADP(腺嘌呤+核糖+2分子磷酸]、e[ATP(腺嘌呤+核糖+3分子磷酸)]的關(guān)系,從而實現(xiàn)對學(xué)生的思維拓展。

        三、 利用矛盾沖突,于演繹推理中發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維

        【質(zhì)疑1】ATP是直接能源物質(zhì),那么它在生物體內(nèi)的含量是不是需要有很多,才能滿足各項生命活動的能量需要?當(dāng)機(jī)體需要能量時,ATP如何供能?

        【資料論證1】在人體安靜狀態(tài)時,肌肉內(nèi)的ATP含量只能提供肌肉收縮1~2s所需的能量;在人體劇烈運動狀態(tài)下,每分鐘約有0.5kg的ATP分解釋放能量;一個成年人在安靜的狀態(tài)下,24小時內(nèi)有40kg的ATP被水解。

        根據(jù)資料分析,ATP在體內(nèi)含量很少,消耗量大。ATP的化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定。在有關(guān)酶的催化作用下,ATP分子中遠(yuǎn)離A的那個高能磷酸鍵很容易水解,于是遠(yuǎn)離A的那個P就脫離開來,形成游離的Pi(磷酸),同時釋放出大量的能量。

        【質(zhì)疑2】ATP在細(xì)胞中含量很少,如何滿足各項生命活動的能量需求呢?

        【資料論證2】在某細(xì)胞培養(yǎng)液中加入32P標(biāo)記的磷酸分子,短時間內(nèi)分離出細(xì)胞的ATP,發(fā)現(xiàn)其含量變化不大,但部分ATP的末端P已帶上放射性標(biāo)記。

        在有關(guān)酶的催化作用下,ATP水解產(chǎn)生能量,轉(zhuǎn)化成ADP;而ADP可以接受能量與一個游離的Pi結(jié)合,重新形成ATP,即ATP與ADP可以相互轉(zhuǎn)化。

        【質(zhì)疑3】ATP與ADP可以相互轉(zhuǎn)化,那么ATP與ADP的轉(zhuǎn)化是可逆反應(yīng)嗎?

        【論證3】可逆反應(yīng)是指在同一條件下,既能向正反應(yīng)方向進(jìn)行,又能向逆反應(yīng)方向進(jìn)行的反應(yīng)。學(xué)生根據(jù)分析可知,該轉(zhuǎn)化過程不是可逆反應(yīng),原因一:作用的酶不同;原因二:能量不可逆。合成ATP的能量主要來自細(xì)胞呼吸作用時有機(jī)物分解所釋放的能量以及光合作用時利用的光能;ATP水解產(chǎn)生的能量則直接用于肌細(xì)胞收縮、大腦思考等各項生命活動。

        在教學(xué)過程中,教師應(yīng)鼓勵學(xué)生質(zhì)疑,培養(yǎng)學(xué)生的問題意識,并激發(fā)學(xué)生探索問題的欲望。當(dāng)學(xué)習(xí)出現(xiàn)矛盾時,應(yīng)鼓勵學(xué)生抓住矛盾的關(guān)鍵點,尋求實證,解決矛盾,讓思維更加嚴(yán)謹(jǐn)。

        四、利用課堂練習(xí),于圖文轉(zhuǎn)化中發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維

        【例題】人的骨骼肌細(xì)胞中ATP的含量只能維持劇烈運動3 s以內(nèi)的能量供應(yīng)。某運動員參加短跑比賽過程中,肌肉細(xì)胞中ATP的相對含量隨時間的變化如圖2所示。請據(jù)圖回答下面的問題:

        ① a→b過程中,ATP被水解,釋放的能量用于————————————————。

        ② b→c過程中,ATP含量增加,說明————————加強(qiáng),釋放更多的能量,供ADP合成ATP,補(bǔ)充消耗的ATP。

        ③ 從整個曲線看,肌細(xì)胞中ATP的含量不會降為零,說明——————————。

        本道例題考查的是“ATP和ADP相互轉(zhuǎn)化”的內(nèi)容。學(xué)生必須先識圖:圖中表示的是ATP相對含量的變化,其中,ab段,ATP的含量逐漸下降;bc段,ATP的含量逐漸上升,而后達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。再根據(jù)本節(jié)所學(xué)的內(nèi)容,可以得出答案:①ATP水解過程,能量用于肌肉收縮等生命活動;②ATP含量增加是通過細(xì)胞呼吸迅速由ADP轉(zhuǎn)化而成;③ATP在細(xì)胞內(nèi)含量雖少,但與ADP的相互轉(zhuǎn)化卻十分迅速,使細(xì)胞內(nèi)ATP的含量總是處于動態(tài)平衡中,構(gòu)成生物體內(nèi)部的穩(wěn)定供能環(huán)境。課堂上通過練習(xí),以不同的形式呈現(xiàn)教材內(nèi)容,可以培養(yǎng)學(xué)生思維的靈活性。

        綜上可知,發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維是高中生物課堂教學(xué)的重要任務(wù)之一。作為高中生物教師,應(yīng)想方設(shè)法設(shè)計不同的教學(xué)策略來發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維。

        (責(zé)任編輯 黃春香)

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