林來紅

摘要以“細胞中的能量通貨——ATP”一節(jié)為例，通過小組討論，利用教材資源，分析相關(guān)資料，繪制思維導(dǎo)圖，滲透歸納和概括、批判性思、演繹與推理、嚴謹性思維、構(gòu)建模型等科學(xué)思維。

關(guān)鍵詞 科學(xué)思維 生物復(fù)習(xí) 教學(xué)策略

中圖分類號G633.91 文獻標(biāo)志碼B

1問題提出

生物學(xué)科是一門自然學(xué)科。生物學(xué)課程期待學(xué)生主動參與學(xué)習(xí)過程，在親歷提出問題、獲取信息、發(fā)現(xiàn)規(guī)律等過程中習(xí)得生物學(xué)知識，養(yǎng)成科學(xué)思維的習(xí)慣。

觀察近幾年的全國卷生物試題會發(fā)現(xiàn)，試題中涉及的知識點大多是教材的主干知識。而考生的失分往往是因為對基本概念和原理理解不深或“懂了”，但表達缺乏準(zhǔn)確性、嚴謹性和針對性。由此說明，很多學(xué)生的科學(xué)思維較欠缺。所以，教師在重視基礎(chǔ)知識的同時，應(yīng)注意將某些問題進行適當(dāng)?shù)耐卣股钊?，從而提高學(xué)生綜合分析能力和理解能力。在平時復(fù)習(xí)時，尤其要加強表達能力、推理能力、應(yīng)用所學(xué)知識分析解決問題能力等方面的培養(yǎng)。

2培養(yǎng)科學(xué)思維的課堂教學(xué)策略

“細胞中的能量通貨——ATP”這節(jié)內(nèi)容在考試大綱中的要求是：理解ATP在能量代謝中的作用和其他知識之間的聯(lián)系和區(qū)別，并能在較復(fù)雜的情境中綜合運用其進行分析、判斷、推理和評價。近幾年高考中選擇題和非選擇題均有出現(xiàn)過與ATP知識相關(guān)的內(nèi)容。如2016全國卷I第四題結(jié)合神經(jīng)調(diào)節(jié)和有氧呼吸考查了ATP在細胞代謝中的作用;2016年全國卷I非選擇題第29題結(jié)合放射性同位素技術(shù)和DNA原料的內(nèi)容，主要圍繞ATP結(jié)構(gòu)與功能考查獲取信息和推理能力;2017年全國卷Ⅱ第29題考查ATP合成過程;2018年全國卷I選擇題第一題結(jié)合光合作用考查ATP合成過程。由近幾年的試題分析可知，考查ATP知識點的形式多樣，內(nèi)容綜合，層次各有不同。故本節(jié)內(nèi)容可以很好地培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維，即學(xué)生的歸納與概括、演繹和推理、模型與建模、批判性思維等能力。

2.1小組討論，培養(yǎng)思維歸納和概括能力

小組討論活動1：ATP的生理作用是直接給細胞生命活動提供能量，是生命活動的直接能源物質(zhì)。而高中生物中學(xué)習(xí)過許多與能源物質(zhì)相關(guān)的知識，教師讓學(xué)生以小組為單位進行討論并總結(jié)生物中出現(xiàn)過與能源物質(zhì)相關(guān)的知識點;然后，某小組代表發(fā)言，其他小組進行補充;最后，教師進行補充完善。根據(jù)討論總結(jié)及教師完善，學(xué)生可得出與能源物質(zhì)的相關(guān)知識有如下：

①細胞生命活動的主要能源物質(zhì)：葡萄糖。

②生物體的主要能源物質(zhì)：糖類。

③生物體的儲能物質(zhì)：脂肪、淀粉（植物）、糖原（動物）。

④生物體的主要儲能物質(zhì)：脂肪。

⑤生物體的能源物質(zhì)：糖類、脂肪、蛋白質(zhì)。

⑥生命活動的直接能源物質(zhì)：ATP。

⑦生物體能量的根本來源：光能（太陽能）。

小組討論活動2：教師在黑板上展示ATP的結(jié)構(gòu)簡式：A-P～P～P，并標(biāo)注A為腺苷，然后引導(dǎo)學(xué)生以小組為單位相互討論，寫出高中生物中出現(xiàn)A字母的結(jié)構(gòu)式并要標(biāo)明A所代表的含義。學(xué)生的結(jié)果如圖1所示。

對“能源物質(zhì)”及“結(jié)構(gòu)式中A的含義”這兩個知識點，教師可以通過小組討論且總結(jié)的教學(xué)方法讓學(xué)生進行歸納，使整個知識體系組織得更有條理，更好地理解這些內(nèi)容之間的聯(lián)系和區(qū)別。

2.2巧用教材示意圖，培養(yǎng)思維的批判性

教材插圖是生物學(xué)教材的重要組成部分，包含生物學(xué)概念、生理過程及生物結(jié)構(gòu)組織等。充分重視教材插圖并加以利用，也是教師培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維的一個重要手段?！凹毎械哪芰客ㄘ洝狝TP”這節(jié)，從問題探討的螢火蟲發(fā)亮到ATP與ADP相互轉(zhuǎn)化示意圖再到ATP的利用的例子都有相應(yīng)的插圖。其中教材中ATP與ADP相互轉(zhuǎn)化示意圖如圖2所示。

對于ATP與ADP相互轉(zhuǎn)化，教材中的描述為ATP與ADP的這種物質(zhì)相互轉(zhuǎn)化，是時刻不停地發(fā)生且處于動態(tài)平衡之中，ATP轉(zhuǎn)化為ADP，釋放能量，生成的ADP又可以在一定的條件下轉(zhuǎn)化為ATP。教師要學(xué)生詳細閱讀課本并結(jié)合圖2思考兩個問題：①圖2中兩處出現(xiàn)酶，那么這兩處的酶是同一種酶嗎？②ATP與ADP相互轉(zhuǎn)化的反應(yīng)過程是否可逆，回答出原因。

僅通過教材中ATP與ADP相互轉(zhuǎn)化示意圖以及過程描述容易讓學(xué)生誤以為ATP與ADP相互轉(zhuǎn)化的反應(yīng)過程是可逆的。教師設(shè)置以上兩個問題，能讓學(xué)生快速明白圖2中左邊為合成酶，右邊為水解酶，因為酶不同，也就是條件不同，所以ATP與ADP相互轉(zhuǎn)化是不可逆的反應(yīng)。在此要特別強調(diào)反應(yīng)不可逆，但物質(zhì)是可循環(huán)利用。然后根據(jù)圖中兩處能量相關(guān)的生理過程不同，提出吸能和放能反應(yīng)與ATP合成和水解之間關(guān)系，并讓學(xué)生對圖2進行進一步完善（即圖3），從而突破對教材插圖淺層的認識。

2.3分析資料，培養(yǎng)演繹與推理能力

演繹推理是指由一般性知識為前提推出特殊性或個別性知識為結(jié)論的推理。高考是要選拔人才的一場考試，試題往往會有很多新的信息，學(xué)生要根據(jù)自己所學(xué)的知識去推理新信息所表達的意思。如2016年高考新課標(biāo)I卷選擇題第二題所提到到的離子泵，有的學(xué)生就非常陌生。題干是這樣描述的：離子泵具有ATP水解酶活性，那么則可以由ATP水解酶推出通過離子泵的跨膜運輸需要能量。

針對培養(yǎng)學(xué)生演繹與推理能力的科學(xué)思維，教師可以展示ATP有關(guān)數(shù)據(jù)和實驗，讓學(xué)生根據(jù)已學(xué)知識分析和回答以下問題：

（1）經(jīng)測定，正常成年人靜止?fàn)顟B(tài)下24 h將有40kgATP發(fā)生轉(zhuǎn)化，而細胞內(nèi)ADP、ATP的總量僅為2-10mg，為滿足能量供應(yīng)需要，生物體內(nèi)解決這一矛盾的合理途經(jīng)應(yīng)該是怎樣的？

（2）用³²P標(biāo)記磷酸加入細胞培養(yǎng)液，短時間內(nèi)快速分離出細胞內(nèi)的ATP，結(jié)果ATP濃度變化不大，但部分ATP的末端磷酸基卻已帶上了放射性標(biāo)記，這說明了什么？

（3）ATP作為RNA分子的合成原料，將³²P標(biāo)記到新合成的RNA分子上，則帶的³²P的磷酸基團應(yīng)在ATP的哪個位置上（與腺苷連接的磷酸為l號位置，中間為2號，遠離腺苷的為3號）？

2.4概念的外延，培養(yǎng)思維的嚴謹性

ATP是一種高能磷酸化合物，之所以叫高能磷酸化合物，在人教版教材中是這樣描述的：～代表一種特殊的化學(xué)鍵，高能磷酸鍵斷裂時，大量的能量會釋放出來，ATP分子中高能磷酸鍵水解時釋放的能量多達30.54 KJ/mol。而高中所學(xué)的化學(xué)知識中化學(xué)鍵的斷裂是需要能量而不釋放能量，所以教材中的描述應(yīng)該怎樣去理解呢？比較理想的方式是教師引導(dǎo)學(xué)生自己上在權(quán)威的學(xué)術(shù)網(wǎng)站去查閱資料找到答案，但是很多學(xué)校并沒有這樣的條件，故還是需要教師自身去查閱資料，課堂中給學(xué)生講解。

通過查閱資料，得出：ATP的3個磷酸基因都是帶負電荷。相同的電極會相互排斥，這導(dǎo)致它們之間的化學(xué)鍵不穩(wěn)定。而ATP水解釋放能量因為該水解反應(yīng)的生成物比反應(yīng)物的能量更低，該反應(yīng)的自由能為負值。

在高中階段，學(xué)生學(xué)的科目較多，并且思維不夠成熟，因此對很多知識描述得比較簡單或者比較籠統(tǒng)，不夠準(zhǔn)確。教師可以適當(dāng)拓展，讓他們可以更深入思考問題，達到培養(yǎng)他們思維的嚴謹性的目的。

2.5畫思維導(dǎo)圖，構(gòu)建概念模型

生物學(xué)科的知識比較零碎且散亂，復(fù)習(xí)課中，如果學(xué)生能夠?qū)⑵綍r學(xué)習(xí)中各個單元、章節(jié)學(xué)到的零散知識有機的組合成自己的知識網(wǎng)絡(luò)，則能夠幫助形成系統(tǒng)和邏輯的知識體系，能充分調(diào)動二輪復(fù)習(xí)的積極性和主動性，從而提高復(fù)習(xí)效率和效果，最終提高生物成績。

學(xué)生自己用思維導(dǎo)圖對所學(xué)過的內(nèi)容進行整理、歸納，可以快速建立和完善知識網(wǎng)絡(luò)，從整體上把握知識點。但是基于學(xué)情分析，學(xué)生在思維導(dǎo)圖構(gòu)建知識體系這方面的能力較弱，所以教師平時要有意識地使用思維導(dǎo)圖，并教導(dǎo)學(xué)生如何畫思維導(dǎo)圖。首先要提取提煉“主題”和“次主題”，接著將主題畫中心，周圍畫出次主題，將主題與次主題即主要分支連接起來。如“細胞中的能量通貨——ATP”這節(jié)課的主要內(nèi)容是：ATP結(jié)構(gòu)，ATP的合成，ATP的水解。根據(jù)這三點重要知識，可以構(gòu)建如圖4所示的知識體系。

因為學(xué)生已經(jīng)進入高三復(fù)習(xí)，教師可以鼓勵和引導(dǎo)學(xué)生將本節(jié)課其他內(nèi)容都畫入自己的思維導(dǎo)圖中，還可以將之前所學(xué)的“降低化學(xué)反應(yīng)活化能的酶”與這一節(jié)內(nèi)容聯(lián)系起來，一并畫到思維導(dǎo)圖里。這樣學(xué)生既能鞏固本節(jié)課內(nèi)容，也能直觀地觀察到知識之間的聯(lián)系。

3小結(jié)

在“細胞中的能量通貨——ATP”一節(jié)，通過上述小組討論、分析資料、畫思維導(dǎo)圖等環(huán)節(jié)的訓(xùn)練，教師鼓勵學(xué)生敢于質(zhì)疑，使學(xué)生能夠辯證地看問題，批判性地接受知識，學(xué)會如何用已學(xué)的知識去理解新的信息，并且在新的信息中找到解題的突破點，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)散式思維、立體思考，訓(xùn)練學(xué)生分析問題的全面性和推理的嚴密性。