周佳璇

【摘要】生物科學(xué)素養(yǎng)，要求學(xué)生具備科學(xué)思維、科學(xué)探究素養(yǎng)。生物新課授課中，傳統(tǒng)教學(xué)依據(jù)教材素材進行。筆者嘗試以實驗素材為背景依據(jù)，以人教版必修一第5章“細胞的能量供應(yīng)和利用”的第3節(jié)《細胞的能量通貨——ATP》一節(jié)為例，探討在新課教學(xué)中利用生物實驗素材貫徹生物科學(xué)素養(yǎng)的心得方法。

【關(guān)鍵詞】ATP;生物科學(xué)素養(yǎng);生物實驗

《普通高中生物學(xué)課程標準（2017年版）》指出，高中教育階段的生物學(xué)課程是科學(xué)領(lǐng)域的重要學(xué)科課程之一，既要讓學(xué)生獲得基礎(chǔ)的生物學(xué)知識，又要領(lǐng)悟生物學(xué)家在研究過程中所持有的觀點以及解決問題的思路和方法。培養(yǎng)學(xué)生養(yǎng)成理性思維的習(xí)慣，形成積極的科學(xué)態(tài)度，發(fā)展終身學(xué)習(xí)及創(chuàng)新實踐的能力。

傳統(tǒng)生物教學(xué)，教師主要利用教材編排的素材，或者網(wǎng)絡(luò)收集與生活聯(lián)系的素材進行情景導(dǎo)入教學(xué)。該教學(xué)方式可以滿足學(xué)生形成生命觀念的需求，但是對于生物科學(xué)思維和科學(xué)探究素養(yǎng)的形成作用并不突出。筆者嘗試以實驗素材為背景依據(jù)，以人教版必修一第5章“細胞的能量供應(yīng)和利用”的第3節(jié)《細胞的能量通貨——ATP》一節(jié)為例，探討在新課教學(xué)中利用生物實驗素材貫徹生物科學(xué)素養(yǎng)的方法。

一、本節(jié)課地位及課程標準解讀

高中生物的編排具有一定科學(xué)順序。在前面的章節(jié)，學(xué)生先從微觀上認識了構(gòu)成細胞的各種物質(zhì)，對于物質(zhì)的分類及作用的學(xué)習(xí)，學(xué)生已經(jīng)認識糖類、脂肪、蛋白質(zhì)等能源物質(zhì)。接著，教材從微宏觀角度上，開始帶領(lǐng)學(xué)生認識細胞以及細胞的各種結(jié)構(gòu)，學(xué)生基本認識到細胞生命活動的進行需要依賴一定的結(jié)構(gòu)完成。組成細胞的結(jié)構(gòu)和細胞執(zhí)行的生命活動都需要各種物質(zhì)，教材接著巧妙安排物質(zhì)的輸入與輸出一章，讓學(xué)生認識到細胞與外界環(huán)境的物質(zhì)聯(lián)系。這種編排，教師如果能夠滲透到位，學(xué)生對于結(jié)構(gòu)與功能觀的建立是非常有利的。

進入“細胞的能量供應(yīng)與利用”一章，教材開始徹底貫徹能量與物質(zhì)觀的生命觀念。通過探究實驗，進行酶的高效性和專一性、酶的作用條件等對照實驗的設(shè)計和探討，幫助學(xué)生理解酶在細胞內(nèi)的物質(zhì)和能量轉(zhuǎn)變中的地位和作用。在細胞代謝中，酶只是作為催化劑，并不能提供能量給予各項生命活動。教材提出了“能量通貨”的比喻，進入ATP的教學(xué)。教師通過資料，向?qū)W生展示ATP與ADP之間相互轉(zhuǎn)化所伴隨的能量轉(zhuǎn)化，理解這種轉(zhuǎn)化在細胞內(nèi)的貯存和能量轉(zhuǎn)變中的地位和作用。在教師引導(dǎo)下，通過歸納與總結(jié)ATP的能量的來源與去路，學(xué)生聯(lián)系之前所學(xué)能源物質(zhì)，可以科學(xué)推理出呼吸作用正是將“不直接”的能源物質(zhì)轉(zhuǎn)化為“直接”能源物質(zhì)的過程，光合作用則是將生物體不能直接利用的光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的過程。這部分的鋪墊啟發(fā)，有利于后續(xù)光合作用和呼吸作用本質(zhì)的學(xué)習(xí)，也有利于學(xué)生認同能量的轉(zhuǎn)化需要特定的物質(zhì)載體從而建立物質(zhì)與能量觀。

二、用實驗素材創(chuàng)設(shè)情景，貫徹生物科學(xué)素養(yǎng)

筆者進行ATP一節(jié)的教學(xué)，以一道實驗題（圖1）為素材，導(dǎo)入新課，通過設(shè)計情境，貫徹整節(jié)課的教學(xué)，重視生物科學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)。

1.創(chuàng)設(shè)問題情境，導(dǎo)入新課

筆者通過實驗小視頻（利用ATP溶液使離體蛙腓腸肌持續(xù)保持收縮能力的實驗），介紹離體蛙腓腸肌實驗準備工作每個步驟實施的原因，并提出“為什么體外培養(yǎng)的蛙腓腸肌可以持續(xù)保持收縮能力？其能量哪里來？”，一方面讓學(xué)生對比較陌生的生理實驗和生物實驗材料有個基礎(chǔ)認知，從而有利于后續(xù)教學(xué)順利進行;另一方面通過創(chuàng)設(shè)問題情境引起學(xué)生興趣，引入新課的實驗素材，開展新課教學(xué)。

2.科學(xué)思維分析，找出實驗變量

筆者認為，高中學(xué)生對生物科實驗的把握，最重要來自于準確找出實驗變量。在酶的一節(jié)學(xué)習(xí)中，學(xué)生已經(jīng)認識了自變量、因變量和無關(guān)變量，該問題的創(chuàng)設(shè)，可以讓教師評價學(xué)生學(xué)習(xí)成果，并且學(xué)生的遷移訓(xùn)練也是科學(xué)思維分析能力形成的環(huán)節(jié)之一。學(xué)生正確找出這個實驗唯一控制的變量是葡萄糖和ATP溶液，因變量是肌肉的長度，便能夠把握自變量與因變量的關(guān)系。另外，兩種能源物質(zhì)作為實驗自變量，也為后續(xù)ATP的作用特點教學(xué)埋下伏筆。而對于無關(guān)變量的復(fù)習(xí)，筆者則是設(shè)計讓學(xué)生舉例無關(guān)變量的任務(wù)。

3.把握實驗?zāi)康?，書寫實驗題目

對于任何一個實驗，實驗?zāi)康氖菫槭裁催M行該實驗、如何進行該實驗的根本。筆者在教學(xué)中發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)學(xué)生對待實驗題比較盲目，沒辦法總體把握實驗?zāi)康?，?dǎo)致沒辦法把握實驗要求。筆者在實驗變量基礎(chǔ)上，設(shè)計第二個教學(xué)情境：學(xué)生書寫實驗題目。這個任務(wù)要求學(xué)生首先理解該實驗性質(zhì)，是探究性實驗還是驗證性實驗。其次，把握自變量與因變量關(guān)系，能夠闡述是自變量影響因變量。

4.重視數(shù)據(jù)處理，繪制實驗記錄表格

實驗數(shù)據(jù)的收集和處理體現(xiàn)學(xué)生的科學(xué)思維、科學(xué)探究能力，而實驗記錄表格是承載

數(shù)據(jù)的重要工具。正確設(shè)計實驗表格是科學(xué)實驗設(shè)計必備環(huán)節(jié)，也是學(xué)生正確把握實驗變量的評價方法之一。筆者在ATP一節(jié)教學(xué)中，利用實驗情境，對學(xué)生提出設(shè)計實驗記錄表格的任務(wù)，并讓學(xué)生展示小組結(jié)果，互相評價。在評價中，學(xué)生可以正確體會到兩個方面：一是實驗記錄方法可以容納多樣性的呈現(xiàn)方式;二是多樣性的呈現(xiàn)方式是建立在科學(xué)思維基礎(chǔ)上的，只有正確把握因變量與自變量的關(guān)系，才是一個科學(xué)的實驗記錄表格。

5.分析實驗結(jié)果，用理論反思學(xué)習(xí)教材知識

筆者的實驗素材，讓學(xué)生從實驗對比角度，從事實的角度認同ATP才能使離體肌肉持續(xù)收縮，而葡萄糖不能。葡萄糖，作為前面已經(jīng)學(xué)習(xí)過的主要能源物質(zhì)，能夠提供能量，為什么不能讓肌肉持續(xù)收縮呢？帶著問題，筆者引導(dǎo)學(xué)生閱讀教材，認識ATP的結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)特性，貫徹結(jié)構(gòu)與功能觀的滲透，讓學(xué)生從ATP的結(jié)構(gòu)上認同其具有容易水解提供能量的特征，這也就是其能夠直接提供能源的原因之一。筆者用數(shù)據(jù)展示事實：人體的ATP量是少的，但是劇烈運動時每分鐘約有0.5kg的ATP轉(zhuǎn)化成ADP。學(xué)生很容易分析出ATP與ADP的轉(zhuǎn)化是非常迅速的，筆者在這個學(xué)生結(jié)論基礎(chǔ)上提出能量守恒以及能量的轉(zhuǎn)化承載在一定的物質(zhì)上的觀點，貫徹能量與物質(zhì)觀的教學(xué)。能量是守恒的，在后面的教學(xué)中，筆者進一步重視引導(dǎo)學(xué)生認識能量“哪里來”和“去哪里”的問題，引出后面章節(jié)的光合作用與呼吸作用實質(zhì)的學(xué)習(xí)，為后面課程學(xué)習(xí)打基礎(chǔ)。并且在呼吸作用學(xué)習(xí)中，就涉及葡萄糖作底物，在酶催化下逐步分解并合成ATP的過程，筆者用回歸實驗結(jié)論，點出兩種能源物質(zhì)區(qū)別在“不直接”與“直接”，呼吸作用的目的正是在于將“不直接”的能源物質(zhì)轉(zhuǎn)化為“直接”的能源物質(zhì)。

6.修正實驗，碰撞思維火花

筆者認為，所給實驗素材，用同個離體肌肉，先用葡萄糖處理，再用ATP處理，這樣獲得的實驗結(jié)果不嚴謹。在酶一節(jié)的對照實驗設(shè)計中，學(xué)生對對照實驗設(shè)計已經(jīng)有一定的基礎(chǔ)。筆者提出修正實驗步驟四、五的任務(wù)。在實踐中，學(xué)生基本能夠在引導(dǎo)下，修正為用同樣經(jīng)過步驟一、二、三處理的離體肌肉，分成兩個實驗組，分別用一定濃度的ATP溶液和葡萄糖溶液處理，利用步驟四五的基本思路思想，完成實驗，達到控制單一變量的科學(xué)思維和科學(xué)探究的實驗訓(xùn)練教學(xué)。

參考文獻：

[1]教育部.普通高中生物學(xué)課程標準（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018.