房秋景 李樂峰 耿雪俠 張海軍

摘 要：文章基于生命觀念“結(jié)構(gòu)與功能觀”“物質(zhì)與能量觀”兩方面，通過創(chuàng)設(shè)“ATP的探秘之旅”的大情境，對“細胞的能量‘貨幣ATP”這一節(jié)內(nèi)容進行了教學設(shè)計，旨在揭開ATP的供能方式、ATP的結(jié)構(gòu)特征、ATP與ADP的相互轉(zhuǎn)化以及ATP的來源與利用之謎，從而提升課堂趣味性，更好地體現(xiàn)生物學科的育人價值。

關(guān)鍵詞：ATP;情境教學;生命觀念

生命觀念是生物學科核心素養(yǎng)之首，凸顯了其在高中生物學課程中的地位及育人價值。同時生命觀念無疑也是生物學科核心素養(yǎng)中最能體現(xiàn)生物學科特點的一點。《普通高中生物課程標準（2017年版）》列出了幾個重要的生命觀念：“結(jié)構(gòu)與功能觀”“進化與適應(yīng)觀”“穩(wěn)態(tài)與平衡觀”“物質(zhì)與能量觀”。將生命觀念融入高中生物教學中，提升學生的生物學科核心素養(yǎng)，已成為當今中學生物教學發(fā)展的趨勢。

情境教學作為一種教學手段，創(chuàng)設(shè)與生產(chǎn)、生活密切相關(guān)的真實情境，開展教學活動，在中學生物教學中的應(yīng)用越來越廣泛。教學情境中有一種情境為“大情境”，即在課堂上以某一問題或材料為主線而設(shè)計的情境。將這一情境貫穿課堂始終，學生能在這一情境中不斷深入討論、分析、體驗、感悟，從而構(gòu)建概念、發(fā)展能力、培養(yǎng)情趣。筆者以人教版生物學必修一“細胞的能量‘貨幣ATP”為例，基于生命觀念“結(jié)構(gòu)與功能觀”“物質(zhì)與能量觀”兩方面進行了情境教學設(shè)計。

一、教材分析

“細胞的能量‘貨幣ATP”是人教版生物學必修一第五章第二節(jié)的內(nèi)容。其與學生前面所學的糖類、脂肪等能源物質(zhì)有一定的聯(lián)系，同時為第五章光合作用與呼吸作用的學習奠定了一定的理論基礎(chǔ)，起到了承上啟下的作用。因此，讓學生全面深刻地認識ATP至關(guān)重要?；诖耍P者嘗試通過生活中常見的生命現(xiàn)象導入新課，并創(chuàng)設(shè)一個大情境，采用“一鏡到底”的形式貫穿整節(jié)課堂，以問題為導向，激發(fā)學生興趣，同時融入生命觀念相關(guān)概念，帶領(lǐng)學生共同探索細胞的能量“貨幣”ATP的秘密，開啟探秘之旅。

二、教學目標

（1）依據(jù)自我知識儲備進行思考并做出假設(shè)，繼而觀看實驗視頻驗證假設(shè)，最終得出“ATP是細胞生命活動的直接供能物質(zhì)”，以培養(yǎng)學生的科學思維與科學探究能力。

（2）掌握ATP的分子結(jié)構(gòu)特點，初步具有一定的結(jié)構(gòu)與功能觀。

（3）掌握ATP與ADP相互轉(zhuǎn)化的反應(yīng)式以及轉(zhuǎn)化過程中的能量供應(yīng)機制，初步具有一定的物質(zhì)與能量觀。

（4）熟知ATP的利用實例，解釋有關(guān)生命現(xiàn)象，進而熱愛生命，珍惜生命。

三、 教學過程

（一）創(chuàng)設(shè)情境，導入新課

用視頻展示被譽為“我國最美螢火蟲觀看地”的南京紫金山螢火蟲路的奇妙景觀。教師以問題串形式提問：“黑夜中螢火蟲為什么會發(fā)光？發(fā)光有什么生物學意義呢？螢火蟲體內(nèi)有特殊的發(fā)光物質(zhì)嗎？什么為螢火蟲的發(fā)光提供了能量？”問題層層遞進，最終引出本節(jié)課的學習內(nèi)容：細胞的能量“貨幣”ATP。

設(shè)計意圖：以螢火蟲發(fā)光為背景，從學生熟悉的自然界現(xiàn)象出發(fā)創(chuàng)設(shè)情境，從創(chuàng)設(shè)的情境中延伸出一系列問題，激發(fā)學生對“ATP”這一概念的學習興趣，從而帶領(lǐng)學生開啟對細胞能量“貨幣”ATP的探秘之旅，逐步揭開ATP的秘密。

（二）引導探究，層層遞進

本教學環(huán)節(jié)分為四個部分，基于生命觀念，在“ATP的探秘之旅”的大情境下設(shè)置一系列環(huán)環(huán)相扣的小情境，分別對ATP的供能方式、ATP的分子結(jié)構(gòu)、ATP與ADP的相互轉(zhuǎn)化以及ATP的來源與利用之謎進行揭秘。

1.探尋ATP的供能方式之謎

在教師的引導下，學生列舉了到目前為止所了解的可能為螢火蟲的發(fā)光提供能量的物質(zhì)，分別為糖類、脂肪以及ATP。教師提出問題：“哪種物質(zhì)為螢火蟲尾部發(fā)光直接提供能量？”學生依據(jù)自己的知識儲備做出假設(shè)，觀看“探究促使螢火蟲尾部發(fā)光的直接能源物質(zhì)”的實驗視頻驗證假設(shè)。實驗視頻內(nèi)容為：取等量螢火蟲尾部發(fā)光器粉末與2mL蒸餾水分別放入4支試管中，可觀察到4支試管均出現(xiàn)熒光現(xiàn)象，15分鐘后熒光消失，再依次向4支試管中分別加入2mL葡萄糖溶液、脂肪溶液、ATP溶液、蒸餾水，這時觀察到只有加入ATP溶液的試管又重新發(fā)出了淡淡的熒光。

根據(jù)實驗視頻思考以下問題：①為什么第一次往4支試管中加入等量的螢火蟲尾部發(fā)光器粉末和蒸餾水后需靜置15分鐘？②實驗最終只有加入ATP溶液的試管才再次出現(xiàn)熒光現(xiàn)象，說明了什么？最終學生經(jīng)過思考后回答：①消耗掉螢火蟲尾部發(fā)光器粉末自身攜帶的供能物質(zhì);②葡萄糖、脂肪、蒸餾水不能為螢火蟲發(fā)光直接提供能量，生命活動的直接能源物質(zhì)是ATP。

設(shè)計意圖：以問題為導向，激發(fā)學生的學習興趣。引導學生提出假設(shè)，再通過觀看實驗視頻驗證假設(shè)，運用假說-演繹的科學法，培養(yǎng)學生的科學思維。同時使學生更加直觀地認識到ATP可以直接為細胞的生命活動提供能量，揭開了ATP供能方式之謎。

2.探尋ATP的結(jié)構(gòu)之謎

揭開了ATP的供能方式之謎后，教師請學生思考：為何ATP可以直接為細胞的生命活動提供能量？ATP有哪些與功能相適應(yīng)的結(jié)構(gòu)特征？帶著這些疑問，教師帶領(lǐng)學生一同認識ATP的結(jié)構(gòu)，將課前準備好的代表ATP各組成部分的卡片（包括磷酸基團卡片三張、高能磷酸鍵卡片兩張、磷酸鍵卡片一張、五碳糖卡片一張、腺嘌呤卡片一張）分發(fā)給各小組。學生進行小組合作，用卡片制作出ATP的分子結(jié)構(gòu)物理模型，同時運用卡片思考說明ATP與腺嘌呤核糖核苷酸的不同之處，教師抽取小組上臺展示合作成果。

通過教師講解ATP的結(jié)構(gòu)，學生了解到ATP具有一種特殊的化學鍵——高能磷酸鍵。這種化學鍵不穩(wěn)定，遠離腺苷的高能磷酸鍵易水解斷裂，儲存于其中的大量能量得以釋放，同時末端磷酸基團脫落。這也是與ATP特殊功能相適應(yīng)的結(jié)構(gòu)特點所在。

設(shè)計意圖：從第一部分ATP直接為細胞生命活動提供能量的供能方式出發(fā)，基于生命觀念結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的角度，引發(fā)學生對ATP結(jié)構(gòu)特點的思考。用小組合作構(gòu)建物理模型的方法認識ATP的結(jié)構(gòu)特征，提高了學生的合作學習以及科學探究能力，同時使學生更加直觀地學習ATP的結(jié)構(gòu)特征及其與腺嘌呤核糖核苷酸的區(qū)別，揭開了ATP的結(jié)構(gòu)之謎。

3.探尋ATP與ADP相互轉(zhuǎn)化之謎

在學生學習了ATP的結(jié)構(gòu)特點與供能機制后，教師請學生思考：ATP水解后會形成什么？是否還可以重新組合形成ATP？教師帶領(lǐng)學生觀看以下兩則資料：①百米飛人博爾特的短跑視頻。視頻播放后顯示文字資料：人體運動離不開肌肉的收縮，肌肉收縮的直接能源物質(zhì)為ATP，人體內(nèi)ATP的含量只夠肌肉收縮3秒以內(nèi)的能量供給。②一個人在劇烈運動的狀態(tài)下，每分鐘約有0.5kg的ATP分解釋放能量，供運動所需。一個成年人在安靜狀態(tài)下，24小時內(nèi)竟有40kg的ATP被水解。從材料中可以看出，人體內(nèi)ATP的含量非常少，機體對ATP的需求量卻非常大，那么細胞的能量供應(yīng)機制是怎樣解決這一矛盾的呢？從而引出ATP與ADP之間的相互轉(zhuǎn)化的學習內(nèi)容。教師用視頻展示ATP與ADP相互轉(zhuǎn)化的動畫，并總結(jié)公式：

在觀看完動畫演示后，每個小組的學生用之前分發(fā)的代表ATP各結(jié)構(gòu)部分的卡片模擬ATP與ADP相互轉(zhuǎn)化的過程。

設(shè)計意圖：從學生熟悉的生活情境出發(fā)，設(shè)計疑問，激發(fā)學生的學習興趣。展示動畫的同時，引導學生進行小組合作，用模型模擬ATP與ADP的動態(tài)轉(zhuǎn)化過程，使學生對此過程的認識更加清晰，揭開了ATP與ADP相互轉(zhuǎn)化之謎。

4.探尋ATP的來源與利用之謎

在生態(tài)系統(tǒng)中，物質(zhì)合成與分解總是伴隨著能量的吸收與釋放。ATP與ADP相互轉(zhuǎn)化過程同樣伴隨著能量的吸收與釋放。教師提出問題：“ATP的合成與水解伴隨著細胞中哪些放能反應(yīng)與吸能反應(yīng)？”教師舉例并展示情境圖片，圖片內(nèi)容為放能反應(yīng)：①陽光下綠色植物進行光合作用;②植物、動物、細菌、真菌進行呼吸作用。吸能反應(yīng)：①在解數(shù)學題時，大腦思考需要消耗能量;②運動員運動時，肌肉收縮需要消耗能量;③部分生物，如螢火蟲的發(fā)光，電鰻的發(fā)電需要消耗能量;④鈣離子在細胞內(nèi)的主動運輸需要消耗能量;⑤葡萄糖與果糖合成蔗糖需要消耗能量。展示情境圖片后，教師引導學生將圖片涉及的反應(yīng)整理成表格。

在學生自主整理形成表格后，教師以鈣離子主動運輸為例，展示ATP為主動運輸供能的過程的動畫，使學生深入了解ATP水解過程伴隨蛋白質(zhì)等分子磷酸化。教師提出問題：“ATP與ADP相互轉(zhuǎn)化是可逆反應(yīng)嗎？”學生思考后反饋：“ATP與ADP相互轉(zhuǎn)化的反應(yīng)物質(zhì)是可逆的，而能量和酶是不可逆的?！?/p>

設(shè)計意圖：基于物質(zhì)與能量觀引導學生對ATP與ADP相互轉(zhuǎn)化時的能量變化的思考，凸顯生命觀念。通過展示生活中常見情境的圖片對轉(zhuǎn)化時吸能反應(yīng)與放能反應(yīng)進行舉例，易于理解，條理清晰，揭開了ATP的來源與利用之謎。

四、教學反思

本文嘗試基于生命觀念“結(jié)構(gòu)與功能觀”“物質(zhì)與能量觀”兩個方面進行教學設(shè)計，旨在提升學生的生物學科核心素養(yǎng)。以“ATP的探秘之旅”為大情境進行教學，將課堂四部分進行串聯(lián)，使之層層遞進，增強了各知識點之間的聯(lián)系，時刻保持學生的求知興趣。同時在大情境下列舉一系列日常生活中的小情境，讓知識更加淺顯易懂，增強了課本知識與日常生活的聯(lián)系。為了達到較好的教學效果，教師在課前需要準備好相應(yīng)的圖像資料與手工材料。

參考文獻：

[1]黃少旭.基于大概念發(fā)展學生生命觀念的策略——以“細胞是生物體結(jié)構(gòu)與生命活動的基本單位”為例[J].中學生物教學，2018（19）：4-6.

[2]中華人民共和國教育部.普通高中生物學課程標準（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018.