例谈生物学核心素养背景下的教学设计

张宏建

摘 要 将立足这四个方面的素养目标，进行“细胞中的能量通货——ATP”的设计。

关键词 情境创设 实验探究 模型建构

中图分类号 G633.91 文献标志码 B

1 教材分析

本节是人教版必修1第五章第三节，主要是介绍了ATP的分子组成、结构特点、与ADP的相互转化以及ATP在生命活动中的作用。本节知识点相对较少，但是却与多个学习模块有千丝万缕的联系，更可以与物质运输、呼吸作用、光合作用等生理过程进行高级思维的提升。这就需要学生能够理解并能应用本节课的知识。

从传统教学来看，本节课的知识难度较低，都可以通过学生的自主学习来完成。但是，课堂教学不能停留在知识层面的记忆，教师要在课堂教学中不断提升学生的理科思维和科学素养。因此，笔者对本节课的知识进行了深度挖掘，将“直接能源物质是什么”“ATP的分子结构与RNA有何关系” “ATP与ADP是如何转化的”作为本节课的难点。

2 设计思路

在生物学核心素养的理念指导下，本节课的设计思路是：用情境吸引学生，用实验引领学生，用模型训练学生，用思维培养学生。本节课的实施过程如下：

① 设计对照实验，让学生明白生命活动的直接能源物质是ATP。

② 设计模型制作，让学生明白ATP与核糖核苷酸分子结构的异同。

③ 设计认知冲突，让学生明白ATP结构式与结构简式中A的差异。

④ 设计过程演示，让学生明白ATP的水解和ATP的合成过程。

⑤ 设计思维碰撞，让学生明白ATP与ADP的转化十分迅速。

3 教学目标

生命观念目标：能用物质和能量观解释ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质；能用稳态与平衡观解释ATP和ADP的转化是十分迅速的。

理性思维目标：能掌握ATP的分子简式和特点；能理解ATP的化学组成及其在化学组成上与RNA的关系。

科学探究目标：通过设计并实施对照实验，熟练掌握科学探究的基本方法，并明确ATP是生命活动的直接能源物质；通过模型建构ATP的结构式、结构简式及相互转化过程，培养实践、理解能力。

社会责任目标：通过情境创设，激发学习兴趣，并渗透热爱自然和生命的情感教育；关注ATP在医学上的应用，并能主动向他人宣传有关ATP的理性解释。

4 教学过程

4.1 情境创设，激发学生学习热情

教师展示数组本校运动会图片，让学生回忆运动会场景，并让学生从图中找出自己，用此把学生的关注引进课堂。在运动会上，无论运动员，还是非运动员，都消耗了大量的能量。借此，教师引导学生思考：① 在你们日常所吃的食物中，哪些物质能够为生命活动提供能量呢？② 糖类、脂肪、蛋白质中，哪种物质能为生命活动直接提供能量呢？

4.2 实验探究，进行思维碰撞

学生不约而同地猜测直接提供能量的物质是糖类。此时，教师引导学生用实验来证明答案的正确与否。师生按照实验探究的历程，提出假设（直接为生命活动提供能量的物质是葡萄糖），设计实验：

实验材料：新鲜的带有骨的腓肠肌、适宜浓度的葡萄糖溶液、生理盐水、电刺激、指针、滴管等。

实验装置如图1所示。

为了使实验结果具有说服力，教师还要引导学生设计对照实验（对照组滴生理盐水、实验组滴葡萄糖），并让学生预测实验结果。学生预测的实验结果都是：对照组肌肉不收缩、指针不偏转；实验组肌肉收缩、指针偏转。

可是，实验下来的结果却是两组肌肉都收缩、指针都偏转，与学生的预期极度不相符。

在此，教师要引导学生分析出现此现象的原因是腓肠肌内还有能源物质。学生自主完善：本次实验需进行前处理（先将腓肠肌内原有的能源物质消耗掉）。这样基于实验结果的碰撞，让学生深度理解了前处理的必要性。

完善实验设计后，继续实施实验，却依然没有出现学生预期的结果，对照组的实验结果是肌肉不收缩、指针不偏转，实验组的结果也是肌肉不收缩、指针不偏转，这就说明了葡萄糖不是直接的能源物质。那脂肪或蛋白质是不是直接的能源物质呢？

继续实验的结果表明：脂肪、蛋白质也不是直接的能源物质。那到底什么是直接的能源物质呢？学生在深度的思维碰撞之后，已经对“细胞的直接能源物质”充满了期待。此时，教师告知学生：有一种不知名的物质可以让肌肉收缩、指针偏转。那么，这种物质到底是什么呢？

4.3 物质探秘，进行模型制作

4.3.1 物质探秘

学生的学习兴趣被激发，自主学习PPT上的资料。教师用幻灯片呈现该物质的英文名称为Adnosine triphosphate。Adnosine是腺苷，由腺嘌呤和核糖结合而成。tri是三的意思。Phosphate是磷酸基团。该物质的结构式图2所示。教师引导学生一起找到腺苷、找到核糖、找到腺嘌呤。

4.3.2 模型制作

學生根据PPT的信息及信封里的腺嘌呤、核糖和磷酸的模型进行粘贴，并用笔将各个部分的化学键画出来。学生带着自己对ATP的理解，进行ATP的模型制作：找到代表核糖的模型，贴在信封的中央；再找腺嘌呤，贴在核糖的左侧，并用笔将两部分用短横“—”连起来，制作腺苷；然后，将一个磷酸集团贴在核糖的右侧，并用短横“—”连起来。

此时，教师让学生们暂停模型制作，引导学生为这个结构命名腺嘌呤核糖核苷酸。这样，学生对“ATP去掉两个磷酸基团之后是构成RNA的基本单位”的理解就没有任何问题了。

教师指导学生继续将剩余的两个磷酸集团也根据ATP的结构贴到信封上去，并提醒学生注意磷酸与磷酸之间的化学键的画法为“～”。制作完毕后，教师将学生作品放到视频展台上展示，强调高能磷酸键的含有的能量，并用联想法帮助学生记忆30.54 kJ/mol，用简笔画提醒学生画高能磷酸键的方向。endprint

接着，教师和学生一起给该神秘物质命名，并完成ATP的信息卡（图3）。

4.3.3 构建简式

教师在黑板上散乱放置代表A、3个P、2个“～”和1个“—”的磁性板，让学生构建ATP的结构简式。通过与上一环节构建的模型进行比较，学生明白ATP中的A是腺苷，而不是腺嘌呤。

物质探秘和模型制作过程让学生深度理解了ATP的组成部分，对学生解决“ATP的分子结构与RNA有何关系” “ATP中的A与核酸中的A有何差异”等有很大的帮助。

4.4 资料分析，进行过程模拟

4.4.1 ATP的水解

学生阅读ATP水解过程的资料，然后到黑板上来利用磁性板模拟演示ATP的水解過程。此时，学生需要用另一组磁性板构建“A—P—P+Pi”，教师要引导学生给“A—P—P”命名，并写出字母缩写。这样，学生不仅理解了ADP的结构及ATP的水解过程，而且还加深了对ATP的结构认知及两者之间的关系。

接着，教师还可以和学生一起分析哪些过程可以用ATP水解释放出来的能量，并引出吸能反应这个概念。

4.4.2 ATP的合成

学生阅读ATP合成过程的资料，然后到黑板模拟演示ATP的合成过程。在掌握了ATP水解过程后，学生模拟演示ATP的过程就轻车熟路了。

4.4.3 ATP与ADP的相互转化

学生通过阅读能为ATP合成提供能量的生理过程的资料，归纳合成ATP所需能量的来源。

然后，教师引导学生思考：① ATP的水解和ATP的合成是可逆反应吗？② 细胞中的ATP含量很少，可是细胞对ATP的需求量很大，机体是如何解决这个矛盾的呢？

通过这个过程，学生可以从本质上弄清楚ATP的水解和合成，并理解ATP与ADP的相互转化十分迅速。

4.5 本节聚焦，进行知识回顾

教师展示本节聚焦，让学生自查是否掌握本节课的学习目标，对ATP作为能量通货进行解释，并进行“我是医生”的活动，要求学生宣讲ATP在医学上的应用，并能进行有关ATP的理性解释。

5 教后反思

本节课的教学，教师通过情境创设、趣味导引、有氧思维，激情开展教堂教学的各个环节。本节课中的亮点环节如下：

① 情景导入的有效。利用运动场景的展现，很好地吸引了学生的眼球，将学生的心一下子拉入了课堂学习。

② 实验意外的吸引。预实验时，对照组的实验现象竟然和实验组一样收缩？葡萄糖、脂肪、蛋白质竟然都不能让肌肉收缩？一次又一次的意外震撼着学生的心，并持续激发学生去了解新知的热情，到底哪种物质是直接的能源物质呢？

③ 自主学习的驱动。学生阅读教师提出的资料时，结合教师所给材料进行粘贴模型。学生自己动手构建模型，提高了学生阅读资料的认真细心程度。这个过程需要学生先将资料信息内化为自己的思维，再转变成自己的动手行为，对学生搜集信息、处理信息的能力以及收获新知的能力有很强的促进作用。

④ 模型制作的碰撞。学生在好奇心的驱使下，研究ATP结构式，并利用所给材料，模拟制作了ATP的模型，再到黑板上去模拟制作ATP的结构简式。通过这两个模型的碰撞，学生彻底弄清了ATP的各个组成部分，并完全明白了ATP中的A的含义与结构式中A的含义是不同的。

⑤细节知识的强化。学生在高能磷酸键的画法、高能磷酸键中的能量这两个细节上，常常不经意地犯错。笔者通过简笔画，让学生趣味地明确了高能磷酸键的画法；30岁离五四青年节远去了，这种联想方式让学生轻松愉悦地记住了高能磷酸键所含有的能量。

⑥ 高级思维的激发。ATP在细胞内含量很少，但是一个人一天竟然需要40 kg的ATP，这种矛盾很好地激发了学生高级思维的动机，让学生清晰地得出“ATP与ADP的相互转化是十分迅速的”这个结论。ATP的合成与水解是否是可逆反应的碰撞，能让学生清晰地明白酶的不同、能量的不同。endprint