基于培养科学思维的生物复习教学策略

林来红

摘要以“细胞中的能量通货——ATP”一节为例，通过小组讨论，利用教材资源，分析相关资料，绘制思维导图，渗透归纳和概括、批判性思、演绎与推理、严谨性思维、构建模型等科学思维。

关键词 科学思维 生物复习 教学策略

中图分类号G633.91 文献标志码B

1问题提出

生物学科是一门自然学科。生物学课程期待学生主动参与学习过程，在亲历提出问题、获取信息、发现规律等过程中习得生物学知识，养成科学思维的习惯。

观察近几年的全国卷生物试题会发现，试题中涉及的知识点大多是教材的主干知识。而考生的失分往往是因为对基本概念和原理理解不深或“懂了”，但表达缺乏准确性、严谨性和针对性。由此说明，很多学生的科学思维较欠缺。所以，教师在重视基础知识的同时，应注意将某些问题进行适当的拓展深入，从而提高学生综合分析能力和理解能力。在平时复习时，尤其要加强表达能力、推理能力、应用所学知识分析解决问题能力等方面的培养。

2培养科学思维的课堂教学策略

“细胞中的能量通货——ATP”这节内容在考试大纲中的要求是：理解ATP在能量代谢中的作用和其他知识之间的联系和区别，并能在较复杂的情境中综合运用其进行分析、判断、推理和评价。近几年高考中选择题和非选择题均有出现过与ATP知识相关的内容。如2016全国卷I第四题结合神经调节和有氧呼吸考查了ATP在细胞代谢中的作用;2016年全国卷I非选择题第29题结合放射性同位素技术和DNA原料的内容，主要围绕ATP结构与功能考查获取信息和推理能力;2017年全国卷Ⅱ第29题考查ATP合成过程;2018年全国卷I选择题第一题结合光合作用考查ATP合成过程。由近几年的试题分析可知，考查ATP知识点的形式多样，内容综合，层次各有不同。故本节内容可以很好地培养学生的科学思维，即学生的归纳与概括、演绎和推理、模型与建模、批判性思维等能力。

2.1小组讨论，培养思维归纳和概括能力

小组讨论活动1：ATP的生理作用是直接给细胞生命活动提供能量，是生命活动的直接能源物质。而高中生物中学习过许多与能源物质相关的知识，教师让学生以小组为单位进行讨论并总结生物中出现过与能源物质相关的知识点;然后，某小组代表发言，其他小组进行补充;最后，教师进行补充完善。根据讨论总结及教师完善，学生可得出与能源物质的相关知识有如下：

①细胞生命活动的主要能源物质：葡萄糖。

②生物体的主要能源物质：糖类。

③生物体的储能物质：脂肪、淀粉（植物）、糖原（动物）。

④生物体的主要储能物质：脂肪。

⑤生物体的能源物质：糖类、脂肪、蛋白质。

⑥生命活动的直接能源物质：ATP。

⑦生物体能量的根本来源：光能（太阳能）。

小组讨论活动2：教师在黑板上展示ATP的结构简式：A-P～P～P，并标注A为腺苷，然后引导学生以小组为单位相互讨论，写出高中生物中出现A字母的结构式并要标明A所代表的含义。学生的结果如图1所示。

对“能源物质”及“结构式中A的含义”这两个知识点，教师可以通过小组讨论且总结的教学方法让学生进行归纳，使整个知识体系组织得更有条理，更好地理解这些内容之间的联系和区别。

2.2巧用教材示意图，培养思维的批判性

教材插图是生物学教材的重要组成部分，包含生物学概念、生理过程及生物结构组织等。充分重视教材插图并加以利用，也是教师培养学生科学思维的一个重要手段。“细胞中的能量通货——ATP”这节，从问题探讨的萤火虫发亮到ATP与ADP相互转化示意图再到ATP的利用的例子都有相应的插图。其中教材中ATP与ADP相互转化示意图如图2所示。

对于ATP与ADP相互转化，教材中的描述为ATP与ADP的这种物质相互转化，是时刻不停地发生且处于动态平衡之中，ATP转化为ADP，释放能量，生成的ADP又可以在一定的条件下转化为ATP。教师要学生详细阅读课本并结合图2思考两个问题：①图2中两处出现酶，那么这两处的酶是同一种酶吗？②ATP与ADP相互转化的反应过程是否可逆，回答出原因。

仅通过教材中ATP与ADP相互转化示意图以及过程描述容易让学生误以为ATP与ADP相互转化的反应过程是可逆的。教师设置以上两个问题，能让学生快速明白图2中左边为合成酶，右边为水解酶，因为酶不同，也就是条件不同，所以ATP与ADP相互转化是不可逆的反应。在此要特别强调反应不可逆，但物质是可循环利用。然后根据图中两处能量相关的生理过程不同，提出吸能和放能反应与ATP合成和水解之间关系，并让学生对图2进行进一步完善（即图3），从而突破对教材插图浅层的认识。

2.3分析资料，培养演绎与推理能力

演绎推理是指由一般性知识为前提推出特殊性或个别性知识为结论的推理。高考是要选拔人才的一场考试，试题往往会有很多新的信息，学生要根据自己所学的知识去推理新信息所表达的意思。如2016年高考新課标I卷选择题第二题所提到到的离子泵，有的学生就非常陌生。题干是这样描述的：离子泵具有ATP水解酶活性，那么则可以由ATP水解酶推出通过离子泵的跨膜运输需要能量。

针对培养学生演绎与推理能力的科学思维，教师可以展示ATP有关数据和实验，让学生根据已学知识分析和回答以下问题：

（1）经测定，正常成年人静止状态下24 h将有40kgATP发生转化，而细胞内ADP、ATP的总量仅为2-10mg，为满足能量供应需要，生物体内解决这一矛盾的合理途经应该是怎样的？

（2）用³²P标记磷酸加入细胞培养液，短时间内快速分离出细胞内的ATP，结果ATP浓度变化不大，但部分ATP的末端磷酸基却已带上了放射性标记，这说明了什么？

（3）ATP作为RNA分子的合成原料，将³²P標记到新合成的RNA分子上，则带的³²P的磷酸基团应在ATP的哪个位置上（与腺苷连接的磷酸为l号位置，中间为2号，远离腺苷的为3号）？

2.4概念的外延，培养思维的严谨性

ATP是一种高能磷酸化合物，之所以叫高能磷酸化合物，在人教版教材中是这样描述的：～代表一种特殊的化学键，高能磷酸键断裂时，大量的能量会释放出来，ATP分子中高能磷酸键水解时释放的能量多达30.54 KJ/mol。而高中所学的化学知识中化学键的断裂是需要能量而不释放能量，所以教材中的描述应该怎样去理解呢？比较理想的方式是教师引导学生自己上在权威的学术网站去查阅资料找到答案，但是很多学校并没有这样的条件，故还是需要教师自身去查阅资料，课堂中给学生讲解。

通过查阅资料，得出：ATP的3个磷酸基因都是带负电荷。相同的电极会相互排斥，这导致它们之间的化学键不稳定。而ATP水解释放能量因为该水解反应的生成物比反应物的能量更低，该反应的自由能为负值。

在高中阶段，学生学的科目较多，并且思维不够成熟，因此对很多知识描述得比较简单或者比较笼统，不够准确。教师可以适当拓展，让他们可以更深入思考问题，达到培养他们思维的严谨性的目的。

2.5画思维导图，构建概念模型

生物学科的知识比较零碎且散乱，复习课中，如果学生能够将平时学习中各个单元、章节学到的零散知识有机的组合成自己的知识网络，则能够帮助形成系统和逻辑的知识体系，能充分调动二轮复习的积极性和主动性，从而提高复习效率和效果，最终提高生物成绩。

学生自己用思维导图对所学过的内容进行整理、归纳，可以快速建立和完善知识网络，从整体上把握知识点。但是基于学情分析，学生在思维导图构建知识体系这方面的能力较弱，所以教师平时要有意识地使用思维导图，并教导学生如何画思维导图。首先要提取提炼“主题”和“次主题”，接着将主题画中心，周围画出次主题，将主题与次主题即主要分支连接起来。如“细胞中的能量通货——ATP”这节课的主要内容是：ATP结构，ATP的合成，ATP的水解。根据这三点重要知识，可以构建如图4所示的知识体系。

因为学生已经进入高三复习，教师可以鼓励和引导学生将本节课其他内容都画入自己的思维导图中，还可以将之前所学的“降低化学反应活化能的酶”与这一节内容联系起来，一并画到思维导图里。这样学生既能巩固本节课内容，也能直观地观察到知识之间的联系。

3小结

在“细胞中的能量通货——ATP”一节，通过上述小组讨论、分析资料、画思维导图等环节的训练，教师鼓励学生敢于质疑，使学生能够辩证地看问题，批判性地接受知识，学会如何用已学的知识去理解新的信息，并且在新的信息中找到解题的突破点，引导学生发散式思维、立体思考，训练学生分析问题的全面性和推理的严密性。