创新作业设计，提升生物核心素养——以“细胞与能量”一节为例

（杭州市余杭第二高级中学 浙江·杭州 311100）

2018年1月颁布的《普通高中生物学课程标准（2017年版）》为生物学教学工作指明了方向，也提出了新的要求，即从课堂目标到课程内容再到课程的实施和评价，都要以发展学生的生物学学科素养为宗旨。生物学学科素养包括：生命观念、科学思维、科学探究和社会责任。课后作业是课堂教学的有机组成部分，是课内知识的拓展和延伸，是评价课堂教学的有效指标。作业设计是提高教师专业素养、提升教学质量的有效手段。笔者以浙科版高中《生物.必修1.分子与细胞》第三章第一节“细胞与能量”为例，浅谈基于生物学学科素养的作业设计的一些做法和感想。

1 精选习题，培养生命观念

生命观念是最具生物学科特色的核心素养，是对大量生命现象及其相互关系进行分析总结后的高度概括，包括结构与功能观、物质与能量观、进化与适应观、稳态与平衡观等。在作业设计中要精选习题，在潜移默化中不断渗透生命观念。

练习1：_____是细胞的直接能源物质。ATP的中文名称是，结构简式为_____，由一个腺苷（_____和_____）和_____组成。ATP中的A代表_____。每分子ATP含_____高能磷酸键，其中的高能磷酸键比较不稳定，容易断裂，释放大量能量，用于肌肉收缩、神经细胞的活动以及细胞中的其他活动。

练习2：下列关于ATP的说法中，错误的是（ ）

A.ATP中的能量可以由太阳能、化学能转化而来，也可以转化为化学能、太阳能

B.原核细胞没有线粒体和叶绿体，也能合成ATP

C.人在运动时，细胞的代谢增加，细胞产生ATP的速率增加

D.人体在饥饿时，细胞中ATP与ADP难以维持动态平衡

练习3：下列关于细胞中ATP-ADP循环的叙述，正确的是（）

A.ATP在人体内含量不多，但转化迅速

B.ATP与ADP相互转化的速率恒定不变

C.ATP与ADP相互转化的条件相同

D.ATP转化为ADP的场所只有叶绿体

结构是功能的基础，结构决定功能，而功能体现结构。ATP为什么称之为细胞的“能量通货”，就是因为其含有高能磷酸键，而且比较不稳定，容易释放出来用于细胞内的各种吸能反应。在生物学中，任何一个生命系统中的物质和能量都是相互依存的。能量是推动相关物质变化的动力，而能量往往是以物质为载体。ATP是贯穿生物学能量观点的重要概念。ATP是一种高能磷酸化合物，含有大量能量，是能量的载体，其水解释放的能量能推动各种吸能反应的进行。能量不会凭空产生和消失，只是从一种形式转化成另一种形式。练习1、2，有助于学生理解结构和功能以及物质与能量的联系。

从细胞水平看，稳态和平衡观表现在组成细胞的各种元素和化合物的含量都需要维持在一定范围内。细胞代谢加快，耗能增加，细胞内的ATP含量在一定范围内会增加，但是不会大量上升，只是ATP和ADP的转化速率会加快。练习2、3的设计，有助于学生理解细胞内ATP会在一定范围内发生变化，但是会处于动态平衡中，有助于形成细胞水平的稳态和平衡观。

2 实验设计，培养科学思维和探究能力

生物是一门以实验性很强的学科，生物学中很多概念、原理和规律的得出来源于缜密的实验设计，科学实验推动生物学科的发展。科学思维指导科学探究过程，科学探究助力科学思维的形成和完善，两者相辅相成。培养科学思维和探究能力，可以充分利用科学史，让学生理解科学的方法和技能；可以让学生走进实验室，鼓励学生主动探究；由于材料、器材、实验操作步骤的限制，也可以通过让学生自主设计实验、撰写实验步骤、预测实验结果和结论或者对已有的实验方案进行分析、评价，进而培养学生的科学实验思维，提高解题能力。

练习4：为验证“ATP是腓肠肌收缩的直接能源物质，葡萄糖不是”，某兴趣小组做了如下实验：

①用玻璃分针剥取蛙的腓肠肌，放在盛有任氏液(渗透压与蛙细胞外液的渗透压相当)的培养皿中。

②在载玻片的中央滴2滴任氏液，将腓肠肌放在载玻片上的任氏液中，并且使肌肉呈舒张状态。用直尺测量并记录肌肉的长度。

③用适宜强度的电刺激腓肠肌，直到肌肉疲劳不能收缩为止。

④向刚丧失收缩功能的腓肠肌上滴2滴某种溶液，用适宜强度的电刺激腓肠肌，测量并记录肌肉长度。

⑤用吸水纸吸去腓肠肌上的溶液，再向肌肉上滴2滴另一种溶液，用适宜强度的电刺激肌肉2-3次，测量并记录其长度。

请分析回答：

（1）将腓肠肌放入任氏液的目的是________。

（2）步骤③中，用电刺激肌肉，直到肌肉不能收缩为止，目的是__________。

（3）步骤④、步骤⑤中所滴加的溶液，分别是ATP溶液和葡萄糖溶液中的哪一种?

__________。如果将步骤④、步骤⑤中使用的溶液对调，能达成实验目的吗？为什么？__________。

（4）实验结论是__________。

练习5：“银烛秋光冷画屏，轻罗小扇扑流萤”，夏季夜空荧光闪闪。某研究小组欲探究“萤火虫的发光强度与ATP浓度的关系”，请你帮助他们设计实验方案，撰写实验步骤，预测实验结果。

实验材料：萤火虫发光器粉末、腺苷三磷酸二钠（功效同ATP）、蒸馏水、多个不同大小的烧杯、试管等、记号笔等实验材料。（注：荧光强度的测定的方法不做要求）

实验步骤：__________。

实验现象预测及实验结论：__________。

科学的思维方法指导生物实验的设计、操作及实验结果分析、总结归纳。腓肠肌收缩和萤火虫的发光实验是验证ATP是直接能源物质的直观实验。在这两个实验的基础上，笔者设计了练习5的实验设计题以及练习3的实验分析题。练习5难度不大，旨在要高一的学生熟悉实验设计的一般步骤，如何预测实验现象，写出实验结论。利用练习4，尝试鼓励学生利用科学思维方法分析实验中的问题，解决问题。对于练习4的第（3）问，有学生指出，如果先滴加ATP试剂，用电刺激肌肉直到肌肉不能收缩，即滴加的ATP溶液消耗完，再滴加葡萄糖试剂，同样可以完成实验。可见学生在做作业时思维活跃，进行了深度思考。

3 创新形式，培养社会责任

社会责任是指基于生物学的认识，参与个人与社会事务的讨论，做出合理的解释和判断，解决生产生活问题的担当和能力。培养学生的社会责任感是当代教育的重要目标之一。教师在传授生物知识的同时，应合理引入相关社会议题，发挥生物学对日常生活的指导作用，鼓励学生用所学的生物知识分析讨论并尝试解决社会问题、唤醒其社会责任感。由于时间和课堂内容的限制，社会责任感的渗透可以延伸到课后作业中。通过搜集资料，我设计了涉及能量ATP的社会生活中的问题改编的作业。

练习6：目前，ATP荧光检测法在卫生监测领域有着广泛应用，是根据大自然中萤火虫发光原理而研发的。检测原理是，破坏微生物细胞，使其释放出ATP，在有氧气的条件下，荧光素酶催化荧光素的氧化而发出荧光，荧光的强度与微生物数量呈比例关系，这就是ATP荧光检测仪原理。以小组为单位，查阅资料，了解该检测方法在卫生监测领域方面的具体应用以及与其他检测微生物数量的方法相比有何优缺点等。以PPT的形式在班级进行汇报讲演。

练习7：线粒体肌病是指线粒体发生病变，线粒体不能充分利用反应物导致ATP生成不足，所以能量供应不足的疾病。肌萎缩侧索硬化症，俗称“渐冻人症”，是一种运动神经元病，因为患者运动神经元受到破坏，患者肌肉逐渐无力，身体如同逐渐被冻住一样，说话、吞咽和呼吸功能减退，最终瘫痪、死亡。这两种疾病均与体内能量供应不足有关。有同学提出疑问，口服或注射ATP药剂能否治疗此类疾病？请查阅资料，回答该同学的疑问。

练习8：某美容医院推出某品牌ATP热能时光系列精华水。广告中宣称，该精华水蕴含稀有植物能量ATP，作用于面部转化为热能，使得肌肤毛孔张开，进入肌肤深层，从而改善面部微循环，深度滋养并提高肌肤免疫能力，有效提升面部轮廓，抚平岁月痕迹。

（1）请对上述广告语作出评析，找出其逻辑上的漏洞。

（2）如果有人向你或者你家人推销此护肤品，你将如何回应？

鼓励学生利用周末时间，分组合作，查阅资料，并在班级内汇报展示。学生在查询信息的过程中，更进一步了解了ATP荧光检测法，肯定了生物学知识在实际生活中的应用；知道了一个人一天在安静状态下要消耗40KG的ATP，而且ATP容不容易透过细胞膜还值得商榷，所以不可能通过外界补充ATP的方法来治疗线粒体肌病或渐冻人症；识破了三无美容产品的骗局，辨别了生活中的伪科学。除了汇报讲演，还可以采用辩论赛、手抄报宣传、公益宣讲、专题调研等形式进行，创新作业形式不仅锻炼了学生的合作意识，语言表达能力，还可以让学生感到学有所用，开阔学生的思维，拓宽学生的视野，使其更关心社会问题，关注社会实际，帮助其树立起良好的责任意识和正确的人生观、价值观。

高中生物核心素养是学生适应社会需求和发展不可或缺的技能。核心素养的培养是高中生物教学的重要目标，生物课堂是践行新课标理念的前沿阵地，课后作业也是渗透核心素养的主要战场。笔者从精选习题、注重实验分析与设计、创新作业形式等方面进行了“细胞与能量”一节的课后作业设计，在作业中渗透生命观念、科学思维、实验探究以及社会责任，学生表现出了浓厚的兴趣，积极参与，收效显著。总之，作为一线教师要勤思考，多实践，在课堂内外贯彻落实新课标提升核心素养的理念，为学生个人综合素质的提升，良好的科学情感态度和正确价值观的养成做出积极的努力和尝试。