基于生命观念核心素养的高中生物学教学设计初探

刘明月 唐贊

摘要：以“细胞的能量供应与利用”一章为例，聚焦“ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质”这个次位概念，对教学中如何落实生命观念的核心素养进行了教学设计，有助于让学生理解生物学的重要概念，形成正确的生命观念。

关键词：生命观念，大概念，教学设计

中图分类号：G633.91文献标志码：B

《普通高中生物课程标准（2017年版）》（以下简称《新课标》），将课程基本理念变为“核心素养为宗旨、内容聚焦大概念、教学过程重实践、学业评价促发展”。生物学学科核心素养包含“生命观念、科学思维、科学探究和社会责任”四个维度，其中“生命观念”是最具有生物学科特点的要素，同时也是生物学科核心素养的标志与关键。正基于此，为更好地落实课改和促进学生发展，教师应该思考如何才能做好基于生命观念核心素养的教学。

1 生命观念与大概念之间的联系

在生物学学科核心素养中，生命观念是最能体现生物学科特色的要素，同时也是生物学学科核心素养的基点与重点。生命观念可以帮助学生更好地认识世界、解释世界，以形成科学的自然观和世界观来应对现实生活中的各种实际问题和挑战，主要包含结构与功能观、稳态与平衡观、进化与适应观和物质与能量观等。其中，结构与功能观是指一定的结构会产生与之相适应的功能，功能的实现需要依靠一定的结构;稳态与平衡观指生命系统和生态系统是一个在一定的调节作用下维持自身相对稳定状态并倾向保持平衡、稳定的系统;进化与适应观指“物竟天择，适者生存”，自然界中的生物在不断进化发展，进化为生物提供适应环境的机会，适应环境而生存下来的生物则有了继续进化的可能;物质与能量观指生命系统由物质组成，而生命系统的正常运转需要能量的投入，物质和能量相伴而生，物质的合成与分解常伴随着能量的吸收或释放，物质循环的正常开展需要伴随着能量的流动。

生命观念是生物学科中衔接整个课程内容的主线，体现了研究者对生物学核心概念的认知与理解。因此，生命观念就对应着生物学科中的核心概念或大概念，大概念所表述的理解和想法组成生命观念。为引导学生形成生命观念，教师需先在课堂教学中提供大量的生物学事实，引导学生归纳，促进学生形成次位概念，在此基础上才能帮助学生进一步理解重要概念和大概念，加深学生对生物学科知识的理解，从而形成生命观念。

2 基于生命观念的概念图谱

为在教学中落实生命观念核心素养，教师需要帮助学生总结事实，构建知识框架。因此，教师需要提前设计出基于生命观念、能体现概念间的联系的概念图。图1为笔者对“细胞的能量供应与利用”一章进行理解、分析、整合后设计出的概念图。

学生需要逐步理解和应用这些生物学概念，以更好地形成生命观念。以“细胞的能量供应与利用”一章为例，学生需要通过对酶的本质与其特性的关系、ATP因具有高能磷酸键而拥有直接提供能量的功能、呼吸作用与线粒体结构有关以及叶绿体的结构完整是进行光合作用的基础等知识，来体会结构与功能相适应的观点，即形成一定的结构与功能观;通过理解ATP与ADP相互转化并处于动态平衡的过程，以初步形成稳态与平衡观;通过了解ATP的能量供应机制普遍存在于生物界的事实，来初步形成进化与适应观。此外，由于《新课标》中规定学生需要掌握“细胞的生存需要能量和营养物质”这一大概念，因此学生尤其要形成物质与能量观这一生命观念。具体来讲，细胞最基本的功能之一就是能够进行细胞代谢，通过细胞代谢来为生命活动的正常进行提供能量，而能够直接为生命活动提供能量的物质就是ATP，因为ATP具有蕴含大量能量的高能磷酸键，而且能够快速的与ADP进行相互转化，通过ATP的分解反应为生命活动提供能量：然而要想生命活动正常持续的进行下去，不仅需要不断分解ATP，还需要持续合成ATP，其中ATP的主要来源就是细胞呼吸，通过呼吸作用分解有机物，释放蕴含在有机物中的化学能并将之用于合成ATP;而呼吸作用分解的有机物中的化学能其实是来自于太阳的光能，植物利用叶绿体中的色素来捕获太阳中的光能，并通过光合作用将捕获到的光能储存到有机物中，使光能转换为有机物中的化学能，生物体就可以持续不断从太阳中获得能量;而在能量的转化过程中，酶能够降低活化能，使反应更加快速的进行。

3 基于生命观念的教学片段设计

要想学生理解“ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质”这一次位概念，教师至少需要从以下三个方面进行解释：①ATP结构中含有高能磷酸键，因此ATP能够很好的承载能量;②ATP与ADP能够快速地转化并保持动态平衡，因此ATP能够持续的为细胞生命活动提供能量;③ADP合成ATP时需要光合作用或者呼吸作用提供能量，ATP分解时释放的能量可用于各项生命活动.学生对这一次位概念理解之后，才能进一步理解“细胞的生存需要能量和营养物质”这一大概念。

3.1 结构与功能观的培养

教师讲解ATP的结构，写出结构简式（A-P～P～P），并提出问题：①从ATP的结构简式中的符号“～”表示什么意思？②ATP有三个磷酸基团，而磷酸基团是带负电荷的。已知物理中有同性相斥，异性相吸的原理，若3个带着负电荷的磷酸基团要结合在一起，是否需要能量来克服它们之间的排斥力？③高能磷酸键的存在与ATP的功能有关吗？教师利用问题串引发学生思考，促进学生深入理解ATP，掌握“ATP是一种含有高能磷酸键的化合物”这一概念，并初步建立结构与功能相适应的观念。

3.2 稳态与平衡观的培养

ATP因具有高能磷酸键而使其极不稳定，在有关酶的作用下，ATP的高能磷酸键会断裂，磷酸脱离并放出大量能量，形成ADP，即二磷酸腺苷。依据该生物学事实，教师提出问题：已知生物体內ATP含量很少，但细胞生理活动的正常进行却需要很多ATP，生物体如何解决这一矛盾？学生思考交流后，能回答出：细胞内可以不断合成ATP。教师追问：ATP是怎样合成的？教师引导学生、思考分析：在有关酶的帮助下，ADP可以接受能量和一个磷酸结合，形成ATP。细胞虽然在不断消耗ATP，但同时也在不断地合成ATP，细胞中ATP和ADP可以时刻进行相互转换并处于动态平衡。正是因为细胞中存在ATP与ADP之间相互转化的动态平衡机制，才能保证机体正常运转。学生通过对ATP与ADP之间相互转化的动态平衡机制的理解，可以形成初步的稳态与平衡观。

3.3 物质与能量观的培养

在学习过程中，学生可能会产生疑问：ATP高能磷酸键断裂所释放的能量可用于细胞各项生命活动，但合成ATP所需要的能量又由什么提供？教师提供情景资料，引导学生分析：①病人在无法进食时，需要注射葡萄糖生理盐水来补充能量;②植物在光照下能制造糖类合成ATP，而在无光时两者均不能产生。这说明ATP的合成均需要有机物提供能量，而生物体中有机物供能的途径中有两种，分别是光合作用和呼吸作用。在ATP与ADP之间相互转化的动态平衡机制中，虽然只是ATP与ADP两种物质之间的相互转换，但能量的来源和去路不同，参与反应的酶也不同。学生通过比较，可认识“物质可循环，能量不可循环”的客观规律，形成初步的物质与能量观。

4结论与展望

笔者以“的能量供应与利用”一章为例，主要探讨了教师如何在实际教学中结合生物学大概念让学生形成生命观念，对在高中生物教学中如何落实生命观念的核心素养具有一定的实践指导意义。然而，要想发展学生的生物学科核心素养，只注重生命观念这一个方面是不行的，如何在生物教学中发展学生的科学思维、提高学生的科学探究能力和培养学生的社会责任还有待研究。教师也应该更加关心、思考怎样能够更全面地开展基于发展学生核心素养的教学实践。