高中生物新课教学有效利用实验素材贯彻科学素养探析

周佳璇

【摘要】生物科学素养，要求学生具备科学思维、科学探究素养。生物新课授课中，传统教学依据教材素材进行。笔者尝试以实验素材为背景依据，以人教版必修一第5章“细胞的能量供应和利用”的第3节《细胞的能量通货——ATP》一节为例，探讨在新课教学中利用生物实验素材贯彻生物科学素养的心得方法。

【关键词】ATP;生物科学素养;生物实验

《普通高中生物学课程标准（2017年版）》指出，高中教育阶段的生物学课程是科学领域的重要学科课程之一，既要让学生获得基础的生物学知识，又要领悟生物学家在研究过程中所持有的观点以及解决问题的思路和方法。培养学生养成理性思维的习惯，形成积极的科学态度，发展终身学习及创新实践的能力。

传统生物教学，教师主要利用教材编排的素材，或者网络收集与生活联系的素材进行情景导入教学。该教学方式可以满足学生形成生命观念的需求，但是对于生物科学思维和科学探究素养的形成作用并不突出。笔者尝试以实验素材为背景依据，以人教版必修一第5章“细胞的能量供应和利用”的第3节《细胞的能量通货——ATP》一节为例，探讨在新课教学中利用生物实验素材贯彻生物科学素养的方法。

一、本节课地位及课程标准解读

高中生物的编排具有一定科学顺序。在前面的章节，学生先从微观上认识了构成细胞的各种物质，对于物质的分类及作用的学习，学生已经认识糖类、脂肪、蛋白质等能源物质。接着，教材从微宏观角度上，开始带领学生认识细胞以及细胞的各种结构，学生基本认识到细胞生命活动的进行需要依赖一定的结构完成。组成细胞的结构和细胞执行的生命活动都需要各种物质，教材接着巧妙安排物质的输入与输出一章，让学生认识到细胞与外界环境的物质联系。这种编排，教师如果能够渗透到位，学生对于结构与功能观的建立是非常有利的。

进入“细胞的能量供应与利用”一章，教材开始彻底贯彻能量与物质观的生命观念。通过探究实验，进行酶的高效性和专一性、酶的作用条件等对照实验的设计和探讨，帮助学生理解酶在细胞内的物质和能量转变中的地位和作用。在细胞代谢中，酶只是作为催化剂，并不能提供能量给予各项生命活动。教材提出了“能量通货”的比喻，进入ATP的教学。教师通过资料，向学生展示ATP与ADP之间相互转化所伴随的能量转化，理解这种转化在细胞内的贮存和能量转变中的地位和作用。在教师引导下，通过归纳与总结ATP的能量的来源与去路，学生联系之前所学能源物质，可以科学推理出呼吸作用正是将“不直接”的能源物质转化为“直接”能源物质的过程，光合作用则是将生物体不能直接利用的光能转化为化学能的过程。这部分的铺垫启发，有利于后续光合作用和呼吸作用本质的学习，也有利于学生认同能量的转化需要特定的物质载体从而建立物质与能量观。

二、用实验素材创设情景，贯彻生物科学素养

笔者进行ATP一节的教学，以一道实验题（图1）为素材，导入新课，通过设计情境，贯彻整节课的教学，重视生物科学素养的培养。

1.创设问题情境，导入新课

笔者通过实验小视频（利用ATP溶液使离体蛙腓肠肌持续保持收缩能力的实验），介绍离体蛙腓肠肌实验准备工作每个步骤实施的原因，并提出“为什么体外培养的蛙腓肠肌可以持续保持收缩能力？其能量哪里来？”，一方面让学生对比较陌生的生理实验和生物实验材料有个基础认知，从而有利于后续教学顺利进行;另一方面通过创设问题情境引起学生兴趣，引入新课的实验素材，开展新课教学。

2.科学思维分析，找出实验变量

笔者认为，高中学生对生物科实验的把握，最重要来自于准确找出实验变量。在酶的一节学习中，学生已经认识了自变量、因变量和无关变量，该问题的创设，可以让教师评价学生学习成果，并且学生的迁移训练也是科学思维分析能力形成的环节之一。学生正确找出这个实验唯一控制的变量是葡萄糖和ATP溶液，因变量是肌肉的长度，便能够把握自变量与因变量的关系。另外，两种能源物质作为实验自变量，也为后续ATP的作用特點教学埋下伏笔。而对于无关变量的复习，笔者则是设计让学生举例无关变量的任务。

3.把握实验目的 ，书写实验题目

对于任何一个实验，实验目的是为什么进行该实验、如何进行该实验的根本。笔者在教学中发现，大多数学生对待实验题比较盲目，没办法总体把握实验目的，导致没办法把握实验要求。笔者在实验变量基础上，设计第二个教学情境：学生书写实验题目。这个任务要求学生首先理解该实验性质，是探究性实验还是验证性实验。其次，把握自变量与因变量关系，能够阐述是自变量影响因变量。

4.重视数据处理，绘制实验记录表格

实验数据的收集和处理体现学生的科学思维、科学探究能力，而实验记录表格是承载

数据的重要工具。正确设计实验表格是科学实验设计必备环节，也是学生正确把握实验变量的评价方法之一。笔者在ATP一节教学中，利用实验情境，对学生提出设计实验记录表格的任务，并让学生展示小组结果，互相评价。在评价中，学生可以正确体会到两个方面：一是实验记录方法可以容纳多样性的呈现方式;二是多样性的呈现方式是建立在科学思维基础上的，只有正确把握因变量与自变量的关系，才是一个科学的实验记录表格。

5.分析实验结果，用理论反思学习教材知识

笔者的实验素材，让学生从实验对比角度，从事实的角度认同ATP才能使离体肌肉持续收缩，而葡萄糖不能。葡萄糖，作为前面已经学习过的主要能源物质，能够提供能量，为什么不能让肌肉持续收缩呢？带着问题，笔者引导学生阅读教材，认识ATP的结构和结构特性，贯彻结构与功能观的渗透，让学生从ATP的结构上认同其具有容易水解提供能量的特征，这也就是其能够直接提供能源的原因之一。笔者用数据展示事实：人体的ATP量是少的，但是剧烈运动时每分钟约有0.5kg的ATP转化成ADP。学生很容易分析出ATP与ADP的转化是非常迅速的，笔者在这个学生结论基础上提出能量守恒以及能量的转化承载在一定的物质上的观点，贯彻能量与物质观的教学。能量是守恒的，在后面的教学中，笔者进一步重视引导学生认识能量“哪里来”和“去哪里”的问题，引出后面章节的光合作用与呼吸作用实质的学习，为后面课程学习打基础。并且在呼吸作用学习中，就涉及葡萄糖作底物，在酶催化下逐步分解并合成ATP的过程，笔者用回归实验结论，点出两种能源物质区别在“不直接”与“直接”，呼吸作用的目的正是在于将“不直接”的能源物质转化为“直接”的能源物质。

6.修正实验，碰撞思维火花

笔者认为，所给实验素材，用同个离体肌肉，先用葡萄糖处理，再用ATP处理，这样获得的实验结果不严谨。在酶一节的对照实验设计中，学生对对照实验设计已经有一定的基础。笔者提出修正实验步骤四、五的任务。在实践中，学生基本能够在引导下，修正为用同样经过步骤一、二、三处理的离体肌肉，分成两个实验组，分别用一定浓度的ATP溶液和葡萄糖溶液处理，利用步骤四五的基本思路思想，完成实验，达到控制单一变量的科学思维和科学探究的实验训练教学。

参考文献：

[1]教育部.普通高中生物学课程标准（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018.