基于深度学习理念的高中生物学教学设计——以“细胞的能量通货—ATP”为例

张雪华

（龙岩第一中学，福建 龙岩 364000）

《普通高中生物学课程标准（2017 年版）》明确提出“核心素养为宗旨”的课程基本理念，这要求教师借助一定的信息技术手段，设计探究学习活动，引导学生深度学习，培养学生的生物学学科核心素养。

一、概述深度学习和“两次倒转”教学机制

深度学习是指学生在教师引领下，围绕具有挑战性的学习主题，主动参与、体验成功、获得发展的、有意义的学习过程，其是培养学生核心素养的重要途径。［1］选择学习主题、确定学习目标、设计学习活动和开展持续性评价是深度学习的4 个重要的环节。［1］

“两次倒转”教学机制认为，学生的认识过程是将人类认识过程“倒过来”再“转回去”的过程。［2］“倒过来”为第一次倒转，解决“学生个体认识与历史总认识相区别的特殊性”问题，即教学是直接从认识开始，有目的地指向人类已有认识成果的学习。“转回去”为第二次倒转，解决“当学生面临与自己有着极大差距的人类认识成果时，如何能够成为认识主体并最终将人类认识成果转化为自身的力量”问题，即化解学生的困难，使学生真正成为教学的主体。［2］

根据深度学习的4 个重要环节及“两次倒转”教学机制，现以人教社2007 年版《高中生物·必修1·分子与细胞》第5 章第2 节“细胞的能量通货—ATP”教学设计为例，探讨深度学习教学设计策略。

二、例析高中生物学深度学习教学设计

（一）课堂学习主题设计

课堂学习主题应体现学科知识发展、学科思想与学科方法，能够激发学生全身心地参与学习活动、促进学生学科核心素养发展的内容。［1］

《普通高中生物学课程标准（2017 年版）》（下文简称课程标准）对本节课教学的要求是：通过创设真实情境和设计实验探究，促进学生达成对重要概念“ATP是驱动生命活动的直接能量物质”的理解。本节课的教学重点和难点是①ATP 化学组成和结构特点及其功能。②ATP 与ADP 的相互转化。据此，笔者设计本节课堂学习主题为：分析ATP 的化学组成和结构特点，解释ATP 是驱动生命活动的直接能量物质。通过对本主题的学习，让学生在分析ATP 结构特点、建构ATP 与ADP 相互转化模型的过程中，树立结构与功能相适应、物质与能量相统一等生命观念，提升归纳与概括、模型与建模、批判性思维与创造性思维等科学思维能力和科学探究能力。

（二）深度学习目标设计

深度学习目标是指完成某节课或某单元学习之后，学生应该获得的学科核心素养的学习结果。［1］根据课程标准的内容要求，本节课深度学习目标为：①观看古诗朗诵视频，初步建立热爱自然、珍爱生命的情感。②设计实验方案，建立重要概念“ATP 是驱动生命活动的直接能量物质”。③通过阅读教科书和问题讨论分析，构建ATP 的结构特点模型及ATP 与ADP相互转化的概念模型，解释ATP 是细胞吸能反应和放能反应的纽带，阐明“ATP 是驱动生命活动的直接能量物质”。④应用类比方法，分析ATP 与货币的关系，说明ATP 是细胞的能量“通货”，并能够迁移运用，解决实际问题。

（三）深度学习活动设计

深度学习活动是指达成深度学习目标的活动过程。设计深度学习活动一般有3 个步骤，分别是设计具有挑战性的学习任务；对学生学习过程中的表现和可能遇到的困难做出预设，并设计应对方案；对深度学习活动进行检验。［1］围绕学习主题及学习目标，结合学习内容和学生的学习水平，本节课笔者设计了以下系列深度学习活动。

1.营造学习氛围，导入新课学习

指导学生观看唐代诗人杜牧的“秋夕”古诗朗诵视频，思考教科书第88 页“问题探讨”栏目问题：萤火虫发光具有哪些生物学意义？萤火虫体内有特殊的发光物质吗？发光过程有能量的转换吗？让学生聆听美妙的诗句，欣赏点点流萤下浪漫的夜景，营造轻松、愉悦的课堂学习氛围，以此激发学生的学习兴趣，导入本课学习，潜移默化地促进学生形成热爱自然、热爱生命和尊重生命的社会责任意识。

2.创设问题情境，设计实验方案

创设问题情境：①萤火虫发光的能量从何而来？萤火虫发光的能量是由葡萄糖直接提供的吗？如何设计实验进行探究呢？请讨论分析实验设计的思路并预期实验结果。②为什么萤火虫发光部位提取液加入ATP 就会发光呢？ATP 的结构有哪些特点呢？指导学生分组进行实验设计，证明“萤火虫发光所需物质是ATP,而不是葡萄糖”，帮助学生修正前科学概念“葡萄糖是细胞生命活动所需的主要能源物质”，建立重要概念“ATP 是驱动生命活动的直接能量物质”，提高观察能力及设计实验方案能力。

3.利用学习资源，开展建模活动

基于教科书提供的学习资源，创设问题情境，指导学生开展观察、阅读、讨论分析及“ATP 的结构特点模型”“ATP 与ADP 相互转化关系模型”建构活动，促进学生深度学习。

首先指导学生阅读有关资料及教科书相关内容，了解人体在剧烈运动时，需要消耗大量的能量，这些能量基本上是由ATP 直接提供的，但是人体细胞内并没有储存大量的ATP。由此设问：ATP 的结构必须具备哪些特点才能解决人体在剧烈运动时需要消耗大量能量这个问题呢？组织学生讨论、归纳总结：ATP的结构特点有利于含有大量的能量，所含有的能量容易被利用，且ATP 能够很快被合成。

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指导学生观察教科书第88 页ATP 的分子结构式，思考与讨论：ATP 的学名是什么？组成元素有哪些？与腺嘌呤核糖核苷酸有哪些相似之处？腺嘌呤核糖核苷酸的作用是什么？它含有很多能量吗？磷酸基团带什么电荷？请推测ATP 含有较高的能量的原因。进一步创设问题情境：①ATP 在什么情况下才能释放能量？ATP 水解时是否两个高能磷酸键皆水解？②ATP 合成需要哪些物质？能量主要来源有哪些途径？为什么ATP 在细胞内能够很快合成？ATP 合成的意义是什么？③为什么细胞内ATP 与ADP 相互转化的能量供应机制普遍存在于生物界？要求学生围绕上述问题，观察教科书第72 页“主动运输示意图”及第89 页“ADP 转化成ATP 时所需要能量的主要来源示意图”，开展小组讨论分析，建构ATP 与ADP 相互转化模型。

让学生在观察、阅读、讨论分析及建模活动中，亲历ATP 分子结构与功能的科学发现过程；认识建模的方法及其意义；建立与理解“ATP 含有大量能量”“ATP是驱动生命活动的直接能量物质”“ATP 含有的能量很容易被利用”等重要概念，了解ATP 与ADP 相互转化过程中能量的来源和用途；树立“结构与功能相适应”“物质与能量相伴随”“生物界具有统一性”等生命观念；提高逻辑推理能力、识图析图能力及建模能力。

4.创设问题情境，促进重要概念的理解与迁移应用

组织学生阅读第89 页教科书部分内容，并观察第90 页“ATP 的利用举例”图示，思考与讨论：生物体的哪些生命活动需要消耗ATP？举例说明什么是吸能反应与放能反应？如果把糖类和脂肪比作大额支票，则ATP 可以相当于现金吗？植物、动物、细菌和真菌的细胞内，都是以ATP 作为能量“通货”的，这是否也说明生物界的统一性？这对你理解生命的起源和生物的进化有什么启示？［3］

以生物界中ATP 的利用事例创设问题情境，驱动学生建立“吸能反应”“放能反应”概念；应用类比分析方法，深入理解重要概念“ATP 是驱动生命活动的直接能量物质”以及ATP 与ADP 相互转化的关系，并迁移应用于解决新情境中问题，提高分析问题、解决问题的能力、批判性思维能力与创造性思维能力。

四、持续性评价设计

设计相应习题，利用希沃白板、答题器等信息技术手段进行持续性评价，及时了解学习目标达成情况、监测与调控学生的学习过程、反馈与指导改进教学，促进深度学习有效进行。［1］

例1.将图示中不同物质中“A”所代表的含义用线连接起来。

③腺嘌呤核糖核苷酸 ④腺嘌呤

例2.某酶可以催化ATP 的一个磷酸基团转移到DNA 末端上，同时产生ADP。若要用该酶把32P 标记到DNA 末端上，那么带有32P 的磷酸基团应标在ATP（A－Pα～Pβ～Pγ）的位置是（ ）。

A.α B.β C.γ D.β 和γ

例3.枪乌贼的神经细胞能不断吸收K+，使细胞内K+浓度远远大于细胞外。当用一种有毒物质使其神经细胞中毒时，该细胞就无法吸收K+。如果在该细胞中注入某种物质，其吸收K+的功能则恢复，直至该物质消耗完为止。请回答：枪乌贼的神经细胞吸收K+的方式以及注入的物质各是什么？

利用例1 检测学生开展“ATP 的结构特点模型”建模活动效果，利用希沃白板的拖曳功能，可以了解学生对图中物质与各物质中的“A”之间的内在联系掌握程度，加强学生对核酸的组成单位、ATP 的组成物质及结构特点之间的内在联系的理解。利用例2 检测学生是否正确理解“ATP 与ADP 相互转化关系”，并应用于解决新情境问题的能力。例3 有助于检测学生对“ATP 是驱动生命活动的直接能量物质”重要概念是否正确理解与应用，培养学生获取信息、分析问题、解决问题能力。学生利用答题器答题，可让教师在课堂上及时了解学生知识掌握情况，有利于教师布置课后作业和设计下一节课的教学方案。

基于深度学习理念设计高中生物学学习主题、学习目标、学习活动及学习评价，引导学生通过观察、思考、讨论、建模与探究等学习活动，进行知识构建、问题解决和反思改进，深入理解与应用“ATP 是驱动生命活动的直接能量物质”这一重要概念。此外，视频、PPT、希沃白板和答题器等信息技术手段的合理应用，能够辅助学生深度学习，发展生物学学科核心素养。