基于高中生物学学科核心素养的教学设计——以“细胞的能量‘通货’-ATP”为例

宋 迪 贾俊娟 李桂萍 陈 忠

（淮北师范大学生命科学学院 安徽淮北 235000）

生物核心素养是学生在实际情境中解决生物学问题时所表现出来的必要行为和关键能力，主要包括生命观念、科学思维、科学探究和社会责任四个维度[1]。生物核心素养贯穿于生物课堂教学的过程中，不仅可以帮助学生构建完整的生物知识体系，使学生更好地掌握生物知识，而且可以从多方面提高学生的学习积极性，促进学生多方面的健全发展，只有在生物课堂教学中紧密结合生物核心素养，才能达到预期的理想效果。因此，以“细胞的能量‘通货’-ATP”的教学设计为例，引发教师对培养高中生生物核心素养教学策略的探究与思考。

一、教材分析

“细胞的能量‘通货’-ATP”是人教版高中生物学必修一教材《分子与细胞》中第五章第二节的内容，它包括ATP 的结构和功能、ATP 与ADP 相互转化以及ATP 的利用三大部分。这一课与前面所学习的糖类（主要的能源物质）、脂肪（细胞内良好的储能物质）有一定的联系，也是后面将要学习到的细胞呼吸和光合作用的基础，起着承前启后的作用。通过本节课的学习，可以帮助学生树立正确的“结构与功能、物质与能量”的生命观念，帮助学生形成“归纳与总结”的科学思维，激发学生“观察提问、交流讨论”的科学探究的学习方法以及“解决问题”的社会责任感[2]。

二、教学目标

（1）通过对“萤火虫发光”问题的探讨以及对ATP 结构图的分析，掌握ATP 结构、明确ATP 的功能，形成结构与功能相适应的观念。（生命观念、科学思维、科学探究）

（2）通过分析高能磷酸键的断裂释放大量能量来解释ATP称为高能磷酸化合物的原因。（生命观念、科学思维）

（3）通过比较的方式，尝试归纳总结ATP 的合成及消耗途径特点。（科学思维）

（4）通过举例说明ATP 在生活中的应用，解决实际问题，并通过对ATP 的理解来纠正错误观念。（社会责任）

三、教学重点和难点

（1）重点：ATP 的结构特点及功能；ATP 与ADP 的相互转化；ATP 在能量代谢中的作用。

（2）难点；ATP 与ADP 的相互转化。

四、教学过程

（一）教学过程中形成生命观念的教学片段——形成结构与功能观、物质与能量观

生命观念是生物现象的一个抽象概念，通过观察它们的关系或特征后进行解释，是能够理解或解释的意识、观念和思维方法[3]。生物学中重要的生命观念有：结构与功能、物质与能量、稳态与平衡、进化与适应等。在本节课的学习中，主要培养学生的结构与功能和物质与能量的生命观念。

首先，老师对本课的主题提出疑问：我们了解到糖类、脂肪等物质中都含有能量，为什么只有“ATP”才能够成为细胞的能量“通货”呢？

1.创设情境，设问激疑

教师首先展示出萤火虫的夜景图和唐代诗人杜牧的诗《秋夕》，并伴有轻音乐放出，然后让同学们一起有感情地朗诵这首诗歌。萤火虫的腹部会发出微小的光亮，像星星在夜空中点光，那么我们就随着这灵动的光亮，进入这个奇妙的世界。随后，向同学们提出问题：萤火虫的发光需要能量吗？如果需要，是哪些物质供应能使它发光呢？

2.对萤火虫发光的探究实验进行分析，理解ATP 是直接能源物质

通过多媒体放映的形式观看探究实验过程：

实验一：首先用刀片将多只可以发亮的萤火虫的发光器切下，将切下的发光器进行干燥处理后研成粉末。然后将粉末均匀混合，取四份相同质量的粉末别放入四支相同试管中，并向四支试管中各加入少量水与粉末混合，将四支试管放在黑暗的地方，可见试管内发出微弱的黄光，大约过15 分钟后消失。

实验二：再分别向上面所用实验的四只试管中加入2 mL蒸馏水、2 mL 葡萄糖溶液、2 mL 脂肪溶液、2 mL ATP 溶液，同样将它们放置于暗处，让同学们猜测哪支试管有荧光出现。

设计意图：通过探究实验让学生明白我们前面所学习到的糖类是主要的能源物质、脂肪是细胞内良好的储能物质，但是它们中所存在的能量不能被直接利用，就好比银行卡；而ATP储存的能量虽然相对较少，但能被直接利用，就好比生活中使用的现金，现金就是现实生活中畅通的货币，因此ATP 是直接能源物质。进而总结出ATP 的功能：直接给生命活动提供能量[4]。

3.ATP 的结构特点

学生结合课本第88 页的内容，画出ATP 的结构简图并回答以下问题：

(1)ATP 的中文名称是什么？

(2)ATP 的结构简式是什么？结构简式中的A、T、P、-、～分别代表什么？

(3)为什么ATP 被称作“高能磷酸化合物”？

设计意图：教师可让学生阅读课本后，自己得出相关问题的结论，进一步加深对ATP 的结构与功能观和物质与能量观的理解。

（二）教学过程中形成科学探究的教学片段——培养学生观察提问和表达交流的能力

科学探究是指通过观察生物学现象以找出生活中的相关问题，并进行观察提问、实验设计、方案实施以及根据最后所得出的结果进行交流与讨论的能力。本节课主要是培养学生观察提问和表达交流的能力。

1.ATP 和ADP 可以相互转化

（1）教师提出问题：通过以上探讨ATP 被称作“高能磷酸化合物”，那么ATP 在供能时是如何释放能量来满足需要的呢？通过以上对ATP 结构的研究，我们可以知道ATP 中含有两个高能磷酸键，那么ATP 被激发时，这两个高能磷酸键是否同样活跃？请同学们带着对问题的思考，看多媒体上ATP 和ADP 相互转化的视频。

（2）教师再次提出问题：经查阅资料分析发现人体在安静状态时，肌肉中的ATP 含量是非常少的，但是人体所需要ATP提供的能量是非常多的，那ATP 是如何满足这一需要的呢？

（3）ATP 的来源

通过以上两个问题的解答，教师引导学生提出疑问：在ATP 转化成ADP 时可以放出能量用于绝大多数的生命活动，在ADP 转化成ATP 时是否耗能，如果耗能，那这些需要的能量来自哪里呢?

设计意图：让学生了解不同生物ATP 来源可能不同，通过观察、提问、交流和讨论培养学生的科学探究能力。

2.ATP 的利用

在ATP 的利用中，教师提问：细胞中绝大多数需要能量的生命活动都是由ATP 直接提供的，请学生对ATP 的利用进行举例说明。

教师再次提问：ATP 是细胞的能量“通货”，细胞中吸能反应与ATP 的利用相联系，那么细胞内的放能反应是否也与ATP 相联系呢？

设计意图：在讨论过程中，培养学生的合作学习能力，并将ATP 的利用与生活实际相联系，锻炼学生们的学以致用能力并培养学生的科学探究能力。

（三）教学过程中形成科学思维的教学片段——培养学生的归纳总结能力

科学思维是指在尊重事实的基础上，以严谨的态度和科学的方法看待事物，培养发现问题、解决问题的思维习惯与能力。内容包括归纳与概括、演绎与推理、模型与建模等，本节课的目的主要是培养学生的归纳总结能力。

老师发给每个小组一张空白卡片，总结本课内容，与同桌交流，将成果进行展示，由老师和学生一同评价。

ATP的水解 ATP的合成反应式 ATP酶ADP+Pi+能量 ADP+Pi+能量酶ATP条件 水解酶 合成酶能量来源 高能磷酸键 呼吸作用、光合作用能量去路 绝大多数的生命活动 储存于ATP中场所 生命体的需要部位 细胞质基质、线粒体、叶绿体总反应式 ATP酶ADP+Pi+能量 酶

设计意图：以表格的形式来对比ATP 的水解及合成的过程，锻炼学生的总结归纳能力，巩固所学知识，培养学生的科学思维。

（四）教学过程中形成社会责任的教学片段——培养学生解决实际问题的能力和情感意识等

社会责任是指基于对生物学的认识，经过一系列的交流和探讨，对生产生活问题作出合理判断和解释的能力。主要包括解决问题、乐于传播、参与讨论和情感意识等方面。

通过本节课的学习，同学们自我纠正认知：“含能量越多的物质对生物体的生命活动贡献就越大”。通过对ATP 的理解，可以回答现实生活中的一些问题和现象，激发学生对周围事物的探索，提高学生的学习积极性。

五、结束语

本节课的教学设计亮点在于将生物学的核心素养与生命科学趣味相融合并应用于生物教学中，以“萤火虫发光的探究实验”作为这节课的情境创设，并以此为线索展开教学，能够激发学生的学习积极性，在枯燥的知识中找到学习的乐趣。

以生物学核心素养贯穿整堂课，进一步提高课堂效率，同时也有助于学生各方面能力的提高。但是在实际教学过程中，不能将核心素养的“四个维度”严格分开，也就是说，每个教学环节中不只体现出单个核心素养维度，虽然凸显某一种维度或某几种维度，但是其他维度也会贯穿其中，并加以整合，才能更好地完成课堂教学。

高中生物学教材中有的知识内容比较枯燥繁杂，学生不易理解，作为教师，应该将繁杂内容条理化、枯燥内容趣味化，以提高学生的学习积极主动性，才能更好地掌握生物知识并将其加以运用。