基于“深度学习”的高中生物学支架式教学*——以“细胞的能量通货——ATP”为例

王 芝 王启雨

(1.中国科学技术大学附属中学 2.合肥工业大学附属中学 安徽合肥 230000)

深度学习是指在教师的带领下，学生针对有一定难度的学习主题，身心积极投入，获得成功的体验和发展的有价值的学习过程。

支架式教学是指教师通过构建支架来帮助学生循序渐进地掌握知识，不断积累知识，最终达到理想的层次。

笔者以新人教版必修1第五章第2节“细胞的能量通货——ATP”为例，结合深度学习的几大特征，采用支架式教学方法就学生如何深度学习进行实践研究，通过运用多种类型的支架来帮助学生深度学习，培养学生的学科核心素养。

(一)教学目标的确定

《普通高中生物学课程标准(2017年版)》对本节课教学内容的要求是，解释ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质。笔者参照课标并依据培养学生核心素养的要求，将本节课的教学目标确定为：(1)针对ATP的功能和结构特点，开展探究实验，掌握科学探究的一般方法，建立相应的结构与功能观；(2)通过对ATP与ADP相互转化的供能机制和供能特点的归纳及总结，能解释“ATP是驱动细胞生命活动的直接能源物质”的原因。

(二)情境式支架的导入

深度学习的首要特征是“知识与经验的相互转化”。经研究，笔者发现，在课堂中引入真实情境能引发学生的兴趣，帮助学生实现知识与经验的相互转化。

比如在本节课开始时，先播放有关萤火虫发光的科普视频，然后依照表1中的情境式支架来导入本节课。这样，不仅能激活学生以往的知识经验，还能将学生的兴趣转移到本节课的教学内容中来。情景式支架导入如表1所示：

表1

(三)探究式支架的铺展

深度学习的重要特征是“活动与体验”，“活动”是指学生的主体活动，而“体验”指的是学生在活动中获得的内心体验。在情境式支架导入后，教师向学生介绍一种新的能源物质ATP，引导学生按科学探究的一般思路对“什么物质能为萤火虫发光直接供能”进行探究。学生探究活动的具体过程如表2所示：

表2

通过以上探究活动，学生发现能为萤火虫发光直接供能的物质是ATP，而其他几种能源物质不可以，这无疑引发了学生的认知冲突，想进一步弄清楚ATP能直接供能的原因。随后教师就可以指导学生自主学习ATP的结构并构建ATP结构的物理模型，形成“ATP是一种高能磷酸化合物”的概念。

(四)逻辑化支架的递进

深度学习的另外一个重要特征是对知识进行深度加工，掌握知识的本质内涵以及知识之间的内在联系。

在探究式支架的铺展之后，学生对ATP结构和功能有了初步的了解，但是对ATP的供能机制和供能特点的理解还不够深入。教师可以通过提出一连串逻辑化递进的问题来帮助学生掌握ATP和ADP相互转化的供能机制和ATP的供能特点，从而理解“ATP是细胞中的能量通货”的原因。具体过程如表3、表4和表5所示：

表3

表4

表5

1.逻辑化支架1：ATP与ADP相互转化的供能机制

2.逻辑化支架2：ATP的供能特点

材料1：教师向之前加入荧光素、荧光素酶以及葡萄糖的试管中再加入适量酵母菌提取液，一段时间后，试管中出现了荧光。

材料2：1 mol葡萄糖在线粒体和细胞质基质中经呼吸作用完全氧化分解共需几十步反应，且能释放出来的能量约为ATP水解释放能量的94倍。

以上逻辑化支架的搭建能将生物学科中一些碎片化的知识整合起来，帮助学生掌握知识背后的科学本质和思维体系。

(五)图表式支架的总结

在高中生物教学中，巧妙运用图表式支架可以帮助学生建立完善的知识体系。笔者在教学中设计了如图1所示的板书，以帮助学生深入理解本节课知识之间的内在联系。

图1

笔者以中学生物学科核心素养目标为依据，结合深度学习的几大特征，通过构建四种支架式教学方式，能很好地达成本节课的教学目标。