高中生生命观念构建及提升的典型案例分析

陈俊伟　罗卫

【摘 要】目前运用“生命观念”对教材中相关章节的案例分析较少，现有的文献显示出人们对生命观念内涵诠释不深刻，案例分析也比较抽象，挖掘不够，列举的教学案例和方法无法贴近教学实际，需要进一步补充和完善。因此，本研究从高中生物学中生命观念的内涵为出发点，以《细胞呼吸》这一节作为具体案例，运用结构与功能观和物质与能量观进行案例分析，提炼知识要点难点、归纳以往文献中对本章节的案例分析，在此基础上进行总结提升，并结合教学实际提出实用的建议，希望能让生命观念融入课堂，融入学生的内心。

【关键词】生命观念;高中生物;细胞呼吸;结构与功能观;物质与能量观

生命观念主要包括结构与功能观、物质与能量观、进化与适应观和稳态与平衡观等方面。在高中阶段教学过程中，教师需要引导学生在理解生物学核心素养的基础上利用所学知识构建生命观念，并让学生学会从生命观念的角度认知生命科学、诠释自然界中生命的奥秘、理解生物学的意义。

“结构与功能观”是人教版高中教材生命观念的主要内容，如生物膜结构与功能、细胞器结构与功能等。在一定程度上，结构决定着功能，如线粒体特有的结构为细胞呼吸的顺利进行创造了有利条件。从具体功能来看，细胞呼吸过程中伴随着一些物质的运输和转化，同时还伴随着能量的转换和消耗。“细胞呼吸”通过物质转化过程中形成的能量，可以为细胞内众多生命活动提供能量。因此，包含物质能量变化涵义的“物质与能量观”也是细胞呼吸这一章节中“生命观念”的重要内容之一。

以下就人教版必修一第五章第三节《ATP的主要来源-细胞呼吸》内容，运用结构与功能观和物质与能量观进行相关的教学案例分析。

一、结构与功能观构建过程

“结构功能观”的内容包含结构与功能定义的解释以及二者之间的联系。生物学科中结构”与“功能”之间存在相適应的关系，结构可以决定功能，功能在一定程度上也会影响结构。

在人教版必修一教材中介绍线粒体是细胞的“动力车间”，其具有双层膜结构，特别是内膜折叠成嵴，增大膜面积，可以使内膜附着更多与呼吸相关的酶，线粒体能够供应细胞内95%的能量。线粒体是由内膜和外膜围成的椭球型结构。外膜有孔蛋白构成的运输通道，糖在细胞质基质中分解生成的丙酮酸能通过外膜进入线粒体，并通过主动运输穿过线粒体的内膜运输到线粒体基质。线粒体的外膜是光滑的，而内膜可折叠形成嵴，可以附着大量酶复合体，如ATP合成和分解相关的酶等。

二、物质与能量观构建过程

“物质与能量观”的内涵包括物质与能量的定义以及二者之间的关系。一般认为物质是能量的载体，而物质的转化往往伴随着能量的转变。

细胞呼吸其实是在细胞内对有机物进行逐步氧化分解，将有机物中稳定的化学能转变成热能和ATP中活跃的化学能。

根据人教版高中生物必修一教材中介绍，葡萄糖的胞内氧化分解为例，主要包括以下几个阶段：第一阶段葡萄糖的氧化分解在有氧和无氧条件下是一样的，首先在细胞质基质中通过相关酶的作用把1分子葡萄糖糖分解为2分子丙酮酸，同时产生2分子ATP，并伴随电子的传递：电子传递给NAD+合成NADH。无氧呼吸产生ATP过程集中在第一阶段。

第二阶段根据氧气是否存在把细胞呼吸类型分两种情况。无氧情况下一些细胞（如动物细胞）中发生乳酸发酵过程：第一阶段中产生的丙酮酸在相关酶的作用下被还原成一分子乳酸，植物细胞中则发生酒精发酵过程。第二阶段中产生的丙酮酸在相关酶的作用下则被还原成乙醇和CO2。在无氧呼吸过程中葡萄糖分子中的化学能没有完全释放出来，大部分保留在未彻底氧化分解的有机底物如乳酸或酒精中。有氧情况下，第一阶段中产生的丙酮酸则穿过线粒体的两层膜进入到线粒体基质，在相关酶的作用下氧化成乙酰CoA，最终在TCA循环中氧化为CO2，同时还通过底物水平磷酸化直接合成2分子ATP。

第三阶段在线粒体内膜上进行。这一阶段只存在于有氧呼吸中，无氧呼吸没有这一阶段。有氧呼吸中第一和第二两个阶段还原生成的[H]将获得的电子经过线粒体内膜上的传递链传递给O2，使其与[H]结合生成H2O。最终1分子的葡萄糖彻底氧化可产生大约30分子的ATP。细胞呼吸过程中还伴随着热能的散失，这一部分能量不能再利用，所以葡萄糖中的能量并没有完全转化为ATP中活跃的化学能。

因此，通过呼吸作用可以将糖、脂肪等有机物氧化分解成小分子物质，这个物质转化过程伴随着能量的传递和转化，将储存在有机物中稳定的化学能释放出来并将部分能量转化为ATP中的活跃化学能;无氧呼吸中葡萄糖最终分解为乳酸、乙醇，大部分能量仍然保留在最终产物中，少部分储存在转化为ATP中的活跃化学能。ATP中的活跃化学能可以为细胞很多耗能的生命活动提供能量，如主动运输、胞吞胞吐等。

细胞呼吸在人教版必修一教材中被划分到第五章《细胞的能量供应》这一章节中，这也进一步明确了细胞呼吸的功能。同时教材中还给出了有氧呼吸及无氧呼吸具体的反应方程式和相关的能量转变比例。本章节的内容比较全面地体现了生命观念教学物质与能量观，除了课本知识构建，在课后练习中也侧重对学生在“物质与能量观”方面的引导和培养。

生命观念的认知主体是人，对象是整个生命世界，要形成这种观念必须从教学的细节上做好准备。教师需要根据教学内容的不同，针对生命观念设计不同的教学方案，通过具体的案例和形象的描述把无形的生命观念在学生的脑海中形成一种思维习惯，在教学过程中，教师可以在相关教学内容中引入情境、设计问答、导学案或者小组讨论等，把结构与功能观融入其中，让学生通过不同角度不同案例的学习在教学活动中形成观点，从生物学生命观念的角度引导学生。

在结构与功能观的教学中，要认识到结构和功能属于生命世界的根本特征。在授课时注意知识点的前后衔接，首先了解和认识结构，如在细胞呼吸这一节中，先复习呼吸底物（糖、脂肪等）分子构成特点以及细胞结构如线粒体的结构组成，在了解以上结构特点之后，再分析相关物质和结构的功能就会使结构与功能的关系更加明了。

在物质与能量观教学过程中，首先要让学生知道在细胞的生命过程中时刻都进行着物质转换和能量转化。在教学中可以按以下几个方面设计教案引导学生：首先，细胞的有机物如糖和脂肪等能源物质是细胞中能量的主要载体，而这些能源物质主要在细胞质中。其次，细胞质中能源物质要进入到线粒体中进行有氧呼吸，必须要实现物质的跨膜运输，即相关物质要跨过线粒体的两层膜再进行进一步的氧化分解，这一过程的实质是线粒体与细胞质基质的物质代谢活动，既伴随着物质交换也伴随能量的转换。另外，细胞中的能量转换主要发生在光合作用（植物体）、细胞呼吸（所有生物）中。在这两个章节中特别是细胞呼吸中着重体现有机物代谢过程中的物质转换中伴随着能量的转化。总之，对不同知识点在物质与能量观教学中先要认知物质（对于生物体来说主要是有机物）是能量的载体;再理清新陈代谢中的物质变化，合成代谢（如光合作用）是把小分子物质转化成大分子有机物，分解代谢（如细胞呼吸）把较大的有机物分子转化成小分子物质;然后把代谢过程中，物质变化与能量转化有机结合起来。教师在同一知识点授课过程中可以引导学生分步认知和理解物质能量观，先认清物质转化和能量转换各自具体的过程，然后把二者有机结合让学生形成总体认知。另外，教师可以在不同章节的知识点授课过程中反复引导学生，让学生融会贯通，从而使得学生深入领悟生命观念。

如何在教学过程中生命观念方面的教学进行评价和掌握呢？针对这一问题，我们可以把评价的主体转移到授课对象——学生。生命观念能否形成主要看学生能不能针对教师授课的内容说出这一章节中涉及的生命观念，能不能用较为专业的术语把生命观念具体描述出来;另外，通过教师的讲解和引导，学生能够在学习新的知识点中主动构建生命观念的相关内容，这就说明学生的生命观念基本形成。

参考文献：

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[2]刘畅.高中生物学中生命观念的研究——以必修一模块为例.硕士学位论文，2017：4～70.

[3]郭巧云.高中生生命意识的现状及对策研究[D].武汉：华中师范大学，2016.