基于生命观念的情境教学设计

房秋景 李乐峰 耿雪侠 张海军

摘 要：文章基于生命观念“结构与功能观”“物质与能量观”两方面，通过创设“ATP的探秘之旅”的大情境，对“细胞的能量‘货币ATP”这一节内容进行了教学设计，旨在揭开ATP的供能方式、ATP的结构特征、ATP与ADP的相互转化以及ATP的来源与利用之谜，从而提升课堂趣味性，更好地体现生物学科的育人价值。

关键词：ATP;情境教学;生命观念

生命观念是生物学科核心素养之首，凸显了其在高中生物学课程中的地位及育人价值。同时生命观念无疑也是生物学科核心素养中最能体现生物学科特点的一点。《普通高中生物课程标准（2017年版）》列出了几个重要的生命观念：“结构与功能观”“进化与适应观”“稳态与平衡观”“物质与能量观”。将生命观念融入高中生物教学中，提升学生的生物学科核心素养，已成为当今中学生物教学发展的趋势。

情境教学作为一种教学手段，创设与生产、生活密切相关的真实情境，开展教学活动，在中学生物教学中的应用越来越广泛。教学情境中有一种情境为“大情境”，即在课堂上以某一问题或材料为主线而设计的情境。将这一情境贯穿课堂始终，学生能在这一情境中不断深入讨论、分析、体验、感悟，从而构建概念、发展能力、培养情趣。笔者以人教版生物学必修一“细胞的能量‘货币ATP”为例，基于生命观念“结构与功能观”“物质与能量观”两方面进行了情境教学设计。

一、教材分析

“细胞的能量‘货币ATP”是人教版生物学必修一第五章第二节的内容。其与学生前面所学的糖类、脂肪等能源物质有一定的联系，同时为第五章光合作用与呼吸作用的学习奠定了一定的理论基础，起到了承上启下的作用。因此，让学生全面深刻地认识ATP至关重要。基于此，笔者尝试通过生活中常见的生命现象导入新课，并创设一个大情境，采用“一镜到底”的形式贯穿整节课堂，以问题为导向，激发学生兴趣，同时融入生命观念相关概念，带领学生共同探索细胞的能量“货币”ATP的秘密，开启探秘之旅。

二、教学目标

（1）依据自我知识储备进行思考并做出假设，继而观看实验视频验证假设，最终得出“ATP是细胞生命活动的直接供能物质”，以培养学生的科学思维与科学探究能力。

（2）掌握ATP的分子结构特点，初步具有一定的结构与功能观。

（3）掌握ATP与ADP相互转化的反应式以及转化过程中的能量供应机制，初步具有一定的物质与能量观。

（4）熟知ATP的利用实例，解释有关生命现象，进而热爱生命，珍惜生命。

三、 教学过程

（一）创设情境，导入新课

用视频展示被誉为“我国最美萤火虫观看地”的南京紫金山萤火虫路的奇妙景观。教师以问题串形式提问：“黑夜中萤火虫为什么会发光？发光有什么生物学意义呢？萤火虫体内有特殊的发光物质吗？什么为萤火虫的发光提供了能量？”问题层层递进，最终引出本节课的学习内容：细胞的能量“货币”ATP。

设计意图：以萤火虫发光为背景，从学生熟悉的自然界现象出发创设情境，从创设的情境中延伸出一系列问题，激发学生对“ATP”这一概念的学习兴趣，从而带领学生开启对细胞能量“货币”ATP的探秘之旅，逐步揭开ATP的秘密。

（二）引导探究，层层递进

本教学环节分为四个部分，基于生命观念，在“ATP的探秘之旅”的大情境下设置一系列环环相扣的小情境，分别对ATP的供能方式、ATP的分子结构、ATP与ADP的相互转化以及ATP的来源与利用之谜进行揭秘。

1.探寻ATP的供能方式之谜

在教师的引导下，学生列举了到目前为止所了解的可能为萤火虫的发光提供能量的物质，分别为糖类、脂肪以及ATP。教师提出问题：“哪种物质为萤火虫尾部发光直接提供能量？”学生依据自己的知识储备做出假设，观看“探究促使萤火虫尾部发光的直接能源物质”的实验视频验证假设。实验视频内容为：取等量萤火虫尾部发光器粉末与2mL蒸馏水分别放入4支试管中，可观察到4支试管均出现荧光现象，15分钟后荧光消失，再依次向4支试管中分别加入2mL葡萄糖溶液、脂肪溶液、ATP溶液、蒸馏水，这时观察到只有加入ATP溶液的试管又重新发出了淡淡的荧光。

根据实验视频思考以下问题：①为什么第一次往4支试管中加入等量的萤火虫尾部发光器粉末和蒸馏水后需静置15分钟？②实验最终只有加入ATP溶液的试管才再次出现荧光现象，说明了什么？最终学生经过思考后回答：①消耗掉萤火虫尾部发光器粉末自身携带的供能物质;②葡萄糖、脂肪、蒸馏水不能为萤火虫发光直接提供能量，生命活动的直接能源物质是ATP。

设计意图：以问题为导向，激发学生的学习兴趣。引导学生提出假设，再通过观看实验视频验证假设，运用假说-演绎的科学法，培养学生的科学思维。同时使学生更加直观地认识到ATP可以直接为细胞的生命活动提供能量，揭開了ATP供能方式之谜。

2.探寻ATP的结构之谜

揭开了ATP的供能方式之谜后，教师请学生思考：为何ATP可以直接为细胞的生命活动提供能量？ATP有哪些与功能相适应的结构特征？带着这些疑问，教师带领学生一同认识ATP的结构，将课前准备好的代表ATP各组成部分的卡片（包括磷酸基团卡片三张、高能磷酸键卡片两张、磷酸键卡片一张、五碳糖卡片一张、腺嘌呤卡片一张）分发给各小组。学生进行小组合作，用卡片制作出ATP的分子结构物理模型，同时运用卡片思考说明ATP与腺嘌呤核糖核苷酸的不同之处，教师抽取小组上台展示合作成果。

通过教师讲解ATP的结构，学生了解到ATP具有一种特殊的化学键——高能磷酸键。这种化学键不稳定，远离腺苷的高能磷酸键易水解断裂，储存于其中的大量能量得以释放，同时末端磷酸基团脱落。这也是与ATP特殊功能相适应的结构特点所在。

设计意图：从第一部分ATP直接为细胞生命活动提供能量的供能方式出发，基于生命观念结构与功能相适应的角度，引发学生对ATP结构特点的思考。用小组合作构建物理模型的方法认识ATP的结构特征，提高了学生的合作学习以及科学探究能力，同时使学生更加直观地学习ATP的结构特征及其与腺嘌呤核糖核苷酸的区别，揭开了ATP的结构之谜。

3.探寻ATP与ADP相互转化之谜

在学生学习了ATP的结构特点与供能机制后，教师请学生思考：ATP水解后会形成什么？是否还可以重新组合形成ATP？教师带领学生观看以下两则资料：①百米飞人博尔特的短跑视频。视频播放后显示文字资料：人体运动离不开肌肉的收缩，肌肉收缩的直接能源物质为ATP，人体内ATP的含量只够肌肉收缩3秒以内的能量供给。②一个人在剧烈运动的状态下，每分钟约有0.5kg的ATP分解释放能量，供运动所需。一个成年人在安静状态下，24小时内竟有40kg的ATP被水解。从材料中可以看出，人体内ATP的含量非常少，机体对ATP的需求量却非常大，那么细胞的能量供应机制是怎样解决这一矛盾的呢？从而引出ATP与ADP之间的相互转化的学习内容。教师用视频展示ATP与ADP相互转化的动画，并总结公式：

在观看完动画演示后，每个小组的学生用之前分发的代表ATP各结构部分的卡片模拟ATP与ADP相互转化的过程。

设计意图：从学生熟悉的生活情境出发，设计疑问，激发学生的学习兴趣。展示动画的同时，引导学生进行小组合作，用模型模拟ATP与ADP的动态转化过程，使学生对此过程的认识更加清晰，揭开了ATP与ADP相互转化之谜。

4.探寻ATP的来源与利用之谜

在生态系统中，物质合成与分解总是伴随着能量的吸收与释放。ATP与ADP相互转化过程同样伴随着能量的吸收与释放。教师提出问题：“ATP的合成與水解伴随着细胞中哪些放能反应与吸能反应？”教师举例并展示情境图片，图片内容为放能反应：①阳光下绿色植物进行光合作用;②植物、动物、细菌、真菌进行呼吸作用。吸能反应：①在解数学题时，大脑思考需要消耗能量;②运动员运动时，肌肉收缩需要消耗能量;③部分生物，如萤火虫的发光，电鳗的发电需要消耗能量;④钙离子在细胞内的主动运输需要消耗能量;⑤葡萄糖与果糖合成蔗糖需要消耗能量。展示情境图片后，教师引导学生将图片涉及的反应整理成表格。

在学生自主整理形成表格后，教师以钙离子主动运输为例，展示ATP为主动运输供能的过程的动画，使学生深入了解ATP水解过程伴随蛋白质等分子磷酸化。教师提出问题：“ATP与ADP相互转化是可逆反应吗？”学生思考后反馈：“ATP与ADP相互转化的反应物质是可逆的，而能量和酶是不可逆的。”

设计意图：基于物质与能量观引导学生对ATP与ADP相互转化时的能量变化的思考，凸显生命观念。通过展示生活中常见情境的图片对转化时吸能反应与放能反应进行举例，易于理解，条理清晰，揭开了ATP的来源与利用之谜。

四、教学反思

本文尝试基于生命观念“结构与功能观”“物质与能量观”两个方面进行教学设计，旨在提升学生的生物学科核心素养。以“ATP的探秘之旅”为大情境进行教学，将课堂四部分进行串联，使之层层递进，增强了各知识点之间的联系，时刻保持学生的求知兴趣。同时在大情境下列举一系列日常生活中的小情境，让知识更加浅显易懂，增强了课本知识与日常生活的联系。为了达到较好的教学效果，教师在课前需要准备好相应的图像资料与手工材料。

参考文献：

[1]黄少旭.基于大概念发展学生生命观念的策略——以“细胞是生物体结构与生命活动的基本单位”为例[J].中学生物教学，2018（19）：4-6.

[2]中华人民共和国教育部.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.