高中生物学情境化教学实践与研究——以《细胞的能量“货币”ATP》教学为例

魏梅红 刘会坚

（1.福州第二中学，福建 福州 350001；2.福州第三中学，福建 福州 350003）

情境性是知识的重要特征之一。建构主义学习理论认为：学习不是知识由教师向学生的传递，而是学生于其原有知识经验的基础上，在一定的情境中，主动地加工处理新信息，建构知识意义的过程。情境认知理论认为：知识是在真实情境中产生的，因而知识的理解和掌握离不开具体情境的支撑。［1］为了践行“核心素养为宗旨”的高中生物学课程基本理念，生物学教师应根据生物学科特点、学情及教学实际，整合、优化课程资源，积极探索情境创设方式，提高课堂实效性，促进学生发展生物学学科核心素养。笔者尝试以2019 年版人教社《高中生物学·必修1·分子与细胞》第5 章第2 节《细胞的能量“货币”ATP》教学为例，开展高中生物学情境化教学实践与研究，探讨如何创设真实的学习情境，激发学生的学习兴趣，主动参与学习活动，促进学生建构、理解与应用生物学知识，提高分析问题、解决问题的能力。

一、以模型创设学习情境，促进知识的建立与理解

应用模型开展模型演示、观察及建模等活动，实现情境化教学，使得抽象的知识直观化、形象化及生动化，促进学生建立与理解知识。

ATP 的化学组成和结构特点是《细胞的能量“货币”ATP》的教学重难点之一，笔者从学生已有的知识基础与生活经验出发，创设问题情境：什么是ATP？ATP 是如何给生命活动提供能量的？引导学生复习核糖核苷酸结构通式，阅读教科书及有关资料，并指导学生利用“希沃白板5”的拖曳功能将“A（腺苷）”“～（一种特殊的化学键）”“P（磷酸集团）”等图片进行拼装，建构ATP 结构模型，帮助学生认识“ATP 是一种高能磷酸化合物”，即对ATP 结构和特点形成理性认识。再进一步创设问题情境：同是特殊的化学键，为什么越远离腺苷的磷酸集团越容易脱落？引导学生分析ATP 结构中磷酸集团带负电荷，彼此会产生排斥。为了帮助学生更好地理解，笔者课前制作ATP 结构实物模型，利用白色乒乓球代表腺苷，黄色乒乓球表示磷酸集团，腺苷与磷酸集团之间用木棍相连，磷酸集团之间用弹簧相连。课堂教学时演示该模型，压缩弹簧，则远离白色乒乓球（腺苷）的那个黄色乒乓球（末端磷酸基团）就弹射出去，以此模拟ATP 的化学性质不稳定，远离腺苷的磷酸基团容易离开ATP，为学习“脱离下来的磷酸基团携带能量与其他分子相结合，让后者结构发生改变”埋下伏笔，并促进学生加深对“ATP 如何为生命活动提供能量”的理解，形成结构和功能观、物质和能量观等生命观念。

借助模型演示与建模活动，营造直观、生动的探究学习情境，激发学生的学习兴趣，主动参与建模活动，帮助学生建立与理解生物学概念，提高学习的有效性和认同感。

二、以生物学实验创设学习情境，促进思维的发散与拓展

模拟实验是高中生物学实验教学的重要手段。应用生物学实验创设学习情境，为学生搭建思维发散与拓展的平台。

为了促进学生建立与理解“ATP 是驱动生命活动的直接能源物质”这一教学重难点。首先，引导学生复习有关葡萄糖和脂肪的作用，将ATP 的作用与学生熟悉的生活现象进行类比：ATP 的作用犹如“现金”，现金在市场上是可以流通的，故科学家将ATP 称“货币”；葡萄糖是“存折”，只有“提现”才能更好地“流通”。再结合课前发放给学生的三磷酸腺苷二钠片实物及说明书，分析三磷酸腺苷二钠片的作用机理。在此基础上，组织学生观察青蛙肌肉收缩模拟实验视频，分析青蛙的腓肠肌在不同物质刺激下的收缩情况。青蛙是两栖类动物，其基本的生命活动和生理功能与一般温血动物是相似的。青蛙的离体组织所需要的生活环境比较简单，可以通过添加任氏液（—种比较接近两栖动物内环境的液体）来维持其生理活性。腓肠肌的收缩是神经肌肉接受刺激（用浸有任氏液的锌铜弓轻触坐骨神经）产生兴奋的重要表现，这一过程是需要消耗能量的。通过分组添加一定量的ATP 及葡萄糖，学生可以观察到：1 号添加ATP 任氏液的青蛙腓肠肌接受锌铜弓刺激坐骨神经时出现收缩，而2 号添加葡萄糖任氏液的青蛙腓肠肌接受刺激时未出现收缩。若将2 号原滴加的葡萄糖洗去，再添加与1 号相同量的ATP 任氏液，则青蛙腓肠肌接受刺激时出现收缩现象。由此判断ATP 能直接供能，而葡萄糖则不能。以此加深学生对ATP 是驱动生命活动的直接能源物质的理解。当然为避免青蛙腓肠肌中原有能量的干扰，还需通过不断刺激，让1、2 号青蛙腓肠肌消耗殆尽原有能量，再进行上述青蛙肌肉收缩实验。促进学生发散、拓展思维，做到全面、严谨地思考。

在生活体验的基础上应用生物学实验创设学习情境，有助于学生加深对生物学重要概念及其生物学意义的理解，培养学生实事求是、严谨的求知态度，促进思维的发散与拓展。

三、以课堂练习、测验创设学习情境，促进知识的巩固与应用

创设真实的练习、测验情境，促进学生在真实的任务情境中解决真实的问题，并在此过程中真实地发展。［2］练习、测验的情境源自生活或接近生活，则能符合教育的本质和素养生成的规律，有利于促进学生的发展。

为加深学生对“ATP 水解释放的能量用于各项生命活动”的理解与应用，笔者推送随堂测试题，创设学习任务情境1：ATP 中的腺嘌呤（A）可否替换成G、C、T等形成GTP、CTP、TTP？它们是否存在？如何存在，为什么供能的载体主要是ATP？在学生思考、测验的基础上，引导学生从进化的角度进行阐释，GTP、CTP、TTP 等也是高能磷酸化合物，同样具有高能磷酸键，只是其在细胞中的分工不同，因ATP 的催化位点比较多，供能的范围更广泛，所以ATP 是主要的供能物质，促进学生形成进化与适应观的同时，也为从蛋白质结合位点、ATP 催化位点等角度分析任务2 做铺垫。［3］创设任务情境2：智能生物药物成为治疗癌症等难以攻克疾病的首选，近些年，蛋白质纳米管（可以用来包裹、保护药物）在细胞内高含量ATP 条件下可以释放治疗药物，被誉为“ATP 控制的药物递送系统”。请根据ATP、蛋白质的结构和功能推测ATP 在药物释放中所起的作用。要求学生基于教科书第88 页图5-7“ATP 为主动运输供能示意图”并结合ATP、蛋白质的结构和功能，分析参与Ca2+运输的载体是一种催化ATP 水解的酶，ATP 在酶的作用下，末端的磷酸集团脱落与载体蛋白结合，使后者发生磷酸化，导致其空间结构发生变化，Ca2+的结合位点由膜内转到膜外，引起Ca2+的释放。以此促进学生巩固所学知识，并迁移应用：蛋白质纳米管在ATP 水解释放的能量转移作用下，结构发生改变，从而帮助释放药物。可见，特定的蛋白在特殊情况下可以同时承担多种角色，如运输、催化等；蛋白质等分子磷酸化后空间结构发生改变，活性和功能也改变。ATP 为生命活动直接供能外，还为蛋白质等分子的磷酸化做重要贡献。

应用随堂练习、测验创设学习情境，挖掘和提炼与科学、技术及社会STS 相联系的习题与试题，促进学生在巩固知识的同时，迁移应用解决与生物学密切相关的社会热点问题，形成社会责任意识与担当。

在高中生物学课程改革深入推进的背景下，要求高中生物学教师转变教学理念，探索情境化教学策略，让课堂教学情境化，让学生学习情境多样化，促进学生主动参与课堂教学，在问题情境、实验情境、任务情境中提升对生物学知识的理解能力与应用能力，发展生物学学科核心素养。