基于概念教学的“细胞呼吸的原理和应用”教学设计

陶 欣

（江苏省奔牛高级中学 江苏常州 213000）

《普通高中生物学课程标准（2017年版2020年修订）》在基本理念中强调让学生主动学习，深刻理解和应用重要的生物学概念，聚焦单元大概念，培育学科核心素养。课程的教学在本质上是基于概念教学，并在此基础上逐步深化和系统化知识体系，让学生由表及里，深层次理解、掌握、应用和拓展概念知识，达到深度学习的目的。

从表征上来看，生物学的概念一般具有抽象性、思维性、科学性和变化性的特点，很多学生在接受新概念之前已存在固定的观念，可能来自于书本知识或是生活情境。一般来说，前概念的存在会让学生在认知上产生先入为主的观念，影响学生对生物学基本概念理解的客观性和科学性，对于其深度学习也会存在阻碍。从本质上来看，教育的最终目的是培养人，培养有思维能力的人，而“概念”被标记为思维的起点。这就要求教师应更加注重基于学科概念的启发和引导式教学，调动学生思考的积极性，使学生养成科学的思维方法。教师要进一步扩充和迁移概念的内涵，培养学生深度和自主学习的能力，使学生以更高的投入性和主动性进行持续的深度学习，最终建构系统的概念体系，提高学生学习的积极性和主动性。

“细胞呼吸的原理和应用”是2019版人教版生物学教材《必修1·分子与细胞》第五章第三节的内容。本章的单元大概念聚焦在“细胞的生存需要能量和营养物质”这一基础性的生物学概念，通过能量的供应和利用，串联起高中生物学中酶、细胞呼吸和光合作用等核心概念。下面将以该节为例，运用概念教学法，整合概念体系，促使学生深度学习，培育核心素养。

1 概念教学的教学策略

从方法论的角度出发，概念教学要求教师设置合理的教学情境，利用科学的辅助素材，将抽象的概念性知识点转化为简洁的概括性论点，帮助学生正确认识和理解生物学概念的内涵。从学生认知发展和概念形成的方面来看，概念教学更加注重根据学生的认知能力，对概念进行剖析，纠正学生错误的前概念，迁移到现有技术支撑下的科学理论，产生对生物学概念的理性、创造性思维。

和一般的教学方式不同，概念教学需要逐步推进、由浅入深。具体来说，在实际的教学中，教师首先要引入概念，常用的方法包括：复习旧知引入；创设新课的情境，让学生自主推理引入；让学生动手进行实验，根据实验结论引入；让学生通过小组探究性学习，查阅资料引入等。在这一环节中，教师要将概念与课堂紧密联系起来，明确所要学习的重要概念，为概念的深度学习打好基础，同时也让学生在脑海中初步建构起本节课初步的概念体系。其次，教师应利用多种教学辅助工具创设真实、富有创造性的课堂情境，使概念从抽象变具体帮助学生建构概念，形成概念体系的框架。例如，教师可以利用多媒体工具展示生活中的一些生物学现象，或是让学生自己创设情境，动手操作，观察、分析、探究，最终归纳出现象中蕴藏的生物学概念。教师在学生概念生成后要进行及时的巩固，通过设置问题进行反馈评价，及时对学生易错的概念进行辨析和改正，保证概念生成过程的准确性和科学性。最后，对相应的概念在理解和应用的基础上，进行深度学习，深化和延伸概念的内涵，并对概念进行深层次的批判性学习，培养学生批判性科学思维的核心素养。

2 基于概念教学的“细胞呼吸的原理和应用”教学设计

2.1 创设真实情境，促进概念主动学习

“细胞呼吸”指的是细胞内有机物氧化分解释放能量的过程，与一般学生从个体角度认知的“呼吸”概念存在偏差。学生在学习“细胞呼吸”的概念前，已经存在“呼吸是生物体吸入氧气呼出二氧化碳的过程”的前概念。在此基础上，教师应对前概念进行迁移，将概念的运用范围从生物体内转到细胞内，联系细胞设置导入情境。细胞内的代谢反应在表观上很难通过肉眼观察到，教师在选择情境时可将现象放大，选择单细胞的真核生物酵母菌作为导入对象，展示真实、常见的面包和馒头等实物，让学生观察和感受面包和馒头中的透气孔，思考气孔产生的原因，由此引入本节课的核心概念“细胞呼吸”。

在此基础上，教师延伸情境，让学生感受实际米酒散发的酒精味，自主分析此过程中发生的细胞呼吸和馒头制作中存在何异同，对比有氧呼吸和无氧呼吸，让学生初步构建本节课核心概念的知识体系。

2.2 巧借科学史互动，推进概念体系建构

教师将课堂交给学生，提高学生学习的自主性和课堂的参与度，基于科学探究的一般步骤，并给予学生适当的提示。学生分组合作，设计探究酵母菌呼吸方式的实验，在实验设计的过程中，更深刻地理解有氧呼吸和无氧呼吸的具体内涵，通过观察实验现象，直观地感受概念带来的本质结果和影响。

教师基于学生观察到的实验现象，分解概念，利用思维导图的形式，将大概念分解成子概念，在细胞概念的层次上分解出有氧呼吸和无氧呼吸的概念，挖掘概念深层次的延伸点。对于“呼吸”的概念，很多学生停留在“需要氧气参与，释放二氧化碳的过程”的错误认知上。因此，教师在学生自主探究学习的过程中，应举出反例，让学生进行辨析、讨论和批判性学习。在建构知识体系（图1）的过程中，教师引导学生从物质和能量两方面，对概念进行深度剖析，理解其要点。

图1 基于核心概念“细胞呼吸”构建的知识体系

在建构出细胞呼吸知识体系的基础上，教师利用科学史和问题情境导入，进一步延伸细胞呼吸的概念。教师先展示科学家对细胞呼吸探究的历程（表1），让学生初步了解细胞呼吸发生的的具体过程，延伸概念，再利用问题创设情境。教师设置的情境1：破碎酵母菌细胞，离心处理得到线粒体、细胞质基质的分离液，分别加入葡萄糖和能量检测剂，观察实验现象。教师设置问题串：①葡萄糖在何处分解？②葡萄糖分解产生了什么？③丙酮酸在何处分解？④丙酮酸分解产生了什么？接着，教师以丙酮酸进入线粒体分解为引，设置情境2：破碎线粒体，离心后得到线粒体基质和膜状结构的分离液，分别加入丙酮酸和能量检测剂，观察实验现象。教师设置问题串：①丙酮酸在何处分解？②大量能量在何处产生？通过问题，教师引导学生归纳出有氧呼吸和无氧呼吸的延伸概念及其具体的过程，进一步建构本节课完整的知识体系（图2）。

图2 基于核心概念“细胞呼吸”的延伸构建的知识体系

表1 细胞呼吸的探索历程

2.3 多样评价延伸，纵深概念内核理解

在学生形成概念体系、明确概念的要点后，教师要立即帮助学生循序渐进地巩固概念。首先是对概念基础知识的理解，教师通过填空题帮助学生回顾核心概念，再设置选择题及问答题，使学生理解概念内涵。

在实际教学中，学生对于有氧呼吸和无氧呼吸具体过程的理解还存在欠缺。例如，学生基本可以说出有氧呼吸的过程，但无法运用相关概念解决问题。在此反馈情况下，教师应让学生主动说出自己的理解，及时对学生理解不到位甚至理解错误的部分进行辨析，并引导学生自主提问，培养其批判性思维的能力。

细胞呼吸实验内容也是本节课的重点和难点。教师主要利用各种类型的题目，引导学生自主归纳要点，发现自己在概念理解上存在的问题。对于“有氧呼吸”和“无氧呼吸”的概念，在实际的教学中，教师可以让学生自由讨论，对比、辨析两者的具体区别和相同点，再借助表格从不同的方面去辨析概念的具体内涵（表2）。表格要注意简洁且条理性强，便于学生进行对比。

表2 有氧呼吸与无氧呼吸概念的比较

2.4 深化概念迁移，激发学生深度学习

在课堂教学中，学生在建构起复杂知识网络后，对概念有了深层次的理解，会主动联想到生活中的生物学现象，如提倡有氧运动的必要性、水果蔬菜的保鲜保存、对植物根部进行松土操作等。还有学生提出：大部分生物都进行有氧呼吸，那无氧呼吸有什么存在的必要性吗？此时，教师应趁热打铁，让学生分小组讨无氧呼吸的意义，在全班交流汇报。在此过程中，教师要注重调动学生的学习热情，拓展延伸和实际应用概念，要求学生从细胞呼吸角度说明植物长期泡在水中会萎蔫的原因，将概念与自然和生活紧密结合，激发学生探索大自然奥秘的兴趣。

在本节课的教学设计环节，根据学情分析报告和反馈情况，教师设置了课外探究性学习任务，提供适当的课题参考，如搜集资料分析水生植物在水中生活的结构特征，实地调查研究细胞呼吸在发酵技术中的应用，利用生物学知识提出缓解地球“温室效应”的具体措施等。教师要求学生撰写探究性学习报告，并在课程结束后进行小组汇报，借此培育学生保护生态环境、造福人类社会的责任感。

3 教学反思

在本节课的教学中，基于对核心概念“细胞呼吸”的理解和延伸，教师通过创设问题、科学史、生活现象等素材吸引学生兴趣，引导学生探究，促进学生的深度学习。在课堂设计中，教师不仅关注学生对概念的理解，更注重概念的应用，关注对学生生命观念、科学思维、科学探究及社会责任的生物学科核心素养的培养。在设计教学时，教师要遵循课程标准的基本理念，聚焦大概念，将概念与实践结合，充分引导学生思考，让学生在自主思考中挖掘概念的深层次内涵，促进学生合作能力、探究能力、表达能力的提升，充分发挥学生在学习中的主体作用。