1、例谈生物学核心素养背景下的教学设计摘 要 将立足这四个方面的素养目标，进行“细胞中的能量通货ATP”的设计。 关键词 情境创设 实验探究 模型建构 中图分类号 G633.91 文献标志码 B 1 教材分析 本节是人教版必修 1 第五章第三节，主要是介绍了ATP 的分子组成、结构特点、与 ADP 的相互转化以及 ATP在生命活动中的作用。本节知识点相对较少，但是却与多个学习模块有千丝万缕的联系，更可以与物质运输、呼吸作用、光合作用等生理过程进行高级思维的提升。这就需要学生能够理解并能应用本节课的知识。 从传统教学来看，本节课的知识难度较低，都可以通过学生的自主学习来完成。但是，课堂教学不能停留在
2、知识层面的记忆，教师要在课堂教学中不断提升学生的理科思维和科学素养。因此，笔者对本节课的知识进行了深度挖掘，将“直接能源物质是什么” “ATP 的分子结构与RNA 有何关系” “ATP 与 ADP 是如何转化的”作为本节课的难点。 2 设计思路 在生物学核心素养的理念指导下，本节课的设计思路是：用情境吸引学生，用实验引领学生，用模型训练学生，用思维培养学生。本节课的实施过程如下： 设计对照实验，让学生明白生命活动的直接能源物质是 ATP。 设计模型制作，让学生明白 ATP 与核糖核苷酸分子结构的异同。 设计认知冲突，让学生明白 ATP 结构式与结构简式中 A 的差异。 设计过程演示，让学生明白
3、 ATP 的水解和 ATP 的合成过程。 设计思维碰撞，让学生明白 ATP 与 ADP 的转化十分迅速。 3 教学目标 生命观念目标：能用物质和能量观解释 ATP 是驱动细胞生命活动的直接能源物质；能用稳态与平衡观解释 ATP和 ADP 的转化是十分迅速的。 理性思维目标：能掌握 ATP 的分子简式和特点；能理解 ATP 的化学组成及其在化学组成上与 RNA 的关系。 科学探究目标：通过设计并实施对照实验，熟练掌握科学探究的基本方法，并明确 ATP 是生命活动的直接能源物质；通过模型建构 ATP 的结构式、结构简式及相互转化过程，培养实践、理解能力。 社会责任目标：通过情境创设，激发学习兴趣，
4、并渗透热爱自然和生命的情感教育；关注 ATP 在医学上的应用，并能主动向他人宣传有关 ATP 的理性解释。 4 教学过程 4.1 情境创设，激发学生学习热情 教师展示数组本校运动会图片，让学生回忆运动会场景，并让学生从图中找出自己，用此把学生的关注引进课堂。在运动会上，无论运动员，还是非运动员，都消耗了大量的能量。借此，教师引导学生思考： 在你们日常所吃的食物中，哪些物质能够为生命活动提供能量呢？ 糖类、脂肪、蛋白质中，哪种物质能为生命活动直接提供能量呢？ 4.2 实验探究，进行思维碰撞 学生不约而同地猜测直接提供能量的物质是糖类。此时，教师引导学生用实验来证明答案的正确与否。师生按照实验探究
5、的历程，提出假设（直接为生命活动提供能量的物质是葡萄糖） ，设计实验： 实验材料：新鲜的带有骨的腓肠肌、适宜浓度的葡萄糖溶液、生理盐水、电刺激、指针、滴管等。 实验装置如图 1 所示。 为了使实验结果具有说服力，教师还要引导学生设计对照实验（对照组滴生理盐水、实验组滴葡萄糖） ，并让学生预测实验结果。学生预测的实验结果都是：对照组肌肉不收缩、指针不偏转；实验组肌肉收缩、指针偏转。 可是，实验下来的结果却是两组肌肉都收缩、指针都偏转，与学生的预期极度不相符。 在此，教师要引导学生分析出现此现象的原因是腓肠肌内还有能源物质。学生自主完善：本次实验需进行前处理（先将腓肠肌内原有的能源物质消耗掉） 。
6、这样基于实验结果的碰撞，让学生深度理解了前处理的必要性。 完善实验设计后，继续实施实验，却依然没有出现学生预期的结果，对照组的实验结果是肌肉不收缩、指针不偏转，实验组的结果也是肌肉不收缩、指针不偏转，这就说明了葡萄糖不是直接的能源物质。那脂肪或蛋白质是不是直接的能源物质呢？ 继续实验的结果表明：脂肪、蛋白质也不是直接的能源物质。那到底什么是直接的能源物质呢？学生在深度的思维碰撞之后，已经对“细胞的直接能源物质”充满了期待。此时，教师告知学生：有一种不知名的物质可以让肌肉收缩、指针偏转。那么，这种物质到底是什么呢？ 4.3 物质探秘，进行模型制作 4.3.1 物质探秘 学生的学习兴趣被激发，自主
7、学习 PPT 上的资料。教师用幻灯片呈现该物质的英文名称为 Adnosine triphosphate。Adnosine 是腺苷，由腺嘌呤和核糖结合而成。tri 是三的意思。Phosphate 是磷酸基团。该物质的结构式图2 所示。教师引导学生一起找到腺苷、找到核糖、找到腺嘌呤。 4.3.2 模型制作 ?W 生根据 PPT 的信息及信封里的腺嘌呤、核糖和磷酸的模型进行粘贴，并用笔将各个部分的化学键画出来。学生带着自己对 ATP 的理解，进行 ATP 的模型制作：找到代表核糖的模型，贴在信封的中央；再找腺嘌呤，贴在核糖的左侧，并用笔将两部分用短横“”连起来，制作腺苷；然后，将一个磷酸集团贴在核糖
8、的右侧，并用短横“”连起来。 此时，教师让学生们暂停模型制作，引导学生为这个结构命名腺嘌呤核糖核苷酸。这样，学生对“ATP 去掉两个磷酸基团之后是构成 RNA 的基本单位”的理解就没有任何问题了。 教师指导学生继续将剩余的两个磷酸集团也根据 ATP的结构贴到信封上去，并提醒学生注意磷酸与磷酸之间的化学键的画法为“” 。制作完毕后，教师将学生作品放到视频展台上展示，强调高能磷酸键的含有的能量，并用联想法帮助学生记忆 30.54 kJ/mol，用简笔画提醒学生画高能磷酸键的方向。 接着，教师和学生一起给该神秘物质命名，并完成 ATP 的信息卡（图 3） 。 4.3.3 构建简式 教师在黑板上散乱放
9、置代表 A、3 个 P、2 个“”和1 个“”的磁性板，让学生构建 ATP 的结构简式。通过与上一环节构建的模型进行比较，学生明白 ATP 中的 A 是腺苷，而不是腺嘌呤。 物质探秘和模型制作过程让学生深度理解了 ATP 的组成部分，对学生解决“ATP 的分子结构与 RNA 有何关系” “ATP 中的 A 与核酸中的 A 有何差异”等有很大的帮助。 4.4 资料分析，进行过程模拟 4.4.1 ATP 的水解 学生阅读 ATP 水解过程的资料，然后到黑板上来利用磁性板模拟演示 ATP 的水解?程。此时，学生需要用另一组磁性板构建“AP P+Pi ”，教师要引导学生给“APP ”命名，并写出字母缩
10、写。这样，学生不仅理解了 ADP 的结构及 ATP 的水解过程，而且还加深了对 ATP的结构认知及两者之间的关系。 接着，教师还可以和学生一起分析哪些过程可以用ATP 水解释放出来的能量，并引出吸能反应这个概念。 4.4.2 ATP 的合成 学生阅读 ATP 合成过程的资料，然后到黑板模拟演示ATP 的合成过程。在掌握了 ATP 水解过程后，学生模拟演示 ATP 的过程就轻车熟路了。 4.4.3 ATP 与 ADP 的相互转化 学生通过阅读能为 ATP 合成提供能量的生理过程的资料，归纳合成 ATP 所需能量的来源。 然后，教师引导学生思考： ATP 的水解和 ATP 的合成是可逆反应吗？ 细
11、胞中的 ATP 含量很少，可是细胞对ATP 的需求量很大，机体是如何解决这个矛盾的呢？ 通过这个过程，学生可以从本质上弄清楚 ATP 的水解和合成，并理解 ATP 与 ADP 的相互转化十分迅速。 4.5 本节聚焦，进行知识回顾 教师展示本节聚焦，让学生自查是否掌握本节课的学习目标，对 ATP 作为能量通货进行解释，并进行“我是医生”的活动，要求学生宣讲 ATP 在医学上的应用，并能进行有关 ATP 的理性解释。 5 教后反思 本节课的教学，教师通过情境创设、趣味导引、有氧思维，激情开展教堂教学的各个环节。本节课中的亮点环节如下： 情景导入的有效。利用运动场景的展现，很好地吸引了学生的眼球，将
12、学生的心一下子拉入了课堂学习。 实验意外的吸引。预实验时，对照组的实验现象竟然和实验组一样收缩？葡萄糖、脂肪、蛋白质竟然都不能让肌肉收缩？一次又一次的意外震撼着学生的心，并持续激发学生去了解新知的热情，到底哪种物质是直接的能源物质呢？ 自主学习的驱动。学生阅读教师提出的资料时，结合教师所给材料进行粘贴模型。学生自己动手构建模型，提高了学生阅读资料的认真细心程度。这个过程需要学生先将资料信息内化为自己的思维，再转变成自己的动手行为，对学生搜集信息、处理信息的能力以及收获新知的能力有很强的促进作用。 模型制作的碰撞。学生在好奇心的驱使下，研究ATP 结构式，并利用所给材料，模拟制作了 ATP 的模
13、型，再到黑板上去模拟制作 ATP 的结构简式。通过这两个模型的碰撞，学生彻底弄清了 ATP 的各个组成部分，并完全明白了 ATP 中的 A 的含义与结构式中 A 的含义是不同的。 细节知识的强化。学生在高能磷酸键的画法、高能磷酸键中的能量这两个细节上，常常不经意地犯错。笔者通过简笔画，让学生趣味地明确了高能磷酸键的画法；30岁离五四青年节远去了，这种联想方式让学生轻松愉悦地记住了高能磷酸键所含有的能量。 高级思维的激发。ATP 在细胞内含量很少，但是一个人一天竟然需要 40 kg 的 ATP，这种矛盾很好地激发了学生高级思维的动机，让学生清晰地得出“ATP 与 ADP 的相互转化是十分迅速的”这个结论。ATP 的合成与水解是否是可逆反应的碰撞，能让学生清晰地明白酶的不同、能量的不同。
