情境教学模式在高中生物教学中的应用

摘

要：以新教材《分子与细胞》中第五章第二节“细胞的能量”货币“ATP”为例，通过创设情景，对教材内容重新整合。采用任务驱动，一境到底的大概念教学模式达成知识目标和素养能力的培养。运用视频、模型、图示等培养生命观念和科学思维，通过资料分析，培养学生获取新知识、交流与合作的能力。通过联系生活对ATP制剂应用的探讨，锻炼学生运用生物学知识去理解和关注社会议题，增强社会责任。关键词：模型构建;ATP;核心素养;高中生物学建构主义认为，知识是由先前的知识和情境中的经验形成的，学习是基于情境的。知识的建构过程需要用到观察、概括、概念扩展。需要构建科学解释，科学推理、设计实验等，这些都能很好地落实学生的核心素养能力。另外情景化的教学模式会让学生主动思考、主动探究，引发他们学习的兴趣。情景化教学模式的有效开展可以改变传统教学过分注重教授理论知识的观念，更加重视学生综合素质的培养，这也符合核心素养教育理念的要求。本文是以2019年版人教社《高中生物学·必修一·分子与细胞》第五章第二节《细胞的能量“货币”ATP》一节的教学实施为例，教师为学生的学习创设情境，提供相关的视频、资料、模型等，尝试基于情境创设的概念生成性教学。一、做好学情分析，设计教学思路本节在学生掌握了细胞中的有机物——蛋白质、糖类、脂肪等在细胞中的作用的基础上开展的，目的是让学生了解，尽管糖类等有机物是能源物质，但是不能给生命活动直接提供能量。本节在细胞呼吸、光合作用之前开展，该节内容是后续章节的基础。本节应该通过模型构建、资料分析、多媒体动画等方式突破ATP与ADP之间的相互转化的难点，通过“存折与葡萄糖”“现金与ATP”等的类比方法，突破ATP是能量货币的教学难点。二、设定知识目标，落实核心素养基于新课程标准和核心素养能力的落实，我对本节课的知识目标和能力定位在以下四个方面：1.通过物理模型构建，学习ATP化学组成和特点，并从结构与功能相适应的角度去理解为什么ATP是生命活动的直接能源物质。以此强化学生的生命观念。2.通过对ATP和ADP相互转化以及该过程中能量来源与去路的概念图的构建，尝试理解为什么ATP是能量货币。落实对学生科学思维能力的训练。3.通过对主动运输实例的分析，解释ATP是驱动生命活动直接能源物质的原因。该过程可以锻炼学生科学探究以及科学思维能力。4.通过对转基因植物荧光树以及ATP制剂的关注，强化学生的社会责任。三、基于目标达成，实施教学过程学习的主题部分分为四个环节：（一）引入部分，观察现象，提出疑问课堂上组织学生观看是什么物质使得萤火虫发光的视频，解决课本问题探讨的内容的同时，抛出问题“为什么ATP是使得萤火虫发光的直接能源物质，而葡萄糖不是”这与ATP的特殊结构有关。那么ATP具有怎样的结构，才使得ATP成为生命活动的直接能源物质？（二）学习主体部分，构建模型，培养生命观念，养成科学思维意识首先带着引入中的“为什么ATP是使得萤火虫发光的直接能源物质，而葡萄糖不是”这一问题，让学生自主阅读课本86页内容，小组协作，完成第一个任务，用长方形代表5种碱基、五边形代表核糖、圆形代表磷酸基团，利用所给材料，把选中的基团用化学键连接起来，构建ATP的结构模型并体会ATP水解的过程。接下来，老师根据学生构建的物理模型，先纠错矫正，再引导学生理解，由于ATP中的磷酸基团带负电荷，根据同种电荷相互排斥的原理，“～”这种化学键不稳定，其末端的磷酸基团特别容易挟带能量与其他分子结合，从而使后者发生变化。接下来教师阐释ATP可以作为萤火虫发光的直接能源物质，正是由于ATP具有这样的结构特点，从而使荧光素分子活化，在荧光素酶和氧气的作用下，变成氧化荧光素并发出荧光。教师利用学生刚才构建的物理模型，在黑板上演示让ATP末端磷酸基团断裂，指出这个过程同时放出能量形成ADP，即演示ATP在ATP水解酶作用下的水解过程，要求同学们写出ATP水解的反应方程式，引导学生注意这个反应中反应条件和能量去向。分析材料完成第二个任务，写出合成ATP的反应式。资料①人体每天所消耗的能量需要水解100～150mol的ATP（相当于50～75Kg）;在剧烈运动的情况下，ATP的消耗约达0.5kg/min。而人体中ATP的总量只有0.1mol，剧烈运动时只能维持几分钟。如何解决这一矛盾呢？通过对资料①的分析，同学们很快可以得出结论ATP存量有限，但ATP与ADP之间可以迅速相互转化，不会在体内大量储存导致浪费。资料②在某细胞培养液中加入32P（31P的同位素）标记的磷酸分子，短时间内分离出细胞中的ATP，发现其含量变化不大，但部分ATP的末端磷酸基团已被32P放射性标记。该实验说明了什么？引导同学们得出结论，ATP末端磷酸基团脱落后形成了ADP，ADP又迅速与32P标记的磷酸基团结合，形成新的ATP。也就是说在细胞内存在着ATP与ADP相互转化的机制。构建出ATP与ADP转化的方程式并引导学生思考，ATP的水解释放能量，该能量去向哪里？ATP在合成时是需要吸收能量的，该能量来自哪里？在上面学习的基础上，让小组通过讨论完成第三个任务，即构建ATP与ADP相互转化中能量来源与去路的概念模型。首先播放动画情境，让学生了解ATP可以由光合作用和呼吸作用的过程产生。接着老师提问ATP水解后，释放的能量可用于哪些生命活动？学生会有跑步、学习、心脏跳动等限于个体或器官水平的直观性比较强的答案，老师可以补充譬如精子游动，细胞分裂，分泌蛋白合成等细胞乃至分子水平的答案。使学生从细胞和分子水平理解生命活动与ATP供能的关系。此外通过展示电鳐放电、离子的主动运输等过程，让学生理解ATP中的化学能转化成电能、渗透能等。此时，学生可以得出结论，ATP水解与吸能反应相联系，ATP合成总是与放能反应联系在一起。在这个过程中，学生能够形成“物质是能量的载体，能量是物质流动的动力，生命活动过程中能量只会转移、转化，能量是守恒的”，这样的物质与能量观。学生也可以理解生命活动所需的直接能源为什么必须由ATP水解提供，也就是因为ATP具有特殊的化学键这样的结构，它容易断裂，使得ATP适宜作为直接能源物质。糖类相当于我们的存折，而ATP相当于我们的现金，至此学生形成本节课的重要概念，细胞的能量货币是ATP。學生在这个过程中，可以熟悉概念模型如何构建，以及如何对现象、资料进行归纳概括，从而利用已知的知识去解释推导出未知的知识，解释生物学规律。任务四是运用知识，解决问题。让学生阅读课本ATP为主动运输供能的示意图，探究ATP如何为主动运输供能。让学生关注，在Ca2+主动运输过程中载体蛋白有两个功能，一个是作为运输的载体，另一个是作为ATP水解酶。Ca2+与载体蛋白的结合会激活它作为水解酶的活性，让ATP水解，末端磷酸基团转移到载体蛋白上，让载体蛋白磷酸化。空间结构发生改变，从而将Ca2+释放到膜外。至此关于知识目标的四个内容已经完成。并且在完成知识目标的同时，落实了学生核心素养能力的培养。学生的结构与功能观，物质与能量观都得以强化。（三）总结归纳，解决社会问题，增强社会责任感该部分内容是引导学生利用新学的知识，开展新的课题研究。尝试培养学生的探究意识，尝试让他们对各种生物学现象进行理性地解释。具体操作是教师根据课本89页小字部分科学前沿的内容做出引导性提问：转基因植物荧光树已经产生了，它作为新兴的科研产品有哪些益处和弊端，是否值得推广？教师还可以联系生活提问，误食大量含有氰化物的苦杏仁、白果、桃仁等食物可引起氰化物中毒。氰化物是一种剧毒物质，氰化物的中毒原理是阻断细胞呼吸作用的过程。刚才所讲的ATP合成时，能量可以来自细胞呼吸，当细胞呼吸被阻断时，生命活动的直接能源物质ATP得不到及时产生，那我们能否用ATP制剂作为急救措施？并说明理由。此种联系实际，利用课本所学内容解决社会生活问题的教学方法，不仅能引起学生学习的兴趣，更主要的是可以让学生用学到的知识服务于社会，服务于人类，增强社会责任感，这样的教育才有意义。（四）多元化评价，增强学生学习信心教师在开展课堂教学时，应采用多元化教学评价。每一节课中尽量包括学生自评，学生互评，以及教师的及时评价和延时评价。多种评价模式有助于学生及时发现自己学习上的问题、修正并完善自身的知识体系。在新课程背景下，教师也应转变观念，多采用表现性评价的模式，这种评价方式就是教师通过呈现一系列综合性的复杂任务、问题或情境让学生完成，然后通过学生在完成老师设置的任务时的课堂表现，对学生获得的知识性能力和素养性能力进行评价。本节课就是采用设置情境、完成任务并运用所获得的知识去解决实际问题的方式去设计的，评价也从知识能力、素养能力以及课堂表现几个方面进行。该节课进行时，学生每完成一个任务，老师会立刻给出其在知识能力和素养能力的评价与肯定，这样多元化的评价方式，可以鼓励学生更主动地参与到课堂的学习与活动中来，树立学习的信心。四、教学总结与反思《普通高中生物学课程标准（2017年版）》指出，有效的教学情境能够激发学生的好奇心和求知欲，点燃学生学习的热情，从而使学生主动参与对所学知识的探索发现和认识的过程。本节课能够创设真实的情境，以完成任务串的形式来降低教学难度，在教学过程中注重知识的迁移和应用，提高学生的归纳能力和分析问题解决问题的能力。新的生物教育教学改革提出以培育核心素养为主要目标的全面育人方向，这对任课教师的课程设计和实施都提出更高层次的要求。本节课设计始终围绕A