例谈概念教学中培育生命观念的路径

罗玲

摘要 以“细胞的能量“货币”ATP”概念为例，探讨概念教学中通过对解读核心概念，理解生命观念的内涵;深度研读教材，找准生命观念锚定点;聚焦概念建构，培育学生的生命观念等，突出实践过程与方法的可操作性。

关键词 生命观念 概念教学 ATP

中图分类号 G633.91

文献标志码 B

生物学学科核心素养中的生命观念是指对观察到的生命现象及相互关系或特性进行解释后的抽象，是人们经过实证后的观点，是能够理解或解释生物学相关事件和现象的意识、观念和思想方法。发展学生的生命观念有助于学生在面对现实生活中的实际问题和挑战时具有较好的分析能力和解决问题能力，从而更好地适应未来的社会发展和个人生活。

生物学是一个概念系统为主要特征的学科，概念教学是发展生命观念的基础。下面以《必修1·分子与细胞》第五章中“细胞的能量‘货币’ATP”为例，探讨概念教学中生命观念的培育。

1解读核心概念，理解生命观念的内涵生命观念是生物学核心概念（也叫大概念）的呈现方式。因此，首先要理解和把握本节课程内容所蕴含的生命观念内涵。研读《普通高中生物学课程标准（2017年版）》课程内容，梳理各层级概念及核心概念所蕴含的生命观念，见表1。课程内容中对进化与适应观、稳态与平衡观没有特别的学业要求，教学时可适当渗透，不作为教学重点。

2深度研读教材，找准生命观念锚定点

观念是抽象的，甚至是虚空的，如果不能找到相应生命观念在生物学概念中的锚定点，则会在实践中无从下手。因此，教师首先要研读教材，找准每个生命观念所锚定的概念和关键事实。

2.1物质与能量观

本节教材贯穿“物质与能量观”，通过问题探讨引出萤火虫发光需要能量，在正文的首段列举一些事实，如细胞中的糖类、脂肪等有机物都储存着化学能，直接给细胞的主动运输、物质的合成和肌纤维的收缩等生命活动提供能量的是ATP。接着，用数据30.54kJ/mol来说明ATP是一种高能磷酸化合物。在ATP与ADP可以相互转化这个板块，主要通过ATP与ADP可以相互转化示意图和ADP转化成ATP时所需要能量的主要来源图，说明两种物质在转化过程中伴随能量的变化。在ATP的利用板块，举例说明生物（如电鳗）发电、萤火虫发光、大脑思考、物质合成、主动运输、肌肉收缩等需要ATP供能等;归纳总结细胞生命活动吸能反应与放能反应一般与ATP水解或ATP合成相联系。这些内容都说明生命活动不仅需要物质基础，还需要能量驱动，而能量的供应和利用离不开化学反应，物质是能量的载体，能量是物质变化的动力，这就是生物学的物质与能量观。

2.2结构与功能观

本节的教学关键点是同样是能源物质，ATP具有哪些与葡萄糖不同的特点决定了它是细胞生命活动的直接能源物质。教材用两段分别介绍了ATP的结构和性质特点：1ATP是一种高能磷酸化合物;2ATP分子中末端的特殊化学键（也就是磷酐键）不稳定，很容易水解;3ATP与ADP相互转化迅速，教材通过数据来直接说明，即人在激烈运动的状态下每分钟约有0.5kg的ATP转化成ADP来证明转化是迅速的。ATP正是具有这样的结构和性质特点，才决定了它是细胞中的能量“货币”。糖类、脂肪等虽然也是能源物质，但是没有ATP这样独特的性质，这正是体现结构决定功能的生命观念。

当然，细胞内ATP与ADP相互转化是时刻不停地发生，但ATP含量始终维持在一个相对稳定的、动态平衡的水平，这对于构成细胞内稳定的供能环境具有十分重要意义，也正是细胞水平上的稳态与平衡观。自然界中，从真核生物到原核生物，其细胞内都是以ATP作为能量“货币”的，这说明生物界具有统一性，也反映生物界有着共同的起源，体现了生命系统的进化与适应观。

3聚焦概念建构，培育学生的生命观念

实践证明，学生对生物学概念的正确理解是建立在丰富的、有代表性的生物学事实和材料基础上的。因此，在教学过程中，教师应创设真实的教学情境，以具体的生物学事实为载体，引导学生积极主动参与实验设计、模型建构、资料搜集、数据分析等探究活动，学生在实践体验中完成对概念的建构，同时培育生命观念。

3.1创设真实情境，引入概念——培养生命观念的起始点

情境之于知识，犹如汤之于盐。有效的教学情境与问题可以激励、唤醒、鼓舞学生的学习欲望，学生就会自主地思考和探究问题，自主地感悟情境与问题中蕴含的生物学思想观念。教师由车胤的囊萤夜读典故引出萤火虫发光现象，提供萤火虫发光原理、为萤火虫尾部的发光直接提供能量物质的资料。结合前面学生学习过的几种能源物质，教师再提供ATP的资料，资料仅仅强调ATP也是一种能源物质，其名称、结构及特点暂不多说，留下悬念，让学生设计实验思路，来探究糖类、脂肪、蛋白质、ATP等物质中哪种为萤火虫尾部的发光直接提供能量的物质，从而渗透物质变化的过程中伴随能量变化的观念。

3.2注重实践探究，建构概念——培养生命观念的生长点

教师通过问题引领和任务驱动，促进学生积极主动、深度参与探究活动，学生在实践和体验中实现对概念的建构。

任务1：设计实验并分析实验结果，明确ATP是直接供能物质。学生小组合作思考，探寻为萤火虫发光直接提供能源物质的实验设计思路。教师动画模拟演示实验结果，引导学生分析得出结论：直接为萤火虫发光提供能量物质是ATP，葡萄糖、脂肪、蛋白质等都不是。

任务2：合作建构ATP分子物理模型，理解ATP结构不稳定。教师联系学生已有的知识经验，利用不同颜色的彩纸剪成的多边形、圆形、五边形分别代表腺嘌呤、磷酸、核糖，拼接腺嘌呤核糖核苷酸模型，再引导学生自学教材及旁欄中的相关信息，尝试拼接ATP分子结构模型。通过模型制作，学生理解ATP作为细胞生命活动的直接能源物质的理由有：11molATP水解释放的能量高达为30.54kJ，是一种高能磷酸化合物;2特殊的化学键不稳定。

关于ATP水解释放能量，由于高一学生化学反应中转移势能相关知识没有学习，而且化学键的断裂一般需要消耗能量。为了帮助学生理解，教师要适时补充讲解ATP水解释放能量原因：依据能量守恒定律，由于反应产物所含的自由能比反应物低，将自由能贡献出来，因此释放能量。

任务3：分析数据，逻辑推理，证明ADP与ATP相互迅速转化。由于ATP的化学性质不稳定，教师引导学生分析推理、得出ATP在细胞中的含量应该很少。教师提供资料：事实上，人体中ATP的总量只有大约2mg，人的肌细胞中ATP只能维持不到1s的剧烈运动所需能量;一个成人一天在静止状态下所消耗的ATP为40kg，人在紧张活动的情况下消耗的ATP可达0.5kg/min。教师再设疑：生物体内ATP的含量很低的，而机体正常生命活动需要量却很多，生物体是如何解决这一矛盾的呢？学生通过思考、推理，可知细胞合成ATP非常迅速，且ADP与ATP的相互转化迅速，由此学生获得由于ATP作为细胞生命活动的直接能源物质理由之三。

关于ADP转化成ATP时所需能量的主要来源问题，教师引导学生分析教材中的图解，知道主要通过光合作用和呼吸作用这两条途径。这两部分内容将在后面详细学习，因此本节课无需深挖。

以上3个活动可以让学生理解“ATP作为细胞生命活动的直接能源物质，与其结构、性质是相适应的”。当然，ATP与ADP的相互转化在细胞内时刻不停地发生并处于动态平衡，这正是细胞水平上的稳态与平衡。

任务4：搜集资料，展示交流，例举细胞内ATP的利用。课前，教师布置学生搜集有关ATP的利用资料图片等，学生课堂上展示并交流。教师播放ATP为主动运输供能过程的动画，并说明其中的原理是“ATP水解释放的磷酸基团与载体蛋白结合，导致载体蛋白磷酸化，其空间结构发生改变，所以完成物质的转运”。ATP水解释放的磷酸基团导致蛋白质磷酸化的现象在细胞内是比较常见的，ATP因而可以参与各种化学反应，从另一角度帮助学生理解ATP为很多细胞内很多生命活动直接供能是由其性质特点决定的。教师引导学生了解：不同的生物绝大多数的生命活动都以ATP为直接能源物质，说明生物界具有共性，也反映生物有着共同的起源，这体现了生命系统的进化与适应观。

3.3建构知识框架，整合概念——培养生命观念的着力点

概念教学不应仅仅停留在让学生记住一些零散的生物学事实、碎片化的知识，还要引导学生依据概念间内在的逻辑关系建构知识体系，概括为抽象的重要概念和大概念，才能使概念内化于学生的头脑，形成生命观念。

教师引导学生归纳、总结：细胞生命活动中的吸能反应与放能反应一般与ATP水解或ATP合成相联系。能量通过ATP分子在吸能反应和放能反应之间循环流通，及时而持续地满足各项生命活动对能量的需求。学生依据知识之间的内在联系，把琐碎的知识串联起来，自主构建知识网络（图1），发展物质与能量观。

3.4着意迁移应用，评价概念——培育生命观念的关键点

注重知识的迁移运用，分析和解决现实生活中的问题，一方面有利于学生对概念的深度理解，另一方面助推学生生命观念的达成。例如，本节课上，教师引导学生讨论：为什么医学上常用ATP片剂或注射液对渐冻症、心功能不全、心肌疾患、进行性肌萎缩、脑出血后遗症等疾病进行辅助治疗？

学生能用本节知识对此应用做出合理的解释，不仅促进达成生命观念，还利于形成生物科学能够促进人类健康、造福人类的价值观。

在课堂上培养学生生命观念是生物学学科核心素养落地的关键所在，前提是需要教师解读核心概念，理解生命观念的内涵;深度研读教材，找准生命观念锚定点;聚焦概念建构，培育学生的生命观念。其中概念的深度学习是基础，情景的设计与应用是重点，概念的整合与观念融合是核心。

参考文献：

[1]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.

[2]谭永平：发展学科核心素养——为何及如何建立生命观念？（下）[J].生物学教学，2017，42（10）：7-10.

[3]陈侠.以物质与能量视角认识生命本质，促进生命观念形成[J].生物学通报，2017，52（8）：18-21.

[4]苏国义.谈高中生物学教学中生命观念培养——以“细胞能量通货ATP”为例[J].中学生物学，2019，35（8）：18-21.

[5]林雪花，歐阳荣金.关注大概念落实生命观念——以“植物细胞有丝分裂”为例[J].福建教育学院学报，2019，（12）：47-48.

1707501705342