何蓉+姚碧英+張忠華+胡剛

摘 要基礎教育中的概念教學采取順序性、連貫性和一致性的設計思路，可以有效促進知識的螺旋式發(fā)展。本文以人教版高中生物必修一“ATP的主要來源——細胞呼吸”一課為例，從有效實現(xiàn)重要概念傳遞的視角出發(fā)，解析和建構了該節(jié)課程的教學設計與過程。

關鍵詞概念教學 有氧呼吸 無氧呼吸 概念傳遞

概念是共同具有某些特性或屬性的事件、物體或現(xiàn)象的抽象概括，是人腦反映客觀事物的共同、本質特征的思維形式[1]。概念不是實體，不能被直接給予，是在學生主動建構過程中不斷發(fā)展和完善的[2]。因此，基礎教育中的概念教學要采取順序性、連貫性和一致性的設計思路，可以有效促進知識的螺旋式發(fā)展。本文以“ATP的主要來源-細胞呼吸”一課為例，系統(tǒng)解析和建構促進概念傳遞的教學過程。教學總體思路如下：首先要確定概念。綜合課程標準、教科書、專家同事的建議以及該年齡階段學生的認知發(fā)展水平，確定本章教學主題的上位核心概念以及本節(jié)教學內容所聚焦的重要概念。對本節(jié)課的概念性知識進行梳理，有利于教師把握重、難點，創(chuàng)造性地利用教材，并為下一環(huán)節(jié)選擇支撐概念進行教學活動做準備。其次，要精選促進概念傳遞的典型材料，設計符合學生認知特點的問題驅動，引導學生綜合分析并回答問題。通過這一環(huán)節(jié)的教學活動，學生將抽象和概括出事物的本質屬性，促進概念的建構和發(fā)展。

一、確定概念

確定支撐本節(jié)課的核心概念“細胞的生命活動需要物質和能量的推動”，所需理解的重要概念是“細胞呼吸是ATP的主要來源”，同時，以A、B、C、D表述次位概念的層級關系如下：

A.細胞呼吸是指有機物在細胞內經(jīng)過一系列氧化分解，生成CO2或其它產(chǎn)物，釋放出能量并生成ATP的過程。

A1.呼吸作用的實質是細胞內有機物氧化分解，并且釋放能量。

B.有氧呼吸是指細胞在氧的參與下，通過多種酶的催化作用，把葡萄糖等有機物徹底氧化分解，產(chǎn)生CO2和水，釋放能量，生成大量ATP的過程。

B1.有氧呼吸先在細胞質基質，后在線粒體中進行。

B2.總反應式：

C6H12O6+6H2O+6O2→6CO2+12H2O+大量能量

B3.有氧呼吸產(chǎn)能多，是絕大多數(shù)生物主要的呼吸方式。

C.無氧呼吸是指細胞在無氧的條件下，通過多種酶的催化作用，把葡萄糖等有機物分解成不徹底的氧化產(chǎn)物，釋放少量能量，生成少量ATP的過程。

C1.無氧呼吸在細胞質基質中進行。

C2.總反應式：C6H12O6→2C2H5OH+2CO2+少量能量或C6H12O6→2C3H6O3+少量能量

C3.無氧呼吸產(chǎn)能少，一般是在缺氧條件下進行的。

D.細胞呼吸能夠應用于生產(chǎn)實踐和日常生活。

二、基于“概念傳遞”的教學設計

本節(jié)課的教學設計主要從以下三個方面考慮：第一，教學策略。細胞呼吸這一過程抽象且微觀，學生缺乏直觀認識，容易混淆概念或產(chǎn)生相異概念，教學中采用實驗探究法、小組合作法和動畫演示法等策略來突破教學重難點。第二，教學流程?？紤]到學生循序漸進的認知特點，采用“總-分-總”的教學形式。從細胞呼吸的實質著手，再逐步分析細胞呼吸的兩種方式，最后探討它在生產(chǎn)生活中的應用。第三，板書。本節(jié)課的教學內容偏難，采用圖、表等形式來展示彼此之間復雜且緊密的聯(lián)系，以達到幫助學生建立和理解概念的目的。

1.感知概念——細胞呼吸

通過聯(lián)系學生對細胞代謝已有的知識設置如下問題：細胞的主要能源物質是葡萄糖，而直接能源物質是ATP，生物體內的葡萄糖是怎樣把能量轉移到ATP中去的？在探究酵母菌呼吸方式時，酵母菌吸收O2后發(fā)生了什么反應？排出的CO2是由什么轉變而來？為什么不需要O2也能產(chǎn)生CO2？由此引發(fā)認知沖突，使學生推理得出：A1.呼吸作用的實質是細胞內有機物氧化分解，并且釋放能量。從而為學生提供細胞呼吸的初步認識。

2.構建概念——有氧呼吸和無氧呼吸

通過探究性實驗，采用層層遞進的問題驅動，引導學生探究細胞呼吸的過程，反映概念的本質屬性，促進概念的逐步建構。

（1）有氧呼吸

為了研究細胞呼吸過程，在適宜條件下，將相同且適量的食用酵母菌研磨，研磨后的細胞勻漿差速離心后得到各種細胞成分（均保持完整的細胞結構和酶活性）。取細胞勻漿及各細胞成分分別注入試管中，配制成各體積相等且同一種成分濃度相同的懸浮液，分別向試管中加入等量的O2和放射性同位素3H標記的等量葡萄糖，一段時間后，檢測各試管內物質變化情況（見表1）。

根據(jù)表中信息，提出問題：①有氧呼吸的場所在哪里？它是一步完成還是多步完成的？②展示線粒體的亞顯微結構圖，結合教材，逐步回答有氧呼吸各階段的反應場所、反應過程以及中間產(chǎn)物分別是怎樣的？

學生經(jīng)過小組討論，能夠正確回答問題①。表中1號、2號、6號、7號和8號試管均能進行不同程度的反應，管內的共同成分是細胞質基質，所以它是發(fā)生呼吸作用的基本場所。由2號和6號、3號和6號試管組的比較發(fā)現(xiàn)，有氧呼吸在線粒體中發(fā)生了進一步的反應，從而認同概念B1.有氧呼吸先在細胞質基質，后在線粒體中進行。同時為下一步引導學生探討有氧呼吸各階段的反應過程做準備。

對于問題②，教師展示線粒體的亞顯微結構圖，指導學生閱讀課本相關信息，依據(jù)化學方程式推導原理，有針對性地探究有氧呼吸各階段的反應過程，同時結合多媒體動畫予以鞏固。首先，學生根據(jù)表中2號試管可知有氧呼吸第一階段在細胞質基質中進行，產(chǎn)物是丙酮酸和還原性輔酶，引導學生利用化學知識推出有氧呼吸第一階段的反應。其次，學生結合教材，獲得關鍵信息：線粒體的內膜和基質中含有許多與有氧呼吸有關的酶。結合表中6號試管推測出有氧呼吸第二階段在線粒體基質中進行，基質中含有與細胞呼吸有關的酶，并且有CO2生成。教師利用多媒體課件圖示有氧呼吸前兩階段中葡萄糖中碳原子和氧原子的物質變化。應用原子守恒定律，產(chǎn)生認知沖突，引發(fā)學生思考：一分子葡萄糖分解成兩分子丙酮酸，在線粒體基質中丙酮酸經(jīng)脫氫后最終生成6分子CO2，也就是說反應物中有6個氧原子，然而最后卻有12個氧原子生成，違背了守恒定律。此時，學生會很自然地想到可能有O2參與，在教師引導給予否定的情況下，使學生聯(lián)想到以前學習的化學方程式配平，可能有H2O的參與。由此學生可以順利推測出第二階段的反應式。最后，學生能夠比較容易地得出：有氧呼吸第三階段在線粒體內膜上進行，線粒體內膜折疊形成嵴，能大大增加化學反應的膜面積，保證酶的均勻分布，使反應溫和、高效地釋放出大量能量，從而推出第三階段反應式。此時，教師提問：若用18O標記O2，則反應結束后，它會轉移到何種物質上？加深學生對O2只在有氧呼吸第三階段參與反應的理解。接著，學生整合有氧呼吸三階段的反應式，推導出B2.總反應式：C6H12O6+6H2O+6O2 6CO2+12H2O+大量能量。

（2）無氧呼吸

提出問題：①將上述實驗過程中其他條件不變，在不通入氧氣情況下研究無氧呼吸，那么實驗結果又會怎樣呢？②所有生物進行無氧呼吸都產(chǎn)生酒精和CO2嗎？③1摩爾葡萄糖分別在體外燃燒、有氧呼吸以及無氧呼吸條件下，其中的反應現(xiàn)象、轉化的能量形式及能量轉化率是怎樣的？

對于問題①，引導學生參考有氧呼吸第一階段的反應過程。分析得出：無氧呼吸的第一階段與有氧呼吸完全相同。教師告知在此情況下，所有含有細胞質基質的試管中都生成了酒精和CO2，從而使學生認同概念C1.無氧呼吸在細胞質基質中進行。

對于問題②，學生通過自學教材、交流研討得出結論：高等植物和酵母菌等生物進行無氧呼吸一般產(chǎn)生酒精和CO2，但是高等植物的某些器官（如馬鈴薯塊莖、甜菜塊根、玉米胚）、高等動物或乳酸菌等生物，進行無氧呼吸一般產(chǎn)生乳酸。由此，學生能推導出：C2.總反應式：C6H12O6 2C2H5OH+2CO2+少量能量或C6H12O6 2C3H6O3+少量能量。

對于問題③，學生結合教材中的相關內容，比較葡萄糖在三種條件下的能量轉化情況，并填好表2，從表2可見，同種有機物在體內氧化分解比體外燃燒更溫和，有機物中的能量是經(jīng)過一系列化學反應逐步釋放的，有一部分能量儲存在ATP中，且有氧呼吸的能量轉化效率是無氧呼吸的19倍。因此學生得出結論：B3.有氧呼吸是大部分生物的主要形式。C3.無氧呼吸產(chǎn)能少，一般是在缺氧條件下進行的。

（3）延展概念——聯(lián)系生產(chǎn)與生活實際

概念的初步感知與逐步建構是延展概念的前提，為了促進概念傳遞，需要在新的情境下進行變式訓練。①以反例來辨析概念：為什么肺炎雙球菌和好氧型細菌也能進行有氧呼吸？②運用于真實情境中的問題解決：為什么食品罐頭往往會標注“底蓋、易拉蓋凸起請勿飲用”字樣？提倡慢跑等有氧運動的原因是什么？洪澇災害對植物為什么有毀滅性傷害？③在下一節(jié)的學習中，通過將呼吸作用和光合作用進行比較，建立相關概念間的區(qū)別和聯(lián)系。呼吸作用分解的有機物正是光合作用的產(chǎn)物，呼吸作用所釋放的能量正是光合作用貯存在有機物中的能量，二者相互依存。通過延展概念，使學生對概念的理解更全面、深刻。學生得出D.細胞呼吸能夠應用于生產(chǎn)實踐和日常生活。

（4）內化概念

完成感知、構建和延展概念后，師生邊總結邊板書細胞呼吸過程示意圖（見圖1），從而達到逐步內化概念的目的。師生總結得出如下要點：細胞能夠進行有氧呼吸和無氧呼吸，它們既有區(qū)別又有聯(lián)系。細胞呼吸能為生物體的生命活動提供能量，又能為體內其它化合物的合成提供原料。

三、反思與總結

該課是圍繞重要概念進行教學設計的一次嘗試，在凸顯“概念傳遞”的教學過程中，以探究性實驗為主線，整合學科內和跨學科的知識，采用實驗探究法和圖表的形式以及通過感知、建構和延展概念過程設置層層深入的問題鏈，從而突破本節(jié)的重、難點，分析和歸納出概念的本質屬性，讓學生清晰、透徹地掌握細胞的能量代謝機理，合理搭建知識框架。但稍顯不足的是通過實驗結果對有氧呼吸三階段的反應式推導內容難度偏大，給學生理解帶來一定困難。

參考文獻

[1] 劉恩山，張穎之.課堂教學中的生物學概念及其表述方式[J].生物學通報，2010（7）.

[2] 張穎之，劉恩山.核心概念在理科教學中的地位和作用——從記憶事實向理解概念的轉變[J].教育學報，2010（1）.

[作者：何蓉（1991-），女，江西南昌人，廣西師范學院環(huán)境與生命科學學院在讀碩士研究生；姚碧英（1992-），女，廣西百色人，廣西師范學院環(huán)境與生命科學學院在讀碩士研究生；張忠華（1981-），女，安徽金寨人，廣西師范學院環(huán)境與生命科學學院副教授，博士；胡剛（1981-），男，安徽廬江人，廣西師范學院環(huán)境與生命科學學院講師，博士。]

【責任編輯 郭振玲】