蔣麗莉

摘 要：本文以“細胞的能量通貨-ATP”一節(jié)為例，結(jié)合假說-演繹法、模型與建模、歸納與概括、邏輯與推理、遷移與應(yīng)用等方法進行教學(xué)，有效提升學(xué)生理性思維。

關(guān)鍵詞：理性思維;ATP;能量通貨;教學(xué)設(shè)計

1.教材分析

細胞的能量“通貨”——ATP是人教版高中生物必修一第五章第二節(jié)的教學(xué)內(nèi)容，本節(jié)具有承上啟下的作用：學(xué)生可以進一步理解能源物質(zhì)對于需能生命活動如蛋白質(zhì)合成加工、主動運輸?shù)鹊囊饬x;加深理解把葉綠體、線粒體比喻為“能量轉(zhuǎn)換站”和“動力車間”的含義，為后續(xù)學(xué)習(xí)光合作用與呼吸作用鋪設(shè)能量主線，從而深刻領(lǐng)會活細胞生長、增殖等生命歷程與能量的供應(yīng)和利用分不開。教學(xué)中通過假說-演繹法、模型與建模、歸納與概括、邏輯與推理等方法提升學(xué)生理性思維，滲透物質(zhì)與能量觀、結(jié)構(gòu)與功能觀、進化與適應(yīng)觀等生命觀念，從能量角度感受細胞的精、巧、美。

2.教學(xué)目標

（1）通過假說-演繹法得出ATP是細胞生命活動的直接能源。

（2）通過模型建構(gòu)得出ATP的結(jié)構(gòu)，體驗建模思維，領(lǐng)悟模型與建模方法。

（3）根據(jù)材料，通過分析、比較、推理、歸納等方法構(gòu)建ATP與ADP的轉(zhuǎn)化模型，認同結(jié)構(gòu)與能觀、物質(zhì)與能量觀，體會細胞的精、巧、美。

（4）從ATP的供能機制的廣泛性認同進化與適應(yīng)觀。

3.教學(xué)過程

3.1創(chuàng)設(shè)情境——激發(fā)思維

教師呈現(xiàn)一組生命與能量緊密相連的圖片，引入能量對于細胞的重要性。給出資料：1mol葡萄糖徹底氧化分解釋放能量數(shù)值及細胞中一些生命活動所需能量值。

3.2假說演繹——得出結(jié)論

問題引導(dǎo)：教室用大桶純凈水供水，每位同學(xué)的需求各不相同，該如何解決？學(xué)生提出用杯子，即將大桶的水分裝到更小的容器，直接供水給每位同學(xué)。通過這種類比，學(xué)生推理出從葡萄糖氧化分解釋放大量能量，到細胞各項耗能生命活動之間，應(yīng)該有更小的結(jié)構(gòu)或物質(zhì)形成來直接供能，并假設(shè)這種結(jié)構(gòu)或物質(zhì)為X。教師呈現(xiàn)有關(guān)ATP的科學(xué)探究史，提出問題：ATP是否就是X？

學(xué)生活動1：作出假說，結(jié)合教師所給實驗材料分組設(shè)計實驗方案。所給材料：新鮮的蛙的坐骨神經(jīng)——腓腸肌結(jié)構(gòu)，鋅銅弓（可對神經(jīng)進行電刺激，引起肌肉收縮）、任氏液（能保持肌肉在離體條件下的生理活性）、葡萄糖溶液、ATP溶液。

學(xué)生活動2：小組代表上講臺匯報實驗方案，并根據(jù)假說內(nèi)容演繹推理出實驗結(jié)果。要求：明確實驗的設(shè)計原則，其他小組可以點評并完善。

小組形成最終方案即步驟1：將新鮮的坐骨神經(jīng)——腓腸肌標本分為1、2、3三組，用記號筆在培養(yǎng)皿上做標記。步驟2：先用鋅銅弓頻繁刺激蛙的坐骨神經(jīng)——腓腸肌，直至能量消耗完，肌肉不再收縮為止。步驟3：1、2、3三組中分別加入等量適宜的任氏液、葡萄糖溶液、ATP溶液。再次用鋅銅弓刺激蛙的坐骨神經(jīng)——腓腸肌，觀察肌肉是否收縮。

最后一起觀看教師完成的實驗結(jié)果視頻，證明假說：ATP就是X是成立的，即ATP是細胞的直接能源物質(zhì)。自然引出對ATP功能的定義——細胞中的能量通貨。

3.3問題引領(lǐng)——深入探究ATP

根據(jù)葡萄糖分解釋放能量——ATP——供能各項生命活動，提出問題：1.ATP有怎樣的結(jié)構(gòu)？2.ATP如何直接供能？3.ATP如何形成？

3.3.1模型建構(gòu)——解決問題1

學(xué)生活動3：以小組為單位，結(jié)合教師所給資料和信封中的材料進行合作探究

資料1：研究發(fā)現(xiàn)，1個ATP分子中含有1個腺嘌呤A，1個核糖，3個磷酸基團，其間有1個普通磷酸鍵，2個高能磷酸鍵。資料2：1個高能磷酸鍵中儲存能量30.54kJ，大約是普通磷酸鍵儲存能量的2-3倍，它能通過水解釋放出來。資料3：高能磷酸鍵好像是被高度壓縮的彈簧，蘊藏的能量并不穩(wěn)定，水解放能時像是彈簧彈開，

每個小組的信封中含剪紙模型（可粘貼）：腺嘌呤1個、核糖1個、磷酸3個，高能磷酸鍵2個，1個普通磷酸鍵?；顒右螅簩⑵湓诎准埳习错樞蛘迟N，用筆畫出其他各部分的化學(xué)鍵，構(gòu)建ATP的結(jié)構(gòu)模型。

學(xué)生活動4：小組代表展示模型并說出理由，同學(xué)互評。教師通過PPT將正確的模型轉(zhuǎn)化為結(jié)構(gòu)式，再簡化為結(jié)構(gòu)簡式，學(xué)生自然地發(fā)現(xiàn)腺苷A與腺嘌呤A的區(qū)別。

學(xué)生活動5：根據(jù)結(jié)構(gòu)簡式，用中文命名ATP

3.3.2巧用模型——解決問題2

問題引導(dǎo)：ATP水解供能的過程中哪個高能磷酸鍵先斷裂？學(xué)生利用建構(gòu)的ATP分子模型進行演示，得出遠離腺苷的那個優(yōu)先水解。

3.3.3邏輯推理——解決問題3

資料4：一個人在劇烈運動狀態(tài)下，每分鐘約有0.5kg的ATP分解釋放能量，供運動所需。一個成年人在安靜的狀態(tài)下，24h內(nèi)有40kg的ATP被水解，但肌肉內(nèi)ATP含量只能供肌肉收縮1～2s所需的能量。資料5：高能磷酸鍵易斷裂，也容易形成。學(xué)生很快得出結(jié)論：ATP在細胞中含量少，ATP與ADP之間是相互轉(zhuǎn)化的，且轉(zhuǎn)化很快。

資料6：在漫長的進化過程中，ATP的轉(zhuǎn)化作為一種優(yōu)質(zhì)的機制被保留下來。無論是復(fù)雜的高等動植物體中，還是在低等的原核生物細胞中都普遍存在，它建立了細胞之間、細胞與生物體之間、生物體與生態(tài)系統(tǒng)之間的能量關(guān)系，是生物界的共性。

3.3.4概念模型——理清能量主線

學(xué)生活動6：構(gòu)建太陽光能、葡萄糖、ATP、ADP和Pi這幾種能量或物質(zhì)之間的概念關(guān)系模型。

3.4遷移應(yīng)用——解決實際問題

資料7：由于微生物活細胞中含恒量的ATP，故ATP含量可以清晰地表明微生物含量的多少。ATP可以在熒光素酶的作用下與熒光素結(jié)合發(fā)生生物熒光，其強度與微生物數(shù)量呈比例關(guān)系。

學(xué)生活動7：結(jié)合資料嘗試設(shè)計一種能快速檢測物品表面微生物數(shù)量的儀器。

活動要求：能說出關(guān)鍵的原理即可。

4.教學(xué)反思

本節(jié)課的教學(xué)設(shè)計以能量供求矛盾吸引學(xué)生探究直接供能物質(zhì)，再引導(dǎo)學(xué)生合作探究ATP的結(jié)構(gòu)及供能機制，引導(dǎo)學(xué)生假說演繹、模型建構(gòu)、邏輯推理、遷移應(yīng)用，激發(fā)學(xué)生思維的碰撞，實現(xiàn)從感性思維到理性思維的飛躍，在解決問題中有效提升理性思維。

參考文獻

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本論文系江蘇省教育科學(xué)“十三五”規(guī)劃課題“高中生物教學(xué)促進學(xué)生理性思維發(fā)展的實踐研究”（批準文號：D/2018/02/212）的研究成果