基于學(xué)習(xí)進階的高中生物重要概念的建構(gòu)

朱素娟

摘 要：本文從學(xué)習(xí)進階出發(fā)，通過創(chuàng)設(shè)真情境對重要概念中蘊含的核心素養(yǎng)要素進行分析，通過多種教學(xué)手段引導(dǎo)學(xué)生深入思考，從細胞結(jié)構(gòu)與功能的統(tǒng)一、細胞生命活動中物質(zhì)與能量的統(tǒng)一、生物不斷進化發(fā)展等生命觀念分析解釋生產(chǎn)生活問題，逐步形成核心概念，進而使生物學(xué)核心素養(yǎng)的達成落到實處。

關(guān)鍵詞：核心素養(yǎng);學(xué)習(xí)進階;重要概念

學(xué)習(xí)進階是學(xué)生學(xué)習(xí)和探究某一主題時所遵循的學(xué)習(xí)路徑，是圍繞核心概念展開一系列由簡單到復(fù)雜、相互關(guān)聯(lián)的概念序列逐級深化的思維方式的描述[1]。普通高中《生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》中明確提出高中生物學(xué)習(xí)應(yīng)重視培養(yǎng)學(xué)科核心素養(yǎng)，強調(diào)教學(xué)聚焦核心概念，關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)進階，這為高中生物重要概念的理解和建構(gòu)提供了良好的契機和啟示[2]。依據(jù)課標(biāo)要求，課前問卷調(diào)查，繪制學(xué)生學(xué)習(xí)“細胞呼吸是ATP的主要來源”這一主題時的概念進階圖，如圖1所示。圖中展示由簡單到復(fù)雜、相互聯(lián)系的概念，各個概念間的邏輯關(guān)系是組織開展教學(xué)的重要線索，因此圍繞核心概念，依據(jù)學(xué)生不同階段應(yīng)該達到的水平要求，展開的一系列由淺入深的教學(xué)內(nèi)容，在深度學(xué)習(xí)“細胞呼吸”的過程中感悟生命觀念，進而實現(xiàn)課程標(biāo)準(zhǔn)-教學(xué)內(nèi)容-教學(xué)評價的一致性[3]。筆者從學(xué)習(xí)進階出發(fā)，以《ATP的主要來源---細胞呼吸》第2課時教學(xué)為例，開展基于學(xué)習(xí)進階的高中生物重要概念的教學(xué)設(shè)計。

一、教材分析和設(shè)計思路

《ATP的主要來源——細胞呼吸》是人教版高中生物必修1第5章第3節(jié)的部分，其包括細胞的有氧呼吸、無氧呼吸、影響細胞呼吸的因素及細胞呼吸原理的應(yīng)用等內(nèi)容。通過本節(jié)課學(xué)習(xí)，學(xué)生明白細胞的生存需要能量和營養(yǎng)物質(zhì)，運用細胞結(jié)構(gòu)與功能的統(tǒng)一、細胞生命活動中物質(zhì)與能量的統(tǒng)一、生物不斷進化發(fā)展等生命觀念分析解釋生產(chǎn)生活問題，注重相關(guān)概念的層級，進而引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建細胞呼吸的知識體系。本節(jié)課的教學(xué)重點是細胞呼吸過程中能量的產(chǎn)生與利用，教學(xué)難點是影響細胞呼吸的因素（包括外因和內(nèi)因），通過分析影響細胞呼吸的環(huán)境因素及生產(chǎn)生活中細胞呼吸原理的應(yīng)用，學(xué)會承擔(dān)關(guān)注健康保護環(huán)境的社會責(zé)任。

本節(jié)課采用“一線三階”教學(xué)模式，以概念為主線，通過問題鏈設(shè)置，借助前概念調(diào)查問卷、勞動體驗、概念模型構(gòu)建等環(huán)節(jié)，關(guān)注學(xué)生的認知發(fā)展與生活經(jīng)驗，創(chuàng)設(shè)真情境激發(fā)真情感（形成次位概念）→問題探討逐步深入（形成重要概念）→聯(lián)系實際拓展應(yīng)用（形成大概念）[4]，以促進三次學(xué)習(xí)進階的達成，如圖2所示。

二、教材目標(biāo)

（1）描述線粒體的結(jié)構(gòu)與有氧呼吸的關(guān)系，說出有氧呼吸過程中物質(zhì)與能量的變化;

（2）比較有氧呼吸與無氧呼吸，從物質(zhì)和能量變化的角度，闡明細胞呼吸的實質(zhì);

（3）探討細胞呼吸原理在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用，學(xué)會承擔(dān)關(guān)注健康保護環(huán)境的社會責(zé)任。

三、教材過程

（一）創(chuàng)設(shè)真情境，激發(fā)真情感

【動一動】創(chuàng)設(shè)真情境，體驗屏息30秒的小活動，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注呼吸健康，樹立環(huán)保意識?；仡櫝踔?年級上冊人體呼吸的相關(guān)知識，分析吸進氧氣排出二氧化碳，那么二氧化碳是怎么產(chǎn)生的？氧氣運輸?shù)郊毎惺裁醋饔茫繛槭裁磩×疫\動呼吸頻率會加快？劇烈運動后肌肉會酸痛？簡單的設(shè)問貼近與同學(xué)們生活的聯(lián)系，厘清呼吸與細胞呼吸的差異，對細胞呼吸有一個總體的認識，能說出細胞呼吸的類型、產(chǎn)物和主要場所，為進一步學(xué)習(xí)細胞呼吸過程中各個階段的場所、反應(yīng)物、生成物和產(chǎn)能情況等做好鋪墊[3]。

（二）問題探討，提出次位概念

【畫一畫】課前給每個小組準(zhǔn)備好線粒體結(jié)構(gòu)圖，嘗試在線粒體的結(jié)構(gòu)圖中標(biāo)注出有氧呼吸和無氧呼吸的具體過程。課堂由小組代表上臺展示，其他組同學(xué)認真傾聽并點評，學(xué)生思維火花被點燃，師生互動生生互動進入小高潮。學(xué)生從細胞結(jié)構(gòu)與功能統(tǒng)一的觀點出發(fā)，描述線粒體的結(jié)構(gòu)與有氧呼吸的相互關(guān)系，分析線粒體被稱為細胞的“動力車間”原因，是如何為生命活動提供能量，建立線粒體的結(jié)構(gòu)特點與有氧呼吸的功能相適應(yīng)觀點。

【想一想】依據(jù)線粒體結(jié)構(gòu)圖和有氧呼吸的過程分析回答下列問題：

（1）為什么這些反應(yīng)會在不同的場所中進行？

（2）C6H12O6、O2分別參與第幾階段反應(yīng)？C6H12O6能否進入線粒體中？為什么？

（3）有氧呼吸方程式兩邊的H2O來源是否一致？產(chǎn)物H2O中O、H元素的來源？

（4）CO2中O元素的來源？科學(xué)家們用什么方法得知氧原子的轉(zhuǎn)移？

（5）三個階段都有能量嗎？產(chǎn)能最多的階段？能量的轉(zhuǎn)換形式？

通過問題鏈設(shè)置，采用圖文結(jié)合的方式，將物質(zhì)和能量變化過程與相應(yīng)步驟在細胞內(nèi)發(fā)生的位置進行對應(yīng)，體現(xiàn)能量供應(yīng)伴隨著物質(zhì)變化的物質(zhì)與能量觀，旨在引導(dǎo)學(xué)生分析總結(jié)有氧呼吸能量利用的特點，關(guān)注學(xué)生的認知發(fā)展與生活經(jīng)驗提出次位概念---有氧呼吸，釋放能量多、轉(zhuǎn)化效率高、能量逐級釋放，進而加深對生命本質(zhì)的理解。

【推一推】依據(jù)上述有氧呼吸過程的分析，自主歸納有氧呼吸的概念，再運用類比方法給無氧呼吸下定義。由此得出：無氧呼吸是指細胞在缺氧的條件下，通過不同酶的催化作用，把葡萄糖等有機物進行不徹底的氧化分解，產(chǎn)生酒精或乳酸等中間產(chǎn)物，釋放少量能量，生成ATP的過程。

（1）無氧呼吸有幾個階段反應(yīng)？無氧呼吸產(chǎn)生的[H]參與哪些階段的反應(yīng)？

（2）無氧呼吸產(chǎn)生的能量來自第幾階段反應(yīng)？未釋放的能量轉(zhuǎn)移到哪？

（3）人體在劇烈運動時能進行無氧呼吸，屬于無氧呼吸的生物嗎？

（4）列舉原核生物因沒有線粒體就也能進行有氧呼吸。

地球早期大氣中沒有氧氣，原核生物體內(nèi)沒有線粒體，說明無氧呼吸是一種古老的呼吸作用形式，在生物進化史上先出現(xiàn)無氧呼吸而后才出現(xiàn)有氧呼吸，認同無氧呼吸的存在對生物來說有重要的意義[5]。推測體內(nèi)骨骼肌保留無氧呼吸的能力，是漫長的生物進化史在人類身上留下的印記，同時對人類進行長跑等劇烈運動時，當(dāng)供氧不足時，骨骼肌細胞可暫時進行無氧呼吸供能，有一定的適應(yīng)意義，進一步拓展學(xué)生對線粒體的認識，有助于生物進化觀的建立。

【比一比】有氧呼吸和無氧呼吸的區(qū)別與聯(lián)系

討論、分析，得出結(jié)論：①無氧呼吸是在無氧條件下進行，釋放少量的能量;②仍有許多微生物只能進行無氧呼吸;③當(dāng)需氧生物處于缺氧狀態(tài)時，無氧呼吸就是有氧呼吸的有效補充。依據(jù)液滴移動圖示判斷不同生物的細胞呼吸方式類型，能設(shè)計簡單實驗判斷細胞呼吸方式[3]，通過對細胞呼吸共性的歸納，有氧呼吸與無氧呼吸的異同比較，培養(yǎng)學(xué)生分析、歸納總結(jié)的能力，進而加深對細胞呼吸意義的理解。

（三）逐步深入，提出重要概念

【說一說】列舉生產(chǎn)生活中細胞呼吸原理的應(yīng)用。

（1）用透氣紗布或“創(chuàng)可貼”包扎傷口（2）釀酒、食醋、味精的生產(chǎn)（3）糧食儲藏和果蔬保鮮（4）提倡慢跑（5）稻田定期排水（6）中耕松土等。嘗試分析農(nóng)田松土給農(nóng)作物的生長、當(dāng)?shù)氐乃帘３旨叭驓夂蜃兣确矫婵赡軒淼挠绊?？如何盡量減少不利影響？

學(xué)生根據(jù)已有的學(xué)習(xí)經(jīng)驗和生活經(jīng)驗，分析生產(chǎn)生活中細胞呼吸原理的應(yīng)用，樹立科學(xué)理論的發(fā)展是與社會實踐相適應(yīng)的觀點，形成細胞生命活動中物質(zhì)與能量的統(tǒng)一觀點，能夠熟練描述有氧呼吸和無氧呼吸每個階段的場所、反應(yīng)物、生成物、產(chǎn)能等情況，分析影響細胞呼吸強度的環(huán)境因素，嘗試應(yīng)用細胞呼吸的原理解釋原因[3]。

【析一析】分析影響細胞呼吸速率的環(huán)境因素及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的應(yīng)用

通過比較有氧呼吸和無氧呼吸的區(qū)別與聯(lián)系，能快速分析影響細胞呼吸強度的環(huán)境因素的常見數(shù)學(xué)模型，了解人工控制細胞呼吸速率的相關(guān)措施，通過引導(dǎo)學(xué)生深度學(xué)習(xí)嘗試對身邊的生產(chǎn)生活現(xiàn)象進行解釋，在履行自己社會責(zé)任的過程中認同細胞呼吸在各項生命活動中至關(guān)重要，更加關(guān)注呼吸健康，形成保護環(huán)境和宣傳健康生活方式的社會責(zé)任，能夠運用化學(xué)反應(yīng)方程式中體現(xiàn)的氣體體積關(guān)系設(shè)計實驗確定細胞的呼吸方式，能夠使用細胞呼吸的基本原理分析各種生活問題，理論聯(lián)系實際學(xué)以致用[3]。

四、教學(xué)反思

回歸生物教學(xué)的初心，抓準(zhǔn)生物課程的科學(xué)性和趣味性，在學(xué)習(xí)進階理論的指導(dǎo)下，在教學(xué)設(shè)計時要抓住課程的核心知識和核心概念，引導(dǎo)學(xué)生在真實情境中展開探究與實踐，選擇有價值的學(xué)習(xí)內(nèi)容，確定核心概念的學(xué)習(xí)進階，診斷核心概念的學(xué)習(xí)難點，不僅能提高教學(xué)水平，學(xué)生的學(xué)習(xí)效果也大大提升，進而達成更優(yōu)的教學(xué)效果。

參考文獻

[1]劉晟，劉恩山.關(guān)注學(xué)生認知發(fā)展和生活經(jīng)驗，教育學(xué)報，2012（8）：82.

[2]張宏佳，李雪峰.高中生物“基因表達”重要概念學(xué)習(xí)進階的構(gòu)建與測量研究，中學(xué)生物教學(xué)，2018（9）：67.

[3]何佳作.“細胞的代謝”主題中的核心概念及其學(xué)習(xí)進階研究，華中師范大學(xué)，2017.

[4]丁奕然.巧用主線教學(xué)建構(gòu)學(xué)習(xí)進階--以中學(xué)生物教學(xué)為例，教育理論與實踐，2016（8）.

[5]人教版高中生物必修1教師教學(xué)用書課后習(xí)題參考答案，網(wǎng)頁，2017：274.

基金項目：福建省教育科學(xué)“十三五”規(guī)劃2019年度常規(guī)課題《基于學(xué)習(xí)進階理論的高中生物核心概念的教學(xué)實踐研究》階段性成果 ，課題編號：2019XB0047