林來紅

摘要以“細胞中的能量通貨——ATP”一節(jié)為例，通過小組討論，利用教材資源，分析相關資料，繪制思維導圖，滲透歸納和概括、批判性思、演繹與推理、嚴謹性思維、構建模型等科學思維。

關鍵詞 科學思維 生物復習 教學策略

中圖分類號G633.91 文獻標志碼B

1問題提出

生物學科是一門自然學科。生物學課程期待學生主動參與學習過程，在親歷提出問題、獲取信息、發(fā)現規(guī)律等過程中習得生物學知識，養(yǎng)成科學思維的習慣。

觀察近幾年的全國卷生物試題會發(fā)現，試題中涉及的知識點大多是教材的主干知識。而考生的失分往往是因為對基本概念和原理理解不深或“懂了”，但表達缺乏準確性、嚴謹性和針對性。由此說明，很多學生的科學思維較欠缺。所以，教師在重視基礎知識的同時，應注意將某些問題進行適當的拓展深入，從而提高學生綜合分析能力和理解能力。在平時復習時，尤其要加強表達能力、推理能力、應用所學知識分析解決問題能力等方面的培養(yǎng)。

2培養(yǎng)科學思維的課堂教學策略

“細胞中的能量通貨——ATP”這節(jié)內容在考試大綱中的要求是：理解ATP在能量代謝中的作用和其他知識之間的聯系和區(qū)別，并能在較復雜的情境中綜合運用其進行分析、判斷、推理和評價。近幾年高考中選擇題和非選擇題均有出現過與ATP知識相關的內容。如2016全國卷I第四題結合神經調節(jié)和有氧呼吸考查了ATP在細胞代謝中的作用;2016年全國卷I非選擇題第29題結合放射性同位素技術和DNA原料的內容，主要圍繞ATP結構與功能考查獲取信息和推理能力;2017年全國卷Ⅱ第29題考查ATP合成過程;2018年全國卷I選擇題第一題結合光合作用考查ATP合成過程。由近幾年的試題分析可知，考查ATP知識點的形式多樣，內容綜合，層次各有不同。故本節(jié)內容可以很好地培養(yǎng)學生的科學思維，即學生的歸納與概括、演繹和推理、模型與建模、批判性思維等能力。

2.1小組討論，培養(yǎng)思維歸納和概括能力

小組討論活動1：ATP的生理作用是直接給細胞生命活動提供能量，是生命活動的直接能源物質。而高中生物中學習過許多與能源物質相關的知識，教師讓學生以小組為單位進行討論并總結生物中出現過與能源物質相關的知識點;然后，某小組代表發(fā)言，其他小組進行補充;最后，教師進行補充完善。根據討論總結及教師完善，學生可得出與能源物質的相關知識有如下：

①細胞生命活動的主要能源物質：葡萄糖。

②生物體的主要能源物質：糖類。

③生物體的儲能物質：脂肪、淀粉（植物）、糖原（動物）。

④生物體的主要儲能物質：脂肪。

⑤生物體的能源物質：糖類、脂肪、蛋白質。

⑥生命活動的直接能源物質：ATP。

⑦生物體能量的根本來源：光能（太陽能）。

小組討論活動2：教師在黑板上展示ATP的結構簡式：A-P～P～P，并標注A為腺苷，然后引導學生以小組為單位相互討論，寫出高中生物中出現A字母的結構式并要標明A所代表的含義。學生的結果如圖1所示。

對“能源物質”及“結構式中A的含義”這兩個知識點，教師可以通過小組討論且總結的教學方法讓學生進行歸納，使整個知識體系組織得更有條理，更好地理解這些內容之間的聯系和區(qū)別。

2.2巧用教材示意圖，培養(yǎng)思維的批判性

教材插圖是生物學教材的重要組成部分，包含生物學概念、生理過程及生物結構組織等。充分重視教材插圖并加以利用，也是教師培養(yǎng)學生科學思維的一個重要手段?！凹毎械哪芰客ㄘ洝狝TP”這節(jié)，從問題探討的螢火蟲發(fā)亮到ATP與ADP相互轉化示意圖再到ATP的利用的例子都有相應的插圖。其中教材中ATP與ADP相互轉化示意圖如圖2所示。

對于ATP與ADP相互轉化，教材中的描述為ATP與ADP的這種物質相互轉化，是時刻不停地發(fā)生且處于動態(tài)平衡之中，ATP轉化為ADP，釋放能量，生成的ADP又可以在一定的條件下轉化為ATP。教師要學生詳細閱讀課本并結合圖2思考兩個問題：①圖2中兩處出現酶，那么這兩處的酶是同一種酶嗎？②ATP與ADP相互轉化的反應過程是否可逆，回答出原因。

僅通過教材中ATP與ADP相互轉化示意圖以及過程描述容易讓學生誤以為ATP與ADP相互轉化的反應過程是可逆的。教師設置以上兩個問題，能讓學生快速明白圖2中左邊為合成酶，右邊為水解酶，因為酶不同，也就是條件不同，所以ATP與ADP相互轉化是不可逆的反應。在此要特別強調反應不可逆，但物質是可循環(huán)利用。然后根據圖中兩處能量相關的生理過程不同，提出吸能和放能反應與ATP合成和水解之間關系，并讓學生對圖2進行進一步完善（即圖3），從而突破對教材插圖淺層的認識。

2.3分析資料，培養(yǎng)演繹與推理能力

演繹推理是指由一般性知識為前提推出特殊性或個別性知識為結論的推理。高考是要選拔人才的一場考試，試題往往會有很多新的信息，學生要根據自己所學的知識去推理新信息所表達的意思。如2016年高考新課標I卷選擇題第二題所提到到的離子泵，有的學生就非常陌生。題干是這樣描述的：離子泵具有ATP水解酶活性，那么則可以由ATP水解酶推出通過離子泵的跨膜運輸需要能量。

針對培養(yǎng)學生演繹與推理能力的科學思維，教師可以展示ATP有關數據和實驗，讓學生根據已學知識分析和回答以下問題：

（1）經測定，正常成年人靜止狀態(tài)下24 h將有40kgATP發(fā)生轉化，而細胞內ADP、ATP的總量僅為2-10mg，為滿足能量供應需要，生物體內解決這一矛盾的合理途經應該是怎樣的？

（2）用³²P標記磷酸加入細胞培養(yǎng)液，短時間內快速分離出細胞內的ATP，結果ATP濃度變化不大，但部分ATP的末端磷酸基卻已帶上了放射性標記，這說明了什么？

（3）ATP作為RNA分子的合成原料，將³²P標記到新合成的RNA分子上，則帶的³²P的磷酸基團應在ATP的哪個位置上（與腺苷連接的磷酸為l號位置，中間為2號，遠離腺苷的為3號）？

2.4概念的外延，培養(yǎng)思維的嚴謹性

ATP是一種高能磷酸化合物，之所以叫高能磷酸化合物，在人教版教材中是這樣描述的：～代表一種特殊的化學鍵，高能磷酸鍵斷裂時，大量的能量會釋放出來，ATP分子中高能磷酸鍵水解時釋放的能量多達30.54 KJ/mol。而高中所學的化學知識中化學鍵的斷裂是需要能量而不釋放能量，所以教材中的描述應該怎樣去理解呢？比較理想的方式是教師引導學生自己上在權威的學術網站去查閱資料找到答案，但是很多學校并沒有這樣的條件，故還是需要教師自身去查閱資料，課堂中給學生講解。

通過查閱資料，得出：ATP的3個磷酸基因都是帶負電荷。相同的電極會相互排斥，這導致它們之間的化學鍵不穩(wěn)定。而ATP水解釋放能量因為該水解反應的生成物比反應物的能量更低，該反應的自由能為負值。

在高中階段，學生學的科目較多，并且思維不夠成熟，因此對很多知識描述得比較簡單或者比較籠統，不夠準確。教師可以適當拓展，讓他們可以更深入思考問題，達到培養(yǎng)他們思維的嚴謹性的目的。

2.5畫思維導圖，構建概念模型

生物學科的知識比較零碎且散亂，復習課中，如果學生能夠將平時學習中各個單元、章節(jié)學到的零散知識有機的組合成自己的知識網絡，則能夠幫助形成系統和邏輯的知識體系，能充分調動二輪復習的積極性和主動性，從而提高復習效率和效果，最終提高生物成績。

學生自己用思維導圖對所學過的內容進行整理、歸納，可以快速建立和完善知識網絡，從整體上把握知識點。但是基于學情分析，學生在思維導圖構建知識體系這方面的能力較弱，所以教師平時要有意識地使用思維導圖，并教導學生如何畫思維導圖。首先要提取提煉“主題”和“次主題”，接著將主題畫中心，周圍畫出次主題，將主題與次主題即主要分支連接起來。如“細胞中的能量通貨——ATP”這節(jié)課的主要內容是：ATP結構，ATP的合成，ATP的水解。根據這三點重要知識，可以構建如圖4所示的知識體系。

因為學生已經進入高三復習，教師可以鼓勵和引導學生將本節(jié)課其他內容都畫入自己的思維導圖中，還可以將之前所學的“降低化學反應活化能的酶”與這一節(jié)內容聯系起來，一并畫到思維導圖里。這樣學生既能鞏固本節(jié)課內容，也能直觀地觀察到知識之間的聯系。

3小結

在“細胞中的能量通貨——ATP”一節(jié)，通過上述小組討論、分析資料、畫思維導圖等環(huán)節(jié)的訓練，教師鼓勵學生敢于質疑，使學生能夠辯證地看問題，批判性地接受知識，學會如何用已學的知識去理解新的信息，并且在新的信息中找到解題的突破點，引導學生發(fā)散式思維、立體思考，訓練學生分析問題的全面性和推理的嚴密性。