分子與細胞模塊細胞代謝的教學研究

1、高中生物必修一“分子與細胞”模塊“細胞的代謝”教學研究【主持人】 陳月艷（北京四中，高級教師） 【嘉 賓】朱正威（北京師范大學，教授，生物特級教師） 張 華（北京教育科學研究院，高級教師） 第一講一、課標中細胞的代謝的教學內容及要求 陳月艷： 我們在第一講的學習中，初步分析了第一模塊的知識體系， 那么細胞的代謝一章具體包括哪些內容？為什么要安排這些知識內容，課標的要求是什么？我們一起來簡要分析一下。 具體內容標準 活動建議 1說明物質進出細胞的方式 說明酶在代謝中的作用 解釋 ATP 在能量代謝中的作用 說明光合作用以及對它的認識過程 研究影響光合作用速率的環(huán)境因素 說明細胞呼吸，探討其原理的

2、應用 通過模擬實驗探究膜的透性 觀察植物細胞的質壁分離和復原 探究影響酶活性的因素 葉綠體色素的提取和分離 探究酵母菌的呼吸方式 專家（朱正威）評議： 細胞代謝既然是活細胞內發(fā)生的一系列化學反應的總稱，其過程的復雜性不言而喻。顯然高中生物課程里只能涉及到細胞內的一些最重要的和最基本的代謝過程。也因為細胞內的化學反應都會有物質和能量的變化，因此關于細胞代謝的核心內容至少要包括以下幾個基本方面：細胞與外界環(huán)境進行物質和能量的交換；細胞代謝過程中的最基本的能量變化、物質變化即光合作用和呼吸作用。 問題1： 我們過去使用的高中生物教材，通常是細胞的結構和功能一章，新陳代謝獨立成章而和細胞的結構和功能獨

3、立分割開來。新教材把細胞的代謝放在分子與細胞模塊中，成為細胞教學內容的一部分，為什么這樣安排呢？ 專家（朱正威）評議： 分子與細胞單元要滲透和貫穿的基本思想之一是“細胞是生命的基本單位”。在學習了細胞的分子組成和細胞的結構之后，學生必須要知道細胞是如何生活的，才能理解細胞的生命活動和生物體的生命活動之間的聯(lián)系，從而理解為什么細胞是生命的基本單位。所以新課標教材的這種知識體系的安排還原了知識之間內在聯(lián)系的本來面目。 也更好地體現(xiàn)了結構與功能的統(tǒng)一。 問題 2 ： 和以往教材相比，為什么沒有植物水鹽代謝和動物的三大類營養(yǎng)物質代謝的內容？ 專家（張華）評議： 本章內容主要是在細胞水平上闡明新陳代謝，

4、在初中學過植物宏觀水平上的水和無機鹽的吸收和作用的基礎上，植物的水分代謝和無機鹽的代謝最核心的問題是細胞對 這些物質的攝入和利用問題 ，這在物質進出細胞的章節(jié)已涵蓋了這些內容，比如細胞的滲透吸水、對無機鹽的主動吸收等；以往教材探討三大類物質的代謝的最重要的目的并不是讓學生記憶復雜的三大類營養(yǎng)物質的轉化過程，而是讓學生認識到細胞內的代謝是復雜的，物質之間是可以相互轉化的。而這個轉化的核心和樞紐就是細胞呼吸，所以細胞呼吸的內容已經(jīng)可以體現(xiàn)出這一點。 歸納起來，這一章的課標內容安排上可以很好地體現(xiàn)以下幾個方面： 體現(xiàn)細胞是生命的基本單位 體現(xiàn)細胞代謝的特點 體現(xiàn)細胞代謝最核心的物質和能量變化 二、細

5、胞的代謝教學目標分析 陳月艷： 通過這一章的這一些內容的學習，應該達到什么目標呢？ 在課標的內容標準中，既列出了課程內容，也用行為動詞列出了學習目標。但是這種目標的陳述還是比較概括和籠統(tǒng)的。教師要在教學中實現(xiàn)這樣相對宏觀的目標，恐怕要明確每一個內容下具體的教學目標。 比如關于 ATP ，課標中的表述是“解釋 ATP 在能量代謝中的作用”，即要說明為什么 ATP 是細胞代謝的能量“通貨”，為了達到這一目標，我認為具體的目標應該包括：說出 ATP 的結構成分及和能量儲存與釋放有關的結構特點、說出動植物體內 ATP 的來源，從而明確 ATP 和光能以及儲能的有機物之間的關系、說明 ATP 與 ADP

6、 之間的轉化條件，舉例說明 ATP 的生理作用（參與的生命活動）。 而對于光合作用的教學，為了達到課標中“說明光合作用以及對它的認識過程、研究影響光合作用速率的環(huán)境因素”的知識目標，具體的知識教學目標可以是： 分析光合作用發(fā)現(xiàn)史中科學家們的相應實驗 ，闡明什么是光合作用 進行葉綠體色素的提取和分離實驗，說出色素的種類和作用 概述光合作用的大體過程，闡明光合作用的實質 分析光、二氧化碳濃度、溫度、礦質元素對光合作用的影響 舉例說出生產(chǎn)上提高光能利用率的措施。 細胞代謝的內容在本模塊和生物學知識體系中非常重要，而且對學生能力的培養(yǎng)也是全方位的。專家（張華）評議能力目標： 科學探究能力：通過科學發(fā)現(xiàn)

7、史的學習（如光合作用發(fā)現(xiàn)史、酶的發(fā)現(xiàn)史）讓學生體會科學研究和科學思維的方法；通過一系列的實驗，如通過模擬實驗探究膜的透性、觀察植物細胞的質壁分離和復原、探究影響酶活性的因素、葉綠體色素的提取和分離、探究酵母菌的呼吸方式等實驗，利用探究學習的方法獲取知識的同時，提高科學研究的能力。 陳月艷： 新陳代謝是生命的基本特征，這一章內容能夠讓學生更好地理解什么是生命，在這一章的學習內容從情感態(tài)度價值觀方面是不是能夠讓學生更好地體會生物學的主題思想呢？ 專家（朱正威）評議： 是的，從學科思想上，尤其以下三個方面應該是教學中應該關注的：（一）“結構與功能相統(tǒng)一”的觀點：“細胞的代謝”教學內容，是在闡明細胞結

8、構的基礎上進一步闡明各種細胞結構的功能。所以，本單元知識能夠很好地體現(xiàn)生物體細胞水平上的結構與功能相適應的特點，是滲透結構與功能相統(tǒng)一的生物學思想的良好素材。如細胞膜結構與其選擇性控制物質進出細胞功能的適應、線粒體、葉綠體內豐富的膜系統(tǒng)與其能量轉換功能的適應、 ATP 和酶的化學結構與功能的適應等。（二）“細胞是一個基本的生命系統(tǒng)”的思想，在細胞結構的教學中，從細胞結構的有序性和和功能的協(xié)調統(tǒng)一方面要滲透系統(tǒng)論的思想 , 而本單元則強調細胞是一個可以不斷地與外界環(huán)境進行物質和能量交換的開放的系統(tǒng)，從而維持其結構的有序性和正常的生命活動。（三）生命的多樣性和統(tǒng)一性認識。三、細胞的代謝教學策略概述

9、 陳月艷： 根據(jù)以上分析，為了能夠更好地實現(xiàn)教學目標，在教學中應該注意哪些問題、采取哪些教學策略呢？ 張華老師： 簡要概括本章教學需要注意的問題 (1)重視初高中知識的銜接，理論聯(lián)系實際 通過初中課程的學習，學生對生物體與外界環(huán)境之間的物質交換及個體水平的代謝有了一定程度的理解。 重視科學史的教學 比如人們真正開始研究和認識光合作用的過程經(jīng)歷了幾百年的歷史，這其中所經(jīng)歷的 步步深入的科學研究過程蘊涵了豐富的科學教育營養(yǎng)，許多尚待解決的未知問題又是激發(fā)學生從事科學研究興趣的有利素材。故標準中要求“說明光合作用的認識過程”，顯然教學中不可避免的是光合作用的發(fā)現(xiàn)史教學。 重視實驗教學 在課標所列 5

10、 個建議活動中，有 3 個內容或者是不同版本教材中實驗的具體方法是過去教材不曾出現(xiàn)的。 通過模擬實驗探究膜的透性、探究影響酶活性的因素、探究酵母菌的呼吸方式。 實驗需要提前準備什么？過程中需要注意哪些問題？實驗教學的程序怎樣？都是教師需要注意的問題。簡介上述實驗教學的準備和組織需要注意的問題：通過模擬實驗探究膜的透性、透吸膜的選擇透性實驗、玉米胚的染色實驗。 物質和能量的變化是本章教學的核心線索 本章教材內容在學習細胞代謝的條件既酶和 ATP 的基礎上，主要通過細胞內最重要和基本的代謝光合作用和呼吸作用來體現(xiàn)細胞內的新陳代謝過程和一般特點，教學中以合成代謝和分解代謝物質和能量的變化為核心線索，

11、讓學生體會細胞代謝的一般規(guī)律。 注重學科間的聯(lián)系 自然科學是一個統(tǒng)一的物質，物理、化學、生物基本思想、基本研究方法、基本內容之間有著密切的聯(lián)系，加強學科間的橫向聯(lián)系，利于學生理解科學的本質、科學的思想方法和統(tǒng)一的科學概念和過程，建立科學的自然觀。而本章內容更多地涉及生物化學的知識也涉及到物理的知識，教師在教學中要注意盡量好地去整合。 注重理論聯(lián)系實際，落實科學、技術、社會相互關系的教育， 比如酶的知識的應用、提高光能利用率的措施、呼吸作用原理的應用等。 四、細胞代謝與能量課例展示和點評整體備課的體現(xiàn) 1引言：以上我們對這一章教材內容和教學目標和教學策略進行了簡單的分析。我們在第一講的內容中強調

12、了整體備課的重要性。對于無論從知識內容還是實驗安排難度相對比較大的細胞代謝一章，尤其重要。 教師的整體備課的思考和結果 也呈現(xiàn)在教師具體的課堂教學中。陳老師，我感覺您的那節(jié)細胞代謝與能量的研究課就體現(xiàn)了對整章教學內容的思考，您介紹以下這一節(jié)課的整體教學設計思路好吧？ 2整體備課時的思考 陳月艷老師教學設計思路 朱老師先生點評：細胞代謝與能量作為細胞代謝的開篇，陳老師的設計力求體現(xiàn)兩個方面：一，體現(xiàn)這一章內容的生物學思想；二是對全章的內容有一個統(tǒng)領作用。 3課例展示和點評 導入課例片段 張華老師點評：教學設計的巧妙：通過簡單的現(xiàn)象、教師的生活場景說明深刻的生物學道理。自然而然的學科思想的滲透。

13、從知識內容上，這一節(jié)課的核心問題是讓學生理解 ATP 為什么是細胞能量的通貨，這既是本節(jié)課的重點也是本節(jié)課的難點，陳老師是如何進行這一部分教學的呢？ “ ATP 是能量通貨”教學片段 張華老師點評： 教學素材和教學設計使教學內容化難為簡，通俗易懂。 整章教學內容的知識體系的構建，為后面的學習打下基礎，在講細胞代謝開篇的教學中，就構建了本章內容的知識網(wǎng)絡。 五、作業(yè)布置 請進行細胞代謝與能量的教學片段設計。 第二講 一、酶與新陳代謝教學案例及點評 1陳月艷老師簡介肖老師的教學程序 2酶與新陳代謝的導入教學錄像片段 朱老師點評：導入比較有特色，有以下特點：簡明、清晰、巧妙、深刻。細胞代謝與體外代謝

14、相比的特點就是溫和條件下的復雜、高效、有序，一章代謝的圖片很能激發(fā)學生的興趣和對生命的贊嘆，這張圖片讓學生體會細胞代謝復雜與有序的基礎上，巧妙的提問了一個問題：除了復雜和有序，你認為體內和體外的化學反應還有什么不同，為什么你感受不到你體內的復雜的化學反應，從而讓學生思考細胞內的代謝為什么復雜、有序、高效，引出酶的課題。 陳月艷： 在這一節(jié)課中，肖老師利用了酶的發(fā)現(xiàn)史讓學生體會酶的概念要素，從而深刻理解了酶的概念。其教學主要流程如下（略）。 教師怎樣利用這些科學史料引導學生認識酶的概念？除了知識內容，教師還想通過科學發(fā)現(xiàn)史滲透什么？ 3酶的科學發(fā)現(xiàn)史教學錄像片段 張華老師點評：教師抓住課堂生成問

15、題，自然而然滲透科學思想教育。 陳月艷： 新課程實施后，我們老師們感到困難的一個方面就是課時不夠用，如何提高課堂教學效率？我們來看看肖老師是如何組織本節(jié)課的實驗教學的？ 4. 酶的特性的探究性實驗教學錄像片段 張華老師點評： 學生實驗設置簡單實效：器材簡單，易操作，能說明問題（土豆）； 學生實驗和教師演示實驗相結合 , 設計突出教學的重點和難點，提高課堂教學效率。對于學生來說，有了鑒定還原性糖實驗的基礎，酶的專一性實驗操作是簡單的，因此教師實驗教學設計的重點不在操作上，通過學生對教師的演示實驗結果的分析，獲得酶的專一性結論的同時，培養(yǎng)學生的實驗設計能力。從錄像片 段里 老師們可以看出，教師對實

16、驗結果的分析和對實驗方案的進一部拓展的引導都是非常簡明而到位的。 陳月艷： 其實，肖老師的這一節(jié)課的教學設計，很多老師都有過類似的方案。但是，我感覺肖老師之所以把這一節(jié)課上得引人入勝，其中一個重要特點是問題的設置巧妙而深刻，能激發(fā)學生深層次的思考。 張華老師： 確實是這樣的，比如細胞代謝為什么能在在溫和條件下高效、有序進行？再比如“酶雖然具有高效性，但是無機催化劑卻能催化多種物質進行化學反應？酶是不是也有這樣的本事呢？試驗得出專一性結論以后，話鋒一轉：你認為酶具有專一性對細胞來說是一件好事還是一件壞事？最后提出的問題也很深刻：你認為酶的活性會受到環(huán)境條件的影響，這對于細胞有意義嗎？ 朱正威先生

17、： 從培養(yǎng)學生的科學素養(yǎng)的角度點評肖老師的一節(jié)課。 二、光合作用教學案例及點評 1引言： 陳月艷： 光合作用生物界最重要的生命活動和化學反應，因而在細胞代謝中占有重要的地位。光合作用也歷來都是教學的重點和難點，新課程對于這部分內容都有了一定的更新和拓展，如何進行這部分內容的教學呢？下面我們以豐臺 12 中游士伶老師的一節(jié)課來共同探討這個問題。 2教學設計和實施過程簡介 陳月艷 ： 簡介游老師的整體課堂教學設計 （ 1 ） 通過簡介海爾蒙特、普利斯特里利、英格豪斯、薩克斯的研究從光合作用原料、產(chǎn)物、條件、場所，回憶什么是光合作用，指出光合作用是一個氧化還原過程，提出問題：氧氣是怎么產(chǎn)生的？二氧化

18、碳是如何被還原的。 （ 2 ） 通過分析類囊體膜的結構利用啟發(fā)式教學講授光反應的過程。 （ 3 ） 利用科學史分析講授碳反應的過程。 （ 4 ）師生共同總結光合作用的過程 3游士伶“光合作用碳反應”的教學及點評 （ 1 ） 陳月艷： 光合作用是細胞葉綠體中發(fā)生的及其復雜的化學反應，而限于高中學生認知水平，教材中的光合作用過程是相對簡化了的。但是，我們要讓學生認識到細胞中的光合作用過程并不是這樣簡單，科學家們認識光合作用的艱辛過程 , 依賴于技術的進步、創(chuàng)造性地實驗研究方法等，而 游士伶 老師的課能讓學生很好地體會這些內容。 （ 2 ） 游老師的教學錄像片段 1 ：研究光合作用碳反應過程的技術與方法 朱正威先生： 主要觀點：如何讓讓