凸显物质与能量观的生物学概念教学设计

摘    要：生命观念是生物学核心素养的标志和关键，而物质与能量观是其重要组成。教师可基于建构主义理论，设计凸显物质与能量观的概念教学思路，引导学生整体学习。在具体教学中，教师可通过创设情境、播放动画、演示实验、开展活动、分析资料、角色扮演等活动，帮助学生初步形成物质与能量观，然后通过制作细胞模型活动，培养学生的建模思维。教师还可采用跨学科的学习方式，帮助学生拓宽视野、增强本领、巩固知识。

关键词：物质与能量观；概念教学；细胞的生活

《义务教育生物学课程标准（2022年版）》（以下简称“《课程标准》”）强调“核心素养为宗旨、内容聚焦大概念”，体现了在概念教学中发展学生核心素养的理念。生物学核心素养的标志和关键是生命观念，而物质与能量观是阐述生物体生命活动需要物质与能量，以及物质与能量之间关系的生命观念［1］。下面，笔者以人教版义务教育教科书《生物学》七年级上册第二单元第一章第四节《细胞的生活》为例，阐述引导学生建构概念、初步形成物质与能量观的策略与教学设计。

一、教材与学情分析

通过该章前三节的学习，学生已经认识到除病毒外，生物体都是由细胞构成的。《细胞的生活》一节意在通过概念的形成帮助学生从物质、能量和信息变化统一的角度，认识细胞这个生物体的基本单位，理解细胞的不同结构共同完成各项生命活动，并为学习光合作用和呼吸作用奠定基础。该节涉及的概念如表1所示。

在知识方面，学生认识细胞的结构，但尚不明确其功能，知道植物能进行光合作用，但不理解能量转换过程；在思维方面，根据皮亚杰的认知发展四阶段理论，七年级学生的思维处于由具体运算阶段向形式运算阶段的过渡时期，仍需要具体的事物来支撑理解，这也是培养学生科学思维和探究能力的重要时期。因此，教师利用丰富的素材，以演示实验和活动将知识形象化和具体化，可引导学生进行类比、分析，促进其对知识的理解和掌握，提高其课堂参与度和学习积极性。

二、教学目标及重难点

依据教材内容、学情及《课程标准》提出的学业要求，该节的教学目标可设计如下。

（1）观察和分析图片、动画、演示实验，说出细胞的生活需要物质与能量、细胞各结构的功能及相互关系，初步形成物质与能量观及结构与功能观（生命观念）。

（2）分析汽车的能量变化，能运用类比和归纳的方法分析生活中的能量变化（科学思维）。

（3）开展按压花生活动以探究细胞中的物质，并通过制作细胞模型培养实践能力（探究实践）。

（4）分析克隆羊多莉的资料，观看克隆猴视频，多角度、辩证地分析问题，关注克隆技术对人类社会的影响（社会责任）。

教学重点：表1中的基本概念。

教学难点：物质是由分子组成的，叶绿体和线粒体是细胞中的能量转换器。

三、设计思路

建构主义强调学习者的积极性和主动性，认为学生是在已有的知识情境下主动加工信息，有意义地建构知识［2］。教师可基于建构主义理论设计概念教学，以学生为主体开展活动，引导学生逐步建构概念，具体设计思路如图1所示。

教师先创设情境提出问题：“细胞需要什么物质？”借助活动1、实验1和实验2帮助学生理解物质是由分子组成的，可分为有机物和无机物。再顺势提问：“物质怎样转变为能量？”借助图片、动画、活动2帮助学生理解细胞膜、叶绿体、线粒体的功能，使学生理解细胞不同结构的功能各不相同。最后提问：“为什么细胞内发生着物质与能量的变化？”借助活动3帮助学生理解细胞核含有遗传信息，控制着生物的遗传和发育，并引导学生联系前两个问题认识细胞不同的结构共同完成各项生命活动，细胞的生活是物质、能量和信息变化的统一，进而制作细胞模型巩固概念。

四、教学设计

该节涉及《课程标准》中的两个次位概念，内容较多，且教材中设计了较多的演示实验和活动，因此教师可设计两个课时进行教学：第1课时帮助学生建构“细胞不同结构的功能各不相同，共同完成细胞的各项生命活动”概念；第2课时帮助学生建构“细胞核是遗传信息库”概念，并巩固、应用第1课时形成的概念。

（一）概念导入，感知物质与能量观

在导入新课时，教师视频展示地震待援画面并提问：“假设你在地震时被困，此时你身边有玉米、鸡蛋、花生、水、咸鱼干这几种食物，但你只能选择一种食物等待救援者到来，你会选哪个？为什么？”根据学生的回答，可引出细胞的生活需要什么物质。

设计意图：以地震情境导入新课，激发学习兴趣，促进学生主动思考，并初步感知物质与能量观。

（二）概念建构，渗透物质与能量观

【环节1】物质可分为有机物和无机物，由分子组成

（1）教师提问：“同学们选择了哪种食物？”“这几种食物包含什么物质？”“说明细胞生活需要什么物质？”在学生说出细胞生活需要水、糖类、蛋白质、无机盐等物质后，教师展示人体呼吸和学生进行核酸检测时的图片，说明细胞生活还需要氧气，且含有核酸，然后组织学生开展活动1，引导学生说出细胞含有脂质。

（2）教师提问：“这些物质可以分为哪两类？”接着，教师演示实验1，提出问题：“小麦种子燃烧的是什么，剩下的灰烬是什么？”学生根据生活经验和书本的提示归纳出物质分为有机物和无机物，并说出二者的特点。

（3）教师提问：“物质由什么组成？”演示实验2并播放动画，引导学生观察现象，得出结论：物质是由分子组成的。

设计意图：建构主义强调教师应当成为学生建构概念的积极帮助者和引导者，重视激发学生的兴趣。在没有引导的情况下，学生很难说出细胞中含有脂质，因此借助用力按压花生后产生的油迹，让学生探究细胞中的物质；演示实验1和实验2能直观地展示变化，利于学生理解“物质是由分子组成的”这一抽象概念，为初步形成物质与能量观奠定基础。

【环节2】细胞膜能够控制物质的进出

教师提问过渡：“所有的物质都能进入细胞吗？”接着，教师播放物质进出细胞的动画，学生观察红、灰、蓝色圆圈（分别代表需要的、无用的、不需要或有害的物质）进入细胞的画面，教师使用“进（有用的物质）、挡（无用的物质）、排（不需要或有害的物质）”三个字，引导学生归纳细胞膜的功能。

设计意图：利用动画直观形象地展示物质进出细胞，利于学生理解细胞膜的功能，并初步建构细胞的结构具有一定功能的概念。

【环节3】叶绿体和线粒体都是细胞中的能量转换器

（1）教师提问过渡：“物质进入细胞后怎样转换为能量？通过什么结构？”然后指导学生阅读教材第52页，并提出问题串：“生物细胞中的哪些物质可以提供能量？”“能量存在的形式有哪些？”“不同形式的能量之间可以转换吗？”学生阅读教材，思考并回答问题。教师开展活动2，组织学生完成10个深蹲，引导学生说出运动时的能量变化。教师联系生活现象“太阳能热水器可以产生热水，点燃蜡烛可以照明并产生热，给汽车加油后可以行驶”，促使学生说出能量具有不同的存在形式而且能相互转换。

（2）教师展示食物、运动、汽车发动机的图片，通过“汽油含有什么能量”“汽油中的化学能如何转换为汽车开动的动能”等问题引导学生将汽车和细胞进行类比，并追问：“食物中有机物所含的化学能通过什么结构转换为细胞生活所需的能量？”学生根据之前所学内容说出线粒体将化学能转换为细胞生活需要的能量。教师展示细胞的能量转换图，引导学生归纳得出：线粒体和叶绿体是细胞中的能量转换器。

设计意图：采用读书指导法、类比法，引导学生联系生活现象进行分析，能提高学生的信息提取和类比推理能力，帮助学生形成并强化物质与能量观，使其逐渐认识到细胞的结构具有一定的功能。

（三）概念总结，凝练物质与能量观

教师再次展示课堂导入时的情境，引导学生说出选择该食物的原因，组织学生画出细胞的结构图，让学生回顾整个学习过程，说出物质在细胞中的能量变化过程，建构“细胞不同结构的功能各不相同，共同完成细胞的各项生命活动”这一概念。

设计意图：利用情境贯穿课堂，以生物学知识为载体，引导学生对生物学概念进行提炼和升华，形成物质与能量观。

（四）概念应用，联系生活

教师出示如下练习题，并根据该节概念教学要达成的目标设置评价标准（如表2所示）。

（1）说出植物细胞的结构及功能。

（2）把菠菜放入冷水中浸泡几分钟，水不会变色；把菠菜放入沸水中煮几分钟，水变成绿色。这是为什么？

（3）医生常给危重病人吸氧、注射葡萄糖溶液，请你解释医生这样做的原因。

设计意图：引导学生分析生活现象，检测学生的学习效果并巩固概念，提高学生的概念迁移和应用能力。

（五）复习导入，巩固物质与能量观

细胞核控制着生物的发育和遗传。教师展示细胞结构图，通过提问引导学生说出细胞的结构与功能，并回忆物质进入细胞后的能量变化，然后追问：“为什么细胞内发生着物质与能量的变化，这是由细胞的什么结构控制的？”教师指导学生分析克隆羊多莉的实验，并请3个学生分别扮演母羊演示实验过程。教师提出问题串：“克隆羊多莉长得像哪只羊？该羊给克隆羊多莉提供了什么结构？”“这说明了细胞核的作用是什么？”“细胞核为什么具有这么重要的功能？”以此引导学生说出细胞核控制着生物的发育和遗传，并讲述DNA上具有指导生物发育的全部信息，使学生认识到细胞的生活是物质、能量和信息变化的统一。

设计意图：角色扮演有助于学生理解克隆技术，提高学生的资料分析和读图能力，理解细胞核具有遗传信息，控制着物质与能量的变化。

（六）观看视频，辩证讨论

辩证看待克隆技术。教师播放《克隆猴中中和华华》《为什么不能克隆人》两个视频，引导学生思考讨论克隆技术对人类社会的影响。

设计意图：通过视频引导学生讨论克隆技术给人类社会带来的影响，传递科技向善的思想，培养学生的辩证思维，使其正确认识科学技术对人类社会的影响。

（七）概念联系，制作模型

教师展示提前准备的黏土、塑料泡沫、木块、纸板、大头针、布、线绳、小木棍等材料，组织学生以小组的形式讨论、确定制作细胞模型所需的材料，分工制作各部分配件完成细胞模型，并根据评价表（如表3所示）进行评分。

设计意图：指导学生运用模型的方式展现细胞的结构，联系上一节所学概念，培养学生的建模思维；采用跨学科的学习方式，帮助学生拓宽视野、增强本领、巩固知识。

综上，在凸显物质与能量观的教学中，教师要利用丰富的素材和演示实验，设计多样的学生活动，帮助学生理解细胞各个结构的功能，初步形成物质与能量观，然后开展模型制作的跨学科实践活动，帮助学生发展实践探究能力，使学生认识生物学与社会的关系。

参考文献：

［1］吴成军.义务教育生物学核心素养的内涵及分析［J］.生物学教学，2022（7）：2-5.

［2］张志亮，王萌，李慧.基于建构主义学习理论基础上的实验教学研究［J］.实验室科学，2022（4）：93-96.