2023年12月19日发(作者：)
专题讲座
高中生物必修一“分子与细胞”模块“细胞的代谢”教学研究
【主持人】 陈月艳（北京四中，高级教师）
【嘉 宾】朱正威（北京师范大学，教授，生物特级教师）
张 华（北京教育科学研究院，高级教师）
第一讲
一、课标中《细胞的代谢》的教学内容及要求
陈月艳： 我们在第一讲的学习中，初步分析了第一模块的知识体系， 那么细胞的代谢一章具体包括哪些内容？为什么要安排这些知识内容，课标的要求是什么？我们一起来简要分析一下。
具体内容标准 活动建议
1．说明物质进出细胞的通过模拟实验探究膜方式 的透性
说明酶在代谢中的作用 观察植物细胞的质壁分离和复原
解释 ATP 在能量代谢中的作用 探究影响酶活性的因素
说明光合作用以及对它的认识过程 叶绿体色素的提取和分离
研究影响光合作用速率的环境因素 探究酵母菌的呼吸方式
说明细胞呼吸，探讨其原理的应用
专家（朱正威）评议： 细胞代谢既然是活细胞内发生的一系列化学反应的总称，其过程的复杂性不言而喻。显然高中生物课程里只能涉及到细胞内的一些最重要的和最基本的代谢过程。也因为细胞内的化学反应都会有物质和能量的变化，因此关于细胞代谢的核心内容至少要包括以下几个基本方面：细胞与外界环境进行
物质和能量的交换；细胞代谢过程中的最基本的能量变化、物质变化即光合作用和呼吸作用。
问题1： 我们过去使用的高中生物教材，通常是细胞的结构和功能一章，新陈代谢独立成章而和细胞的结构和功能独立分割开来。新教材把细胞的代谢放在分子与细胞模块中，成为细胞教学内容的一部分，为什么这样安排呢？
专家（朱正威）评议： 《分子与细胞》单元要渗透和贯穿的基本思想之一是“细胞是生命的基本单位”。在学习了细胞的分子组成和细胞的结构之后，学生必须要知道细胞是如何生活的，才能理解细胞的生命活动和生物体的生命活动之间的联系，从而理解为什么细胞是生命的基本单位。所以新课标教材的这种知识体系的安排还原了知识之间内在联系的本来面目。 也更好地体现了结构与功能的统一。
问题 2 ： 和以往教材相比，为什么没有植物水盐代谢和动物的三大类营养物质代谢的内容？
专家（张华）评议： 本章内容主要是在细胞水平上阐明新陈代谢，在初中学过植物宏观水平上的水和无机盐的吸收和作用的基础上，植物的水分代谢和无机盐的代谢最核心的问题是细胞对 这些物质的摄入和利用问题 ，这在物质进出细胞的章节已涵盖了这些内容，比如细胞的渗透吸水、对无机盐的主动吸收等；以往教材探讨三大类物质的代谢的最重要的目的并不是让学生记忆复杂的三大类营养物质的转化过程，而是让学生认识到细胞内的代谢是复杂的，物质之间是可以相互转化的。而这个转化的核心和枢纽就是细胞呼吸，所以细胞呼吸的内容已经可以体现出这一点。
归纳起来，这一章的课标内容安排上可以很好地体现以下几个方面：
体现细胞是生命的基本单位
体现细胞代谢的特点
体现细胞代谢最核心的物质和能量变化
二、《细胞的代谢》教学目标分析
陈月艳： 通过这一章的这一些内容的学习，应该达到什么目标呢？
在课标的内容标准中，既列出了课程内容，也用行为动词列出了学习目标。但是这种目标的陈述还是比较概括和笼统的。教师要在教学中实现这样相对宏观的目标，恐怕要明确每一个内容下具体的教学目标。
比如关于 ATP ，课标中的表述是“解释 ATP 在能量代谢中的作用”，即要说明为什么 ATP 是细胞代谢的能量“通货”，为了达到这一目标，我认为具体的目
标应该包括：说出 ATP 的结构成分及和能量储存与释放有关的结构特点、说出动植物体内 ATP 的来源，从而明确 ATP 和光能以及储能的有机物之间的关系、说明 ATP 与 ADP 之间的转化条件，举例说明 ATP 的生理作用（参与的生命活动）。
而对于光合作用的教学，为了达到课标中“说明光合作用以及对它的认识过程、研究影响光合作用速率的环境因素”的知识目标，具体的知识教学目标可以是：
① 分析光合作用发现史中科学家们的相应实验 ，阐明什么是光合作用
② 进行叶绿体色素的提取和分离实验，说出色素的种类和作用
③ 概述光合作用的大体过程，阐明光合作用的实质
④ 分析光、二氧化碳浓度、温度、矿质元素对光合作用的影响
⑤ 举例说出生产上提高光能利用率的措施。
细胞代谢的内容在本模块和生物学知识体系中非常重要，而且对学生能力的培养也是全方位的。
专家（张华）评议能力目标： 科学探究能力：通过科学发现史的学习（如光合作用发现史、酶的发现史）让学生体会科学研究和科学思维的方法；通过一系列的实验，如通过模拟实验探究膜的透性、观察植物细胞的质壁分离和复原、探究影响酶活性的因素、叶绿体色素的提取和分离、探究酵母菌的呼吸方式等实验，利用探究学习的方法获取知识的同时，提高科学研究的能力。
陈月艳： 新陈代谢是生命的基本特征，这一章内容能够让学生更好地理解什么是生命，在这一章的学习内容从情感态度价值观方面是不是能够让学生更好地体会生物学的主题思想呢？
专家（朱正威）评议： 是的，从学科思想上，尤其以下三个方面应该是教学中应该关注的：（一）“结构与功能相统一”的观点：“细胞的代谢”教学内容，是在阐明细胞结构的基础上进一步阐明各种细胞结构的功能。所以，本单元知识能够很好地体现生物体细胞水平上的结构与功能相适应的特点，是渗透结构与功能相统一的生物学思想的良好素材。如细胞膜结构与其选择性控制物质进出细胞功能的适应、线粒体、叶绿体内丰富的膜系统与其能量转换功能的适应、 ATP 和酶的化学结构与功能的适应等。（二）“细胞是一个基本的生命系统”的思想，在细胞结构的教学中，从细胞结构的有序性和和功能的协调统一方面要渗透系统论的思想 , 而本单元则强调细胞是一个可以不断地与外界环境进行物质和能量交换的开放的系统，从而维持其结构的有序性和正常的生命活动。（三）生命的多样性和统一性认识。
三、《细胞的代谢》教学策略概述
陈月艳： 根据以上分析，为了能够更好地实现教学目标，在教学中应该注意哪些问题、采取哪些教学策略呢？
张华老师： 简要概括本章教学需要注意的问题
(1)重视初高中知识的衔接，理论联系实际
通过初中课程的学习，学生对生物体与外界环境之间的物质交换及个体水平的代谢有了一定程度的理解。
⑵ 重视科学史的教学
比如人们真正开始研究和认识光合作用的过程经历了几百年的历史，这其中所经历的 步步深入的科学研究过程蕴涵了丰富的科学教育营养，许多尚待解决的未知问题又是激发学生从事科学研究兴趣的有利素材。故标准中要求“说明光合作用的认识过程”，显然教学中不可避免的是光合作用的发现史教学。
⑶ 重视实验教学
在课标所列 5 个建议活动中，有 3 个内容或者是不同版本教材中实验的具体方法是过去教材不曾出现的。 通过模拟实验探究膜的透性、探究影响酶活性的因素、探究酵母菌的呼吸方式。
实验需要提前准备什么？过程中需要注意哪些问题？实验教学的程序怎样？都是教师需要注意的问题。简介上述实验教学的准备和组织需要注意的问题：通过模拟实验探究膜的透性、透吸膜的选择透性实验、玉米胚的染色实验。
⑷ 物质和能量的变化是本章教学的核心线索
本章教材内容在学习细胞代谢的条件既酶和 ATP 的基础上，主要通过细胞内最重要和基本的代谢光合作用和呼吸作用来体现细胞内的新陈代谢过程和一般特点，教学中以合成代谢和分解代谢物质和能量的变化为核心线索，让学生体会细胞代谢的一般规律。
⑸ 注重学科间的联系
自然科学是一个统一的物质，物理、化学、生物基本思想、基本研究方法、基本内容之间有着密切的联系，加强学科间的横向联系，利于学生理解科学的本质、科学的思想方法和统一的科学概念和过程，建立科学的自然观。而本章内容更多地涉及生物化学的知识也涉及到物理的知识，教师在教学中要注意尽量好地去整合。
⑹ 注重理论联系实际，落实科学、技术、社会相互关系的教育， 比如酶的知识的应用、提高光能利用率的措施、呼吸作用原理的应用等。
四、《细胞代谢与能量》课例展示和点评——整体备课的体现
1．引言：以上我们对这一章教材内容和教学目标和教学策略进行了简单的分析。我们在第一讲的内容中强调了整体备课的重要性。对于无论从知识内容还是实验安排难度相对比较大的细胞代谢一章，尤其重要。 教师的整体备课的思考和结果 也呈现在教师具体的课堂教学中。陈老师，我感觉您的那节〈细胞代谢与能量〉的研究课就体现了对整章教学内容的思考，您介绍以下这一节课的整体教学设计思路好吧？
2．整体备课时的思考
⑴ 陈月艳老师教学设计思路
⑵ 朱老师先生点评：〈细胞代谢与能量〉作为细胞代谢的开篇，陈老师的设计力求体现两个方面：一，体现这一章内容的生物学思想；二是对全章的内容有一个统领作用。
3．课例展示和点评
⑴ 导入课例片段
张华老师点评：教学设计的巧妙：通过简单的现象、教师的生活场景说明深刻的生物学道理。自然而然的学科思想的渗透。
从知识内容上，这一节课的核心问题是让学生理解 ATP 为什么是细胞能量的通货，这既是本节课的重点也是本节课的难点，陈老师是如何进行这一部分教学的呢？
⑵“ ATP 是能量通货”教学片段
张华老师点评：
教学素材和教学设计使教学内容化难为简，通俗易懂。
整章教学内容的知识体系的构建，为后面的学习打下基础，在讲细胞代谢开篇的教学中，就构建了本章内容的知识网络。
五、作业布置
请进行〈细胞代谢与能量〉的教学片段设计。
第二讲
一、《酶与新陈代谢》教学案例及点评
1．陈月艳老师简介肖老师的教学程序
2．《酶与新陈代谢》的导入教学录像片段
朱老师点评：导入比较有特色，有以下特点：简明、清晰、巧妙、深刻。细胞代谢与体外代谢相比的特点就是温和条件下的复杂、高效、有序，一章代谢的图片很能激发学生的兴趣和对生命的赞叹，这张图片让学生体会细胞代谢复杂与有序的基础上，巧妙的提问了一个问题：除了复杂和有序，你认为体内和体外的化学反应还有什么不同，为什么你感受不到你体内的复杂的化学反应，从而让学生思考细胞内的代谢为什么复杂、有序、高效，引出酶的课题。
陈月艳： 在这一节课中，肖老师利用了酶的发现史让学生体会酶的概念要素，从而深刻理解了酶的概念。其教学主要流程如下（略）。
教师怎样利用这些科学史料引导学生认识酶的概念？除了知识内容，教师还想通过科学发现史渗透什么？
3．酶的科学发现史教学录像片段
张华老师点评：教师抓住课堂生成问题，自然而然渗透科学思想教育。
陈月艳： 新课程实施后，我们老师们感到困难的一个方面就是课时不够用，如何提高课堂教学效率？我们来看看肖老师是如何组织本节课的实验教学的？
4. 酶的特性的探究性实验教学录像片段
张华老师点评：
① 学生实验设置简单实效：器材简单，易操作，能说明问题（土豆）； ② 学生实验和教师演示实验相结合 , 设计突出教学的重点和难点，提高课堂教学效率。对于学生来说，有了鉴定还原性糖实验的基础，酶的专一性实验操作是简单的，因此教师实验教学设计的重点不在操作上，通过学生对教师的演示实验结果的分析，获得酶的专一性结论的同时，培养学生的实验设计能力。从录像片 段里 老师们可以看出，教师对实验结果的分析和对实验方案的进一部拓展的引导都是非常简明而到位的。
陈月艳： 其实，肖老师的这一节课的教学设计，很多老师都有过类似的方案。但是，我感觉肖老师之所以把这一节课上得引人入胜，其中一个重要特点是问题的设置巧妙而深刻，能激发学生深层次的思考。
张华老师： 确实是这样的，比如细胞代谢为什么能在在温和条件下高效、有序进行？再比如“酶虽然具有高效性，但是无机催化剂却能催化多种物质进行化学反应？酶是不是也有这样的本事呢？试验得出专一性结论以后，话锋一转：你认
为酶具有专一性对细胞来说是一件好事还是一件坏事？最后提出的问题也很深刻：你认为酶的活性会受到环境条件的影响，这对于细胞有意义吗？
朱正威先生： 从培养学生的科学素养的角度点评肖老师的一节课。
二、《光合作用》教学案例及点评
1．引言：
陈月艳： 光合作用生物界最重要的生命活动和化学反应，因而在细胞代谢中占有重要的地位。光合作用也历来都是教学的重点和难点，新课程对于这部分内容都有了一定的更新和拓展，如何进行这部分内容的教学呢？下面我们以丰台 12
中游士伶老师的一节课来共同探讨这个问题。
2．教学设计和实施过程简介
陈月艳 ： 简介游老师的整体课堂教学设计
（ 1 ） 通过简介海尔蒙特、普利斯特里利、英格豪斯、萨克斯的研究从光合作用原料、产物、条件、场所，回忆什么是光合作用，指出光合作用是一个氧化还原过程，提出问题：氧气是怎么产生的？二氧化碳是如何被还原的。
（ 2 ） 通过分析类囊体膜的结构利用启发式教学讲授光反应的过程。
（ 3 ） 利用科学史分析讲授碳反应的过程。
（ 4 ）师生共同总结光合作用的过程
3．游士伶“光合作用碳反应”的教学及点评
（ 1 ） 陈月艳： 光合作用是细胞叶绿体中发生的及其复杂的化学反应，而限于高中学生认知水平，教材中的光合作用过程是相对简化了的。但是，我们要让学生认识到细胞中的光合作用过程并不是这样简单，科学家们认识光合作用的艰辛过程 , 依赖于技术的进步、创造性地实验研究方法等，而 游士伶 老师的课能让学生很好地体会这些内容。
（ 2 ） 游老师的教学录像片段 1 ：研究光合作用碳反应过程的技术与方法
朱正威先生：
主要观点：如何让让学生体会技术的进步对于科学成就取得的影响。
（ 3 ） 播放游老师的教学录像片段 2
陈月艳： 这一段教学，通过分析科学家门的研究结果，大体上勾画出了光合作用的碳反应过程。 CO2 如何被同化为有机物的？教师是如何引导学生获取这部分知识的教学的，请看录像。
张华老师： 在教师的引导下，通过分析科学家们的科学研究过程和结果，使学生获取了光合作用碳反应过程的知识，可以看到，在教师的引导下，学生们积极参与到科学家们的研究过程中。
陈月艳： 我们可以看到老师在这部分教学过程中，教师利用了很多科学史的素材。有些教师可能会产生这样的疑惑，这样的一种教学方式，是不是加深了学习的难度、增大了学生的负担呢？
朱正威先生： ① 科学史教学本身的意义 ②本节课的教学设计和实施过程帮助学生理解复杂的代谢过程，应该说起到了化解难点的作用所学的内容 ③ 教师总结重点突出，起到画龙点睛作用。
三、结束语及布置作业
曾听过教育界前辈朱正威先生用南宋理学家朱熹的诗句来形容自己富有生命力的课堂和自己的教学耕耘，“半亩方塘，动静相宜，映天光云影，异彩分层；三尺讲台，舒卷随心，展春华秋实，生机无限。”愿我们的老师以积极的心态应对新课程, 能够在新课程实施的教学实践中, 享受充满生机的课堂教学 , 享受到工作的快乐！
布置作业（选择一道题做答）：
1. 进行“呼吸作用”导入片段的教学设计
2. 提供有关呼吸作用科学发现和研究的一个事例。
