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摘 要：本文从学习进阶出发，通过创设真情境对重要概念中蕴含的核心素养要素进行分析，通过多种教学手段引导学生深入思考，从细胞结构与功能的统一、细胞生命活动中物质与能量的统一、生物不断进化发展等生命观念分析解释生产生活问题，逐步形成核心概念，进而使生物学核心素养的达成落到实处。
关键词：核心素养;学习进阶;重要概念
学习进阶是学生学习和探究某一主题时所遵循的学习路径，是围绕核心概念展开一系列由简单到复杂、相互关联的概念序列逐级深化的思维方式的描述[1]。普通高中《生物学课程标准（2017年版）》中明确提出高中生物学习应重视培养学科核心素养，强调教学聚焦核心概念，关注学生的学习进阶，这为高中生物重要概念的理解和建构提供了良好的契机和启示[2]。依据课标要求，课前问卷调查，绘制学生学习“细胞呼吸是ATP的主要来源”这一主题时的概念进阶图，如图1所示。图中展示由简单到复杂、相互联系的概念，各个概念间的逻辑关系是组织开展教学的重要线索，因此围绕核心概念，依据学生不同阶段应该达到的水平要求，展开的一系列由浅入深的教学内容，在深度学习“细胞呼吸”的过程中感悟生命观念，进而实现课程标准-教学内容-教学评价的一致性[3]。笔者从学习进阶出发，以《ATP的主要来源---细胞呼吸》第2课时教学为例，开展基于学习进阶的高中生物重要概念的教学设计。
一、教材分析和设计思路
《ATP的主要来源——细胞呼吸》是人教版高中生物必修1第5章第3节的部分，其包括细胞的有氧呼吸、无氧呼吸、影响细胞呼吸的因素及细胞呼吸原理的应用等内容。通过本节课学习，学生明白细胞的生存需要能量和营养物质，运用细胞结构与功能的统一、细胞生命活动中物质与能量的统一、生物不断进化发展等生命观念分析解释生产生活问题，注重相关概念的层级，进而引导学生构建细胞呼吸的知识体系。本节课的教学重点是细胞呼吸过程中能量的产生与利用，教学难点是影响细胞呼吸的因素（包括外因和内因），通过分析影响细胞呼吸的环境因素及生产生活中细胞呼吸原理的应用，学会承担关注健康保护环境的社会责任。
本节课采用“一线三阶”教学模式，以概念为主线，通过问题链设置，借助前概念调查问卷、劳动体验、概念模型构建等环节，关注学生的认知发展与生活经验，创设真情境激发真情感（形成次位概念）→问题探讨逐步深入（形成重要概念）→联系实际拓展应用（形成大概念）[4]，以促进三次学习进阶的达成，如图2所示。
二、教材目标
（1）描述线粒体的结构与有氧呼吸的关系，说出有氧呼吸过程中物质与能量的变化;
（2）比较有氧呼吸与无氧呼吸，从物质和能量变化的角度，阐明细胞呼吸的实质;
（3）探讨细胞呼吸原理在生产生活中的应用，学会承担关注健康保护环境的社会责任。
三、教材过程
（一）创设真情境，激发真情感
【动一动】创设真情境，体验屏息30秒的小活动，引导学生关注呼吸健康，树立环保意识。回顾初中8年级上册人体呼吸的相关知识，分析吸进氧气排出二氧化碳，那么二氧化碳是怎么产生的？氧气运输到细胞有什么作用？为什么剧烈运动呼吸频率会加快？剧烈运动后肌肉会酸痛？简单的设问贴近与同学们生活的联系，厘清呼吸与细胞呼吸的差异，对细胞呼吸有一个总体的认识，能说出细胞呼吸的类型、产物和主要场所，为进一步学习细胞呼吸过程中各个阶段的场所、反应物、生成物和产能情况等做好铺垫[3]。
（二）问题探讨，提出次位概念
【画一画】课前给每个小组准备好线粒体结构图，尝试在线粒体的结构图中标注出有氧呼吸和无氧呼吸的具体过程。课堂由小组代表上台展示，其他组同学认真倾听并点评，学生思维火花被点燃，师生互动生生互动进入小高潮。学生从细胞结构与功能统一的观点出发，描述线粒体的结构与有氧呼吸的相互关系，分析线粒体被称为细胞的“动力车间”原因，是如何为生命活动提供能量，建立線粒体的结构特点与有氧呼吸的功能相适应观点。
【想一想】依据线粒体结构图和有氧呼吸的过程分析回答下列问题：
（1）为什么这些反应会在不同的场所中进行？
（2）C6H12O6、O2分别参与第几阶段反应？C6H12O6能否进入线粒体中？为什么？
（3）有氧呼吸方程式两边的H2O来源是否一致？产物H2O中O、H元素的来源？
（4）CO2中O元素的来源？科学家们用什么方法得知氧原子的转移？
（5）三个阶段都有能量吗？产能最多的阶段？能量的转换形式？
通过问题链设置，采用图文结合的方式，将物质和能量变化过程与相应步骤在细胞内发生的位置进行对应，体现能量供应伴随着物质变化的物质与能量观，旨在引导学生分析总结有氧呼吸能量利用的特点，关注学生的认知发展与生活经验提出次位概念---有氧呼吸，释放能量多、转化效率高、能量逐级释放，进而加深对生命本质的理解。
【推一推】依据上述有氧呼吸过程的分析，自主归纳有氧呼吸的概念，再运用类比方法给无氧呼吸下定义。由此得出：无氧呼吸是指细胞在缺氧的条件下，通过不同酶的催化作用，把葡萄糖等有机物进行不彻底的氧化分解，产生酒精或乳酸等中间产物，释放少量能量，生成ATP的过程。
（1）无氧呼吸有几个阶段反应？无氧呼吸产生的[H]参与哪些阶段的反应？
（2）无氧呼吸产生的能量来自第几阶段反应？未释放的能量转移到哪？
（3）人体在剧烈运动时能进行无氧呼吸，属于无氧呼吸的生物吗？
（4）列举原核生物因没有线粒体就也能进行有氧呼吸。
地球早期大气中没有氧气，原核生物体内没有线粒体，说明无氧呼吸是一种古老的呼吸作用形式，在生物进化史上先出现无氧呼吸而后才出现有氧呼吸，认同无氧呼吸的存在对生物来说有重要的意义[5]。推测体内骨骼肌保留无氧呼吸的能力，是漫长的生物进化史在人类身上留下的印记，同时对人类进行长跑等剧烈运动时，当供氧不足时，骨骼肌细胞可暂时进行无氧呼吸供能，有一定的适应意义，进一步拓展学生对线粒体的认识，有助于生物进化观的建立。 【比一比】有氧呼吸和無氧呼吸的区别与联系
讨论、分析，得出结论：①无氧呼吸是在无氧条件下进行，释放少量的能量;②仍有许多微生物只能进行无氧呼吸;③当需氧生物处于缺氧状态时，无氧呼吸就是有氧呼吸的有效补充。依据液滴移动图示判断不同生物的细胞呼吸方式类型，能设计简单实验判断细胞呼吸方式[3]，通过对细胞呼吸共性的归纳，有氧呼吸与无氧呼吸的异同比较，培养学生分析、归纳总结的能力，进而加深对细胞呼吸意义的理解。
（三）逐步深入，提出重要概念
【说一说】列举生产生活中细胞呼吸原理的应用。
（1）用透气纱布或“创可贴”包扎伤口（2）酿酒、食醋、味精的生产（3）粮食储藏和果蔬保鲜（4）提倡慢跑（5）稻田定期排水（6）中耕松土等。尝试分析农田松土给农作物的生长、当地的水土保持及全球气候变暖等方面可能带来的影响？如何尽量减少不利影响？
学生根据已有的学习经验和生活经验，分析生产生活中细胞呼吸原理的应用，树立科学理论的发展是与社会实践相适应的观点，形成细胞生命活动中物质与能量的统一观点，能够熟练描述有氧呼吸和无氧呼吸每个阶段的场所、反应物、生成物、产能等情况，分析影响细胞呼吸强度的环境因素，尝试应用细胞呼吸的原理解释原因[3]。
【析一析】分析影响细胞呼吸速率的环境因素及农业生产上的应用
通过比较有氧呼吸和无氧呼吸的区别与联系，能快速分析影响细胞呼吸强度的环境因素的常见数学模型，了解人工控制细胞呼吸速率的相关措施，通过引导学生深度学习尝试对身边的生产生活现象进行解释，在履行自己社会责任的过程中认同细胞呼吸在各项生命活动中至关重要，更加关注呼吸健康，形成保护环境和宣传健康生活方式的社会责任，能够运用化学反应方程式中体现的气体体积关系设计实验确定细胞的呼吸方式，能够使用细胞呼吸的基本原理分析各种生活问题，理论联系实际学以致用[3]。
四、教学反思
回归生物教学的初心，抓准生物课程的科学性和趣味性，在学习进阶理论的指导下，在教学设计时要抓住课程的核心知识和核心概念，引导学生在真实情境中展开探究与实践，选择有价值的学习内容，确定核心概念的学习进阶，诊断核心概念的学习难点，不仅能提高教学水平，学生的学习效果也大大提升，进而达成更优的教学效果。
参考文献
[1]刘晟，刘恩山.关注学生认知发展和生活经验，教育学报，2012（8）：82.
[2]张宏佳，李雪峰.高中生物“基因表达”重要概念学习进阶的构建与测量研究，中学生物教学，2018（9）：67.
[3]何佳作.“细胞的代谢”主题中的核心概念及其学习进阶研究，华中师范大学，2017.
[4]丁奕然.巧用主线教学建构学习进阶--以中学生物教学为例，教育理论与实践，2016（8）.
[5]人教版高中生物必修1教师教学用书课后习题参考答案，网页，2017：274.
基金项目：福建省教育科学“十三五”规划2019年度常规课题《基于学习进阶理论的高中生物核心概念的教学实践研究》阶段性成果 ，课题编号：2019XB0047
关键词：核心素养;学习进阶;重要概念
学习进阶是学生学习和探究某一主题时所遵循的学习路径，是围绕核心概念展开一系列由简单到复杂、相互关联的概念序列逐级深化的思维方式的描述[1]。普通高中《生物学课程标准（2017年版）》中明确提出高中生物学习应重视培养学科核心素养，强调教学聚焦核心概念，关注学生的学习进阶，这为高中生物重要概念的理解和建构提供了良好的契机和启示[2]。依据课标要求，课前问卷调查，绘制学生学习“细胞呼吸是ATP的主要来源”这一主题时的概念进阶图，如图1所示。图中展示由简单到复杂、相互联系的概念，各个概念间的逻辑关系是组织开展教学的重要线索，因此围绕核心概念，依据学生不同阶段应该达到的水平要求，展开的一系列由浅入深的教学内容，在深度学习“细胞呼吸”的过程中感悟生命观念，进而实现课程标准-教学内容-教学评价的一致性[3]。笔者从学习进阶出发，以《ATP的主要来源---细胞呼吸》第2课时教学为例，开展基于学习进阶的高中生物重要概念的教学设计。
一、教材分析和设计思路
《ATP的主要来源——细胞呼吸》是人教版高中生物必修1第5章第3节的部分，其包括细胞的有氧呼吸、无氧呼吸、影响细胞呼吸的因素及细胞呼吸原理的应用等内容。通过本节课学习，学生明白细胞的生存需要能量和营养物质，运用细胞结构与功能的统一、细胞生命活动中物质与能量的统一、生物不断进化发展等生命观念分析解释生产生活问题，注重相关概念的层级，进而引导学生构建细胞呼吸的知识体系。本节课的教学重点是细胞呼吸过程中能量的产生与利用，教学难点是影响细胞呼吸的因素（包括外因和内因），通过分析影响细胞呼吸的环境因素及生产生活中细胞呼吸原理的应用，学会承担关注健康保护环境的社会责任。
本节课采用“一线三阶”教学模式，以概念为主线，通过问题链设置，借助前概念调查问卷、劳动体验、概念模型构建等环节，关注学生的认知发展与生活经验，创设真情境激发真情感（形成次位概念）→问题探讨逐步深入（形成重要概念）→联系实际拓展应用（形成大概念）[4]，以促进三次学习进阶的达成，如图2所示。
二、教材目标
（1）描述线粒体的结构与有氧呼吸的关系，说出有氧呼吸过程中物质与能量的变化;
（2）比较有氧呼吸与无氧呼吸，从物质和能量变化的角度，阐明细胞呼吸的实质;
（3）探讨细胞呼吸原理在生产生活中的应用，学会承担关注健康保护环境的社会责任。
三、教材过程
（一）创设真情境，激发真情感
【动一动】创设真情境，体验屏息30秒的小活动，引导学生关注呼吸健康，树立环保意识。回顾初中8年级上册人体呼吸的相关知识，分析吸进氧气排出二氧化碳，那么二氧化碳是怎么产生的？氧气运输到细胞有什么作用？为什么剧烈运动呼吸频率会加快？剧烈运动后肌肉会酸痛？简单的设问贴近与同学们生活的联系，厘清呼吸与细胞呼吸的差异，对细胞呼吸有一个总体的认识，能说出细胞呼吸的类型、产物和主要场所，为进一步学习细胞呼吸过程中各个阶段的场所、反应物、生成物和产能情况等做好铺垫[3]。
（二）问题探讨，提出次位概念
【画一画】课前给每个小组准备好线粒体结构图，尝试在线粒体的结构图中标注出有氧呼吸和无氧呼吸的具体过程。课堂由小组代表上台展示，其他组同学认真倾听并点评，学生思维火花被点燃，师生互动生生互动进入小高潮。学生从细胞结构与功能统一的观点出发，描述线粒体的结构与有氧呼吸的相互关系，分析线粒体被称为细胞的“动力车间”原因，是如何为生命活动提供能量，建立線粒体的结构特点与有氧呼吸的功能相适应观点。
【想一想】依据线粒体结构图和有氧呼吸的过程分析回答下列问题：
（1）为什么这些反应会在不同的场所中进行？
（2）C6H12O6、O2分别参与第几阶段反应？C6H12O6能否进入线粒体中？为什么？
（3）有氧呼吸方程式两边的H2O来源是否一致？产物H2O中O、H元素的来源？
（4）CO2中O元素的来源？科学家们用什么方法得知氧原子的转移？
（5）三个阶段都有能量吗？产能最多的阶段？能量的转换形式？
通过问题链设置，采用图文结合的方式，将物质和能量变化过程与相应步骤在细胞内发生的位置进行对应，体现能量供应伴随着物质变化的物质与能量观，旨在引导学生分析总结有氧呼吸能量利用的特点，关注学生的认知发展与生活经验提出次位概念---有氧呼吸，释放能量多、转化效率高、能量逐级释放，进而加深对生命本质的理解。
【推一推】依据上述有氧呼吸过程的分析，自主归纳有氧呼吸的概念，再运用类比方法给无氧呼吸下定义。由此得出：无氧呼吸是指细胞在缺氧的条件下，通过不同酶的催化作用，把葡萄糖等有机物进行不彻底的氧化分解，产生酒精或乳酸等中间产物，释放少量能量，生成ATP的过程。
（1）无氧呼吸有几个阶段反应？无氧呼吸产生的[H]参与哪些阶段的反应？
（2）无氧呼吸产生的能量来自第几阶段反应？未释放的能量转移到哪？
（3）人体在剧烈运动时能进行无氧呼吸，属于无氧呼吸的生物吗？
（4）列举原核生物因没有线粒体就也能进行有氧呼吸。
地球早期大气中没有氧气，原核生物体内没有线粒体，说明无氧呼吸是一种古老的呼吸作用形式，在生物进化史上先出现无氧呼吸而后才出现有氧呼吸，认同无氧呼吸的存在对生物来说有重要的意义[5]。推测体内骨骼肌保留无氧呼吸的能力，是漫长的生物进化史在人类身上留下的印记，同时对人类进行长跑等剧烈运动时，当供氧不足时，骨骼肌细胞可暂时进行无氧呼吸供能，有一定的适应意义，进一步拓展学生对线粒体的认识，有助于生物进化观的建立。 【比一比】有氧呼吸和無氧呼吸的区别与联系
讨论、分析，得出结论：①无氧呼吸是在无氧条件下进行，释放少量的能量;②仍有许多微生物只能进行无氧呼吸;③当需氧生物处于缺氧状态时，无氧呼吸就是有氧呼吸的有效补充。依据液滴移动图示判断不同生物的细胞呼吸方式类型，能设计简单实验判断细胞呼吸方式[3]，通过对细胞呼吸共性的归纳，有氧呼吸与无氧呼吸的异同比较，培养学生分析、归纳总结的能力，进而加深对细胞呼吸意义的理解。
（三）逐步深入，提出重要概念
【说一说】列举生产生活中细胞呼吸原理的应用。
（1）用透气纱布或“创可贴”包扎伤口（2）酿酒、食醋、味精的生产（3）粮食储藏和果蔬保鲜（4）提倡慢跑（5）稻田定期排水（6）中耕松土等。尝试分析农田松土给农作物的生长、当地的水土保持及全球气候变暖等方面可能带来的影响？如何尽量减少不利影响？
学生根据已有的学习经验和生活经验，分析生产生活中细胞呼吸原理的应用，树立科学理论的发展是与社会实践相适应的观点，形成细胞生命活动中物质与能量的统一观点，能够熟练描述有氧呼吸和无氧呼吸每个阶段的场所、反应物、生成物、产能等情况，分析影响细胞呼吸强度的环境因素，尝试应用细胞呼吸的原理解释原因[3]。
【析一析】分析影响细胞呼吸速率的环境因素及农业生产上的应用
通过比较有氧呼吸和无氧呼吸的区别与联系，能快速分析影响细胞呼吸强度的环境因素的常见数学模型，了解人工控制细胞呼吸速率的相关措施，通过引导学生深度学习尝试对身边的生产生活现象进行解释，在履行自己社会责任的过程中认同细胞呼吸在各项生命活动中至关重要，更加关注呼吸健康，形成保护环境和宣传健康生活方式的社会责任，能够运用化学反应方程式中体现的气体体积关系设计实验确定细胞的呼吸方式，能够使用细胞呼吸的基本原理分析各种生活问题，理论联系实际学以致用[3]。
四、教学反思
回归生物教学的初心，抓准生物课程的科学性和趣味性，在学习进阶理论的指导下，在教学设计时要抓住课程的核心知识和核心概念，引导学生在真实情境中展开探究与实践，选择有价值的学习内容，确定核心概念的学习进阶，诊断核心概念的学习难点，不仅能提高教学水平，学生的学习效果也大大提升，进而达成更优的教学效果。
参考文献
[1]刘晟，刘恩山.关注学生认知发展和生活经验，教育学报，2012（8）：82.
[2]张宏佳，李雪峰.高中生物“基因表达”重要概念学习进阶的构建与测量研究，中学生物教学，2018（9）：67.
[3]何佳作.“细胞的代谢”主题中的核心概念及其学习进阶研究，华中师范大学，2017.
[4]丁奕然.巧用主线教学建构学习进阶--以中学生物教学为例，教育理论与实践，2016（8）.
[5]人教版高中生物必修1教师教学用书课后习题参考答案，网页，2017：274.
基金项目：福建省教育科学“十三五”规划2019年度常规课题《基于学习进阶理论的高中生物核心概念的教学实践研究》阶段性成果 ，课题编号：2019XB0047