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2013年3月6日 星期三

高中生物呼吸作用的教學與常見錯誤

進行呼吸作用教學時,高中老師們都會面臨一個抉擇點。
到底要教多深?
一般的選擇有幾個:
1.簡單說明物質的分解會放出能量, 轉移至ATP、NADH、FADH2等,最後全部轉為ATP才能讓其他反應使用。
2.說明各階段碳水化合物的碳數變化,以鍵結的斷裂釋能提供ATP、NADH、FADH2等高能分子合成,最後全部轉為ATP才能讓其他反應使用
3.說明個階段各化合物的化學結構變化,以鍵結的形成及斷裂說明能量的轉移及ATP、NADH、FADH2等分子的形成,最後全部轉為ATP才能讓其他反應使用。

在95課綱中,大多高二的學生可以用上面的第二種上法,因為多少有點化合物具有能量的概念。到了高三就可以用第三種了,因為在化學已經學過鍵結的概念了。

可是在99課綱,高一學生就要學習呼吸作用(還有光合作用!),而且才剛剛接觸ATP的概念,要直接用第二種上法實在會有很大的問題。很多老師也許不覺得,但是我認為老師只是沒有花時間去瞭解學生到底在腦袋中形成什麼故事。如果花時間瞭解,就會發現學生其實很模糊。學生也許在選擇題上,可以多做幾次就知道要選哪個答案,但是實際上所認知的故事很可能跟老師的版本是天差地遠呢。

尤其是在之前學ATP跟能量的關係時,可能就具有或形成很多迷思,在光合及呼吸作用這兩個完全關乎能量的單元,當然也就一路錯下去。

如果跟化學老師討論後,各位生物老師你會發現, 原來我們在生物學上使用的一些名詞及動詞都是誤用,而我們要表達的概念卻是需要具有很多默契才能知道的,但學生沒學過生物,沒有我們的默契,所以當然也就會抓不住我們要表達的概念到底重點在哪裡。

99課綱的學生在小時候就不斷地被塞了太多的東西,沒有時間針對所學形成自己的看法與故事,以至於他們現在連形成錯誤故事的能力都沒有了,他們多的是只希望老師告訴他要背什麼,有些用功的小孩也是希望老師能從頭到尾講得很清楚,他才能在心中「留下」一個故事大綱(不是「形成」喔)。

這超可怕的。

我在上這個部分的時候,即使是高三的學生也不一定用到第三種方法,因為其實生物老師的講解,就化學老師看來都是錯誤連篇。講越多就錯越多。

舉例來說,鍵結斷裂需要能量,不會放能。可是在生物的教學上,常常用「碳之間的鍵結斷裂放出能量,使ADP能加上一個磷酸根,形成ATP」來告訴學生。這樣的一句話其實一共描述了好多反應,可是學生卻不知道。當他用化學課所學來理解生物課的內容,是會有很多衝突的,當然最後只好用背的方式來寫考題。

(另外,其實我覺得應該還要提醒呼吸作用所需要的氧氣及所放出的二氧化碳,與循環及呼吸系統的關聯。)

尤其是最近仔細反覆研讀生化課本中的呼吸作用,就發現,即使是第三種方法,其實也都漏了兩個最重要的重點,這兩個重點,在我看來,遠比教授呼吸作用的每一個步驟重要。
1.糖解作用與克氏循環的步驟中,反應物與產物之間的能量關係。
2.這些步驟如何被調控?在前面學習ATP的章節中,常會有考題問學生ATP/ADP的比值如何影響代謝作用,是會促進放能,還是促進需能。而我們在教呼吸作用的時候,若不回到這一點,其實就非常可惜。整個生物學中關鍵的能量主題就會變得零碎。

下面是我在網路上找到有關糖解及克氏循環各階段產物的能量變化。可以看出來的確大多是放能反應。

IMAG0478


IMAG0473 這張圖是我翻了生化課本中,有關各階段的調控點,可以說明細胞中呼吸作用是遵循經濟原則的。


以下是讀書筆記。
黑筆是各階段的總反應,藍筆是細節,紅筆是我覺得重要的地方。少數鉛筆寫的是我自己的想法。有些化學上的名詞我不太瞭解就是了。
像是乙醯輔酶A的形成及alpha-ketoglutarate的分解其實牽涉到三酶系統,酶的排列及作用很有意思,如果真的講到化學結構的變化而沒有講這個真的很可惜。


  IMAG0468IMAG0469IMAG0470IMAG0471IMAG0472IMAG0473

以下是因應學生說不看化學式他們會覺得抽象,所以找來印給他們的。

IMAG0475 IMAG0477


然而我覺得,若真要講仔細一點,不如把時間花在講下面這類圖。
呼吸作用與其他反應的關聯。
IMAG0476

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