基于生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的概念教學(xué)實(shí)踐

潘明鳳

摘要以落實(shí)生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)為目標(biāo)，采用本?！?+1”教學(xué)策略進(jìn)行“光合作用的過(guò)程”一節(jié)概念教學(xué)。教學(xué)中以科學(xué)家發(fā)現(xiàn)光合作用過(guò)程的真實(shí)實(shí)驗(yàn)材料為素材，組織以探究為特點(diǎn)的主動(dòng)學(xué)習(xí)，基于學(xué)生對(duì)資料的分析與探究、抽象與概括，幫助學(xué)生分析物質(zhì)和能量變化，概念建構(gòu)光反應(yīng)和暗反應(yīng)過(guò)程，并以此來(lái)建構(gòu)“光合作用過(guò)程”這一核心概念。以期為實(shí)現(xiàn)立德樹人根本任務(wù)的高中生物課堂的創(chuàng)建提供參考。

關(guān)鍵詞 核心素養(yǎng) 概念教學(xué) “3+1”策略 光合作用 教學(xué)設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)G633.91 文獻(xiàn)標(biāo)志碼B

生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)包括生命觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究和社會(huì)責(zé)任。生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)是學(xué)生在生物課程學(xué)習(xí)過(guò)程中逐漸發(fā)展起來(lái)的，在解決真實(shí)情境中的實(shí)際問(wèn)題時(shí)所表現(xiàn)出來(lái)的價(jià)值觀念、必備品格與關(guān)鍵能力，是學(xué)生知識(shí)、能力、情感態(tài)度與價(jià)值觀的綜合體現(xiàn)。

生物學(xué)概念教學(xué)以幫助學(xué)生糾正前概念，消除錯(cuò)誤概念，建立科學(xué)概念為根本任務(wù)?！镀胀ǜ咧猩飳W(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》內(nèi)容要求部分羅列了各模塊的大概念和重要概念，形成了生物課程的內(nèi)容框架。“基于生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的概念教學(xué)實(shí)施是落實(shí)生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的關(guān)鍵，會(huì)直接影響核心素養(yǎng)中科學(xué)思維、科學(xué)探究的落實(shí)，也會(huì)間接影響生命觀念和社會(huì)責(zé)任的達(dá)成”。

基于此，筆者以人教2003版高中生物教材《必修I·分子與細(xì)胞》中“光合作用的過(guò)程”一節(jié)為例，以落實(shí)學(xué)科核心素養(yǎng)為目標(biāo)，結(jié)合本?！?+1”教學(xué)策略，通過(guò)概念教學(xué)實(shí)踐，引導(dǎo)學(xué)生建立光合作用的過(guò)程。以期為創(chuàng)建以立德樹人為根本任務(wù)的高效課堂提供參考。

1教學(xué)設(shè)計(jì)背景

1.1教材分析

光反應(yīng)、暗反應(yīng)的過(guò)程以及二者之間的關(guān)系是本節(jié)要解決的重要概念。教材中通過(guò)簡(jiǎn)單文字和圖解對(duì)光合作用的總表達(dá)式以及光反應(yīng)和暗反應(yīng)過(guò)程進(jìn)行闡述，并只用一句話概括兩者的關(guān)系。學(xué)生對(duì)于這些抽象概念很難真正理解?；诮滩膬?nèi)容，確定本節(jié)課的大概念和重要概念如下。

大概念：植物細(xì)胞的葉綠體從太陽(yáng)光中捕獲能量，這些能量在二氧化碳和水轉(zhuǎn)變?yōu)樘桥c氧氣的過(guò)程中，轉(zhuǎn)換并儲(chǔ)存為糖分子中的化學(xué)能。

重要概念1：光反應(yīng)階段，在類囊體膜上進(jìn)行，色素吸收的光能，將水分解成氧氣和[H]，同時(shí)促成ADP和Pi形成ATP，實(shí)現(xiàn)將光能轉(zhuǎn)化為ATP中活躍的化學(xué)能。

重要概念2：暗反應(yīng)階段，在葉綠體基質(zhì)中進(jìn)行，固定C02，利用光反應(yīng)生成的[H]和ATP，還原C₃，生成（CH₂O），實(shí)現(xiàn)將ATP中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為（CH₂O）中穩(wěn)定的化學(xué)能。

1.2學(xué)情分析

學(xué)生在初中階段已經(jīng)學(xué)習(xí)過(guò)光合作用的相關(guān)知識(shí)，對(duì)光合作用有一定的了解。通過(guò)前面內(nèi)容的學(xué)習(xí)，學(xué)生對(duì)捕獲光能的色素和結(jié)構(gòu)、光合作用的探究歷程等都有了基本的掌握。高中學(xué)生已經(jīng)具備一定的邏輯思維能力和認(rèn)知能力，對(duì)未知事物的探究表現(xiàn)出了強(qiáng)烈的好奇心。教材中對(duì)光合作用過(guò)程的描述比較簡(jiǎn)要，但學(xué)生對(duì)于這些抽象概念的理解還是有一定難度。因此，教師引導(dǎo)學(xué)生分析史料，充分理解光合作用是如何發(fā)生的，深化學(xué)生對(duì)光合作用概念的理解，為光合作用原理應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

2教學(xué)目標(biāo)

①能從細(xì)胞水平認(rèn)識(shí)葉綠體的結(jié)構(gòu)和功能是相適應(yīng)的，具有物質(zhì)和能量觀，理解光合作用這一過(guò)程所包含的物質(zhì)和能量變化;

②能夠認(rèn)識(shí)到光反應(yīng)和暗反應(yīng)的過(guò)程以及二者之間的聯(lián)系都是基于科學(xué)事實(shí)論證形成的;能夠以特定的實(shí)驗(yàn)事實(shí)為基礎(chǔ)，形成光反應(yīng)和暗反應(yīng)的重要概念，并用文字或圖示的形式表達(dá);

③基于所給材料實(shí)驗(yàn)結(jié)果的自主分析，完成小組學(xué)習(xí)中的主動(dòng)合作探究，并能與他人交流結(jié)果。

④認(rèn)識(shí)到光合作用的重要性，養(yǎng)成愛護(hù)綠色植物的環(huán)保意識(shí)。

3教學(xué)重難點(diǎn)

重點(diǎn)：光反應(yīng)和暗反應(yīng)的過(guò)程，二者之間的關(guān)系。

難點(diǎn)：光反應(yīng)和暗反應(yīng)之間的關(guān)系，建構(gòu)概念。

4教學(xué)策略

采用本?！?+1”教學(xué)策略進(jìn)行概念教學(xué)，落實(shí)生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。以科學(xué)家發(fā)現(xiàn)光合作用過(guò)程的真實(shí)實(shí)驗(yàn)材料為素材，組織以探究為特點(diǎn)的主動(dòng)學(xué)習(xí)，基于學(xué)生對(duì)資料的分析與探究、抽象與概括，幫助學(xué)生分析物質(zhì)和能量變化，建構(gòu)光反應(yīng)和暗反應(yīng)過(guò)程的概念，并以此來(lái)建構(gòu)光合作用的總框架圖解。這樣既能有效地提高教學(xué)效益，也有助于學(xué)生對(duì)光反應(yīng)和暗反應(yīng)的關(guān)系的深入理解和拓展遷移。

5教學(xué)過(guò)程

5.1新課導(dǎo)入

教師播放關(guān)于袁隆平教授團(tuán)隊(duì)培育的超級(jí)雜交水稻（湘兩優(yōu)）創(chuàng)造水稻單產(chǎn)畝產(chǎn)的最高紀(jì)錄并獲得2018未來(lái)科學(xué)大獎(jiǎng)的新聞。教師強(qiáng)調(diào)光合作用的重要作用，提出問(wèn)題：光合作用的總反應(yīng)式是什么？學(xué)生回答后，教師強(qiáng)調(diào)：光合作用的過(guò)程是十分復(fù)雜的，包括一系列化學(xué)反應(yīng)。那么，植物葉綠體中是如何實(shí)現(xiàn)上述變化的？這就是本節(jié)課的學(xué)習(xí)課題——探究光合作用的過(guò)程。

5.2自主學(xué)習(xí)

教師提供資料，由學(xué)生自主學(xué)習(xí)。

資料l：1937年，英國(guó)植物學(xué)家羅伯特希爾（Hill）做了這樣一個(gè)實(shí)驗(yàn)：從綠色植物的葉肉細(xì)胞中分離出葉綠體制成懸浮液，發(fā)現(xiàn)在適宜的條件下給以光照，離體的葉綠體在沒(méi)有C02存在的條件下，放出了唯一的氣體——O₂。

資料2：魯賓和卡門實(shí)驗(yàn)。

資料3：1937年，科學(xué)家羅伯特希爾做了一個(gè)實(shí)驗(yàn)：若將離體的葉綠體的懸浮液置于抽去真空的密閉容器內(nèi)，該容器內(nèi)含有草酸鐵（Fe³⁺），給以光照，發(fā)現(xiàn)除了放出O₂外，容器內(nèi)還生成了草酸亞鐵（Fe²⁺）。

資料4：1954年，美國(guó)科學(xué)家阿爾農(nóng)用離體的葉綠體做實(shí)驗(yàn)，同樣無(wú)CO₂，給予光照時(shí)，當(dāng)向反應(yīng)體系中供給ADP，I）i和輔酶Ⅱ（NADP+）時(shí)，發(fā)現(xiàn)除生成O₂外，會(huì)有ATP和還原型輔酶Ⅱ（NADPH）產(chǎn)生。

資料5：阿爾農(nóng)用離體的葉綠體做實(shí)驗(yàn)，在黑暗條件下，只要給分離的葉綠體提供ATP和[H]，葉綠體就能將C02轉(zhuǎn)化為糖類等有機(jī)物，同時(shí)ATP和[H]含量急劇下降。

資料6：美國(guó)科學(xué)家卡爾文以小球藻為實(shí)驗(yàn)材料，向反應(yīng)體系里充入一定量的CO₂，一定時(shí)間，將小球藻迅速殺死，用放射自顯影技術(shù)追蹤被CO₂標(biāo)記的產(chǎn)物。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：光照幾分之一秒后，90%放射性集中出現(xiàn)在一種三碳化合物（C₃）中;5 s的時(shí)候，放射性則集中出現(xiàn)在葡萄糖和一種五碳化合物（C₅）中。

5.3點(diǎn)撥歸納

學(xué)生結(jié)合資料1～4進(jìn)行光反應(yīng)階段的概念建構(gòu)，小組討論，教師點(diǎn)撥完善。接著，學(xué)生結(jié)合資料5～6進(jìn)行暗反應(yīng)階段的概念建構(gòu)，并化學(xué)式及箭頭簡(jiǎn)單表示C的轉(zhuǎn)移途徑。

教師展示資料7：當(dāng)卡爾文突然停止光照，CO₂供應(yīng)正常，發(fā)現(xiàn)短時(shí)間內(nèi)C₃積累，C₅濃度下降;而突然降低CO₂的供給時(shí)，發(fā)現(xiàn)C₅會(huì)積累。

教師設(shè)置問(wèn)題串，引導(dǎo)學(xué)生完善暗反應(yīng)階段概念的建構(gòu)：

①條件突然改變時(shí)，c₃和c₅含量的變化是否存在矛盾？

②若有矛盾，你認(rèn)為可以采取哪些措施解決此矛盾？

③根據(jù)短期內(nèi)c₃、c₅含量的變化，結(jié)合物質(zhì)的來(lái)源和去路兩個(gè)角度，推理[H]、ATP一起參與了哪個(gè)階段反應(yīng)？

教師引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合以上探究完成光合作用總過(guò)程圖解（圖1），理解光合作用的實(shí)質(zhì)和意義。

5.4拓展延伸

學(xué)生合作完成各物質(zhì)變化規(guī)律表（表1），進(jìn)一步理解光反應(yīng)和暗反應(yīng)之間相互制約的關(guān)系。

5.5自檢互評(píng)

學(xué)生完成代表性的相關(guān)練習(xí)，強(qiáng)化生命觀念，訓(xùn)練思維能力。

6教學(xué)反思

本節(jié)課以光反應(yīng)和暗反應(yīng)的過(guò)程以及二者的關(guān)系為重點(diǎn)。以往的教學(xué)中，大多數(shù)教師是以教材上內(nèi)容為載體，學(xué)生閱讀了解，然后教師分步詳細(xì)講解展示。學(xué)生通常都是在教師的講解后，在理解的基礎(chǔ)上將光反應(yīng)和暗反應(yīng)的過(guò)程以及兩者的聯(lián)系背下來(lái)，無(wú)法達(dá)成對(duì)科學(xué)思維和科學(xué)探究能力的培養(yǎng)和提升。顯然，生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的落實(shí)便成了一句空話。因此，教師應(yīng)改變以往的固化的教學(xué)模式，大膽創(chuàng)新，以科學(xué)家發(fā)現(xiàn)光合作用過(guò)程的實(shí)驗(yàn)史料為載體，組織以學(xué)生探究為特點(diǎn)的主動(dòng)學(xué)習(xí)，自主研討分析、抽象與概括，概念建構(gòu)光反應(yīng)和暗反應(yīng)過(guò)程，從而真正實(shí)現(xiàn)學(xué)生為主、教師為輔的課堂教學(xué)。課上，教師要結(jié)合學(xué)生的探討結(jié)果，對(duì)典型問(wèn)題做及時(shí)的點(diǎn)評(píng)和引導(dǎo)。

從教學(xué)實(shí)踐來(lái)看，學(xué)生對(duì)暗反應(yīng)階段的概念建構(gòu)是本節(jié)中耗時(shí)最長(zhǎng)的一個(gè)環(huán)節(jié)。學(xué)生根據(jù)已有資料只能自主建構(gòu)出部分概念模型，此時(shí)教師應(yīng)通過(guò)一系列問(wèn)題串的設(shè)置進(jìn)行恰當(dāng)?shù)囊龑?dǎo)讓學(xué)生進(jìn)一步完善。該部分的學(xué)習(xí)還為后續(xù)拓展遷移部分各物質(zhì)的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律的探討提供分析思路，因此該探究活動(dòng)的達(dá)成效果對(duì)于本節(jié)課教學(xué)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)最為關(guān)鍵。第一次實(shí)施本教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)，學(xué)生的分析稍顯倉(cāng)促，課堂容量太過(guò)緊湊。因此，根據(jù)學(xué)生的反饋，及時(shí)做出調(diào)整，將對(duì)光反應(yīng)階段的概念建構(gòu)改為由學(xué)生課前自主構(gòu)建，課上師生共同對(duì)展示的探究一結(jié)果進(jìn)行點(diǎn)評(píng)完善即可。如此可以使本節(jié)課的重心落在最難的對(duì)暗反應(yīng)階段的概念建構(gòu)和光合作用總過(guò)程的模型建構(gòu)上，給以學(xué)生充足時(shí)間分析思考，拓展延伸部分的解決便游刃有余了。改進(jìn)后試課，學(xué)生反饋教學(xué)效果較好，很好地達(dá)成本節(jié)課的核心素養(yǎng)目標(biāo)。