指向概念生成的任務(wù)驅(qū)動式教學(xué)

駱霞琴

摘要 以“光合作用——光反應(yīng)”概念生成為例，在精心設(shè)計的任務(wù)驅(qū)動下，通過引導(dǎo)學(xué)生參與活動體驗、信息整合、模型建構(gòu)和遷移應(yīng)用等學(xué)習(xí)過程，開展了指向概念生成的任務(wù)驅(qū)動式教學(xué)實踐與交流，以探尋概念教學(xué)的模式。

關(guān)鍵詞 任務(wù)驅(qū)動 光合作用 光反應(yīng)

中圖分類號 G633.91

文獻(xiàn)標(biāo)志碼 B

任務(wù)驅(qū)動教學(xué)以學(xué)生完成規(guī)定的“任務(wù)”為教學(xué)目標(biāo)，強調(diào)學(xué)生“做”而不是教師“講”，與新一輪課改的要求不謀而合。因此，以“光合作用——光反應(yīng)”的教學(xué)為例，在精心設(shè)計的任務(wù)驅(qū)動下，通過引導(dǎo)學(xué)生參與活動體驗、信息整合、模型建構(gòu)和遷移應(yīng)用等學(xué)習(xí)過程，探討任務(wù)驅(qū)動式教學(xué)模式在生物學(xué)概念生成中的應(yīng)用。

1梳理脈絡(luò)，明確概念所處的位置

本節(jié)課是浙科版《必修1·分子與細(xì)胞》第三章“細(xì)胞的代謝”中第五節(jié)光合作用的第1課時。光合作用過程中所發(fā)生的物質(zhì)與能量的變化比較抽象，特別是光反應(yīng)。依據(jù)《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》（以下簡稱《新課標(biāo)》），本課時的學(xué)習(xí)重點是建構(gòu)“光合作用——光反應(yīng)”概念。在《新課標(biāo)》的“設(shè)計依據(jù)”中指出：根據(jù)生物學(xué)的大概念來構(gòu)建課程體系和內(nèi)容框架。據(jù)此，梳理了與“光反應(yīng)”相關(guān)的概念間的層次關(guān)系，明確了光反應(yīng)概念所處的位置，并確定了本課時教學(xué)的4個任務(wù)（圖1）。

2活動體驗，為建構(gòu)概念做好鋪墊

已有知識是學(xué)生學(xué)習(xí)新知識的生長點，以已有概念為教學(xué)起點進(jìn)行新概念的教學(xué)，有利于取得水到渠成、事半功倍的效果。

任務(wù)1：通過光合作用與呼吸作用的比較活動，闡明光合作用這一過程所包含的物質(zhì)和能量變化，并能從細(xì)胞水平認(rèn)識葉綠體的結(jié)構(gòu)和功能相適應(yīng)，樹立結(jié)構(gòu)與功能觀、物質(zhì)與能量觀等生命觀念。

教師引導(dǎo)學(xué)生回顧上一節(jié)所學(xué)細(xì)胞呼吸內(nèi)容的基礎(chǔ)上，并展示兩則資料。

1光合作用是一個將光能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能的過程。盡管光合作用從總反應(yīng)上看好像是細(xì)胞呼吸的逆轉(zhuǎn)，但光合作用不是細(xì)胞呼吸的逆反應(yīng)。

2早在1931年微生物學(xué)家尼爾研究光合細(xì)菌與綠色植物的光合作用時就提出，光的作用是將水光解，同時產(chǎn)生還原劑。

學(xué)生小組討論資料，明確光合作用的反應(yīng)物、生成物、條件、場所等，了解光合作用過程的整體框架。學(xué)生通過活動體驗，明確了“光合作用就是植物利用CO2和H2O合成糖類等有機物并儲存能量的過程”，其中CO2被還原為糖類，H2O被氧化為氧氣。該任務(wù)的達(dá)成為“光反應(yīng)”概念的建構(gòu)做好了鋪墊。

3信息整合，親歷概念的生成過程

教師整合光合作用發(fā)現(xiàn)過程中的科學(xué)事實與證據(jù)的相關(guān)信息，讓學(xué)生體驗光合作用的發(fā)現(xiàn)、發(fā)展過程。任務(wù)2：能夠基于光合作用發(fā)現(xiàn)史中的科學(xué)事實

和證據(jù)，通過小組討論、合作學(xué)習(xí)，運用歸納與概括、演繹與推理等思維方式探討、闡釋光反應(yīng)的概念，用準(zhǔn)確的術(shù)語解釋光反應(yīng)過程中的物質(zhì)與能量變化，并用文字和反應(yīng)式的形式表達(dá)。

在任務(wù)1中，學(xué)生已經(jīng)明確了光合作用是葉綠體利用光能，H2O氧化為氧氣，CO2還原為糖類的過程，但并不清楚“該過程具體是如何發(fā)生的”。教師提供資料，重演光合作用的科學(xué)發(fā)現(xiàn)史。

11905年，英國的布萊克曼、德國的瓦伯格等用藻類進(jìn)行閃光實驗，在光能量相同的前提下，一種用連續(xù)光照（10min），另一種用閃光照射，中間隔一定暗期（5s光照，5s暗，共20min），發(fā)現(xiàn)后者光合作用總產(chǎn)量比前者大得多。

21937年，英國植物學(xué)家羅伯特希爾做了這樣一個實驗：從綠色植物的葉肉細(xì)胞中分離出葉綠體的類囊體制成懸浮液，然后在加入希爾氧化劑如2，6—D[一種染料，氧化態(tài)（A）時為藍(lán)色還原態(tài)（AH2）為無色]。在無CO2存在下照光，發(fā)現(xiàn)2，6—D由藍(lán)色變?yōu)闊o色，放出了唯一的氣體O2。

31941年，魯賓和卡門制備了含有少量同位素18O的碳酸氫鹽和水，并用以供給光照的小球藻培養(yǎng)物。然后，分析產(chǎn)生的氧氣，三次實驗的結(jié)果如圖2所示。

41954年，美國科學(xué)家阿爾農(nóng)用離體的葉綠體做實驗，同樣無CO2，給予光照時，當(dāng)向反應(yīng)體系中供給ADP、Pi和氧化型輔酶II（NADP+）時，發(fā)現(xiàn)除生成O2外，會有ATP和還原型輔酶II（NADPH）的積累;在黑暗條件下，只要給分離的葉綠體提供ATP和NADPH，葉綠體就能將CO2轉(zhuǎn)化為糖類等有機物，同時ATP和NADPH含量急劇下降。

學(xué)生分析資料，獲得以下信息：1光合作用過程包含了兩個階段，一個需要光照，一個可以在沒有光的條件下進(jìn)行;2光合作用中H2O被氧化成O2的過程發(fā)生在類囊體;3所產(chǎn)生的O2中的氧都來自H2O，與CO2無關(guān);4H2O被氧化成O2的同時，還有NADPH和ATP的生成。

學(xué)生將獲取的信息加以整合，建構(gòu)光反應(yīng)的概念，即光反應(yīng)是在類囊體膜上進(jìn)行的，由光合色素吸收光能將水分解成氧氣和氫，并生成NADPH，同時促成ADP和Pi形成ATP，實現(xiàn)光能到活躍化學(xué)能的轉(zhuǎn)化過程?？珊喴磉_(dá)如下：

學(xué)生對科學(xué)史中的信息進(jìn)行整合，在分析討論、合作探究、層層揭秘中“親歷”了概念的生成過程。

4模型建構(gòu)，全面把握概念的本質(zhì)

把握概念的本質(zhì)過程中，教師促進(jìn)學(xué)生培養(yǎng)深刻而靈活的思維特質(zhì)。

任務(wù)3：通過小組討論、合作學(xué)習(xí)，運用體驗探究、歸納概括、模型建構(gòu)等思維方式，闡釋光反應(yīng)過程中色素的作用，光能的轉(zhuǎn)換途徑，并建構(gòu)發(fā)生在類囊體膜中物質(zhì)與能量變化的物理模型。

在任務(wù)2中，學(xué)生已經(jīng)建構(gòu)了光反應(yīng)的概念，但并不清楚這一系列變化發(fā)生的本質(zhì)屬性及內(nèi)在聯(lián)系。教師提供2則資料，引導(dǎo)學(xué)生對資料的信息進(jìn)行深度加工，深入把握光反應(yīng)過程中物質(zhì)與能量變化的本質(zhì)屬性，并用物理模型的形式展示。

11932年，愛默生及阿諾德對小球藻懸浮液做閃光試驗時，發(fā)現(xiàn)類囊體膜上的色素中只有極少數(shù)激發(fā)態(tài)的葉綠素a分子具有光化學(xué)活性，能將光能轉(zhuǎn)換成電能，其余色素分子只起著吸收和傳遞光能的作用。后來科學(xué)家的進(jìn)一步研究中發(fā)現(xiàn)，電子經(jīng)過一個復(fù)雜的傳遞過程最終傳給了NADP+，激發(fā)態(tài)的葉綠色a會氧化H2O，并重新獲得電子。

21961年，科學(xué)家研究發(fā)現(xiàn)了類囊體膜上ATP的合成機制，當(dāng)類囊體腔中的H+濃度高于類囊體膜外時，形成一個電化學(xué)梯度，驅(qū)使H+由類囊體腔內(nèi)向膜外流動，當(dāng)H+通過膜上的ATP合成酶向膜外移動時，發(fā)生磷酸化作用，即催化ADP與Pi形成ATP。

學(xué)生分析資料，獲得以下信息：1葉綠體中的色素發(fā)揮了吸收、傳遞和轉(zhuǎn)化光能的作用;2在光反應(yīng)過程中，光能轉(zhuǎn)化為電能，電能再轉(zhuǎn)化為化學(xué)能;3引發(fā)這一系列物質(zhì)與能量變化的根本原因是類囊體膜中存在光合色素和電子傳遞鏈。

在此基礎(chǔ)上，教師引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建發(fā)生在類囊體膜上的物質(zhì)與能量變化的物理模型，如圖3所示。建模完成后，學(xué)生分小組描述光反應(yīng)過程，各小組之間相互評價，補充完善。

5遷移應(yīng)用，感悟概念的實踐價值

社會責(zé)任素養(yǎng)是指基于生物學(xué)的認(rèn)識，參與個人與社會事務(wù)的討論，作出理性解釋和判斷，解決生產(chǎn)生活問題的擔(dān)當(dāng)和能力。

任務(wù)4：在遷移應(yīng)用過程中，要求學(xué)生利用所學(xué)知識解決或解釋實際問題，并引導(dǎo)學(xué)生自覺思考所學(xué)知識的價值，以發(fā)展學(xué)生的社會責(zé)任素養(yǎng)。

教師呈現(xiàn)課前布置學(xué)生閱讀的文獻(xiàn)《超級雜交稻光合作用和物質(zhì)積累特性研究進(jìn)展》中關(guān)于雜交水稻為什么能提高產(chǎn)量的相關(guān)信息，要求學(xué)生分析其原因。

超級雜交稻具有多項特性：1生長旺盛、根系發(fā)達(dá)，抗倒伏、抗病蟲害的能力強，葉片也更伸展，方向更交錯。2葉片中葉綠素含量、葉綠素a/b比值比普通水稻高22.90%和36.78%，并且色素對光能吸收、傳遞及轉(zhuǎn)化的效率較高，在光反應(yīng)過程中光合量子傳遞速率高，能吸收更多的光能，同時飽和光合速率高，所以單位面積內(nèi)光能的利用率高。3Rubisco酶活性較強，在碳反應(yīng)過程中能固定更多的CO2，葉片光合作用的效率強，凈光合速率高，同時其光合作用功能期長，所以物質(zhì)積累量大、結(jié)的稻穗更大、粒更多......

學(xué)生通過知識的遷移與應(yīng)用，從光合作用、干物質(zhì)積累角度解釋了超級雜交稻產(chǎn)量高的實際問題，感悟到所學(xué)概念與相關(guān)知識的實踐價值。教師通過引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注糧食問題，進(jìn)一步提升了學(xué)生的社會責(zé)任素養(yǎng)。對上述資料的分析，也讓學(xué)生認(rèn)識到所學(xué)知識的局限性，用已有知識無法解釋3中的信息，學(xué)生處于憤悱狀態(tài)，教師順勢提出下一課時的“任務(wù)”，驅(qū)動學(xué)生后續(xù)的學(xué)習(xí)......

新一輪課改要求課堂教學(xué)在關(guān)注學(xué)生主體性的同時，主張學(xué)生作為獨立的個體真正的參與學(xué)習(xí)過程。本課通過“任務(wù)驅(qū)動教學(xué)”進(jìn)行了有益的探索，雖不完美，但相信對新一輪課改有一定的借鑒和啟發(fā)作用，更相信在各位同仁的共同努力下，一定會取得良

好的教學(xué)效果。

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