初中生物主題式實(shí)驗(yàn)教學(xué)嘗試

徐婷

摘要：主題式實(shí)驗(yàn)教學(xué)引導(dǎo)學(xué)生主動參與解決驅(qū)動性問題，在持續(xù)性的實(shí)驗(yàn)探究過程中，實(shí)現(xiàn)對概念的理解與應(yīng)用，并逐步發(fā)展科學(xué)思維，培養(yǎng)“帶得走的能力”。以“綠色植物的光合作用”主題為中軸，基于生物學(xué)科素養(yǎng)、課程標(biāo)準(zhǔn)及教材，以實(shí)驗(yàn)為載體，圍繞主題下的核心概念設(shè)計實(shí)驗(yàn)體系，引導(dǎo)學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)活動構(gòu)建概念并嘗試應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：主題式實(shí)驗(yàn)教學(xué);初中生物;光合作用

生物學(xué)是一門實(shí)驗(yàn)科學(xué)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)是生物教學(xué)的基本形式之一。如何充分利用教材中的生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容引導(dǎo)學(xué)生體驗(yàn)和參與科學(xué)實(shí)踐過程，在理解生物重要概念的過程中逐步發(fā)展必備品格和關(guān)鍵能力，是目前初中生物教學(xué)亟待解決的問題之一。筆者通過研究和實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，生物主題式實(shí)驗(yàn)教學(xué)是一種有效路徑。生物主題式實(shí)驗(yàn)教學(xué)倡導(dǎo)，圍繞生物學(xué)核心概念和重點(diǎn)知識確定教學(xué)主題，根據(jù)主題設(shè)計真實(shí)情境下的驅(qū)動問題，以一系列的科學(xué)實(shí)驗(yàn)為引導(dǎo)，讓學(xué)生親歷實(shí)驗(yàn)，自主建構(gòu)重要概念并解決實(shí)際問題。本文以蘇教版初中生物七年級上冊“綠色植物的光合作用”為例，闡述如何開展主題式實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

一、研讀課程標(biāo)準(zhǔn)，關(guān)注核心概念，明確教學(xué)主題

主題的明確是主題式實(shí)驗(yàn)教學(xué)的起點(diǎn)。我們需要仔細(xì)研讀課程標(biāo)準(zhǔn)及教材，關(guān)注學(xué)科核心概念和重要知識，明確教學(xué)主題?！读x務(wù)教育生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2011年版）》（以下簡稱“課程標(biāo)準(zhǔn)”）提出了10個課程一級主題及50個重要概念，其中，“綠色植物的光合作用”是一級主題“生物圈中的綠色植物”中的二級主題及重要概念之一。由于光合作用這一生理過程的重要性和復(fù)雜性，使其無論在初中還是高中生物教學(xué)中都是重難點(diǎn)內(nèi)容。在主題式實(shí)驗(yàn)教學(xué)前，筆者針對“綠色植物的光合作用”這一主題，梳理得到課程標(biāo)準(zhǔn)和教材核心內(nèi)容的結(jié)構(gòu)圖（見下頁圖1）。筆者打破了一級主題的界限，對有關(guān)光合作用的核心內(nèi)容做了一定程度上的整合，涉及“生物與環(huán)境”和“生物圈中的綠色植物”兩個一級主題的內(nèi)容。

二、基于核心素養(yǎng)，依據(jù)學(xué)情分析，設(shè)定教學(xué)目標(biāo)

主題式實(shí)驗(yàn)教學(xué)的教學(xué)目標(biāo)需要充分體現(xiàn)生物學(xué)科本質(zhì)，以實(shí)驗(yàn)教學(xué)為載體，循序漸進(jìn)地發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)。教學(xué)目標(biāo)的確定需要層層遞進(jìn)：首先分析課程標(biāo)準(zhǔn)所提及的目標(biāo)，其次要立足生物學(xué)科核心素養(yǎng)的發(fā)展，最后根據(jù)學(xué)生實(shí)際學(xué)情最終確定?！熬G色植物的光合作用”的教學(xué)目標(biāo)如下：

1.通過閱讀、分析、模擬光合作用的發(fā)現(xiàn)歷程，說出光合作用的過程，體會科學(xué)探究精神。

2.探究葉片的基本結(jié)構(gòu)，闡明葉是光合作用的主要器官、葉綠體是光合作用的場所，并初步形成生物體結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的生命觀念。

3.通過完成主題式實(shí)驗(yàn)，理解光合作用的實(shí)質(zhì)及其影響因素。

4.能夠利用光合作用相關(guān)概念解釋生產(chǎn)中的問題，并嘗試為提高農(nóng)作物的產(chǎn)量提出建議。

三、圍繞教學(xué)主題，指向思維提升，形成實(shí)驗(yàn)系列

生物科學(xué)的發(fā)展離不開人類不斷地認(rèn)識、探索和研究生命現(xiàn)象和生命活動規(guī)律，實(shí)驗(yàn)是學(xué)生體驗(yàn)科學(xué)探究基本過程的主要方式。在“綠色植物的光合作用”主題確定后，筆者梳理了教材中相關(guān)學(xué)習(xí)活動的所在章節(jié)、內(nèi)容及類型（詳見下頁表1）。

在梳理教材相關(guān)學(xué)習(xí)活動的基礎(chǔ)上，可以根據(jù)核心概念和重要知識，對相關(guān)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行橫向與縱向的整合。

（一）橫向整合實(shí)驗(yàn)資源

橫向整合是將某一教學(xué)子主題及其中核心概念的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行單元整合，形成圍繞主題的實(shí)驗(yàn)系列。系列實(shí)驗(yàn)在內(nèi)容上指向核心概念的構(gòu)建，在實(shí)驗(yàn)類型和實(shí)際操作中指向?qū)W生科學(xué)思維方法，如歸納與概括、演繹與推理、模型與建模、批判性思維、創(chuàng)造性思維等的培養(yǎng)。

“綠色植物的光合作用”這一主題，教材在第六章第二節(jié)安排了陸生植物葉片結(jié)構(gòu)的課內(nèi)觀察實(shí)驗(yàn)和區(qū)分水生植物與陸生植物葉片的課外思考活動。在實(shí)際教學(xué)過程中，學(xué)生由于課業(yè)負(fù)擔(dān)、缺少實(shí)驗(yàn)器材等，很少會在課后去真正開展探究。因此，橫向整合兩部分內(nèi)容，在課堂教學(xué)中為學(xué)生提供不同的實(shí)驗(yàn)材料，如陸生的菠菜、海桐、青菜、綠蘿，水生植物睡蓮、眼子菜等。通過豐富實(shí)驗(yàn)材料，不僅將原本難以有效實(shí)施的課外思考活動與課內(nèi)實(shí)驗(yàn)結(jié)合，還將觀察實(shí)驗(yàn)變?yōu)樘骄繉?shí)驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中觀察、比較、歸納植物葉片的基本結(jié)構(gòu)及不同環(huán)境中葉片的特征。

（二）縱向設(shè)置實(shí)驗(yàn)梯度

縱向整合是在圍繞某一教學(xué)子主題及其中核心概念進(jìn)行教學(xué)設(shè)計時，通過整合、設(shè)計層層遞進(jìn)的實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生在由易到難、由簡單到復(fù)雜的概念建構(gòu)過程中，由低階到高階地發(fā)展科學(xué)思維，提升關(guān)鍵能力。

“綠色植物光合作用”主題式實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容中，關(guān)于光合作用的場所、條件、原料和產(chǎn)物等知識，通過一系列實(shí)驗(yàn)活動等可以讓學(xué)生達(dá)成相應(yīng)的學(xué)習(xí)目標(biāo)，但是，學(xué)生還應(yīng)該能進(jìn)一步運(yùn)用所學(xué)知識解決生活、生產(chǎn)中的實(shí)際問題，如提高大棚種植農(nóng)作物的產(chǎn)量。這樣的實(shí)際問題需要學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識，并考慮到相關(guān)的信息學(xué)、工程學(xué)知識。為此，設(shè)計梯度化實(shí)驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)活動中，逐步發(fā)展思維能力，最終達(dá)到利用生物知識解決實(shí)際問題的教學(xué)要求。

比如，“綠葉在光下產(chǎn)生氧氣”驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生收集水生植物金魚藻產(chǎn)生的氧氣并用帶火星的木條加以檢驗(yàn)?？v向設(shè)置梯度后的實(shí)驗(yàn)設(shè)計如下：在教材實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，改變金魚藻與光源的距離，增加兩組光照強(qiáng)度不同的實(shí)驗(yàn)（見圖2）;在定性實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，利用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室中的傳感器，增加定量實(shí)驗(yàn)（見圖3）。

定性實(shí)驗(yàn)可讓學(xué)生在課前提前完成，課上引導(dǎo)學(xué)生利用實(shí)驗(yàn)器材自行設(shè)計探究實(shí)驗(yàn)方案并驗(yàn)證;定量實(shí)驗(yàn)也可組織有興趣的學(xué)生課前完成，并錄制視頻課上播放，以節(jié)約課堂時間。這兩個實(shí)驗(yàn)不僅能讓學(xué)生感受到光合作用產(chǎn)生氧氣的事實(shí)，還能讓他們體會到光強(qiáng)是影響光合作用的因素之一，也為學(xué)生利用這些知識解決生活生產(chǎn)問題打下了基礎(chǔ)。

（三）學(xué)習(xí)活動設(shè)計

橫向與縱向整合后，“綠色植物的光合作用”主題式實(shí)驗(yàn)教學(xué)的學(xué)習(xí)活動安排如下：

1. 探究光合作用的發(fā)現(xiàn)過程。

（1）認(rèn)識光合作用發(fā)現(xiàn)的過程。

科學(xué)史討論活動：分析資料，討論范海爾蒙特柳樹實(shí)驗(yàn)，收集、處理和分析數(shù)據(jù)并嘗試得出結(jié)論，進(jìn)一步辨析實(shí)驗(yàn)的不足之處并嘗試改進(jìn)。

科學(xué)史探究實(shí)驗(yàn)：嘗試根據(jù)所給實(shí)驗(yàn)材料設(shè)計植物可以更新空氣的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，并以貼圖形式模擬普利斯特萊實(shí)驗(yàn)，分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，歸納結(jié)論。

（2）繪制光合作用過程概念圖。

模型建構(gòu)實(shí)驗(yàn)：在探究科學(xué)史的過程中，認(rèn)識光合作用的過程，構(gòu)建光合作用概念圖。

2.探究光合作用的場所。

（1）探究不同植物的葉片結(jié)構(gòu)。

探究實(shí)驗(yàn)1：探究不同陸生植物葉片的基本結(jié)構(gòu)，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析和實(shí)驗(yàn)結(jié)論的交流。

探究實(shí)驗(yàn)2：探究水生植物葉片的基本結(jié)構(gòu)，并分析其與陸生植物葉片結(jié)構(gòu)的區(qū)別及原因。

（2）觀察植物葉片的氣孔。

宏觀觀察實(shí)驗(yàn)：觀察葉片放入熱水中的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，感受氣孔的存在。

微觀觀察實(shí)驗(yàn)：觀察不同植物的葉片表皮，認(rèn)識氣孔的結(jié)構(gòu)、分布特點(diǎn)等。

（3）探究植物不同器官中的葉綠體。

觀察實(shí)驗(yàn)：觀察新鮮的黑藻或綠色植物葉片細(xì)胞中的葉綠體。

探究實(shí)驗(yàn)：完成“植物不同器官中是否存在葉綠體”的探究實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計與實(shí)施，開展實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析、實(shí)驗(yàn)結(jié)論的交流活動。

3.探究光合作用的原料、產(chǎn)物及條件。

（1）綠葉在光下產(chǎn)生淀粉。

探究實(shí)驗(yàn)1：嘗試設(shè)計“綠葉在光下產(chǎn)生淀粉”的實(shí)驗(yàn)方案，進(jìn)行對照實(shí)驗(yàn)，探究有光與無光環(huán)境條件下葉片是否產(chǎn)生淀粉，分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象并得出綠色植物進(jìn)行光合作用的條件及產(chǎn)物。

探究實(shí)驗(yàn)2：在前一個探究實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，探究葉片花的制作方式。

（2）金魚藻在光下產(chǎn)生氧氣。

定性實(shí)驗(yàn)：觀察金魚藻在光下產(chǎn)生氧氣的實(shí)驗(yàn)，并嘗試說明實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象產(chǎn)生的原因。

定量實(shí)驗(yàn)：嘗試設(shè)計“利用傳感器測量水生植物及陸生植物光合作用產(chǎn)生氧氣”實(shí)驗(yàn)。觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，收集、處理、分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

（3）光合作用需要二氧化碳。

討論活動：閱讀并討論“植物的光合作用需要二氧化碳”的實(shí)驗(yàn)，分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象并得出結(jié)論。

探究實(shí)驗(yàn)：利用提供的實(shí)驗(yàn)材料，設(shè)計“植物的光合作用需要二氧化碳”探究實(shí)驗(yàn)，分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象并得出結(jié)論。

4.認(rèn)識光合作用原理在生產(chǎn)上的應(yīng)用。

（1）分析綠色植物光合作用的影響因素。

觀察實(shí)驗(yàn)：探究光強(qiáng)、光質(zhì)、二氧化碳等因素對綠色植物光合作用的影響，分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象并得出結(jié)論。

（2）設(shè)計“溫室中二氧化碳濃度的調(diào)控”實(shí)驗(yàn)。

討論活動：分析資料，討論溫室中調(diào)控二氧化碳的意義。

實(shí)驗(yàn)設(shè)計：嘗試運(yùn)用學(xué)習(xí)的生物學(xué)知識，設(shè)計能提高農(nóng)作物產(chǎn)量的現(xiàn)代大棚，提高農(nóng)作物產(chǎn)量。

“綠色植物的光合作用”主題式實(shí)驗(yàn)教學(xué)，以核心概念為黏合劑，整合事實(shí)性知識，圍繞主題開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)，將分散的教學(xué)內(nèi)容、教材相關(guān)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行橫向與縱向的聚合及整合，打破單一課時的局限，幫助學(xué)生在持續(xù)性的實(shí)驗(yàn)探究過程中實(shí)現(xiàn)對概念的理解與應(yīng)用。