基于實(shí)驗(yàn)建構(gòu)生物學(xué)概念的單元整體教學(xué)實(shí)踐

許婷

《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》（以下簡(jiǎn)稱(chēng)《課程標(biāo)準(zhǔn)》）在教學(xué)建議處提出：“組織以探究為特點(diǎn)的主動(dòng)學(xué)習(xí)是落實(shí)生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的關(guān)鍵”“實(shí)驗(yàn)教學(xué)是促成學(xué)生達(dá)成生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的重要支撐”?；趯?shí)驗(yàn)建構(gòu)生物學(xué)概念，能具象化概念的形成過(guò)程，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神和實(shí)踐能力，是落實(shí)生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的重要路徑之一。單元整體教學(xué)對(duì)課時(shí)教學(xué)設(shè)計(jì)的有效整合，可以幫助學(xué)生“既見(jiàn)樹(shù)木又見(jiàn)森林”。筆者嘗試對(duì)人教版生物學(xué)教材《選擇性必修1·穩(wěn)態(tài)與調(diào)節(jié)》中第五章的教材順序進(jìn)行重構(gòu)，基于第三節(jié)的實(shí)驗(yàn)“探索生長(zhǎng)素類(lèi)調(diào)節(jié)劑促進(jìn)插條生根的最適濃度”建構(gòu)第一節(jié)的生物學(xué)概念“生長(zhǎng)素的生理作用”。

1《課程標(biāo)準(zhǔn)》與教材分析

1.1《課程標(biāo)準(zhǔn)》分析

“生長(zhǎng)素的生理作用”在課程標(biāo)準(zhǔn)中屬于三層概念體系中的次位概念——“生長(zhǎng)素在調(diào)節(jié)植物生長(zhǎng)時(shí)表現(xiàn)出兩重性，既能促進(jìn)生長(zhǎng)，也能抑制生長(zhǎng)”。

1.2教材分析

“生長(zhǎng)素的生理作用”位于2019年人教版高中生物學(xué)教材《選擇性必修1·穩(wěn)態(tài)與調(diào)節(jié)》第五章第一節(jié)“植物生長(zhǎng)素”。激素調(diào)節(jié)是植物調(diào)節(jié)自身生命活動(dòng)的重要方式，是本章節(jié)的重點(diǎn)內(nèi)容之一?！疤剿魃L(zhǎng)素類(lèi)調(diào)節(jié)劑促進(jìn)插條生根的最適濃度”位于同一章的第三節(jié)“植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑的作用”，是該節(jié)中的探究實(shí)驗(yàn)。

2學(xué)情與學(xué)生分析

2.1學(xué)情分析

學(xué)生通過(guò)選擇性必修1前四章的學(xué)習(xí)，認(rèn)識(shí)到“穩(wěn)態(tài)既是一種狀態(tài)，也是一種能力”，初步形成關(guān)于動(dòng)物內(nèi)環(huán)境調(diào)節(jié)的前科學(xué)概念，具備一定信息與調(diào)控觀念、穩(wěn)態(tài)與平衡觀念，為第五章“植物生命活動(dòng)調(diào)節(jié)”的學(xué)習(xí)做好了知識(shí)鋪墊。第五章第一節(jié)“植物生長(zhǎng)素”闡述了生長(zhǎng)素的生理作用，內(nèi)容相對(duì)抽象。筆者利用第三節(jié)“植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑的應(yīng)用”中的探究實(shí)驗(yàn)來(lái)建構(gòu)第一節(jié)的生物學(xué)概念“生長(zhǎng)素的生理作用”，緊密聯(lián)系學(xué)生生活實(shí)際，用具體生物學(xué)事實(shí)逐級(jí)建構(gòu)概念，符合課本的知識(shí)邏輯和學(xué)生學(xué)習(xí)的心理邏輯。

2.2學(xué)生分析本節(jié)新授課面向的高二年級(jí)上學(xué)期的學(xué)生，研究

表明，高二年級(jí)的學(xué)生邏輯思維能力、推理能力基本成熟，是思維發(fā)展的成熟期，思維可塑性強(qiáng)、動(dòng)手能力強(qiáng)、對(duì)實(shí)驗(yàn)有較強(qiáng)興趣和好奇心，適合開(kāi)展基于實(shí)驗(yàn)的概念教學(xué)。

3教學(xué)策略

3.1單元整體教學(xué)

單元整體教學(xué)設(shè)計(jì)是在系統(tǒng)觀指導(dǎo)下，一種打破課時(shí)思維的、介于課程規(guī)劃與課時(shí)教學(xué)設(shè)計(jì)之間的、中觀層面的教學(xué)設(shè)計(jì)。它是對(duì)課時(shí)教學(xué)設(shè)計(jì)的有效整合，有助于教師突破“只見(jiàn)樹(shù)木不見(jiàn)森林”的課時(shí)思維，轉(zhuǎn)變教師只注重零散知識(shí)點(diǎn)落實(shí)的傳統(tǒng)課堂教學(xué)理念，幫助教師從“長(zhǎng)時(shí)段”整體籌劃學(xué)科教學(xué)，注重知識(shí)的整體性、進(jìn)階性和生成性。筆者以第三節(jié)的實(shí)驗(yàn)為第一課時(shí)，由生物興趣小組完成實(shí)驗(yàn)，并將興趣小組的實(shí)驗(yàn)過(guò)程、實(shí)驗(yàn)結(jié)果作為素材，引導(dǎo)學(xué)生完成第二課時(shí)“生長(zhǎng)素的生理作用”這一概念的建構(gòu)（圖1）。

3.2“五構(gòu)”概念教學(xué)法

教師將重要概念“解構(gòu)”為若干個(gè)次位概念的課時(shí)“學(xué)習(xí)圖譜”，明確單元整體教學(xué)目標(biāo)與路徑;設(shè)計(jì)“情境—問(wèn)題—實(shí)驗(yàn)—遷移”的課時(shí)教學(xué)主線，通過(guò)創(chuàng)設(shè)情境，初構(gòu)概念;實(shí)驗(yàn)探究，重構(gòu)概念;建構(gòu)模型，架構(gòu)概念;批判思維，創(chuàng)構(gòu)概念。即通過(guò)“解構(gòu)-初構(gòu)-重構(gòu)-架構(gòu)-創(chuàng)構(gòu)”5個(gè)步驟建構(gòu)概念。

4教學(xué)目標(biāo)與重難點(diǎn)

4.1教學(xué)目標(biāo)

1通過(guò)探究生長(zhǎng)素類(lèi)調(diào)節(jié)劑促進(jìn)插條生根最適濃度的實(shí)驗(yàn)，基于生物學(xué)事實(shí)，建構(gòu)生物學(xué)概念”生長(zhǎng)素的生理作用“，形成信息與調(diào)控觀。

2運(yùn)用歸納與概括、演繹與推理等科學(xué)思維方式理解生長(zhǎng)素的生理作用，建構(gòu)植物生長(zhǎng)素作用的概念模型，培養(yǎng)科學(xué)思維能力。

3通過(guò)設(shè)計(jì)探究實(shí)驗(yàn)的自變量、因變量、無(wú)關(guān)變量、總結(jié)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)原則等，分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，體驗(yàn)實(shí)驗(yàn)探究中依據(jù)事實(shí)得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論的過(guò)程，歸納總結(jié)生長(zhǎng)素的作用特點(diǎn)，發(fā)展科學(xué)探究能力。

4運(yùn)用生長(zhǎng)素生理作用的特點(diǎn)，解釋與生長(zhǎng)素調(diào)節(jié)作用有關(guān)的生命現(xiàn)象，并嘗試?yán)蒙L(zhǎng)素的作用原理指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)踐。

4.2重點(diǎn)和難點(diǎn)

分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論，培養(yǎng)科學(xué)思維，建構(gòu)概念“生長(zhǎng)素的生理作用”。

5教學(xué)過(guò)程5.1課前實(shí)驗(yàn)

由生物興趣小組提前一周進(jìn)行實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備和實(shí)施，包括網(wǎng)上購(gòu)買(mǎi)生根粉（主要成分為α-萘乙酸）、比較和選擇實(shí)驗(yàn)材料（最終選定為大蒜和合果芋）、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)器材等。

5.2情境引入

教師播放植物根的向地生長(zhǎng)的動(dòng)態(tài)視頻及展示植物根的向地生長(zhǎng)圖片，引導(dǎo)學(xué)生思考，進(jìn)行思維預(yù)熱：為什么植物平放于地面時(shí)，其根會(huì)向地性生長(zhǎng)，而莖卻背地性生長(zhǎng)？

5.3“五構(gòu)”概念

5.3.1解構(gòu)概念

教師按圖2所示解構(gòu)概念，梳理“生長(zhǎng)素的生理作用”在概念體系中的位置。

5.3.2初構(gòu)概念

教師依據(jù)教材上的“生長(zhǎng)素濃度與植物不同器官生長(zhǎng)反應(yīng)的關(guān)系示意圖”，設(shè)置問(wèn)題串：對(duì)不同的器官，生長(zhǎng)素促進(jìn)生長(zhǎng)的最適濃度時(shí)否相同？對(duì)同一器官，生長(zhǎng)素的作用與濃度有什么關(guān)系？學(xué)生觀察示意圖，得出：根對(duì)生長(zhǎng)素最敏感，其次是芽和莖;對(duì)于同一器官，低濃度促進(jìn)生長(zhǎng)，高濃度抑制生長(zhǎng)。并依據(jù)結(jié)論，初步形成“生長(zhǎng)素具有生理作用”的概念。

5.3.3重構(gòu)概念

生物興趣小組學(xué)生依據(jù)大蒜的生根情況，簡(jiǎn)述探究實(shí)驗(yàn)“探索生長(zhǎng)素類(lèi)調(diào)節(jié)劑促進(jìn)插條生根的最適濃度”的具體過(guò)程，通過(guò)實(shí)驗(yàn)分析、實(shí)驗(yàn)結(jié)果、實(shí)驗(yàn)結(jié)論，重構(gòu)生物學(xué)概念“生長(zhǎng)素的生理作用”。

試驗(yàn)分析和實(shí)施：依據(jù)控制變量原則、對(duì)照實(shí)驗(yàn)原則和平行重復(fù)原則，設(shè)定自變量為生根粉溶液的不同濃度（分別稀釋50、100、200、300、400、500倍）;因變量為大蒜的生根情況;無(wú)關(guān)變量為溫度、浸泡時(shí)間等。將大蒜分別在蒸餾水和一系列濃度梯度的生根粉溶液中沾蘸30s，放在裝滿水的試管上方培養(yǎng)。每一濃度設(shè)置3枚大蒜或3株合果芋，最終生根情況取平均值，減少誤差。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果討論及分析：與空白對(duì)照組相比，生根粉稀釋200倍、300倍、400倍后對(duì)大蒜的生根有明顯的促進(jìn)作用，稀釋50倍、100倍時(shí)對(duì)大蒜生根的促進(jìn)或抑制作用不明顯。合果芋僅有生根粉稀釋400倍組生根，其余組均生根不明顯或沒(méi)有生根。教師引導(dǎo)學(xué)生思考產(chǎn)生這樣實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可能原因。

依據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，學(xué)生能夠得出“低濃度促進(jìn)生長(zhǎng)”的實(shí)驗(yàn)結(jié)論，但無(wú)法得出“高濃度抑制生長(zhǎng)的”實(shí)驗(yàn)結(jié)論?；谝延袑?shí)驗(yàn)結(jié)果，教師抓住課堂生成性問(wèn)題，發(fā)展學(xué)生的批判性思維，引導(dǎo)學(xué)生探討：實(shí)驗(yàn)結(jié)果沒(méi)有體現(xiàn)“高濃度抑制生長(zhǎng)”，原因可能有哪些？學(xué)生討論出：1實(shí)驗(yàn)材料對(duì)生長(zhǎng)素敏感度;2平行重復(fù)材料的數(shù)量是否合理;3稀釋的倍數(shù)梯度，即數(shù)量級(jí)的差別。最后，學(xué)生得出結(jié)論：大蒜較合果芋更適合作為實(shí)驗(yàn)材料;本實(shí)驗(yàn)未體現(xiàn)數(shù)量級(jí)差別的濃度梯度，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不明顯，實(shí)驗(yàn)結(jié)論還需結(jié)合后續(xù)實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步完善。

5.3.4架構(gòu)概念

在合理解釋根的向地性現(xiàn)象的基礎(chǔ)上，教師引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步探究“生長(zhǎng)素生理作用”的機(jī)制，提供資料：科學(xué)家在對(duì)于黃花豌豆幼苗切斷的實(shí)驗(yàn)研究中發(fā)現(xiàn)，低濃度的生長(zhǎng)素促進(jìn)細(xì)胞的伸長(zhǎng)，但生長(zhǎng)素濃度增高到一定值，就會(huì)促進(jìn)切斷中乙烯的合成，而乙烯含量增高，反過(guò)來(lái)抑制了生長(zhǎng)素促進(jìn)切斷細(xì)胞伸長(zhǎng)的作用。學(xué)生嘗試建構(gòu)“生長(zhǎng)素的生理作用”概念模型（圖3），架構(gòu)概念。

5.3.5創(chuàng)構(gòu)概念

教師向?qū)W生介紹：“生長(zhǎng)素的生理作用”這一概念原先的表述為“生長(zhǎng)素的兩重性”。并要求學(xué)生結(jié)合上述閱讀材料，討論概念轉(zhuǎn)變的原因，發(fā)展學(xué)生的批判性思維。

在教師的引導(dǎo)下，學(xué)生認(rèn)識(shí)到兩重性是指事物本身所固有的互相矛盾的兩種屬性，更強(qiáng)調(diào)事物同時(shí)具有兩種互相對(duì)立的性質(zhì)。而促進(jìn)生長(zhǎng)和抑制生長(zhǎng)是植物對(duì)生長(zhǎng)素的響應(yīng)結(jié)果，并非生長(zhǎng)素本身的性質(zhì)。生長(zhǎng)素之所以表現(xiàn)出這樣的特點(diǎn)，是通過(guò)不同通路調(diào)控生長(zhǎng)的結(jié)果。適宜濃度的生長(zhǎng)素促進(jìn)細(xì)胞伸長(zhǎng)，而生長(zhǎng)素誘導(dǎo)可產(chǎn)生乙烯，高濃度生長(zhǎng)素產(chǎn)生的抑制作用，多數(shù)情況下是乙烯的效應(yīng)。顯然，生長(zhǎng)素是一種信息分子，對(duì)植物的生命活動(dòng)起調(diào)節(jié)作用，批判性、創(chuàng)造性地建構(gòu)概念“生長(zhǎng)素的生理作用”（圖4）。

5.4指導(dǎo)實(shí)踐

概念的生成離不開(kāi)擴(kuò)展和外化，最好的鞏固方式就是將生物學(xué)概念遷移運(yùn)用到實(shí)際生活中，用生物學(xué)概念指導(dǎo)生產(chǎn)生活實(shí)踐。教師引導(dǎo)學(xué)生從生長(zhǎng)素極性運(yùn)輸?shù)慕嵌确纸M討論頂端優(yōu)勢(shì)的成因，以及頂端優(yōu)勢(shì)茶樹(shù)修枝、棉花去頂?shù)龋涸谵r(nóng)業(yè)和園林中的應(yīng)用。另外，教師還要引導(dǎo)討論生長(zhǎng)素類(lèi)調(diào)節(jié)劑的運(yùn)用：防止果實(shí)和葉片的脫落、促進(jìn)結(jié)實(shí);獲得無(wú)子果實(shí);作為除草劑等。

6教學(xué)反思

本節(jié)課將課本的單元內(nèi)容進(jìn)行重構(gòu)，基于第三節(jié)實(shí)驗(yàn)的直觀現(xiàn)象和結(jié)論來(lái)建構(gòu)第一節(jié)的生物學(xué)概念，更接近概念形成的真實(shí)情境。教師通過(guò)“五構(gòu)”教學(xué)法幫助學(xué)生對(duì)概念的理解逐步遞進(jìn)，在此過(guò)程中依據(jù)生成性的實(shí)驗(yàn)結(jié)果培養(yǎng)批判性思維，并聯(lián)系生活實(shí)際，用生物學(xué)概念指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)踐，順利形成信息與調(diào)控觀、穩(wěn)態(tài)與平衡觀，體現(xiàn)了生物學(xué)的獨(dú)特育人價(jià)值，培養(yǎng)了學(xué)生的生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

參考文獻(xiàn)：

[1]林崇德.中學(xué)生心理學(xué)[M].北京：中國(guó)輕工業(yè)出版社，2018.

[2]周初霞“.五構(gòu)概念”教學(xué)法在生物學(xué)單元整體教學(xué)中的實(shí)踐研究[J].生物學(xué)教學(xué)，2021，46（5）：5-8.