“五化一體”策略在生物教學(xué)設(shè)計中的應(yīng)用

裘圓圓

（浙江省嵊州中學(xué) 浙江紹興 312400）

1 “五化一體”教學(xué)設(shè)計策略的內(nèi)涵

《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)”）對高中生物學(xué)課程的課程結(jié)構(gòu)、學(xué)科核心素養(yǎng)等內(nèi)容進行了詮釋，同時對課堂教學(xué)改革也提出了新的要求。為適應(yīng)新課改要求、有效發(fā)展學(xué)生的生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)，本研究針對傳統(tǒng)課堂教學(xué)中存在的問題，根據(jù)“情境創(chuàng)設(shè)—問題設(shè)計—任務(wù)活動構(gòu)建—學(xué)習(xí)評價”的教學(xué)設(shè)計主要要素，構(gòu)建“五化一體”教學(xué)設(shè)計策略，即“概念結(jié)構(gòu)化、情境主線化、問題思維化、活動探究化、評價素養(yǎng)化”（圖1）。

圖1 “五化一體”的教學(xué)設(shè)計路徑圖

“五化一體”教學(xué)設(shè)計策略通過以概念為骨架，明晰知識結(jié)構(gòu)；以情境為主線，厘清課堂脈絡(luò)；以問題為引領(lǐng)，培育學(xué)生思維；以任務(wù)為驅(qū)動，開展探究活動；最終提升學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。下文以浙科版《必修1·分子與細(xì)胞》第三章第五節(jié)“光合作用將光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能”為例，分析“五化一體”教學(xué)設(shè)計策略的實踐應(yīng)用。

2 “五化一體”教學(xué)設(shè)計策略的實踐

2.1 概念結(jié)構(gòu)化

概念是生物學(xué)課堂中學(xué)生學(xué)習(xí)的思維中心，概念理解也是課堂學(xué)習(xí)的中心任務(wù)。在教學(xué)設(shè)計中，教師可以首先通過構(gòu)建概念圖來理清本節(jié)課概念之間的聯(lián)系，將概念之間的層級關(guān)系呈現(xiàn)出來，使概念結(jié)構(gòu)化。圖2是“光合作用將光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能”一節(jié)的概念層級示意圖。

圖2 “光合作用將光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能”一節(jié)概念層級示意圖

設(shè)計意圖：教師通過概念圖，明確在不同的學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)中需要構(gòu)建的概念，使教學(xué)更具有針對性。學(xué)習(xí)過程的設(shè)計由淺入深，環(huán)環(huán)相扣，使得學(xué)生在準(zhǔn)確掌握概念的同時，發(fā)展生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

2.2 情境主線化

情境是“湯”，知識是“鹽”，鹽只有溶于湯才好入口，知識只有融入情境才好理解和消化。內(nèi)容的情境化可以讓符號化和抽象化的知識活化，順利實現(xiàn)知識到能力、能力到素養(yǎng)的轉(zhuǎn)變。

在“光合作用將光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能”一節(jié)的教學(xué)中，教師創(chuàng)設(shè)如下主線教學(xué)情境：隨著全球工業(yè)化的腳步，溫室氣體尤其是CO排放不斷增加，大氣中的碳氧平衡被逐漸打破，全球平均氣溫不斷升高，導(dǎo)致我們的生存環(huán)境也日益嚴(yán)峻。面對碳排放的不斷增加，科學(xué)家一直想研發(fā)出一種可持續(xù)性的解決方案。2020年5月8日，德國馬普所和法國波爾多大學(xué)的研究人員在發(fā)表重磅成果——研究團隊開發(fā)的自動化人造葉綠體組裝平臺，可以根據(jù)人們的需求制造出不同的人造葉綠體，不僅可以吸收空氣中的CO，而且理論上還可以根據(jù)人們的需求合成各種不同的有機物，例如藥物、燃料等。合成光合作用的人工替代品，也被稱為當(dāng)今時代的“阿波羅計劃”。陽光、水、二氧化碳等這些本來毫無關(guān)系的東西，是怎么聯(lián)系起來的呢？我們在感嘆科技進展對人類生活影響的同時，一起來深入探索一下葉綠體這一魔術(shù)城堡。

設(shè)計意圖：教師由科學(xué)家研究制造出人造葉綠體相關(guān)的熱點新聞，順利引出教學(xué)主題，接著將該情境作為貫穿整節(jié)課的一條主線，將要解決的問題信息蘊含在該情境中，引導(dǎo)學(xué)生通過對情境中相關(guān)信息的積極感知和理解來進行學(xué)習(xí)。通過有效情境的創(chuàng)設(shè)，教師能夠增強學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提升學(xué)生在情境中獲取分析信息的能力。

2.3 問題思維化

美國心理學(xué)家布魯納指出：“教學(xué)過程是一種提出問題和解決問題的持續(xù)不斷的活動，思維永遠(yuǎn)是從問題開始的。”沒有問題就無以思維。如何把問題和思維培養(yǎng)有效結(jié)合起來呢？如何設(shè)計與教學(xué)內(nèi)容相關(guān)的指向科學(xué)思維發(fā)展的問題，是問題思維化的關(guān)鍵。教師應(yīng)根據(jù)教學(xué)內(nèi)容的特點、學(xué)生的心理特征和認(rèn)知規(guī)律，緊密圍繞教學(xué)目標(biāo)，以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、啟發(fā)思維為原則，從創(chuàng)設(shè)的情境中獲取核心問題，再基于情境和核心問題設(shè)計指向重要概念的子問題。子問題的設(shè)計應(yīng)盡量具有有效性、層次性和遞進性等特點，學(xué)生對問題的思考與討論有助于深刻理解相關(guān)概念，將所學(xué)知識用于解決現(xiàn)實中的實際問題，以達到知識遷移、思維訓(xùn)練的目的。

在“光合作用將光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能”一節(jié)，教師設(shè)計了以下問題：

本次項目區(qū)終端水價的測算采用方法3，斗渠渠道水利用系數(shù)為0.88。因此，桃花山鎮(zhèn)農(nóng)民用水者協(xié)會管轄范圍內(nèi)提水灌溉和自流灌溉的終端水價分別為0.147元/m3和0.065元/m3；調(diào)關(guān)鎮(zhèn)農(nóng)民用水者協(xié)會和東升鎮(zhèn)農(nóng)民用水者協(xié)會管轄范圍內(nèi)的終端水價為0.081元/m3，具體見表3。

（1）核心問題一：植物細(xì)胞葉綠體適于光合作用的結(jié)構(gòu)特點有哪些？

在這一環(huán)節(jié)的教學(xué)中，教師主要引導(dǎo)學(xué)生思考：

①回顧葉綠體，你能想起哪些相關(guān)知識？

②葉綠體為什么能作為光合作用的場所？

③色素存在于葉綠體的什么部位，有哪些種類，有什么作用？影響色素合成的因素有哪些？

④酶存在于葉綠體的什么部位？

（2）核心問題二：光合作用在葉綠體中是如何進行的？物質(zhì)和能量如何變化？

在這一環(huán)節(jié)的教學(xué)中，教師主要引導(dǎo)學(xué)生思考學(xué)習(xí)：

①色素吸收的光能在光合作用中是如何起作用的？

②光合作用釋放的O中的氧元素來源于原料中的水，還是CO？

③在光能的作用下葉綠體內(nèi)發(fā)生了哪些物質(zhì)變化？這些物質(zhì)變化發(fā)生的條件及場所有哪些？

④反應(yīng)物中的CO如何轉(zhuǎn)變?yōu)樘穷惖扔袡C物？大致經(jīng)歷了幾個階段？每個階段發(fā)生了什么變化？

⑤三碳糖分子離開卡爾文循環(huán)后，可能的轉(zhuǎn)變途徑有哪些？

設(shè)計意圖：通過這種刨根問底式的學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠順利地完成光合作用相關(guān)概念的構(gòu)建，對科學(xué)思維方式有更深刻的領(lǐng)會與應(yīng)用。

2.4 活動探究化

活動是生物學(xué)學(xué)習(xí)的基本形式，是提升學(xué)習(xí)能力的主要路徑。在新課標(biāo)理念的指導(dǎo)下，課堂教學(xué)活動應(yīng)該是多樣化的。實驗、科學(xué)史、模型在探究活動中深受學(xué)生的喜歡，是有效的教學(xué)策略。教師在教學(xué)設(shè)計中選擇合適的活動載體，結(jié)合層層遞進的問題，能夠引導(dǎo)學(xué)生積極思考，激發(fā)學(xué)生的興趣，促進學(xué)生思維的縱深發(fā)展。學(xué)習(xí)活動旨在發(fā)展學(xué)生的生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)，因此活動的設(shè)計應(yīng)以達成學(xué)習(xí)目標(biāo)為宗旨，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)活動中做中學(xué)、說中學(xué)、悟中學(xué)。

在“光合作用將光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能”一節(jié)的教學(xué)中，教師構(gòu)建了以下教學(xué)活動：

（1）學(xué)習(xí)活動一：建構(gòu)葉綠體結(jié)構(gòu)模型。

教師提供材料，引導(dǎo)學(xué)生以小組為單位構(gòu)建葉綠體結(jié)構(gòu)模型。學(xué)生派代表上臺展示模型，介紹其構(gòu)建理由，指出葉綠體的各個結(jié)構(gòu)（特別是色素和光合作用有關(guān)酶的分布位置），明確葉綠體適于光合作用的結(jié)構(gòu)特點，從而幫助理解結(jié)構(gòu)與功能觀。

（2）學(xué)習(xí)活動二：基于科學(xué)史開展論證式教學(xué)活動。

教師引導(dǎo)學(xué)生像科學(xué)家一樣，基于生物學(xué)事實和證據(jù)，運用歸納與概括、推理判斷、批判性思維等方法，構(gòu)建光合作用的相關(guān)概念（圖3、圖4），拓展學(xué)生的視野，提升學(xué)生學(xué)習(xí)的能力。

圖3 基于科學(xué)史開展論證式教學(xué)活動1

圖4 基于科學(xué)史開展論證式教學(xué)活動2

（3）學(xué)習(xí)活動三：以小組為單位構(gòu)建光合作用過程模型。

教師引導(dǎo)學(xué)生在學(xué)案上補充光合作用的相關(guān)內(nèi)容，優(yōu)化光合作用過程的模型圖（圖5）。

圖5 光合作用過程模型圖

設(shè)計意圖：通過基于科學(xué)史的論證式教學(xué)和模型的構(gòu)建，學(xué)生在學(xué)習(xí)光合作用相關(guān)知識的同時，體驗科學(xué)探究嚴(yán)謹(jǐn)?shù)恼撟C推理方式，學(xué)習(xí)科學(xué)研究中的思路、方法和技術(shù)，從而有效發(fā)展生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

2.5 評價素養(yǎng)化

評價是使教學(xué)活動朝著預(yù)期方向發(fā)展的重要方式與手段。教師需及時做好課堂教學(xué)的反饋評價，關(guān)注對學(xué)生思維目的性、方向性、邏輯性與嚴(yán)密性的引導(dǎo)，關(guān)注學(xué)生學(xué)習(xí)中思維的形成，并給出具體的反饋信息。教師應(yīng)用發(fā)展的眼光評價學(xué)生的學(xué)習(xí)，激勵學(xué)生進一步探索、遷移運用知識。評價應(yīng)力求主體多元化、方式多樣化、途徑立體化、目標(biāo)發(fā)展化，使每個學(xué)生都能夠獲得成就感。

在“光合作用將光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能”一節(jié)的教學(xué)中，教師設(shè)計的評價表（部分）見表1。

表1 “光合作用將光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能”一節(jié)教學(xué)評價表（部分）

3 “五化一體”教學(xué)設(shè)計策略的反思

“五化一體”設(shè)計策略是新課程理念下的一種新的教學(xué)設(shè)計的嘗試。如果能有效合理地運用到教學(xué)設(shè)計中，就能讓課堂教學(xué)更加出彩，使學(xué)生在構(gòu)建科學(xué)概念的同時發(fā)展生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。雖然，學(xué)生的核心素養(yǎng)培養(yǎng)是一個艱苦且漫長的過程，不可能一蹴而就，但教學(xué)的主渠道在課堂，核心素養(yǎng)落實的載體亦在課堂。教師需要以培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)為目標(biāo)不斷改進課堂教學(xué)設(shè)計，在設(shè)計過程中不斷完善、不斷探索。