以概念為本培養(yǎng)生物學(xué)學(xué)科素養(yǎng)的教學(xué)實(shí)踐

班昭

摘 要：本文以“探究光合作用的過程”為例，對以概念為本的教學(xué)模式進(jìn)行了實(shí)踐。通過演繹推理大量的實(shí)驗(yàn)資料，構(gòu)建出光反應(yīng)階段、暗反應(yīng)階段的過程模型，歸納出了光合作用的概念，并以此概念作為基石指導(dǎo)實(shí)際生活和生產(chǎn)。在此過程中學(xué)生樹立了物質(zhì)與能量觀、結(jié)構(gòu)與功能觀的生命觀念，培養(yǎng)了科學(xué)思維和社會責(zé)任感。

關(guān)鍵詞：概念教學(xué);光合作用;模型構(gòu)建;核心素養(yǎng)

隨著新課改的不斷推進(jìn)和深化，教師除了認(rèn)真研讀《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》（2017年版2020年修訂）中蘊(yùn)涵的思想和理念之外，還應(yīng)革新自己的課堂教學(xué)方式，以更好地提高課堂教學(xué)的實(shí)效性，進(jìn)而有助于促進(jìn)學(xué)生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。

當(dāng)今社會知識正在以指數(shù)級數(shù)量增長，如果想將知識完整、有效地理解和應(yīng)用，需要將新知識與已有的模式和認(rèn)知框架建立聯(lián)系，相互融合，這就要求教學(xué)必須向更高抽象度的“概念”邁進(jìn)，只有概念才能作為認(rèn)知模式和框架的基石。由此，推進(jìn)以概念為本的教學(xué)模式勢在必行。

一、教材分析

“探究光合作用的過程”是人教版高中生物學(xué)必修一第五章第四節(jié)第2課時(shí)的內(nèi)容，本課時(shí)主要由三部分組成：（一）分析光合作用的探究歷程，推理出光合作用的光反應(yīng)階段、暗反應(yīng)階段的過程;（二）完成兩個(gè)階段的關(guān)聯(lián)，構(gòu)建光合作用總過程模型;（三）由光合作用總過程模型歸納出光合作用的概念并指導(dǎo)實(shí)際應(yīng)用。

本節(jié)教學(xué)需要學(xué)生掌握的技能有：（一）闡釋光合作用的過程和原理;（二）嘗試?yán)霉夂献饔迷斫鉀Q問題。

需要學(xué)生發(fā)展的學(xué)科素養(yǎng)有：（一）闡明物質(zhì)是能量的載體，能量是物質(zhì)變化的動力，初步形成生物學(xué)的物質(zhì)與能量觀;（二）通過實(shí)驗(yàn)材料和模型構(gòu)建，培養(yǎng)科學(xué)思維和科學(xué)探究能力;（三）舉例說明光合作用的科學(xué)知識與生活和生產(chǎn)緊密聯(lián)系，認(rèn)同科學(xué)技術(shù)的重要價(jià)值。

二、概念教學(xué)的具體運(yùn)用

（一）課堂總設(shè)計(jì)

教學(xué)由生活實(shí)例引入：1.戶外活動選擇清晨較好，還是傍晚較好？2.教室里綠蘿為什么能越來越茂密呢？分析實(shí)例導(dǎo)出新授知識——光合作用。

課堂教學(xué)實(shí)施步驟：首先，通過科學(xué)實(shí)驗(yàn)資料構(gòu)建出光反應(yīng)階段、暗反應(yīng)階段的過程模型。其次，匯總得到光合作用總過程的模型圖，結(jié)合葉綠體結(jié)構(gòu)模式圖，初步形成“物質(zhì)與能量觀”這一生命觀念。再次，由總模型圖歸納總結(jié)出“光合作用”的概念。最終，以概念為根本指導(dǎo)實(shí)際問題的解決。

（二）分析實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)演繹、推理的科學(xué)思維

教師向?qū)W生提供光合反應(yīng)探究歷程的相關(guān)資料，引導(dǎo)學(xué)生分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、歸納總結(jié)實(shí)驗(yàn)結(jié)論，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生演繹、推理的科學(xué)思維。

光反應(yīng)階段實(shí)驗(yàn)資料。

資料一：1648年，海爾蒙特的柳樹實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)歷時(shí)5年，5年內(nèi)只澆水，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示：柳樹增重約80kg，土壤僅減重約0.1kg。

教師啟迪：1.柳樹增重的物質(zhì)來源是什么？2.本實(shí)驗(yàn)是否存在不足之處？

學(xué)科核心素養(yǎng)：認(rèn)同科學(xué)研究需要豐富的想象力、勤奮地實(shí)踐以及大膽質(zhì)疑和對科學(xué)的熱愛。

資料二：1779年，荷蘭醫(yī)生英格豪斯的三組實(shí)驗(yàn)。第一組，在光照條件下將綠植和小老鼠共同置于密閉的玻璃罩下，小老鼠可以存活;第二組，黑暗條件下將綠植和小老鼠共同置于密閉的玻璃罩下，一段時(shí)間后小老鼠死亡;第三組，在光照條件下將枯死的植物和小老鼠共同置于密閉的玻璃罩下，一段時(shí)間后小老鼠死亡。

教師啟迪：1.不同實(shí)驗(yàn)組合的自變量是什么？2.綜合三組實(shí)驗(yàn)所得結(jié)論是什么？

學(xué)科核心素養(yǎng)：1.通過三組實(shí)驗(yàn)過程的對比，歸納出相應(yīng)實(shí)驗(yàn)結(jié)論。2.認(rèn)識到綠植對空氣更新的現(xiàn)實(shí)意義。

資料三：恩格爾曼的水綿實(shí)驗(yàn)過程及結(jié)果。隨后展示葉綠體的結(jié)構(gòu)示意圖。

教師啟迪：1.好氧性細(xì)菌的聚集部位標(biāo)志著有什么物質(zhì)生成？2.這些部位與光照的關(guān)系是什么？③結(jié)合葉綠體的結(jié)構(gòu)模式圖，概括此實(shí)驗(yàn)的結(jié)論。

學(xué)科核心素養(yǎng)：教師在此環(huán)節(jié)向?qū)W生滲透“結(jié)構(gòu)與功能觀”這一生命觀念。

資料四：魯賓和卡門的實(shí)驗(yàn)。利用同位素標(biāo)記法，第一組向植物提供H2O和C18O2;第二組向同種植物提供H218O和CO2。在其他條件都相同的情況下，分析了兩組實(shí)驗(yàn)釋放的氧氣。結(jié)果顯示：第一組釋放的氧氣全部是O2;第二組釋放的氧氣全部是18O2。

教師啟迪：1.實(shí)驗(yàn)采用了哪種對照方式？2.光合作用產(chǎn)生的O2來自哪種物質(zhì)？

學(xué)科核心素養(yǎng)：通過此實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)，發(fā)現(xiàn)科學(xué)技術(shù)對科學(xué)研究的推動作用。

資料五：1954年，美國科學(xué)家阿農(nóng)（D.Arnon）發(fā)現(xiàn)，在光照下，葉綠體可合成ATP。1957年，他發(fā)現(xiàn)這一過程總是與水的光解相伴隨。

教師啟迪：在葉綠體中發(fā)生了什么樣的能量轉(zhuǎn)化？

學(xué)科核心素養(yǎng)：教師在此環(huán)節(jié)中向?qū)W生強(qiáng)調(diào)“物質(zhì)和能量觀”。

暗反應(yīng)階段實(shí)驗(yàn)資料。

資料六：把綠葉放在暗處數(shù)小時(shí)，然后把葉片的一部分暴露在光下，另一部分遮光。經(jīng)過一段時(shí)間后，用碘蒸汽熏蒸葉片，結(jié)果顯示：遮光的部分葉片無顏色變化，而照光的一部分葉片顯示深藍(lán)色。

教師啟迪：1.暗處理的目的是什么？2.碘蒸汽熏蒸的用途是什么？

學(xué)科核心素養(yǎng)：培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)乃季S能力和學(xué)科綜合運(yùn)用能力。

資料七：1954年美國科學(xué)家阿農(nóng)等發(fā)現(xiàn)，在無光條件下，ATP和[H]是CO2轉(zhuǎn)化為糖類的必要條件。

教師啟迪：ATP和[H]在哪個(gè)階段產(chǎn)生？

學(xué)科核心素養(yǎng)：獲取、建立事物間相互聯(lián)系的能力。

資料八：20世紀(jì)40年代，美國科學(xué)家卡爾文利用同位素示蹤法，為小球藻提供14CO2，多次實(shí)驗(yàn)得到下表：

教師啟迪：1.CO2轉(zhuǎn)化的第一產(chǎn)物是什么？2.請嘗試?yán)L制出碳元素的轉(zhuǎn)移路徑。

學(xué)科核心素養(yǎng)：培養(yǎng)學(xué)生基于生物學(xué)事實(shí)和證據(jù)運(yùn)用歸納與概括以及創(chuàng)造思維探討生命規(guī)律的能力。

（三）構(gòu)建模型，培養(yǎng)科學(xué)思維及建模能力

學(xué)生以小組為單位，對上述信息進(jìn)行整合，嘗試構(gòu)建光反應(yīng)階段和暗反應(yīng)階段的過程模型。討論兩個(gè)反應(yīng)階段物質(zhì)變化和能量轉(zhuǎn)化之間的聯(lián)系，同時(shí)認(rèn)識到生命活動不僅具有物質(zhì)基礎(chǔ)，還需要能量驅(qū)動，而能量的供應(yīng)和利用都離不開物質(zhì)變化（化學(xué)反應(yīng)），樹立物質(zhì)和能量觀的生命觀念。整合光反應(yīng)階段和暗反應(yīng)階段的過程模型，最終繪制出光合作用的總過程模型，鼓勵學(xué)生展示自己的成果（第3小組所構(gòu)建的模型如下圖所示）。

此環(huán)節(jié)不僅培養(yǎng)了學(xué)生團(tuán)隊(duì)合作精神，更重要的是通過運(yùn)用創(chuàng)造性思維、模型與建模的方法，培養(yǎng)了學(xué)生的科學(xué)思維。

（四）歸納概括光合作用的概念

由光合作用的總模型圖，從反應(yīng)場所、反應(yīng)物、生成物、能量轉(zhuǎn)化等方面入手，歸納出光合作用的概念及總反應(yīng)式。該環(huán)節(jié)訓(xùn)練了學(xué)生對生命現(xiàn)象及規(guī)律的歸納和概括能力。

（五）引發(fā)協(xié)同思考，增強(qiáng)社會責(zé)任

教師列舉2019年全國卷I理科綜合的第三道選擇題，以引發(fā)學(xué)生的協(xié)同思考。題目如下：

將一株質(zhì)量為20g的黃瓜幼苗栽種在光照等適宜的環(huán)境中，一段時(shí)間后植株達(dá)到40g，其增加的質(zhì)量來自（ ）

A.水、礦質(zhì)元素和空氣

B.光、礦質(zhì)元素和水

C.水、礦質(zhì)元素和土壤

D.光、礦質(zhì)元素和空氣

隨后，深入探討農(nóng)作物增量、增產(chǎn)的途徑，幫助學(xué)生將科學(xué)知識與實(shí)際生活建立聯(lián)系，為知識指導(dǎo)實(shí)踐奠定基礎(chǔ)，進(jìn)而認(rèn)同科學(xué)技術(shù)的重要價(jià)值，培養(yǎng)社會責(zé)任感。

三、教學(xué)反思

在概念為本的教學(xué)模式中，不僅事實(shí)性知識和技能不能忽視，而且概念、原理和概括是此模式中更為重要的元素。在“探究光合作用過程”的教學(xué)中，以實(shí)驗(yàn)資料為依托，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維的同時(shí)，各環(huán)節(jié)均注重學(xué)生概括、歸納能力的訓(xùn)練，為光合作用的概念總結(jié)做好鋪墊。概念為本的教學(xué)可引導(dǎo)學(xué)生在大腦中更深層次地加工事實(shí)和技能，這種更深層次的認(rèn)知過程有助于學(xué)生獲得更透徹的理解和更長時(shí)間的記憶，有助于事實(shí)性知識和技能的遷移和應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

[1]林恩·埃里克森，洛伊斯·蘭寧.以概念為本的課程與教學(xué)：培養(yǎng)核心素養(yǎng)的絕佳實(shí)踐[M].魯效孔，譯.上海：華東師范大學(xué)出版社，2018：5.