形成式概念教學策略在中學生物教學中的應用

楊忠順

摘 要 以落實學科核心素養(yǎng)為目標，以概念教學為基本策略，以科學史中的經典實驗為抓手，設計了“光合作用的過程”一節(jié)的課堂教學，通過問題引領、小組探究、實驗分析、動手訓練等手段，逐步形成“光合作用的過程”這一核心概念，在概念形成與落實中培養(yǎng)學生的生物學科核心素養(yǎng)。

關鍵詞 形成式概念教學 光合作用 教學設計

中圖分類號 G633.91 文獻標志碼 B

2018年9月，部分省市高一新生將使用全新修訂的新課程標準和新教材。新課程標準的宗旨是培養(yǎng)學生生物學核心素養(yǎng)，包括生命觀念、理性思維、科學探究和社會責任。生物學課程設計和實施追求少而精，聚焦核心概念，教學過程重實踐，通過探究學習加深學生對生物學概念的理解和應用，從而發(fā)展其核心素養(yǎng)。概念教學的重要性逐漸被眾多教師所熟知，準確掌握概念教學的基本策略對落實學科核心素養(yǎng)至關重要。

教師進行概念教學時，往往采用同化式概念教學策略，學生被動接受陌生術語，無法真正理解。下面以人教版高中生物教材《必修1·分子與細胞》中“光合作用的過程”一節(jié)為例，通過教學設計、教學實踐、教學反思等過程，探討如何通過形成式概念教學策略落實學科核心素養(yǎng)。

1 教學設計背景分析

1.1 教材分析

該課是人教版必修1第五章第二課時的內容，是高中生物非常重要的核心概念之一。教材中通過文字敘述和圖解進行闡述，并對光反應和暗反應分別進行了定義概括。教材中對光反應和暗反應過程的描述簡單明了，對兩者之間的關系只有一句話的總結概括，沒有實例分析，學生對其關系的重要性和相關性很難真正理解。

1.2 學情分析

學生在初中已經初步接觸過光合作用，例如光合作用的定義、場所、原料、產物、光合作用的反應式等。高中學生的認知水平、邏輯推理能力等都已有明顯的進步。通過前面章節(jié)的學習，學生對葉綠體中色素種類、功能、光合作用的探究歷程等都有了基本的掌握。本節(jié)內容中光反應、暗反應以及兩者之間的關系對于學生來說是全新的概念，也是本節(jié)要重點解決的核心概念。雖然教材中對過程的描述比較清晰，但學生理解這些抽象的概念還是有一定難度的。只有充分理解光合作用的過程，學生才能很好地理解和分析光合作用原理的應用及光合作用的影響因素。學生在學習過程中，往往能看懂教材，上課能聽懂，但是在解決光合作用相關問題時就會遇到困難。究其根本原因，學生并沒有充分理解光合作用的過程，從而在應用其原理分析具體問題時出現(xiàn)困難。

2 教學目標

2.1 知識目標

比較光合作用光反應和暗反應的具體物質變化和能量轉換的過程；闡明光合作用的總反應式與實質。

2.2 能力目標

對相關實驗資料分析、思考、討論、探究等活動中，培養(yǎng)自主學習、自主探究的能力、語言表達及分享信息的能力；通過知識遷移在新的情境中解決問題的能力，學會用比較法進行學習。

2.3 情感、態(tài)度與價值觀目標

培養(yǎng)生命觀念，掌握研究生命現(xiàn)象的基本思想方法。

3 教學重點

光反應和暗反應的過程；光反應和暗反應之間的關系。

4 教學難點

理解并學會應用光合作用的光反應和暗反應機理及相互關系。

5 教學策略

以科學家發(fā)現(xiàn)光合作用過程的真實實驗為探究素材，將核心概念分解成若干小問題，設置一系列問題串，通過形成概念逐一趨向概念內涵。學生通過分析討論，進行概念建構。教師要強調科學史中的學科思維和探究精神；利用睿易云教學平臺和Pad移動終端等現(xiàn)代教育技術，實現(xiàn)師生的及時互動，提高課堂教學效能；引導學生通過對新的情境進行小組探究，加深理解概念內涵和外延，在內涵與外延間建立聯(lián)系；設置新情境，引導學生利用本節(jié)概念解決新的問題，達到學以致用的目標。

6 教學過程設計

6.1 復習導入

師：請同學們在練習本上寫一下綠色植物光合作用反應式。教師通過Pad終端展示學生書寫正確的反應式，糾正學生的書寫錯誤，強調對基礎知識的準確掌握。

學生回顧，書寫。

設計意圖：溫故知新，引出光合作用場所——葉綠體的結構。

6.2 教學實施

概念1：葉綠體具有基粒等結構，是綠色植物光合作用的場所。

教師展示葉綠體結構模型，講解結構，著重分析類囊體和基粒的關系。教師強調：光合色素和有關酶分布在類囊體的薄膜上，有些酶分布在葉綠體基質中。

學生看圖析圖，聽教師講解。

設計意圖：為學習光合作用的過程奠定基礎，使學生樹立結構與功能相適應的觀點。

概念2：葉綠素在光合作用中發(fā)揮重要作用。

教師提出問題：葉綠體中的色素與光合作用有什么關系？

教師展示實驗，并引導學生得出結論。

學生閱讀資料：1913年，德國的威爾斯泰特對葉綠素分子進行了研究。在闡明了它的化學性質之后，研究了葉綠素與光合作用的關系。他發(fā)現(xiàn)在光下，葉綠素的含量較高時，CO2轉化為糖類的反應速率較快。

教師引導學生分析實驗，得出結論：葉綠素在光合作用中有重要作用。

設計意圖：學生通過實驗過程和結果的分析，自然而然得出結論，印象深刻，也了解科學探究的方法。

概念3：葉綠體中的色素能捕獲光能、傳遞和轉化光能。

教師利用投影展示葉綠體色素的吸收光譜圖，并提出問題：光合色素是如何起作用的呢？

學生得出結論：葉綠體中的色素可以吸收光能。葉綠素主要吸收藍紫光和紅光；類胡蘿卜素主要吸收藍紫光。

設計意圖：讓學生明確色素吸收光能的特性，培養(yǎng)學生讀圖析圖的能力，為建構光反應概念做鋪墊。

概念4：光反應過程在類囊體膜上，色素吸收光能，將水分解成[H]和氧氣，并將光能轉化為ATP中的化學能。

（1） 希爾實驗：水光解放氧。

教師展示閱讀資料二：1937年，英國劍橋大學的希爾用離體的葉綠體做實驗。他將離體的葉綠體加到具有NADP+（可與H+結合生成NADPH）的水溶液中，在無CO2的條件下給予光照，發(fā)現(xiàn)葉綠體中有O2放出。

教師展示圖1，并提出問題：色素吸收的光能有什么作用呢？

學生分析實驗，得出結論：色素吸收光能后可以將水分解釋放出氧氣。

（2） 阿爾農實驗：光反應生成ATP和[H]。

教師提供閱讀資料三：1954年，美國的阿爾農等用離體的葉綠體（獲得類囊體懸浮液）做實驗。在給葉綠體照光時發(fā)現(xiàn)，當向反應體系中供給ADP、Pi和NADP+時，體系中就會有ATP和[H]產生。

教師展示圖2。

學生分析實驗，得出結論：在光下，類囊體上生成了ATP和[H]。

這兩個實驗的設計意圖：還原科學史，讓學生感悟科學發(fā)現(xiàn)的探究過程，像科學家那樣探究和思考，培養(yǎng)學生科學探究和理性思維素養(yǎng)。

（3） 光反應過程概念建構。

教師提出問題：陽光下，在類囊體膜上能發(fā)生哪些反應？能量如何轉變？請完成表格填寫（表1）。

學生活動：根據(jù)資料二和資料三的實驗結論，小組討論，總結歸納，填寫表格。通過Pad終端提交給老師，并分享討論結果。教師評價總結。

設計意圖：培養(yǎng)學生歸納總結能力、小組合作能力、語言表達能力、使用現(xiàn)代信息技術能力，完成光反應過程這一概念的完整建構。

概念5：暗反應過程在葉綠體基質中進行，固定CO2，利用光反應生成的[H]和ATP，生成（CH2O），將ATP中的化學能轉化為（CH2O）中的化學能。

（1） 阿爾農實驗：

教師提供閱讀資料四：1954年，美國阿爾農等用離體的葉綠體繼續(xù)做實驗。在黑暗條件下，只要供給了ATP和[H]，葉綠體就能將CO2轉變?yōu)樘恰?/p>

教師展示圖3，并提出問題：在光下葉綠體通過光反應產生的ATP和[H]有什么用呢？

學生得出結論：在黑暗條件下，ATP和[H]是CO2轉化為糖的必要條件。

設計意圖：通過再現(xiàn)科學家實驗，培養(yǎng)學生分析實驗的能力。通過分析此實驗，學生能夠形成光反應為暗反應提供ATP和[H]這一重要概念。

（2） 卡爾文實驗：

教師提供閱讀材料五：從1946年開始，美國的卡爾文等研究了小球藻等植物進行光合作用時CO2轉化為糖類的路線。他們向反應體系中充入一定量的14CO2，光照30 s后檢測產物，檢測到了多種帶14C標記的化合物。將光照時間逐漸縮短至幾分之一秒時發(fā)現(xiàn)，90%的放射性出現(xiàn)在一種三碳化合物（C3）中。在5 s的光照后，卡爾文等同時檢測到了含有放射性的五碳化合物（C5）和其夫子糖類化合物（CH2O）。

教師提出問題：CO2是如何轉變成糖類等有機物的呢？

學生分析，得出推論：碳的轉移途徑如圖4所示。

設計意圖：通過科學家的實驗設計方法，培養(yǎng)學生理性思維和科學探究素養(yǎng)，加深對暗反應階段碳元素去向的理解。

（3） 實驗探究1：

教師提出問題：卡爾文實驗中，CO2供應正常，當停止光照時，短時間內C3和C5的濃度如何變化？原因是什么？

學生分小組進行探究，將探究結果寫在學案上，通過Pad終端將答案提交給教師。小組代表進行討論結果分享，小組間相互評價，教師進行總結評價。

設計意圖：通過實驗探究和推理，讓學生明確光反應提供的ATP和[H]參與碳循環(huán)的具體階段，并培養(yǎng)學生的理性思維、深度探究和語言表達交流素養(yǎng)。

（4） 實驗探究2：

用溫和方法分離得到的葉綠體結構完整，這樣的葉綠體能夠完成光合作用全過程，包括CO2的固定和糖類的生成。用劇烈方法分離得到的葉綠體含有很少或者根本沒有葉綠體基質。這樣的葉綠體能在光下產生O2、ATP、[H]，但是不能固定CO2。

教師提出問題：這些反應進行的場所是哪里呢？請同學們閱讀實驗探究2。

學生閱讀實驗探究2，小組討論實驗方案，分享交流。

學生得出結論：CO2的固定和糖類的生成場所在葉綠體基質。

設計意圖：讓學生掌握科學的實驗方法，明確暗反應的場所，從而培養(yǎng)學生理性思維和科學探究素養(yǎng)。

概念6：光合作用過程包括光反應和暗反應兩個過程。

教師請各位學生完成學案中光合作用全過程圖解（圖4），觀察各組的完成情況，利用Pad對某小組的答案進行評價，利用談話法對光合作用全過程進行總結。

學生分小組討論，歸納總結，填寫光合作用全過程圖解，通過Pad終端將答案推送給老師，小組分享并相互評價。

設計意圖：通過填圖，學生明確光反應和暗反應是不可獨立進行的密切相關的生理過程，學會了建構知識框架，培養(yǎng)了歸納總結能力。

6.3 課后作業(yè)

列表比較光反應和暗反應的區(qū)別和聯(lián)系；

從物質和能量角度闡述綠色植物光合作用的意義。

設計意圖：教會學生學會用比較法進行概念學習，培養(yǎng)學生的生命觀念學科素養(yǎng)。

7 教學評價

7.1 課中過程性評價

通過Pad終端，教師能及時看到各小組討論結果，并由小組代表闡述結果，小組互相評價和教師總結相結合，及時發(fā)現(xiàn)并解決課堂中的既設問題和生成問題。

7.2 課后終結性評價

通過課后作業(yè)，教師可以了解學生是否真正理解光合作用的機理。尤其是通過第二道作業(yè)的解答，能夠看出學生是否從宏觀生態(tài)學的角度理解光合作用的意義，為下節(jié)課的教學做好鋪墊。

8 教學反思

本節(jié)課的教學重點是光合作用的光反應和暗反應的過程。在以往的教學中，大多數(shù)教師采用的策略是直接向學生分步展示每個過程的物質變化和能量變化，然后進行詳細的講解，學生學習的過程是在教師講解之后，在理解過程的基礎上將光合作用流程圖背下來。這樣學生更多的是通過死記硬背把過程記下來，對學生理性思維和科學探究素養(yǎng)的提升是很有限的。教師在進行教學設計時，應大膽創(chuàng)新，改變以往同化式概念教學模式，采用形成式概念教學策略和智慧課堂教學策略，通過把科學家對光合作用過程的探究歷程真實再現(xiàn)，讓學生通過分析實驗過程，小組研討，得出結論，逐步形成概念。運用現(xiàn)代教育技術，學生研討結果通過Pad終端及時反饋給教師，教師及時對典型問題做出點評。通過對若干原始科學實驗的探究形成若干概念后，在教學設計的最后，讓學生在學案中獨立完成光合作用全過程的流程圖，然后分享交流，教師評價。這是一個總結提升的過程，既能培養(yǎng)學生的專業(yè)語言表達能力，又能考查這節(jié)課的教學效果。課后作業(yè)的設計是想培養(yǎng)學生利用比較法來進行知識鞏固，同時能從宏觀生態(tài)學和物質能量的角度去理解光合作用的重要意義，培養(yǎng)學生的生命觀念素養(yǎng)和社會責任素養(yǎng)。

在教學過程中，學生基本能跟上實驗探究思維，小組討論環(huán)節(jié)的氣氛也非常好，每個小組都能準確地得出每個實驗的結論，能在教師指定時間內在學案上寫完答案，并通過Pad提交給教師。在分享環(huán)節(jié)，8個學習小組有6個小組都積極發(fā)言。雖然需要小組討論的問題較多，但是整節(jié)課節(jié)奏控制得很好，基本按照教學設計的各個環(huán)節(jié)逐步推進，在45 min內，恰好完成了整節(jié)課的教學任務。課堂氣氛也比較活躍，且這種活躍是學生思維的活躍，不是表面的氣氛活躍。

從教學效果來看，在最后一個環(huán)節(jié)的光合作用全過程的概念建構中，各個小組的學生都能夠準確地填寫好留空的部分，對光反應和暗反應之間的關系也有了清楚的了解，并能夠準確分析出：當外界條件發(fā)生變化時，各種中間產物短時間內的含量變化。通過課后學生的反饋，學生都反應理解并掌握了光合作用的機理。

當然，本節(jié)課的教學過程還有待改進之處，例如學生對教學平臺的使用還不夠熟練，在課堂提交答案環(huán)節(jié)會有些時間延擱；學生對NADPH和NADP+還不是很理解這些。可能會影響學生對光合作用過程的理解。在以后的教學中，教師可適當提醒學生加強預習，在課堂教學中積極采用現(xiàn)代教育技術，讓學生盡快熟悉教學平臺的使用，通過智慧課堂進一步提高課堂效能。

參考文獻：

[1] 朱正威，趙占良編.分子與細胞[M].北京：人民教育出版社，2007：103-104.

[2] 中華人民共和國教育部.普通高中生物課程標準[M].北京：人民教育出版社，2013：7.

[3] 趙占良.概念教學芻議（二）—概念的組成要素與概念教學[J].中小學教材教學，2015，25（2）：3.