基于生物學學科核心素養的概念教學實踐

潘明鳳

摘要以落實生物學學科核心素養為目標，采用本?！?+1”教學策略進行“光合作用的過程”一節概念教學。教學中以科學家發現光合作用過程的真實實驗材料為素材，組織以探究為特點的主動學習，基于學生對資料的分析與探究、抽象與概括，幫助學生分析物質和能量變化，概念建構光反應和暗反應過程，并以此來建構“光合作用過程”這一核心概念。以期為實現立德樹人根本任務的高中生物課堂的創建提供參考。

關鍵詞 核心素養 概念教學 “3+1”策略 光合作用 教學設計

中圖分類號G633.91 文獻標志碼B

生物學學科核心素養包括生命觀念、科學思維、科學探究和社會責任。生物學學科核心素養是學生在生物課程學習過程中逐漸發展起來的，在解決真實情境中的實際問題時所表現出來的價值觀念、必備品格與關鍵能力，是學生知識、能力、情感態度與價值觀的綜合體現。

生物學概念教學以幫助學生糾正前概念，消除錯誤概念，建立科學概念為根本任務?！镀胀ǜ咧猩飳W課程標準（2017年版）》內容要求部分羅列了各模塊的大概念和重要概念，形成了生物課程的內容框架?！盎谏飳W學科核心素養的概念教學實施是落實生物學學科核心素養的關鍵，會直接影響核心素養中科學思維、科學探究的落實，也會間接影響生命觀念和社會責任的達成”。

基于此，筆者以人教2003版高中生物教材《必修I·分子與細胞》中“光合作用的過程”一節為例，以落實學科核心素養為目標，結合本?！?+1”教學策略，通過概念教學實踐，引導學生建立光合作用的過程。以期為創建以立德樹人為根本任務的高效課堂提供參考。

1教學設計背景

1.1教材分析

光反應、暗反應的過程以及二者之間的關系是本節要解決的重要概念。教材中通過簡單文字和圖解對光合作用的總表達式以及光反應和暗反應過程進行闡述，并只用一句話概括兩者的關系。學生對于這些抽象概念很難真正理解?；诮滩膬热?，確定本節課的大概念和重要概念如下。

大概念：植物細胞的葉綠體從太陽光中捕獲能量，這些能量在二氧化碳和水轉變為糖與氧氣的過程中，轉換并儲存為糖分子中的化學能。

重要概念1：光反應階段，在類囊體膜上進行，色素吸收的光能，將水分解成氧氣和[H]，同時促成ADP和Pi形成ATP，實現將光能轉化為ATP中活躍的化學能。

重要概念2：暗反應階段，在葉綠體基質中進行，固定C02，利用光反應生成的[H]和ATP，還原C₃，生成（CH₂O），實現將ATP中的化學能轉化為（CH₂O）中穩定的化學能。

1.2學情分析

學生在初中階段已經學習過光合作用的相關知識，對光合作用有一定的了解。通過前面內容的學習，學生對捕獲光能的色素和結構、光合作用的探究歷程等都有了基本的掌握。高中學生已經具備一定的邏輯思維能力和認知能力，對未知事物的探究表現出了強烈的好奇心。教材中對光合作用過程的描述比較簡要，但學生對于這些抽象概念的理解還是有一定難度。因此，教師引導學生分析史料，充分理解光合作用是如何發生的，深化學生對光合作用概念的理解，為光合作用原理應用于生產實踐奠定堅實的基礎。

2教學目標

①能從細胞水平認識葉綠體的結構和功能是相適應的，具有物質和能量觀，理解光合作用這一過程所包含的物質和能量變化;

②能夠認識到光反應和暗反應的過程以及二者之間的聯系都是基于科學事實論證形成的;能夠以特定的實驗事實為基礎，形成光反應和暗反應的重要概念，并用文字或圖示的形式表達;

③基于所給材料實驗結果的自主分析，完成小組學習中的主動合作探究，并能與他人交流結果。

④認識到光合作用的重要性，養成愛護綠色植物的環保意識。

3教學重難點

重點：光反應和暗反應的過程，二者之間的關系。

難點：光反應和暗反應之間的關系，建構概念。

4教學策略

采用本?！?+1”教學策略進行概念教學，落實生物學學科核心素養。以科學家發現光合作用過程的真實實驗材料為素材，組織以探究為特點的主動學習，基于學生對資料的分析與探究、抽象與概括，幫助學生分析物質和能量變化，建構光反應和暗反應過程的概念，并以此來建構光合作用的總框架圖解。這樣既能有效地提高教學效益，也有助于學生對光反應和暗反應的關系的深入理解和拓展遷移。

5教學過程

5.1新課導入

教師播放關于袁隆平教授團隊培育的超級雜交水稻（湘兩優）創造水稻單產畝產的最高紀錄并獲得2018未來科學大獎的新聞。教師強調光合作用的重要作用，提出問題：光合作用的總反應式是什么？學生回答后，教師強調：光合作用的過程是十分復雜的，包括一系列化學反應。那么，植物葉綠體中是如何實現上述變化的？這就是本節課的學習課題——探究光合作用的過程。

5.2自主學習

教師提供資料，由學生自主學習。

資料l：1937年，英國植物學家羅伯特希爾（Hill）做了這樣一個實驗：從綠色植物的葉肉細胞中分離出葉綠體制成懸浮液，發現在適宜的條件下給以光照，離體的葉綠體在沒有C02存在的條件下，放出了唯一的氣體——O₂。

資料2：魯賓和卡門實驗。

資料3：1937年，科學家羅伯特希爾做了一個實驗：若將離體的葉綠體的懸浮液置于抽去真空的密閉容器內，該容器內含有草酸鐵（Fe³⁺），給以光照，發現除了放出O₂外，容器內還生成了草酸亞鐵（Fe²⁺）。

資料4：1954年，美國科學家阿爾農用離體的葉綠體做實驗，同樣無CO₂，給予光照時，當向反應體系中供給ADP，I）i和輔酶Ⅱ（NADP+）時，發現除生成O₂外，會有ATP和還原型輔酶Ⅱ（NADPH）產生。

資料5：阿爾農用離體的葉綠體做實驗，在黑暗條件下，只要給分離的葉綠體提供ATP和[H]，葉綠體就能將C02轉化為糖類等有機物，同時ATP和[H]含量急劇下降。

資料6：美國科學家卡爾文以小球藻為實驗材料，向反應體系里充入一定量的CO₂，一定時間，將小球藻迅速殺死，用放射自顯影技術追蹤被CO₂標記的產物。結果發現：光照幾分之一秒后，90%放射性集中出現在一種三碳化合物（C₃）中;5 s的時候，放射性則集中出現在葡萄糖和一種五碳化合物（C₅）中。

5.3點撥歸納

學生結合資料1～4進行光反應階段的概念建構，小組討論，教師點撥完善。接著，學生結合資料5～6進行暗反應階段的概念建構，并化學式及箭頭簡單表示C的轉移途徑。

教師展示資料7：當卡爾文突然停止光照，CO₂供應正常，發現短時間內C₃積累，C₅濃度下降;而突然降低CO₂的供給時，發現C₅會積累。

教師設置問題串，引導學生完善暗反應階段概念的建構：

①條件突然改變時，c₃和c₅含量的變化是否存在矛盾？

②若有矛盾，你認為可以采取哪些措施解決此矛盾？

③根據短期內c₃、c₅含量的變化，結合物質的來源和去路兩個角度，推理[H]、ATP一起參與了哪個階段反應？

教師引導學生結合以上探究完成光合作用總過程圖解（圖1），理解光合作用的實質和意義。

5.4拓展延伸

學生合作完成各物質變化規律表（表1），進一步理解光反應和暗反應之間相互制約的關系。

5.5自檢互評

學生完成代表性的相關練習，強化生命觀念，訓練思維能力。

6教學反思

本節課以光反應和暗反應的過程以及二者的關系為重點。以往的教學中，大多數教師是以教材上內容為載體，學生閱讀了解，然后教師分步詳細講解展示。學生通常都是在教師的講解后，在理解的基礎上將光反應和暗反應的過程以及兩者的聯系背下來，無法達成對科學思維和科學探究能力的培養和提升。顯然，生物學學科核心素養的落實便成了一句空話。因此，教師應改變以往的固化的教學模式，大膽創新，以科學家發現光合作用過程的實驗史料為載體，組織以學生探究為特點的主動學習，自主研討分析、抽象與概括，概念建構光反應和暗反應過程，從而真正實現學生為主、教師為輔的課堂教學。課上，教師要結合學生的探討結果，對典型問題做及時的點評和引導。

從教學實踐來看，學生對暗反應階段的概念建構是本節中耗時最長的一個環節。學生根據已有資料只能自主建構出部分概念模型，此時教師應通過一系列問題串的設置進行恰當的引導讓學生進一步完善。該部分的學習還為后續拓展遷移部分各物質的動態變化規律的探討提供分析思路，因此該探究活動的達成效果對于本節課教學目標的實現最為關鍵。第一次實施本教學設計時，學生的分析稍顯倉促，課堂容量太過緊湊。因此，根據學生的反饋，及時做出調整，將對光反應階段的概念建構改為由學生課前自主構建，課上師生共同對展示的探究一結果進行點評完善即可。如此可以使本節課的重心落在最難的對暗反應階段的概念建構和光合作用總過程的模型建構上，給以學生充足時間分析思考，拓展延伸部分的解決便游刃有余了。改進后試課，學生反饋教學效果較好，很好地達成本節課的核心素養目標。