“植物的呼吸作用”單元教學設計與實施

任玥僮 潘 青

（1北京師范大學實驗華夏女中 北京 100055 2北京市西城區教育研修學院 北京 100055）

《義務教育生物學課程標準 （2011年版）》倡導探究性學習，特別強調“突出創新精神和實踐能力的培養”。要培養學生的創新精神，教師應具有創新的意識、信心、能力和行動，勇于構建富有創新氛圍的課堂。筆者在“植物的呼吸作用”單元教學設計與實施過程中，對構建初中生物學創新課堂進行了嘗試。

1 指導思想

創新教育是素質教育的靈魂與核心。在現代教學理論的啟發下，筆者在課堂教學研究和實踐的過程中，逐漸認識到創新教育課堂不僅是目標定位（為什么教）理念新，更重要的是在內容重構（教什么）、教學實施（怎么教）、營造課堂氛圍（教得怎么樣）等方面要有所創新（圖1）。其中，目標定位新理念的落實，是以整合的知識為依托，以有序的學習活動為主線，以創新思維訓練為核心，引領學生對自我素質的自主構建和協調發展。只有營造良好的課堂氛圍，才能為學生提供一個發展創新能力的舞臺，所以，課堂氛圍也是教學成敗和教學有效性的一種真實反映，可作為創新教學評價的一項重要指標。

圖1 創新教育課堂的基本理念示意圖

2 課程內容

課程標準對“植物的呼吸作用”單元教學，要求教師幫助學生形成“在生物體內，細胞能通過分解糖類等獲得能量，同時生成二氧化碳和水”這個重要概念，并建議組織學生調查生產中利用植物呼吸作用原理的有關措施。教材是編者對課程內容進行初組織、初加工和初創造的結晶，是教師備課和教學設計與實施的重要依據。備課中，筆者對不同版教材進行比較研究后得知，有關“植物的呼吸作用”單元知識結構，各個版本的教材基本相同（圖2）。該知識體系順應學生的認知規律，從現象到本質、從具體到抽象，由感性到理性、由原理到實踐（應用），內容結構有利于學生學會學習和思維。但是，教材對“細胞通過分解糖類等獲得能量”這個命題，卻普遍缺乏妥善的應對策略，既沒有引導學生探究的可行性實驗方案，也沒有提供能引發學生聯想、分析和推理的相關事實或實驗資料。此外，城鎮中學的學生難以“調查生產中利用植物呼吸作用原理的相關措施”，教材沒有對此作出相應調整。

圖2 植物的呼吸作用單元的知識結構

備課中的知識重構，是對課程內容的再組織、再加工和再創造的過程，針對本單元教材內容的薄弱環節，筆者對知識進行了重構。

2.1 多渠道搜集信息 為了突破“細胞能通過分解糖類等獲得能量”這個核心概念，備課中筆者利用互聯網搜集到一條新聞報道：2003年12月16日，我國萬噸貨輪“居庸關”號途徑廣東汕頭附近公海時，裝有3 700 t玉米的二號艙發生冒煙起火的險情，火災原因竟然是玉米受潮后自燃。此外，還利用研究性學習活動時間，組織學習小組成員設計并實施“萌發種子呼吸過程消耗有機物”的探究實驗活動，收集和整理實驗數據后，繪制成種子呼吸過程有機物含量變化的曲線圖（圖3）；與此同時，小組成員利用顏色反應，定性測定種子呼吸過程淀粉含量變化（圖4）。這些實驗探究獲得的資料和檢測樣品，為本單元知識整合提供了豐富的素材。

初一學生對植物呼吸作用的感性知識甚少，更缺乏生產或生活中應用植物呼吸作用原理的實踐體驗，難以參與課堂的信息交流活動。為促使學生贏得話語權和主動參與教學活動，課前布置學生進行家庭訪問和調查：媽媽買回的蔬菜和水果是怎樣保鮮的？家中盆栽的花卉為什么要定期松土？學生在家庭調查活動中發現和提出問題，使課堂充滿民主、活躍的氣氛。

圖3 萌發玉米種子干重的變化

圖4 萌發玉米種子淀粉含量的變化

2.2 拓展實驗活動 筆者遵循課程內容少而精的課程標準理念，本著充分汲取教材知識的合理框架，適當充實和更新核心內容的原則，對植物的呼吸作用單元知識重構的框架如圖5所示。該單元知識體系以學習活動為主線，圍繞著植物的呼吸作用概念的形成和應用依次展開，保留了直觀的種子萌發呼吸現象的演示實驗，增加了探究各種植物器官的呼吸生理的實驗，增添了實驗分析的具體內容，為形成“細胞能通過分解糖類等獲得能量”的重要概念提供支撐。此外，解說植物進行呼吸作用的生理意義，列舉應用植物呼吸原理于日常生活的調查資料，設計“探究溫度影響植物呼吸作用”的實驗方案等活動，則有助于學生深入理解和應用概念。

圖5 植物的呼吸作用知識重構框架

3 課堂實施

3.1 資源利用方法新 以往的植物呼吸作用教學活動，教師通常選萌發種子做實驗材料，用廣口瓶制作演示實驗裝置。萌發種子呼吸旺盛，廣口瓶容量大，裝入的種子多，呼吸過程耗氧量和二氧化碳釋放量多，呼吸現象直觀顯著。由于生物學實驗室廣口瓶數量有限、檢測氣體性質的實驗操作不方便等原因，難以將觀察呼吸現象的演示實驗提升為學生探究實驗。用其他植物器官做材料，則實驗效果較差。

在本單元教學活動中，筆者動員學生搜集家里棄用的洗手液空瓶，沖洗干凈后在按壓閥上套接一段塑膠管，另一端塑膠管口上再套接玻璃細管，用于實驗探究各種植物器官的呼吸作用。各小組自選實驗材料包括：甘薯、胡蘿卜、土豆、萵筍莖、新鮮菜葉、菜花、蘋果、葡萄，以及煮熟的萌發種子。在實驗過程中，用按壓法排除容器中氣體，使石灰水中形成明顯的白色沉淀，用點燃的香火檢測容器內的氧含量也效果顯著。綜合分析各個小組的實驗數據，證實了各種植物器官都能進行呼吸作用。但是，煮熟的種子不發生呼吸現象。學生的實驗探究活動，為推斷植物呼吸發生在活細胞內提供了充分證據。以往用一對小保溫瓶和溫度計，檢測萌發種子呼吸時釋放大量能量，學生讀取溫度值不甚方便。本次實驗將溫度計改用溫度傳感器，即使學生輪流定時觀測和記載，獲得的溫度數據也準確可靠。

3.2 學習活動的設計新 本單元教學以學生的探究學習為主，活動數量多、形式多樣、關聯性強，且時間緊迫，因此對學習活動要求較高。備課中，筆者將確定的學習活動分為：問題情境創設、認識呼吸現象、揭示呼吸本質、呼吸原理應用4個部分，并用表格將學習活動內容及程序加以編制（表1），以突顯每項活動的預期目標及活動之間的聯系。

表1 植物呼吸作用的學習活動程序表

以往的學習活動設計立足于學生直觀呼吸現象，本單元的學習活動設計則以透過呼吸現象、揭示呼吸實質為核心。活動程序的編排力求符合學生的認知規律，即從現象到本質、從具體到抽象，由表及里、層層深入；力求讓學生通過探究獲得實驗數據，以實驗數據為論據，通過論證和邏輯推理得出結論，從而體驗知識形成的過程和發展科學思維品質。

依據學習活動的方案，教師帶領學習小組的學生，利用課余時間進行實驗準備工作：①落實學習小組的家庭調查活動；②以萌發的玉米種子為材料，師生共同裝配觀察呼吸現象的演示實驗裝置；③準備本組選定的植物器官材料，用洗手液塑料瓶和塑膠管等設備，裝配探究細胞呼吸的實驗裝置；④在研究性學習活動時間，實驗探究萌發種子呼吸時產生水；⑤實驗探究萌發種子呼吸時有機物和糖分含量變化，繪制有機物含量變化曲線圖或檢測糖分含量變化樣本。課前的充分準備工作，為課上實驗活動的順利開展提供了有力保障。

3.3 思維訓練思路新 筆者在初中從教多年，深感學生的課堂思維活動常常呈現沉悶而壓抑狀態。學生習慣于教師的一言堂，缺乏獨立思考的意識；缺乏自信心，不敢表達自我見解并崇尚教師的權威。針對學生思維品質的薄弱環節，在本單元教學過程中，將培養學生的獨立意識和增強自信作為開拓學生創新思維能力切入點。

1）營造一個創新的學習氛圍，力促學生勤于思考和大膽想象，強化學生的問題意識。從表1可見，每項學習活動都涉及一個學習對象（客體），例如實驗材料性質，植物呼吸的場所，呼吸過程中物質變化特征，能量貯存、釋放和利用方式，以及有機物與能量的關系等。顯然，每個客體都蘊育著相關問題，教師也正是利用這些問題及其特定的問題情境，激發學生產生問題意識，嘗試性地發現問題和提出問題，并引領學生主動參與實驗探究過程，尋求解決問題的途徑和方法。

2）豐富學生的知識和經驗，讓其取得在學習過程中表達獨立見解的話語權。為了促使學生形成自我見解和取得課堂上的話語權，教師力促每個學生在課前都完成一項家庭調查課題，或利用互聯網搜集植物呼吸原理指導生產實踐的實例。讓部分學生參與演示實驗的準備過程、裝配本組探究植物器官呼吸的實驗裝置，將研究性學習活動內容與課堂學習內容相銜接，為課堂學習提供重要的實驗資料。在新授課的進程中，學生不僅主動參與實驗探究，而且直面多渠道提供的信息資料，從而獲得必要的知識和經驗，也取得表達獨立見解的話語權。

3）搭建發展創新思維的平臺，引領學生的思維活動進程。創新思維是多種思維方法的綜合應用，聯想是創新思維的重要方法和途徑。在本單元教學過程中，當學生觀察萌發種子的呼吸現象時，一個“為什么選用萌發種子作為呼吸實驗材料”的問題，不僅促使學生意識到萌發種子的旺盛代謝特征，而且啟迪其聯想到“是否能直觀其他植物器官的呼吸現象”。這樣的新概念和新問題，激起學生繼續探究的極大興趣。當學生探究各種植物器官呼吸現象的實驗成功后，一個“植物呼吸究竟在哪里進行”問題，使其聯想到細胞是生物體結構與功能的基本單位，從而形成“呼吸作用在活細胞內進行”的新見解。然后，提示學生思考：植物細胞內哪類物質貯存著大量的能量？這個問題點撥學生用習得的光合作用知識，對呼吸過程釋放的能量來源作出推測；進而啟發學生從物質與能量變化的特征的角度，判斷呼吸作用與光合作用之間的對立關系，并引發學生提出疑問：細胞能通過分解有機物而釋放能量嗎？有機物是怎樣分解的？由此可見，引領學生學會對未知的科學事實作出推測或判斷，對培養學生思維的獨立性具有重要作用。

靈感（頓悟）也是創新思維的一種重要方法。教學中，當學生質疑細胞內有機物分解方式時，教師點燃一根木條，讓學生說明木條的屬性，火焰的性質，助燃的物質，以及煙霧的成分等。由于木條燃燒事件的觸發，學生瞬間找到解決問題的突破口：若細胞內發生“燃燒”過程，則有機物含量會降低并伴隨著能量釋放。由此鼓勵學生以種子為實驗材料，嘗試設計探究種子萌發過程中有機物含量變化的實驗方案，進而通過分析實驗數據得出結論，從而使問題得到解決。

總之，在本單元學習活動進程中，嘗試對學生進行聯想、推測或判斷、頓悟、拓展等思維方法訓練，有利于培養學生的獨立和自信等思維品質。構建創新課堂是教師動腦、動手、用心創造三位一體行為的結晶，是引領學生迅速成長的必經之路。