基于核心素養的中學生物教學設計

【摘要】：中學新課改提倡培養學生的核心素養，生命觀念是生物學核心素養的重要體現，而光合作用中的物質和能量變化則是生命觀念的重要組成部分。在本節教學設計中，運用科學史，體驗科學探究的過程，提升學生的科學思維，培養其科學探究能力和社會責任；通過課堂活動的設計，幫助學生理解生物學中物質和能量的變化，培養學生的核心素養。

【關鍵詞】：核心素養 光合作用 教學設計

前言

隨著素質教育的不斷發展，學生的全面發展在一定程度上得到提升，而新一輪教學改革提出要培養學生的核心素養。生物學核心素養要求在生命觀念，科學探究，科學思維，社會責任四個方面得到發展【1】，這也體現了生物學科重視學生科學思維與探究能力的課程特點。對核心素養研究的一個重要方面是，如何在教學實踐中更好的實現核心素養的培養【2】。所以教學中，教師應貫徹課程標準，運用適當的教學策略實現學生核心素養的達成，學習與終身學習有關的學習和技能。

一 中學生物教學中核心素養的培養

在中學生物教學中，核心素養的開展，首先是生命觀念。生命觀念在生物學課程中具有重要價值和地位【3】。在光合作用的章節中主要體現的是物質和能量變化這一生命觀念，因此在教學中要作重點講解。其次，科學思維在課標的解釋為：依據事實和證據，以科學的思維方法，認識事物，解決問題【1】，包括歸納概括，演繹推理和批判性思維等。科學思維和科學素養是社會公民應具備的基本素質【4】，因此，教師在教學設計中應體現科學思維，提升學生的科學素養。再者，科學探究可促進科學思維的形成，運用科學探究策略，學生可以參與到探究過程中，同時擁有一定的課堂自主權【5】，激發學習興趣，從而突破傳統教學的科學思維培養困難的瓶頸。最后，核心素養中的社會責任指公民運用生物學知識對社會事務的進行價值判斷和處事【4】，所以在教學中，教師應結合光合作用的知識，滲透社會責任，以培養學生的核心素養。

二 基于中學生物學核心素養的教學設計

1 教材分析

本節是人教版高中生物必修一第五章第四節，第二課時。新課標中要求學生能夠說明光合作用的過程和物質能量的變化過程。

教材中以科學探究歷史為線索，從光合作用的原料的發現到產物中元素的來源，運用了一系列物理化學等交叉學科中的科學思維和科學探究的方法和理論來研究光合作用，揭示了科學家勇于攻堅克難的精神，在后半部分的內容從理論上闡述了光合作用的光反應和暗反應的過程，光合作用的過程十分復雜，需要教師把握好教材的拓展深度和廣度，運用合理的策略，做到深入淺出，提高教學效果。

2 學情分析

高中階段的學生理性思維較強，對于本節內容有一定的理解能力，教師在講解中可以適當拔高。學生前面學習了葉綠體的結構特點，了解了光合作用的場所。此外，學生在初中階段初步學習了光合作用的原理，為本節課的學習打下了基礎。

3 教學目標

（1）生命觀念：通過教師講授光合作用，學生能夠說出光合作用中的能量轉變和物質變化，對光合作用的能量與物質變化規律有初步理解。

（2）科學思維：在體驗科學探究的歷程后，能夠運用科學思維去分析問題，解決問題，能夠推理實驗的合理結果，并批判性交流得出的結論。

（3）科學探究：通過學習科學探究歷程，能夠說出其中的科學探究方法，對光合作用的現象進行觀察，提出問題并作出相應的假設，在科學探究中提高合作能力，勇于創新和質疑。

（4）社會責任：認同光合作用對人類的重要貢獻，領悟科學家勇于探索的科研精神。

4 設計思路

本節課的知識內容較多，較難，故以科學史為線索開展教學。在探究歷程中掌握科學探究的方法，形成科學思維。對光合作用的原料、條件、物質的變化等內容進行探究和梳理，幫助學生初步了解光合作用的探究歷程。在這一過程中涉及到以問題導學，師生探討的方式進行科學史的學習，形成科學思維。

在第二部分光合作用的過程的講授中，采用多媒體課件的動畫和教具圖，對光反應和暗反應進行講解、隨后小組合作完成課堂活動，對這一知識點進行掌握。討論后，小組代表將光合作用過程圖完善，說出各反應的物質和能量變化，最后老師進行總結。

5 教學過程

5.1數據引證，導入新課

根據光合作用對人類的重要程度提問：光合作用對人類的生產生活有何作用？課件上呈現一組數據（數據顯示了光合作用一年所產生的有機物的多少，相當于核電站發電多少），學生自主閱讀材料。通過閱讀能得出什么結論？學生回答：光合作用對人類具有非常重要的作用。

5.2回顧舊知，探尋新知

回顧初中所學光合作用的定義和反應式是什么，檢查同學們對初中知識的掌握情況，將光合作用的完整定義和反應式展示于課件。光合作用原理的得出經歷了漫長的探究歷程，所以，首先一起體悟科學家是如何探究光合作用的（承接下一部分內容）。

（1）1642年 海爾蒙特的柳樹實驗

老師出示海爾蒙特柳樹實驗的實驗數據，通過對實驗講解，分析實驗數據，提問，如果你是當年的海爾蒙特，你會得出什么結論？學生思考后，得出結論：水是植物生長的原料。老師隨后設問：實際上，水是不是植物構建自身的唯一原料呢？不是，但由于科學水平的限制，人們當時只能得出這一認識。

（2）1771年 普利斯特里實驗

海爾蒙特實驗后，有科學家開始思考植物是否能從空氣中得到什么。老師播放普利斯特里的實驗視頻。看完視頻，老師提問，同學們在視頻中觀看到普利斯特里的實驗中有什么現象，小鼠和蠟燭需要什么氣體，實驗的結論是什么，為什么得出這樣一個結論？經過思考，老師請同學分別做出回答，并且進行點撥和評價。

（3）1779 英格豪斯實驗

采用動畫演示英格豪斯的實驗，并講解，提問：為什么英格豪斯的實驗沒有和普利斯特里的實驗一樣成功，進而引出光是進行光合作用的必要條件。

（4）1864年 薩克斯實驗

光在光合作用提供能量。根據能量守恒，梅耶提出光合作用將光能轉化為化學能儲存在物質中。那么這種儲能物質是什么呢？引出薩克斯的實驗，針對實驗提問，暗處理和遮光處理的目的是什么，為什么是處理同一片葉，不同的葉片會有什么影響？為什么要用酒精脫色？酒精的作用是什么？為什么用碘液處理？為什么光照幾個小時就要進行實驗檢測，光照一天不行嗎？這個實驗可以得出哪些結論？在提出問題之后，引起學生對實驗的過程中每一步的思考，從實驗結果分析實驗可能得出的結論。（設計意圖：培養科學思維和探究能力）

（5）1941年 魯賓和卡門實驗

明確光合作用的底物和產物后，科學家們想探究產物中的氧的來源。首先教師引導學生閱讀課本同位素標記法的內容，并用舉例解釋同位素標記法。運用動畫演示魯賓和卡門的實驗結果。學生在觀察完實驗現象之后進行思考，由學生自己得出結論，教師最后進行評價總結。

（6）20世紀40年代 卡爾文實驗

知道光合作用的氧的來源后，卡爾文對碳在反應中的路徑進行了十幾年研究，同樣運用同位素標記法，他發現了碳循環。

在介紹完所有實驗探究之后，教師對科學家們的探索科研精神進行贊頌，將這種勇于探索的精神作為同學們學習榜樣。

5.3 設計活動，突破難點

了解光合作用的探究歷程后，光合作用的具體過程是怎樣的呢？根據有光和無光將光合作用分為光反應和暗反應。首先請學生自行閱讀課本中光合作用的具體過程，找出反應的場所，條件，物質變化和能量變化。在閱讀完之后，教師利用動畫對光合作用的兩個反應過程進行講解。

光反應場所是類囊體薄膜。其上的色素分子吸收光能，將光能轉化為ATP中活躍的化學能。這其中發生了兩個反應---水的光解和ATP的形成（也就是光合磷酸化）。

接著對暗反應進行講解，暗反應涉及兩個主要的反應，CO2的固定和C3的還原。還原C3需要的能量和還原劑，光反應可為其提供，從而將光反應和暗反應聯系起來。學生再次分組討論兩個反應的場所，條件，物質和能量變化。討論后，請兩個小組的代表上臺，完成黑板上的光合作用卡片上的流程圖，對圖片中的反應場所條件和物質能量變化進行解說，并由教師進行評價。

5.4梳理知識，深入分析

環境中的哪些因素會對光合作用產生影響呢？同學們進行思考后，得出是光與CO2，那么這兩種物質的變化會對光合作用的產物產生什么影響，對C3、C5、ATP和[H]以及糖類等有機物的量的影響是什么？對CO2濃度降低和光照減弱的情況分別進行分析，得出結果變化情況。學生課后再對CO2濃度升高和光照增強的情況進行思考和分析。

三 教學總結

3.1 教學效果

本節課學習了光合作用的探究歷程。運用多媒體輔助教學，以問題設疑的形式激發學生的思考能力，在課堂中鼓勵學生思考與討論，組織小組活動，上臺展示討論結果，從而對光合作用的具體過程有一個比較清楚的認識。在課堂上以學生為主體，采用合作討論的策略，提升學生的合作交流與分析思考歸納總結的能力，一定程度上培養了學生的核心素養。

【參考文獻】：

【1】 中華人民共和國教育部.普通高中生物學課程標準：2017年版[Z].北京：人民教育出版社，2018.1

【2】 孫思雨.國內關于核心素養研究的文獻綜述[J].基礎教育研究，2016（17）：14-16+20.

【3】 劉恩山.生命觀念是生物學學科核心素養的標志[J].生物學通報，2018，53（01）：18-20.

【4】 劉恩山.中學生物教學論：第二版[M].北京：高等教育出版社，2009.7

【5】 楊銘，劉恩山.生物學核心素養視角下的科學探究[J].生物學通報，2017，52（09）：11-14.

作者簡介：陳哲慧（1996—），女，漢族，湖南永州市人，在讀教育碩士，單位：湖南科技大學生命科學學院學科教學（生物）專業，研究方向：中學生物學教育