指向概念生成的任務(wù)驅(qū)動(dòng)式教學(xué)

駱霞琴

摘要 以“光合作用——光反應(yīng)”概念生成為例，在精心設(shè)計(jì)的任務(wù)驅(qū)動(dòng)下，通過引導(dǎo)學(xué)生參與活動(dòng)體驗(yàn)、信息整合、模型建構(gòu)和遷移應(yīng)用等學(xué)習(xí)過程，開展了指向概念生成的任務(wù)驅(qū)動(dòng)式教學(xué)實(shí)踐與交流，以探尋概念教學(xué)的模式。

關(guān)鍵詞 任務(wù)驅(qū)動(dòng) 光合作用 光反應(yīng)

中圖分類號(hào) G633.91

文獻(xiàn)標(biāo)志碼 B

任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)以學(xué)生完成規(guī)定的“任務(wù)”為教學(xué)目標(biāo)，強(qiáng)調(diào)學(xué)生“做”而不是教師“講”，與新一輪課改的要求不謀而合。因此，以“光合作用——光反應(yīng)”的教學(xué)為例，在精心設(shè)計(jì)的任務(wù)驅(qū)動(dòng)下，通過引導(dǎo)學(xué)生參與活動(dòng)體驗(yàn)、信息整合、模型建構(gòu)和遷移應(yīng)用等學(xué)習(xí)過程，探討任務(wù)驅(qū)動(dòng)式教學(xué)模式在生物學(xué)概念生成中的應(yīng)用。

1梳理脈絡(luò)，明確概念所處的位置

本節(jié)課是浙科版《必修1·分子與細(xì)胞》第三章“細(xì)胞的代謝”中第五節(jié)光合作用的第1課時(shí)。光合作用過程中所發(fā)生的物質(zhì)與能量的變化比較抽象，特別是光反應(yīng)。依據(jù)《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》（以下簡(jiǎn)稱《新課標(biāo)》），本課時(shí)的學(xué)習(xí)重點(diǎn)是建構(gòu)“光合作用——光反應(yīng)”概念。在《新課標(biāo)》的“設(shè)計(jì)依據(jù)”中指出：根據(jù)生物學(xué)的大概念來構(gòu)建課程體系和內(nèi)容框架。據(jù)此，梳理了與“光反應(yīng)”相關(guān)的概念間的層次關(guān)系，明確了光反應(yīng)概念所處的位置，并確定了本課時(shí)教學(xué)的4個(gè)任務(wù)（圖1）。

2活動(dòng)體驗(yàn)，為建構(gòu)概念做好鋪墊

已有知識(shí)是學(xué)生學(xué)習(xí)新知識(shí)的生長(zhǎng)點(diǎn)，以已有概念為教學(xué)起點(diǎn)進(jìn)行新概念的教學(xué)，有利于取得水到渠成、事半功倍的效果。

任務(wù)1：通過光合作用與呼吸作用的比較活動(dòng)，闡明光合作用這一過程所包含的物質(zhì)和能量變化，并能從細(xì)胞水平認(rèn)識(shí)葉綠體的結(jié)構(gòu)和功能相適應(yīng)，樹立結(jié)構(gòu)與功能觀、物質(zhì)與能量觀等生命觀念。

教師引導(dǎo)學(xué)生回顧上一節(jié)所學(xué)細(xì)胞呼吸內(nèi)容的基礎(chǔ)上，并展示兩則資料。

1光合作用是一個(gè)將光能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能的過程。盡管光合作用從總反應(yīng)上看好像是細(xì)胞呼吸的逆轉(zhuǎn)，但光合作用不是細(xì)胞呼吸的逆反應(yīng)。

2早在1931年微生物學(xué)家尼爾研究光合細(xì)菌與綠色植物的光合作用時(shí)就提出，光的作用是將水光解，同時(shí)產(chǎn)生還原劑。

學(xué)生小組討論資料，明確光合作用的反應(yīng)物、生成物、條件、場(chǎng)所等，了解光合作用過程的整體框架。學(xué)生通過活動(dòng)體驗(yàn)，明確了“光合作用就是植物利用CO2和H2O合成糖類等有機(jī)物并儲(chǔ)存能量的過程”，其中CO2被還原為糖類，H2O被氧化為氧氣。該任務(wù)的達(dá)成為“光反應(yīng)”概念的建構(gòu)做好了鋪墊。

3信息整合，親歷概念的生成過程

教師整合光合作用發(fā)現(xiàn)過程中的科學(xué)事實(shí)與證據(jù)的相關(guān)信息，讓學(xué)生體驗(yàn)光合作用的發(fā)現(xiàn)、發(fā)展過程。任務(wù)2：能夠基于光合作用發(fā)現(xiàn)史中的科學(xué)事實(shí)

和證據(jù)，通過小組討論、合作學(xué)習(xí)，運(yùn)用歸納與概括、演繹與推理等思維方式探討、闡釋光反應(yīng)的概念，用準(zhǔn)確的術(shù)語解釋光反應(yīng)過程中的物質(zhì)與能量變化，并用文字和反應(yīng)式的形式表達(dá)。

在任務(wù)1中，學(xué)生已經(jīng)明確了光合作用是葉綠體利用光能，H2O氧化為氧氣，CO2還原為糖類的過程，但并不清楚“該過程具體是如何發(fā)生的”。教師提供資料，重演光合作用的科學(xué)發(fā)現(xiàn)史。

11905年，英國(guó)的布萊克曼、德國(guó)的瓦伯格等用藻類進(jìn)行閃光實(shí)驗(yàn)，在光能量相同的前提下，一種用連續(xù)光照（10min），另一種用閃光照射，中間隔一定暗期（5s光照，5s暗，共20min），發(fā)現(xiàn)后者光合作用總產(chǎn)量比前者大得多。

21937年，英國(guó)植物學(xué)家羅伯特希爾做了這樣一個(gè)實(shí)驗(yàn)：從綠色植物的葉肉細(xì)胞中分離出葉綠體的類囊體制成懸浮液，然后在加入希爾氧化劑如2，6—D[一種染料，氧化態(tài)（A）時(shí)為藍(lán)色還原態(tài)（AH2）為無色]。在無CO2存在下照光，發(fā)現(xiàn)2，6—D由藍(lán)色變?yōu)闊o色，放出了唯一的氣體O2。

31941年，魯賓和卡門制備了含有少量同位素18O的碳酸氫鹽和水，并用以供給光照的小球藻培養(yǎng)物。然后，分析產(chǎn)生的氧氣，三次實(shí)驗(yàn)的結(jié)果如圖2所示。

41954年，美國(guó)科學(xué)家阿爾農(nóng)用離體的葉綠體做實(shí)驗(yàn)，同樣無CO2，給予光照時(shí)，當(dāng)向反應(yīng)體系中供給ADP、Pi和氧化型輔酶II（NADP+）時(shí)，發(fā)現(xiàn)除生成O2外，會(huì)有ATP和還原型輔酶II（NADPH）的積累;在黑暗條件下，只要給分離的葉綠體提供ATP和NADPH，葉綠體就能將CO2轉(zhuǎn)化為糖類等有機(jī)物，同時(shí)ATP和NADPH含量急劇下降。

學(xué)生分析資料，獲得以下信息：1光合作用過程包含了兩個(gè)階段，一個(gè)需要光照，一個(gè)可以在沒有光的條件下進(jìn)行;2光合作用中H2O被氧化成O2的過程發(fā)生在類囊體;3所產(chǎn)生的O2中的氧都來自H2O，與CO2無關(guān);4H2O被氧化成O2的同時(shí)，還有NADPH和ATP的生成。

學(xué)生將獲取的信息加以整合，建構(gòu)光反應(yīng)的概念，即光反應(yīng)是在類囊體膜上進(jìn)行的，由光合色素吸收光能將水分解成氧氣和氫，并生成NADPH，同時(shí)促成ADP和Pi形成ATP，實(shí)現(xiàn)光能到活躍化學(xué)能的轉(zhuǎn)化過程。可簡(jiǎn)要表達(dá)如下：

學(xué)生對(duì)科學(xué)史中的信息進(jìn)行整合，在分析討論、合作探究、層層揭秘中“親歷”了概念的生成過程。

4模型建構(gòu)，全面把握概念的本質(zhì)

把握概念的本質(zhì)過程中，教師促進(jìn)學(xué)生培養(yǎng)深刻而靈活的思維特質(zhì)。

任務(wù)3：通過小組討論、合作學(xué)習(xí)，運(yùn)用體驗(yàn)探究、歸納概括、模型建構(gòu)等思維方式，闡釋光反應(yīng)過程中色素的作用，光能的轉(zhuǎn)換途徑，并建構(gòu)發(fā)生在類囊體膜中物質(zhì)與能量變化的物理模型。

在任務(wù)2中，學(xué)生已經(jīng)建構(gòu)了光反應(yīng)的概念，但并不清楚這一系列變化發(fā)生的本質(zhì)屬性及內(nèi)在聯(lián)系。教師提供2則資料，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)資料的信息進(jìn)行深度加工，深入把握光反應(yīng)過程中物質(zhì)與能量變化的本質(zhì)屬性，并用物理模型的形式展示。

11932年，愛默生及阿諾德對(duì)小球藻懸浮液做閃光試驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)類囊體膜上的色素中只有極少數(shù)激發(fā)態(tài)的葉綠素a分子具有光化學(xué)活性，能將光能轉(zhuǎn)換成電能，其余色素分子只起著吸收和傳遞光能的作用。后來科學(xué)家的進(jìn)一步研究中發(fā)現(xiàn)，電子經(jīng)過一個(gè)復(fù)雜的傳遞過程最終傳給了NADP+，激發(fā)態(tài)的葉綠色a會(huì)氧化H2O，并重新獲得電子。

21961年，科學(xué)家研究發(fā)現(xiàn)了類囊體膜上ATP的合成機(jī)制，當(dāng)類囊體腔中的H+濃度高于類囊體膜外時(shí)，形成一個(gè)電化學(xué)梯度，驅(qū)使H+由類囊體腔內(nèi)向膜外流動(dòng)，當(dāng)H+通過膜上的ATP合成酶向膜外移動(dòng)時(shí)，發(fā)生磷酸化作用，即催化ADP與Pi形成ATP。

學(xué)生分析資料，獲得以下信息：1葉綠體中的色素發(fā)揮了吸收、傳遞和轉(zhuǎn)化光能的作用;2在光反應(yīng)過程中，光能轉(zhuǎn)化為電能，電能再轉(zhuǎn)化為化學(xué)能;3引發(fā)這一系列物質(zhì)與能量變化的根本原因是類囊體膜中存在光合色素和電子傳遞鏈。

在此基礎(chǔ)上，教師引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建發(fā)生在類囊體膜上的物質(zhì)與能量變化的物理模型，如圖3所示。建模完成后，學(xué)生分小組描述光反應(yīng)過程，各小組之間相互評(píng)價(jià)，補(bǔ)充完善。

5遷移應(yīng)用，感悟概念的實(shí)踐價(jià)值

社會(huì)責(zé)任素養(yǎng)是指基于生物學(xué)的認(rèn)識(shí)，參與個(gè)人與社會(huì)事務(wù)的討論，作出理性解釋和判斷，解決生產(chǎn)生活問題的擔(dān)當(dāng)和能力。

任務(wù)4：在遷移應(yīng)用過程中，要求學(xué)生利用所學(xué)知識(shí)解決或解釋實(shí)際問題，并引導(dǎo)學(xué)生自覺思考所學(xué)知識(shí)的價(jià)值，以發(fā)展學(xué)生的社會(huì)責(zé)任素養(yǎng)。

教師呈現(xiàn)課前布置學(xué)生閱讀的文獻(xiàn)《超級(jí)雜交稻光合作用和物質(zhì)積累特性研究進(jìn)展》中關(guān)于雜交水稻為什么能提高產(chǎn)量的相關(guān)信息，要求學(xué)生分析其原因。

超級(jí)雜交稻具有多項(xiàng)特性：1生長(zhǎng)旺盛、根系發(fā)達(dá)，抗倒伏、抗病蟲害的能力強(qiáng)，葉片也更伸展，方向更交錯(cuò)。2葉片中葉綠素含量、葉綠素a/b比值比普通水稻高22.90%和36.78%，并且色素對(duì)光能吸收、傳遞及轉(zhuǎn)化的效率較高，在光反應(yīng)過程中光合量子傳遞速率高，能吸收更多的光能，同時(shí)飽和光合速率高，所以單位面積內(nèi)光能的利用率高。3Rubisco酶活性較強(qiáng)，在碳反應(yīng)過程中能固定更多的CO2，葉片光合作用的效率強(qiáng)，凈光合速率高，同時(shí)其光合作用功能期長(zhǎng)，所以物質(zhì)積累量大、結(jié)的稻穗更大、粒更多......

學(xué)生通過知識(shí)的遷移與應(yīng)用，從光合作用、干物質(zhì)積累角度解釋了超級(jí)雜交稻產(chǎn)量高的實(shí)際問題，感悟到所學(xué)概念與相關(guān)知識(shí)的實(shí)踐價(jià)值。教師通過引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注糧食問題，進(jìn)一步提升了學(xué)生的社會(huì)責(zé)任素養(yǎng)。對(duì)上述資料的分析，也讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到所學(xué)知識(shí)的局限性，用已有知識(shí)無法解釋3中的信息，學(xué)生處于憤悱狀態(tài)，教師順勢(shì)提出下一課時(shí)的“任務(wù)”，驅(qū)動(dòng)學(xué)生后續(xù)的學(xué)習(xí)......

新一輪課改要求課堂教學(xué)在關(guān)注學(xué)生主體性的同時(shí)，主張學(xué)生作為獨(dú)立的個(gè)體真正的參與學(xué)習(xí)過程。本課通過“任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)”進(jìn)行了有益的探索，雖不完美，但相信對(duì)新一輪課改有一定的借鑒和啟發(fā)作用，更相信在各位同仁的共同努力下，一定會(huì)取得良

好的教學(xué)效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉恩山.普通高中教科書：生物學(xué)：必修1：分子與細(xì)胞[M].杭州：浙江科學(xué)技術(shù)出版社，2019：98-103.

[2]中華人民共和國(guó)教育部.普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018：5-8.

[3]何晶晶，鄭曉惠.基于深度學(xué)習(xí)理論的生物學(xué)概念建構(gòu)[J].生物學(xué)教學(xué)，2020，45（33）：12-14.