基于真實情境的項目式學習教學設計
——以“影響光合作用的環境因素”為例

（南京市寧海中學 江蘇南京 210024）

項目式教學（Project-Based Learning，PBL）是一種設計學習情境以問題為導向的教學方法，是基于現實世界的以學生為中心的教育方式。《普通高中生物學課程標準（2017年版）》倡導探究式學習，注重與現實生活的聯系，倡導利用現實生活的素材和情景開展生物學教與學，注重發展學生的生物學學科素養。

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。項目式學習作為一種新型的學習方式，圍繞一個真實的具體的問題展開，能有效地促進學生的深度學習和核心素養的形成。因此，筆者結合校園樓頂花園部分植物入冬問題的思考，創建真實教學情境，設置7個層層推進的教學任務，啟發學生運用所學知識設計樓頂溫室的初步思路，引導學生在探究中學，做中學和在合作中學，從而深入理解本節課內容，發展思維能力，培養學生生物學學科素養。

1 教學內容

“影響光合作用的環境因素”是2019年版蘇教版生物《必修1·分子與細胞》第三章第四節的主要內容，重點要求學生復習光合作用的過程，分析影響光合作用的環境因素有光照、CO2濃度、溫度、水分、礦質元素等，并能聯系生產生活實踐，解決日常生活中的植物花卉生長、過冬等問題。教師聯系學校實際，創設情境，引導學生運用所學知識、合作嘗試設計校園小型溫室方案，從而培養學生綜合分析問題的能力，并培養學生一定的社會責任觀念。

2 教學目標

①通過觀察、搜集、材料分析，用所學知識分析光合作用原理在生產中的應用。

②通過讀題、識圖、析圖，獲得解決坐標題的解題經驗，嘗試探究影響植物光合作用的因素，培養從坐標圖中獲取信息、處理信息、表達和運用信息的能力。

③理解各因素是如何影響光合作用強度，關注生活環境，關注環境保護等社會問題。

3 教學過程

教師以花園植物遭受凍害為引子，啟發學生運用生物學知識嘗試設計小型溫室。并以設計溫室為真實的項目，在課堂上開展項目式學習，將項目分解為多個教學任務，引導學生發現問題、思考問題并解決問題。教學流程如圖1所示。

圖1 教學流程圖

3.1 創設情境，提出問題

教師展示學校樓頂花園中雪后吊蘭、綠蘿、多肉等凍死的照片：一草一木皆是生命，為了減少再次下雪后的凍害，我們可以做些什么呢？有學生回答：可以搭建一間溫室。

設計意圖：學校樓頂的花園植物是學生在教師的指導下種植的，有花卉、蔬菜等。教師利用雪后一些植物的受災情況引起學生共情，激發學生的學習興趣，引導學生給運用所學知識解決實際問題，培養學生的生命觀念和社會責任。

3.2 設置教學任務，引導學生解決問題

教師將本節課的學習分成7個學習項目，層層推進，環環相扣，始終圍繞校園溫室設計這個真實情境的主線，引導學生通過項目學習復習鞏固、探索新知，從光照、CO2濃度、溫度、水分、礦質元素等方面思考環境因素對光合作用的影響，啟發學生科學思維，促進學生開展科學探究，運用已學習的知識，設計學校溫室的可行性方案，強化學生的生命觀念和社會責任，進一步提升學生的生物學學科核心素養。

3.2.1 復習鞏固，初步分析

教師引導學生復習光合作用的過程，從而提出影響光合作用的環境因素并初步完成思維導圖（圖2）。學生總結、歸納后，確定影響光合作用的環境因素有光照、CO2濃度、溫度、水分、礦質元素等。教師在黑板上繪制思維導圖，并追問：那么，這些環境因素是如何對光合作用產生影響的？我們又能得到哪些啟發，設計并完善校園溫室設計方案呢？

圖2 “影響光合作用的環境因素”的思維導圖

3.2.2 概念教學，模型建構

教師引導學生閱讀教科書，總結建構光合作用速率、凈光合作用速率和呼吸速率等概念。引導學生自己發現三者之間的關系，并嘗試畫概念圖。

3.2.3 觀看視頻，分析實驗

教師播放探究光照強度對光合作用的影響的實驗視頻。學生分析實驗，得出結論：在一定范圍內，光照強度越強，光合作用速率越強。學生根據實驗現象，建構光照強度影響光合作用的曲線（圖3）。教師展示氣體進出葉綠體和線粒體的示意圖（圖4），引導學生找出兩圖的對應關系。

圖3 光照強度對光合作用的影響

圖4 氣體進出葉綠體和線粒體的示意圖

接著，學生自主閱讀教科書中的相關內容，回答教師提出的問題：除了增加光照強度以外，還有哪些措施是利用了光照對光合作用的影響促進植物充分利用光能的？這些措施對設計校園溫室有什么啟示？

3.2.4 分析曲線，討論措施

教師展示CO2濃度對光合作用的影響曲線（圖5），引導學生思考：除了光這個環境因素以外，還有其他環境因素也會影響光合作用。CO2的濃度影響了光合作用的哪個過程？

圖5 CO2濃度對光合作用的影響

學生討論后，得出結論：CO2影響了光合作用的暗反應，即卡爾文循環的過程。在一定范圍內，植物光合速率隨環境中CO2濃度的上升而增加；CO2濃度達到一定值后，再增加CO2濃度，光合速率不再增加。教師追問：以上結論對設計校園溫室大棚有哪些啟示？你有哪些可行性措施？學生分小組討論并回答：可以加強通風、施有機肥、夜間加干冰等。

此時，有學生提出：可以飼養一些小動物，達到增加CO2濃度的目的。教師隨即指出，如果是郊區是可以的，市區的學校樓頂種植小動物是不允許的，還要考慮到周邊居民的生活不被影響，從而加深學生社會責任的概念。

3.2.5 聯系實際，合作討論

教師展示一張新疆哈密瓜的圖片，提出問題：新疆的哈密瓜為什么那么甜？

學生分小組討論，并回答：新疆屬于內陸地區，晝夜溫差比較大。溫度影響酶活性，進而影響光合作用速率和呼吸速率。可以適當保持晝夜溫差、陰雨天適當降低溫室溫度的方法，來增加有機物的積累。

教師追問：這對于校園溫室的設計有什么啟示？學生聯想到可以添加控溫設備，使溫室白天的溫度提高、夜間的溫度降低。

3.2.6 閱讀材料，分析問題

教師展示資料，并提出問題，引導學生思考：水既是光合作用的原理，又是體內各種化學反應的介質。缺水會導致植物萎焉，使光合速率下降。水分能夠影響氣孔開閉，間接影響CO2進入植物體。N是酶、NADPH和ATP的重要組成成分，葉綠素中也有N；P是葉綠體膜、NADPH和ATP的重要組成成分，Mg是葉綠素分子的重要組成成分。根據以上材料，可以得到哪些啟示？

學生討論后，回答：種植時要注意合理灌溉和合理施肥。可以多施有機肥；也可以用每天的剩菜和多余的水果漚制有機肥，不僅提供了礦質營養，還利用了微生物的分解作用增加CO2濃度。

教師引導學生進一步思考，拓展學生的思維：在澆水時，要注意“見干見濕”的原則，防止澆水過多導致“爛根”；在施肥的時候一定要充分稀釋，否則的話植物會“燒苗”。農業生產上，還可以采用輪作的方式，合理充分利用土壤中的營養成分。

3.2.7 綜合分析，初步形成方案

教師提出問題：在自然條件下，影響光合作用的環境因素有很多。在一定條件下，往往有一個因素是最關鍵的因素，分析圖6中多因子對光合作用影響時的關鍵因素依次是什么？接著，引導學生綜合考慮環境因素對光合作用的影響，幫助學生初步形成校園溫室的設計方案。

圖6 多因子對光合作用的影響

3.3 歸納總結，提升素養

教師總結影響光合作用強度的五大因素（光照強度、CO2濃度、溫度、水分、礦質元素），并要求學生嘗試應用生物學知識解決實際問題：綜合考慮環境因素對光合作用的影響，初步形成校園溫室的設計方案，小組合作完成，討論并交流展示。

4 教學反思

本節課運用項目式學習的方法，創設了真實情境，提出了現實問題——校園花園植物如何越冬？教師創設了一個問題解決的環境，啟發學生利用生物學知識嘗試設計溫室，將課堂知識延伸到生活中，有效激發了學生的學習興趣。教學過程中設置了圍繞真實情境的教學任務，以問題為導向，以學生為中心，通過真實的項目，促進學生聯系生產生活實際進行學習，體驗生物學知識能夠運用到實踐中指導生產。

建構主義的教學觀強調，真實的情境有利于幫助學生在解決問題的過程中活化知識。學生通過項目式學習，變事實性知識為解決問題的工具，從而完成對新知識的意義構建，以及對原有知識經驗的改造和重組，促進學習方式的改變，培養社會責任感、創新能力和實踐能力。