“生物工作坊”課程單元整體教學設計實踐研究

摘要 簡介了生物工作坊的概念，在“綠葉工作坊”為主題的單元課程教學設計中，從聚焦生物大概念開發單元課程內容，指向核心素養制訂單元整體學習目標，開發課時教學三方面論述生物工作坊課程單元整體教學設計。

關鍵詞 生物工作坊 單元整體教學 教學設計 生物學學科核心素養

中圖分類號 G633.91

文獻標志碼 B

生物工作坊以生命科學領域的內容為主線，遵循學生認知科學規律，針對學生現實生活中復雜的、非預測性的問題，提供豐富的材料、研究工具及科學研究方法，通過實踐性、探究性和建構性的學習方式，采取查閱文獻、收集資料、實施實驗、收集數據、表達交流與成果展示等一系列探究活動，在生命觀念、科學思維、科學探究和社會責任等方面發展學生的生物學學科核心素養。生物工作坊是一種與生產實踐相關聯的、自主的、感性思維與理性思維相融合的制作室，是一種與學生生活相關聯的、物化表達的、與使用科學研究工具聯系在一起的活動場，還是一種與科學實踐相關聯的、蘊含交往的、自由表達的研究所。

“生物工作坊”課程單元整體教學設計是一種介于“生物工作坊”課程規劃與單一課時教學設計之間的中觀層面的教學設計。單元教學設計需要突破“只見樹木不見森林”的課時設計理念，向系統籌劃“周期長”的生物工作坊課程設計轉變，注重組織化、結構化知識系統的建構，契合了生物學科核心素養的形成不是一蹴而就的，而是螺旋式提升的特點。因此，“生物工作坊”課程要做好系統的課程規劃，在傳統課時教學設計之前要做好單元整體教學設計。

1聚焦生物學大概念，系統開發“生物工作坊”課程單元課程內容

“課程內容聚焦生物學大概念”的理念，是當前國內外科學教育研究的熱點之一。生命觀念是在生物學大概念基礎上概括、提煉而來，生物學大概念是在若干個核心概念基礎上生成的，核心概念又是在若干個次位概念基礎上生成的。因此，“生物工作坊”課程內容的開發要依據生物學大概念生成“由淺入深、連續進階”的邏輯理路，厘清各內容間的邏輯關系、確立單元核心概念、設計概念進階路徑、構建單元核心概念體系。例如，在“綠葉工作坊”課程中以“葉的結構功能與環境相適應”為核心概念，以“菠菜葉結構與環境的適應性”“松針結構與環境適應性”“不同植物氣孔與環境的適應性”和“同一植物氣孔與環境的適應性”作為次要概念，課程的整體概念體系如圖1所示。

2指向形成生物學科核心素養，制訂單元整體學習目標

1通過徒手切片制作松針葉橫切臨時裝片、顯微觀察裝片，描述松針的氣孔形態、結構與類型和“尋找松針是葉的證據”科學探案過程，逐步形成“質疑—假設—證據—結論”的科學探究思路和松針葉結構與功能相適應的生命觀念，同時培養了質疑精神和探究意識，提升科學探究和科學思維能力。

2通過“探究不同植物氣孔數量與分布”和“探究水培植物和土培植物氣孔數目變化”實驗，分析評價實驗設計方案，學會利用顯微鏡觀察測量氣孔數目、統計并用圖表表述實驗結果，形成植物氣孔的數量和分布與環境相適應的生命觀，加深對“生物形態結構與環境相統一”的認識。

3通過“綠葉工作坊”，根據實驗方法選擇實驗材料，運用所學知識、方法和技能嘗試解決新情境新問題，在新情境中遷移運用、批判理解、知識建構等有意義的學習，培養批判性思維能力，養成嚴謹的科學態度。

3基于單元整體概念體系和學習目標，開發課時教學

單元整體教學設計的基本架構是核心概念，以達成單元整體學習目標為指向，而課時教學是發展生物學科核心素養的落腳點。單元整體課程分成若干課時，每課時設計基于情境提出問題，呈現多樣化的材料，開展自主、合作和探究等活動，呈現探究等學習成果，體現單元概念、思想方法和價值觀的邏輯性、連續性和進階性。

3.1課時1：菠菜葉片結構和環境的適應性

教師以古詩“泉眼無聲惜細流，樹蔭照水愛晴柔。小荷才露尖尖角，早有蜻蜓立上頭”為導入情境，提出問題：1說出古詩中有哪些因素影響植物生長？2這些環境因素主要影響植物的哪些生理

活動？3這些生理功能的完成主要依靠哪些器官？學生討論后，得出：1影響植物生長的因素有陽光、水、空氣、土壤、蜻蜓等。2陽光主要影響植物的光合作用，水主要影響植物的蒸騰作用。3進行光合作用和蒸騰作用的主要器官是葉。

教師追問：1菠菜葉的結構是如何與環境相適應的？2觀察菠菜葉上下表面的顏色，嘗試解釋顏色差異的原因。3推測葉綠體在葉中的分布對于植物的意義。4葉片的形態是如何與光合作用相適應的？學生思考，討論：1菠菜葉肉細胞中的葉綠體是光合作用的場所。菠菜葉表面的角質層防止水份蒸發，菠菜葉表面的氣孔的張開和閉合受保衛細胞所控制，控制蒸騰作用。2靠近上表皮的葉肉細胞數量多，排列緊密，其內葉綠體多，顏色深綠;靠近下表皮的葉肉細胞數量少，排列疏松，其內葉綠體少，顏色淺綠。3菠菜葉正面朝陽光，葉肉細胞數量多，葉綠體數量多，有利于進行光合作用，體現菠菜葉對光資源的優化配置。4菠菜葉片扁平，增加了受光面積，使得葉充分地接收光照。

設計意圖：教師擇古詩構情境，激發學生情感和思維的雙重投入，使學生產生探而要學的需求和積極情緒，幫助學生建立生物與環境關系的整體認識。通過問題引領，學生不斷地積極知感、深入分析思考，不僅經歷生物學知識產生的過程，還運用生物學知識解釋和分析生命現象，初步感知“菠菜葉的結構與功能相適應”的生命觀點。

3.2課時2：探究不同植物氣孔數量與分布

教師展示吊竹梅上表皮和下表皮臨時裝片顯微圖片，提出問題：同是吊竹梅葉片制作的表皮臨時裝片，為什么上表皮沒有氣孔，下表皮有氣孔？引發學生對“植物氣孔數量與分布”的討論，引入探究。

學生課前查閱文獻資料，選擇不同生長環境下的9種植物：水生挺水植物荷花、水生沉水植物苦草、陸生喜陽植物金邊黃楊和香樟、陸生喜陰植物爬山虎和萬年紅、陸生等面葉植物水稻和狗尾草。分組討論實驗方案，確定實驗步驟，設計探究不同植物氣孔數量與分布的實驗任務單。有學生建議，因涉及到氣孔計數，表皮均選取靠近葉脈處。

學生分組制作臨時裝片，利用液晶數碼顯微鏡觀察、統計不同植物葉的上、下表皮氣孔數量，把實驗數據輸入騰訊文檔。教師將實驗數據復制粘貼到提前編輯好的Excel表格中，求出平均值，生成柱狀圖。針對生成的柱狀圖，教師引導學生分析柱狀圖，分析實驗數據，發現并總結9種植物氣孔分布規律。

學生結合實驗任務單，對9種植物的氣孔分布規律進行表達交流，認識到不同植物氣孔的數量與分布是長期適應自然環境的結果，進而更好地形成生物的形態結構與環境相統一的生命觀念。

設計意圖：科學探究是奏響生物工作坊工作的主旋律，使學習真正成為學生生動活潑自我需要。學生通過探究不同生長環境下的9種植物氣孔的數量與分布，自然得出不同植物、同一植物的上下表皮氣孔的數量與分布特點與其環境相適應的結論，進而形成“進化與適應”的生命觀念。通過統計數據和取平均值，并交流表達實驗數據，使得出的結論更為及時、可靠。

3.3課時3：松針結構與環境的適應性

教師提出問題：1松針屬于松樹的什么器官？并說明理由。2尋找證據，論證松針是器官葉。3如何能觀察到松針的結構，并獲取證據。

學生根據松針為綠色，與莖的顏色有差異，推測松針是葉;尋找松針是否具有葉的基本結構，如表皮、氣孔、葉肉和葉脈;制作松針橫切臨時裝片，仔細觀察，尋找證據。

教師追問：1觀察結果是否與預測一樣，松針是否屬于葉？并進行論證。2同樣是葉，為什么松針的形態結構和菠菜葉不一樣呢？

學生分析、討論，得出：松針具有葉的基本結構表皮、葉肉和葉脈，表皮中具有氣孔。松針的形態結構和菠菜葉有差異主要原因是其生存環境不同。

教師呈現資料，引導學生思考：松柏樹原是寒帶和高山生長的樹木，由于長期在寒冷的環境中生活，形成了獨特的御寒結構。松柏樹的葉一般都縮小呈針形、線形或鱗片形，由于葉片面積小，因而水分不容易蒸發散失，在冬季，雖然降水量減少，松柏樹也不會缺水而干枯，保證了樹木的生機永存。松樹能夠適應怎樣嚴酷的環境？松針在結構上是如何適應寒冷干旱的環境的？

學生分析，得出：松樹能夠適應寒冷、干旱的環境。松針可能表皮變厚、松針氣孔變少以適應寒冷干旱的環境。并觀察松針葉橫切臨時裝片，進一步觀察并比較松針與菠菜葉的結構，是否與推測一致。

教師追問：松針葉有哪些獨特的結構與干旱環境相適應？

學生回答：松針葉表皮變厚，氣孔內陷，降低了蒸騰作用，減少水分蒸發。

教師引導學生思考：松針葉肉細胞排列緊密，細胞壁內折使細胞邊緣加長即細胞的周長增加，葉綠體沿細胞的邊緣分布。松樹葉除了在結構上發生了適應性變化，在形態上如何適應環境？松樹的葉呈針形，受光面就減小，它如何滿足松針對于光合作用的需求？

學生交流、討論，得出：1松樹葉呈針形，減少蒸騰作用。2松針數量多，從而使得葉綠體含量增加，滿足松針對于光合作用的需求。葉肉細胞的細胞壁內折，葉綠體排列在細胞內側邊緣，使葉綠體數量增加。

設計意圖：學生制作松針葉橫切臨時裝片，提升徒手切片技能;利用顯微鏡觀察，提升顯微觀察能力。并通過“尋找松針是葉的證據”的過程，在觀察比較中，激發聯系已有菠菜葉的結構和功能相適應的知識經驗，在問題引領下進行抽絲剝繭式的分析，提出合理的猜想。在解釋和主張的碰撞交流中，學生培養了質疑精神、探究意識及表達交流的能力。

3.4課時4：綠蘿葉片結構對水分的適應性綠葉工作坊的學生用水培綠蘿和土培綠蘿1個月。課上，這些學生展示實驗：1摘取水培綠蘿和土培綠蘿上部任意狀態的第二片葉，分別在葉片中部靠近葉脈處撕取葉片上表皮，制成臨時裝片。2光學顯微鏡高倍鏡下（10×40）進行觀測，隨機觀測1個視野的氣孔數目，并作記錄。教師提出問題以上實驗步驟是否有問題？請指出。

教師引導學生修訂、評價實驗方案：1摘取綠蘿

長勢相似的第二片健康葉，應撕取其葉片的下表皮。2在高倍鏡下進行觀測至少3個視野的氣孔數目。

分組制作臨時裝片，各小組數碼顯微鏡統計綠蘿下表皮視野中氣孔的數目，在騰訊多人協作在線文檔Excel表格中錄入數據。大屏幕同步呈現數據錄入情況和平均值;待數據錄入完畢后，利用Excel插入圖表功能，創建探究水培綠蘿和土培綠蘿下表皮氣孔數據柱形圖。學生通過比對柱形圖，得出結論：水培綠蘿比土培綠蘿下表皮氣孔數目多，與其生存環境相適應。

設計意圖：學生利用生物工作坊親自培養綠蘿，在真實情境中實踐，豐富學習經歷，體現了生物工作坊突破研究的時間和空間的限制，凸顯生物工作坊工作的完整性和連續性。教師以工作坊部分學生的實驗設計方案呈現評價情境，學生從探究單一變量原則、增加觀察視頻統計氣孔數目提高數據的可靠性和實施方案的可行性三方面評價。使用騰訊在線文檔協作突破了時間的限制，提高了數據輸入效率。創建的柱形圖直觀表述實驗結果，為不同環境的綠蘿與其環境相適應的概念提供支撐，可以幫助學生形成“進化與適應”生命觀念。學生通過評價和修訂實驗方案，互動地使用數碼顯微鏡、騰訊文檔、收集和解釋實驗數據、展示評價等路徑，基于證據得出不同環境中葉結構功能與環境相適應的生命觀點，樹立實事求是的科學態度，提升科學思維和社會責任等核心素養。

參考文獻：

[1]周初霞，趙文浪，周麗婷.高中生物學校本課程單元整體開發的實踐研究——以利用“新冠肺炎”為主題開發“傳染病與防控”課程為例[J].天津師范大學學報（基礎教育版），2020，21（4）：82-87.

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