“五化一體”策略在生物教學設計中的應用

裘圓圓

（浙江省嵊州中學 浙江紹興 312400）

1 “五化一體”教學設計策略的內涵

《普通高中生物學課程標準（2017年版）》（以下簡稱“新課標”）對高中生物學課程的課程結構、學科核心素養等內容進行了詮釋，同時對課堂教學改革也提出了新的要求。為適應新課改要求、有效發展學生的生物學學科核心素養，本研究針對傳統課堂教學中存在的問題，根據“情境創設—問題設計—任務活動構建—學習評價”的教學設計主要要素，構建“五化一體”教學設計策略，即“概念結構化、情境主線化、問題思維化、活動探究化、評價素養化”（圖1）。

圖1 “五化一體”的教學設計路徑圖

“五化一體”教學設計策略通過以概念為骨架，明晰知識結構；以情境為主線，厘清課堂脈絡；以問題為引領，培育學生思維；以任務為驅動，開展探究活動；最終提升學生的學習能力和生物學學科核心素養。下文以浙科版《必修1·分子與細胞》第三章第五節“光合作用將光能轉化為化學能”為例，分析“五化一體”教學設計策略的實踐應用。

2 “五化一體”教學設計策略的實踐

2.1 概念結構化

概念是生物學課堂中學生學習的思維中心，概念理解也是課堂學習的中心任務。在教學設計中，教師可以首先通過構建概念圖來理清本節課概念之間的聯系，將概念之間的層級關系呈現出來，使概念結構化。圖2是“光合作用將光能轉化為化學能”一節的概念層級示意圖。

圖2 “光合作用將光能轉化為化學能”一節概念層級示意圖

設計意圖：教師通過概念圖，明確在不同的學習環節中需要構建的概念，使教學更具有針對性。學習過程的設計由淺入深，環環相扣，使得學生在準確掌握概念的同時，發展生物學學科核心素養。

2.2 情境主線化

情境是“湯”，知識是“鹽”，鹽只有溶于湯才好入口，知識只有融入情境才好理解和消化。內容的情境化可以讓符號化和抽象化的知識活化，順利實現知識到能力、能力到素養的轉變。

在“光合作用將光能轉化為化學能”一節的教學中，教師創設如下主線教學情境：隨著全球工業化的腳步，溫室氣體尤其是CO排放不斷增加，大氣中的碳氧平衡被逐漸打破，全球平均氣溫不斷升高，導致我們的生存環境也日益嚴峻。面對碳排放的不斷增加，科學家一直想研發出一種可持續性的解決方案。2020年5月8日，德國馬普所和法國波爾多大學的研究人員在發表重磅成果——研究團隊開發的自動化人造葉綠體組裝平臺，可以根據人們的需求制造出不同的人造葉綠體，不僅可以吸收空氣中的CO，而且理論上還可以根據人們的需求合成各種不同的有機物，例如藥物、燃料等。合成光合作用的人工替代品，也被稱為當今時代的“阿波羅計劃”。陽光、水、二氧化碳等這些本來毫無關系的東西，是怎么聯系起來的呢？我們在感嘆科技進展對人類生活影響的同時，一起來深入探索一下葉綠體這一魔術城堡。

設計意圖：教師由科學家研究制造出人造葉綠體相關的熱點新聞，順利引出教學主題，接著將該情境作為貫穿整節課的一條主線，將要解決的問題信息蘊含在該情境中，引導學生通過對情境中相關信息的積極感知和理解來進行學習。通過有效情境的創設，教師能夠增強學生的學習興趣，提升學生在情境中獲取分析信息的能力。

2.3 問題思維化

美國心理學家布魯納指出：“教學過程是一種提出問題和解決問題的持續不斷的活動，思維永遠是從問題開始的。”沒有問題就無以思維。如何把問題和思維培養有效結合起來呢？如何設計與教學內容相關的指向科學思維發展的問題，是問題思維化的關鍵。教師應根據教學內容的特點、學生的心理特征和認知規律，緊密圍繞教學目標，以激發學生的學習興趣、啟發思維為原則，從創設的情境中獲取核心問題，再基于情境和核心問題設計指向重要概念的子問題。子問題的設計應盡量具有有效性、層次性和遞進性等特點，學生對問題的思考與討論有助于深刻理解相關概念，將所學知識用于解決現實中的實際問題，以達到知識遷移、思維訓練的目的。

在“光合作用將光能轉化為化學能”一節，教師設計了以下問題：

本次項目區終端水價的測算采用方法3，斗渠渠道水利用系數為0.88。因此，桃花山鎮農民用水者協會管轄范圍內提水灌溉和自流灌溉的終端水價分別為0.147元/m3和0.065元/m3；調關鎮農民用水者協會和東升鎮農民用水者協會管轄范圍內的終端水價為0.081元/m3，具體見表3。

（1）核心問題一：植物細胞葉綠體適于光合作用的結構特點有哪些？

在這一環節的教學中，教師主要引導學生思考：

①回顧葉綠體，你能想起哪些相關知識？

②葉綠體為什么能作為光合作用的場所？

③色素存在于葉綠體的什么部位，有哪些種類，有什么作用？影響色素合成的因素有哪些？

④酶存在于葉綠體的什么部位？

（2）核心問題二：光合作用在葉綠體中是如何進行的？物質和能量如何變化？

在這一環節的教學中，教師主要引導學生思考學習：

①色素吸收的光能在光合作用中是如何起作用的？

②光合作用釋放的O中的氧元素來源于原料中的水，還是CO？

③在光能的作用下葉綠體內發生了哪些物質變化？這些物質變化發生的條件及場所有哪些？

④反應物中的CO如何轉變為糖類等有機物？大致經歷了幾個階段？每個階段發生了什么變化？

⑤三碳糖分子離開卡爾文循環后，可能的轉變途徑有哪些？

設計意圖：通過這種刨根問底式的學習，學生能夠順利地完成光合作用相關概念的構建，對科學思維方式有更深刻的領會與應用。

2.4 活動探究化

活動是生物學學習的基本形式，是提升學習能力的主要路徑。在新課標理念的指導下，課堂教學活動應該是多樣化的。實驗、科學史、模型在探究活動中深受學生的喜歡，是有效的教學策略。教師在教學設計中選擇合適的活動載體，結合層層遞進的問題，能夠引導學生積極思考，激發學生的興趣，促進學生思維的縱深發展。學習活動旨在發展學生的生物學學科核心素養，因此活動的設計應以達成學習目標為宗旨，讓學生在學習活動中做中學、說中學、悟中學。

在“光合作用將光能轉化為化學能”一節的教學中，教師構建了以下教學活動：

（1）學習活動一：建構葉綠體結構模型。

教師提供材料，引導學生以小組為單位構建葉綠體結構模型。學生派代表上臺展示模型，介紹其構建理由，指出葉綠體的各個結構（特別是色素和光合作用有關酶的分布位置），明確葉綠體適于光合作用的結構特點，從而幫助理解結構與功能觀。

（2）學習活動二：基于科學史開展論證式教學活動。

教師引導學生像科學家一樣，基于生物學事實和證據，運用歸納與概括、推理判斷、批判性思維等方法，構建光合作用的相關概念（圖3、圖4），拓展學生的視野，提升學生學習的能力。

圖3 基于科學史開展論證式教學活動1

圖4 基于科學史開展論證式教學活動2

（3）學習活動三：以小組為單位構建光合作用過程模型。

教師引導學生在學案上補充光合作用的相關內容，優化光合作用過程的模型圖（圖5）。

圖5 光合作用過程模型圖

設計意圖：通過基于科學史的論證式教學和模型的構建，學生在學習光合作用相關知識的同時，體驗科學探究嚴謹的論證推理方式，學習科學研究中的思路、方法和技術，從而有效發展生物學學科核心素養。

2.5 評價素養化

評價是使教學活動朝著預期方向發展的重要方式與手段。教師需及時做好課堂教學的反饋評價，關注對學生思維目的性、方向性、邏輯性與嚴密性的引導，關注學生學習中思維的形成，并給出具體的反饋信息。教師應用發展的眼光評價學生的學習，激勵學生進一步探索、遷移運用知識。評價應力求主體多元化、方式多樣化、途徑立體化、目標發展化，使每個學生都能夠獲得成就感。

在“光合作用將光能轉化為化學能”一節的教學中，教師設計的評價表（部分）見表1。

表1 “光合作用將光能轉化為化學能”一節教學評價表（部分）

3 “五化一體”教學設計策略的反思

“五化一體”設計策略是新課程理念下的一種新的教學設計的嘗試。如果能有效合理地運用到教學設計中，就能讓課堂教學更加出彩，使學生在構建科學概念的同時發展生物學學科核心素養。雖然，學生的核心素養培養是一個艱苦且漫長的過程，不可能一蹴而就，但教學的主渠道在課堂，核心素養落實的載體亦在課堂。教師需要以培養學生的核心素養為目標不斷改進課堂教學設計，在設計過程中不斷完善、不斷探索。