核心素養(yǎng)下高中生物學(xué)多樣化教學(xué)

林福芳

一、案例背景

《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》指出高中生物學(xué)核心素養(yǎng)包含生命觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探索、社會(huì)責(zé)任等幾個(gè)方面，基于核心素養(yǎng)的高中生物學(xué)教學(xué)要立足學(xué)生本位，從學(xué)科教學(xué)特征和學(xué)情入手，搭建多樣化的生物學(xué)教學(xué)平臺(tái)，有效落實(shí)課程標(biāo)準(zhǔn)要求，提升高中生生物學(xué)綜合素養(yǎng)。高中生物學(xué)內(nèi)容難度有所提升，學(xué)生的知識(shí)積累、學(xué)習(xí)技能等也處于不斷提升的狀態(tài)，因此基于核心素養(yǎng)的高中生物學(xué)教學(xué)要堅(jiān)持以學(xué)生為本的教學(xué)理念，以課堂探究、項(xiàng)目學(xué)習(xí)等為主要活動(dòng)模式，有效促進(jìn)高中生物學(xué)課堂教學(xué)質(zhì)量的提升以及學(xué)生學(xué)科素養(yǎng)的發(fā)展。

二、案例分析

（一）教學(xué)價(jià)值

教師在生物學(xué)教學(xué)中運(yùn)用探究式教學(xué)這種體驗(yàn)度較強(qiáng)的教學(xué)方式，一方面能夠保證學(xué)生在課堂教學(xué)活動(dòng)中獲得非常完整的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，達(dá)到提高學(xué)生學(xué)習(xí)綜合質(zhì)量的目標(biāo)。另一方面，課堂教學(xué)活動(dòng)的組織與實(shí)施對(duì)提升學(xué)生的學(xué)習(xí)綜合效果也能夠產(chǎn)生積極影響。如在探究式課堂上，教師通過(guò)探究實(shí)驗(yàn)的組織與實(shí)施，幫助學(xué)生了解知識(shí)、學(xué)習(xí)知識(shí)并將知識(shí)應(yīng)用于日常學(xué)習(xí)與實(shí)踐活動(dòng)中，從而達(dá)到提升高中生物學(xué)教學(xué)價(jià)值的目標(biāo)。

通過(guò)探究式課堂教學(xué)模式的組織與實(shí)施，教師能夠給學(xué)生創(chuàng)設(shè)自主學(xué)習(xí)的活動(dòng)平臺(tái)，將多樣化教學(xué)方式應(yīng)用于生物學(xué)課堂教學(xué)以及日常實(shí)踐活動(dòng)中，通過(guò)系統(tǒng)、多樣化的活動(dòng)模式夯實(shí)課堂學(xué)習(xí)效果，提高課堂學(xué)習(xí)的綜合質(zhì)量。

（二）教學(xué)目標(biāo)

從核心素養(yǎng)四個(gè)維度入手，結(jié)合上述本章節(jié)內(nèi)容的綜合分析，教學(xué)目標(biāo)設(shè)定如下：

生命觀念：學(xué)生通過(guò)對(duì)光合作用的科學(xué)史和經(jīng)典實(shí)驗(yàn)討論分析，能用物質(zhì)與能量觀、結(jié)構(gòu)與功能觀等說(shuō)明光合作用過(guò)程中的物質(zhì)能量變化。

科學(xué)思維：學(xué)生通過(guò)光合作用過(guò)程中物質(zhì)與能量的關(guān)系討論、探索等，運(yùn)用科學(xué)思維闡述光反應(yīng)過(guò)程中的能量變化過(guò)程。

科學(xué)探究：學(xué)生通過(guò)組織探究實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，進(jìn)一步深化對(duì)課堂內(nèi)容的認(rèn)知，從而提出解決問(wèn)題的方案。

社會(huì)責(zé)任：學(xué)生在討論、分析以及探究實(shí)驗(yàn)組織過(guò)程中能夠進(jìn)一步培養(yǎng)社會(huì)責(zé)任感。

三、教學(xué)過(guò)程預(yù)設(shè)

核心概念：植物細(xì)胞的葉綠體從太陽(yáng)光中獲得能量，這些能量在二氧化碳和水轉(zhuǎn)變的過(guò)程中，隨之轉(zhuǎn)換為糖分子中的化學(xué)能。

任務(wù)一：葉綠體中的光合色素捕獲光能

首先，教師創(chuàng)設(shè)具體的探究情境，引入“2020年5月8日，德國(guó)馬普所和法國(guó)波爾多大學(xué)的研究人員在Science發(fā)表重磅成果：研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的自動(dòng)化人造葉綠體組裝平臺(tái)，可以根據(jù)人們的需求制造出不同的人造葉綠體，不但可以吸收空氣中的二氧化碳，而且可以根據(jù)人們的需求合成各種不同的有機(jī)物，如藥物、燃料等”。隨后，教師提出“葉綠體到底有什么作用呢？”的問(wèn)題，引出恩格爾曼的實(shí)驗(yàn)，學(xué)生根據(jù)大屏幕上的資料初步了解實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與實(shí)驗(yàn)結(jié)果。在學(xué)生觀察過(guò)程中，教師提出相應(yīng)的問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生觀察、提煉相關(guān)結(jié)論。比如，教師可以提問(wèn)：“通過(guò)觀察恩格爾曼的實(shí)驗(yàn)，有沒(méi)有發(fā)現(xiàn)什么規(guī)律呢？好氧細(xì)菌最后都聚集在哪了呢？”（學(xué)生回答：“都聚集在了葉綠體接受光的部位。”）

其次，教師組織學(xué)生以小組為單位，針對(duì)恩格爾曼的實(shí)驗(yàn)的活動(dòng)內(nèi)容進(jìn)行討論。為了增強(qiáng)學(xué)生討論活動(dòng)的有效性，教師可以采用問(wèn)題引導(dǎo)的方式，如問(wèn)題1：好氧細(xì)菌聚集的原因是什么呢？（學(xué)生回答：聚集的部位產(chǎn)生了很多氧氣。）問(wèn)題2：好氧細(xì)菌聚集的區(qū)域有什么特點(diǎn)呢？（學(xué)生回答：黑暗、光照兩種條件下好氧細(xì)菌會(huì)聚集在不同部位。）問(wèn)題3：根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)艿贸鍪裁唇Y(jié)論呢？（學(xué)生回答：葉綠體接受光照會(huì)產(chǎn)生氧氣、光合作用的場(chǎng)所在葉綠體……）問(wèn)題4：概述一下什么是光合作用。（學(xué)生回答：光合作用是在葉綠體中進(jìn)行的，在光照條件下，將水、二氧化碳合成有機(jī)物，同時(shí)生成氧氣的過(guò)程。）

再次，討論葉綠體的結(jié)構(gòu)，以小組為基礎(chǔ)討論葉綠體與光合作用相適應(yīng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，學(xué)生通過(guò)小組討論，先嘗試畫(huà)出葉綠體的結(jié)構(gòu)圖，隨后分享自己小組討論的結(jié)果。

最后，光合色素的提取和分離環(huán)節(jié)，教師安排小組結(jié)合學(xué)習(xí)任務(wù)單嘗試提取色素，并安排相應(yīng)的活動(dòng)任務(wù)，利用臺(tái)面上的菠菜葉、乙醇等進(jìn)行綜合實(shí)驗(yàn)：（1）提取葉綠體中的色素，并觀察提取液的顏色。（2）用紙層析法分離葉綠體中的色素。結(jié)束后，每個(gè)小組進(jìn)行成果展示，分享自己小組的收獲，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)成果的交流。

（設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)師生互動(dòng)以及學(xué)生小組探究活動(dòng)的過(guò)程，借助實(shí)驗(yàn)探究的方式，鼓勵(lì)學(xué)生在了解基本原理的前提下分析課程內(nèi)容，在具體實(shí)踐過(guò)程中將學(xué)生作為整個(gè)課堂活動(dòng)的主體，教師作為參與者融入其中。相比以往單純地觀看演示實(shí)驗(yàn)的方式，學(xué)生在參與活動(dòng)的過(guò)程中能夠?qū)θ~綠體的相關(guān)知識(shí)產(chǎn)生較為深刻的了解，同時(shí)為后續(xù)的活動(dòng)奠定基礎(chǔ)。）

任務(wù)二：光反應(yīng)能將光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，并釋放氧氣

第一，創(chuàng)設(shè)情境，“人工樹(shù)葉核心是模仿樹(shù)葉中的水的光解，將水在一定的電壓下高效電解，產(chǎn)生氧氣，同時(shí)產(chǎn)生質(zhì)子和電子，然后兩者還可以結(jié)合產(chǎn)生氫氣……”在情境創(chuàng)設(shè)過(guò)程中，教師提出問(wèn)題：“植物細(xì)胞中水的光解是怎么發(fā)生的？光能如何轉(zhuǎn)變成生物體能夠利用的化學(xué)能呢？”以問(wèn)題引導(dǎo)學(xué)生參與后續(xù)的實(shí)驗(yàn)活動(dòng)。

第二，實(shí)驗(yàn)引導(dǎo)環(huán)節(jié)，教師可設(shè)計(jì)知識(shí)復(fù)習(xí)環(huán)節(jié)，借助復(fù)習(xí)環(huán)節(jié)引導(dǎo)學(xué)生猜測(cè)內(nèi)容，提出問(wèn)題：光合作用是氧化還原反應(yīng)，氧氣中的氧來(lái)自水，結(jié)合人工樹(shù)葉推測(cè)水光解還會(huì)產(chǎn)生什么？細(xì)胞呼吸中存在氫載體、還原劑NADH，推測(cè)葉綠體中是否也存在類似NADH的氫受體呢？受引導(dǎo)的學(xué)生提出假說(shuō)：葉綠體中同樣存在類似NADH的氫受體。

第三，實(shí)驗(yàn)探究環(huán)節(jié)，獲得證據(jù)。教師作為實(shí)驗(yàn)參與者，先用PPT將希爾實(shí)驗(yàn)呈現(xiàn)出來(lái)，融入學(xué)生實(shí)踐活動(dòng)中，及時(shí)為學(xué)生提供指導(dǎo)和幫助，如播放葉綠體懸浮液的微課、指導(dǎo)學(xué)生顯微鏡的操作等。學(xué)生按照要求完善實(shí)驗(yàn)方案，并進(jìn)行系統(tǒng)操作。教師在操作過(guò)程中提出問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生思考：（1）葉綠體的混懸液是怎么制作的？（2）如何確定你所提取的葉綠體是完整的？等等。教師通過(guò)一系列的問(wèn)題探討，引導(dǎo)學(xué)生描述出觀察到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，達(dá)到提高學(xué)生觀察能力和操作能力的目標(biāo)。

第四，分析證據(jù)，建構(gòu)模型。教師引導(dǎo)學(xué)生以小組為單位，交流展示實(shí)驗(yàn)結(jié)果，針對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)論進(jìn)行綜合交流與展示，組織學(xué)生進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)提問(wèn)與答疑。教師利用PPT呈現(xiàn)出阿爾農(nóng)的部分實(shí)驗(yàn)、賈格道夫?qū)嶒?yàn)等，組織學(xué)生在觀看過(guò)程中提出疑問(wèn)、分析討論，最終得出實(shí)驗(yàn)成果。

第五，應(yīng)用新知，解決問(wèn)題。教師組織學(xué)生討論，并在適當(dāng)?shù)臅r(shí)機(jī)引導(dǎo)學(xué)生分析，學(xué)生現(xiàn)場(chǎng)生成疑問(wèn)，教師幫助學(xué)生解決問(wèn)題，最后總結(jié)ATP在光合作用中的作用。在此期間，學(xué)生可以現(xiàn)場(chǎng)提出自己的疑問(wèn)，如“為什么單獨(dú)的葉綠體混懸液不會(huì)產(chǎn)生渾濁的現(xiàn)象？”教師鼓勵(lì)學(xué)生自主針對(duì)問(wèn)題進(jìn)行猜測(cè)，如“NADPH積累，導(dǎo)致不能進(jìn)行水光解。”那么你會(huì)采取什么樣的解決方案呢？你有什么樣的證據(jù)能夠佐證你的猜測(cè)呢？

（設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)系統(tǒng)多樣化實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)的組織與實(shí)施，教師將整個(gè)實(shí)驗(yàn)探究過(guò)程層次化、階段化，一是降低了生物學(xué)學(xué)科探究實(shí)驗(yàn)活動(dòng)組織的難度；二是通過(guò)系統(tǒng)多樣化的活動(dòng)過(guò)程設(shè)計(jì)，使學(xué)生在不同的實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)中獲得很多書(shū)本上沒(méi)有的知識(shí)。在探討光反應(yīng)現(xiàn)象的過(guò)程中，教師引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)用課本上所學(xué)的知識(shí)解答生活中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題；不僅如此，在整個(gè)探究實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，既使學(xué)生完整地體驗(yàn)了整個(gè)實(shí)驗(yàn)活動(dòng)的過(guò)程，又拓展了學(xué)生思維，提升了課堂教學(xué)質(zhì)量，促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)綜合質(zhì)量的提升。）

任務(wù)三：碳反應(yīng)將二氧化碳還原為糖

從糧食產(chǎn)量問(wèn)題入手，將生活與本堂課所學(xué)的光合作用有機(jī)融合，引導(dǎo)學(xué)生意識(shí)到光合作用的重要性。

資料導(dǎo)入：德國(guó)科學(xué)家瓦爾堡的閃光實(shí)驗(yàn)，用藻類進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，一組用連續(xù)光照，另一組采用間隔光照。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在光能量相同的前提下，間隔照射比連續(xù)照射的效率更高。

教師提出問(wèn)題：上述實(shí)驗(yàn)中自變量是什么？隨后引出碳反應(yīng)的相關(guān)主題，猜想碳反應(yīng)與光有無(wú)關(guān)系，需不需要二氧化碳……隨后根據(jù)學(xué)生猜想準(zhǔn)備相關(guān)實(shí)驗(yàn)器材，組織學(xué)生進(jìn)行小組探究活動(dòng)。

活動(dòng)一：設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究碳反應(yīng)是否需要二氧化碳

學(xué)生以小組為單位，自主進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，結(jié)合教師提供的樹(shù)葉（同一植物形態(tài)，大小相同，生長(zhǎng)發(fā)育狀況相同）、燒杯、氫氧化鈉、二氧化碳緩沖溶液、玻璃罩、碘液、酒精等材料，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，探究碳反應(yīng)實(shí)驗(yàn)中是否需要二氧化碳。

在活動(dòng)探究之前，教師提出相應(yīng)的探究問(wèn)題，如本實(shí)驗(yàn)中的可變因素是什么，如何控制可變因素？測(cè)量指標(biāo)是什么，如何檢測(cè)？在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，教師提出探究引導(dǎo)問(wèn)題，如：葉片原有的淀粉對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果有影響嗎，如何解決呢？原有葉片顏色對(duì)實(shí)驗(yàn)有無(wú)影響，如何解決？根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象可以得出什么樣的結(jié)論呢？通過(guò)一系列問(wèn)題引導(dǎo)，教師幫助學(xué)生理順實(shí)驗(yàn)活動(dòng)思路，對(duì)碳反應(yīng)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行更加深入的理解與分析。

活動(dòng)探究過(guò)后，教師可以鼓勵(lì)學(xué)生結(jié)合自己的實(shí)驗(yàn)過(guò)程對(duì)碳反應(yīng)是否需要二氧化碳進(jìn)行分享，進(jìn)而對(duì)整個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分享，充分拓展學(xué)生的實(shí)驗(yàn)思路，有效梳理學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究思路，優(yōu)化學(xué)生實(shí)驗(yàn)活動(dòng)路徑。

活動(dòng)二：探究二氧化碳還原成糖的途徑

材料內(nèi)容：馬爾文·卡爾實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)過(guò)程：將培養(yǎng)出來(lái)的小球藻放置在含有未標(biāo)記的CO2中的密閉容器中，然后將14C標(biāo)記在CO2容器中，培養(yǎng)一段時(shí)間之后，將小球藻浸入乙醇中殺死細(xì)胞，使細(xì)胞中的酶變性失效，并提取到溶液里的分子，最后將提取物應(yīng)用雙相紙層析法分離各種化合物……

師：實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，采用了什么技術(shù)追蹤二氧化碳中碳的轉(zhuǎn)移途徑？

生1：同位素標(biāo)記法、雙相紙層析法和放射性。

師：怎樣才能按反應(yīng)順序找到生成物產(chǎn)生的順序？

生2：控制反應(yīng)時(shí)間，如縮短時(shí)間依次測(cè)定出的化合物種類為ABCD-ABC-AB，由此推測(cè)化合物產(chǎn)生的順序。

學(xué)生根據(jù)教師提問(wèn)進(jìn)行探究與分析，對(duì)探究實(shí)驗(yàn)進(jìn)行詳細(xì)的分析與探討，如改善光照等條件，對(duì)后續(xù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的變化進(jìn)行分析，從而得出最佳答案。

（設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)材料引入等措施，鼓勵(lì)學(xué)生在真實(shí)的情境中展開(kāi)分析與交流，在探究、行動(dòng)、總結(jié)與反思的過(guò)程中，對(duì)碳反應(yīng)的相關(guān)內(nèi)容展開(kāi)細(xì)致的分析與交流，一方面促進(jìn)整堂課教學(xué)思路的轉(zhuǎn)變，另一方面也加深學(xué)生對(duì)碳反應(yīng)相關(guān)內(nèi)容的認(rèn)知，通過(guò)學(xué)生為主體的探究實(shí)驗(yàn)的滲透，有效提升高中生主動(dòng)學(xué)習(xí)的興趣，進(jìn)而提高課堂學(xué)習(xí)效果。）

四、教學(xué)反思

基于核心素養(yǎng)的高中生物探究式教學(xué)不僅改善了傳統(tǒng)生物學(xué)教學(xué)以教師為中心的教學(xué)方式，將小組合作探究學(xué)習(xí)引入課堂教學(xué)，充分貫徹落實(shí)課程標(biāo)準(zhǔn)要求，搭建以學(xué)生為主體的生物學(xué)教學(xué)平臺(tái)，有效促進(jìn)高中生課堂學(xué)習(xí)積極性的提升。在整個(gè)任務(wù)設(shè)計(jì)中，教師首先明確了本堂課的核心概念與核心任務(wù)，隨后將核心任務(wù)分解為幾個(gè)子任務(wù)，在具體活動(dòng)設(shè)計(jì)中，教師充分關(guān)注了學(xué)生的主體地位以及學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)，分別通過(guò)師生互動(dòng)、學(xué)生互動(dòng)等多樣化的課程活動(dòng)模式，實(shí)現(xiàn)了互動(dòng)過(guò)程中學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、學(xué)習(xí)能力的提升，對(duì)提高高中生物學(xué)教學(xué)質(zhì)量也產(chǎn)生了積極影響。

在后續(xù)，高中生物學(xué)教學(xué)過(guò)程中，教師還可以結(jié)合探究式學(xué)習(xí)過(guò)程創(chuàng)設(shè)更符合高中生學(xué)情的教學(xué)模式，如將PBL教學(xué)法引入生物學(xué)教學(xué)活動(dòng)中，鼓勵(lì)學(xué)生自主發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題，在設(shè)計(jì)、實(shí)施、總結(jié)、反思實(shí)踐活動(dòng)中逐漸形成解決問(wèn)題的能力，從而達(dá)到提升學(xué)生學(xué)科素養(yǎng)的目標(biāo)。

（作者單位：浙江省瑞安市第十中學(xué)）

編輯：陳鮮艷