基于“問題—情境—活動—概念”模式的單元教學設計
——以“綠色植物促進生物圈的水循環”為例

周 琴 柏青杉

(1.四川省成都市錦西中學校 四川成都 610031)

(2.四川省成都市金牛中學校 四川成都 610037)

《義務教育生物學課程標準(2022 年版)》(以下簡稱《課程標準》)提出,生物學課程應“內容聚焦大概念、教學過程重實踐”,強調生物學課程的設計和實施應追求“少而精”,應高度關注學生學習過程中的實踐經歷。 在基于“問題—情境—活動—概念”模式的單元教學中,教師可選擇恰當的真實情境,圍繞大概念來設計學習任務,通過一系列基于真實情境的實驗、探究或跨學科實踐活動來激發學生積極參與到學習的全過程中,幫助學生加深對生物學概念的理解,也促進學生生物學學科核心素養的培養。

本文以北師大版初中生物學教材第七章第一節“綠色植物促進生物圈的水循環”為例,探討基于“問題—情境—活動—概念”模式下的單元教學在初中生物學課堂中的設計與實施。

1 規劃單元概念進階路徑

生物學概念是學生生物學學科思維發展的基礎。新版《課程標準》明確要求教師圍繞大概念組織教學內容,使學生建構的知識結構化、系統化。 因此教師在教學中需要在深入研讀新課標的基礎上,圍繞學科大概念,厘清各概念層級之間的邏輯關系,梳理課程內容框架,選擇關鍵問題,創設真實情境,整體規劃好概念進階的教學路徑。 例如,在進行“綠色植物可促進生物圈的水循環”這部分內容的教學時,教師可依據如下圖1 所示的概念進階路線幫助學生建構概念框架。

圖1 “綠色植物促進生物圈的水循環”概念進階路線

2 確定單元教學目標

教師在教學中結合學生的生活實際創立相關的真實情境,通過真實情境將生物學知識與生活實際建立聯系,在一定程度上可以降低學生建構概念的難度。 根據以上概念體系,教師嘗試在問題導向下,借助真實情境依托,實施一系列實踐探究活動,來實現單元概念體系的建構,因此確定本單元教學目標如下:

(1) 通過資料分析,理解蒸騰作用、吸收作用、運輸作用的概念和意義,描述綠色植物參與生物圈中水循環的過程,形成結構與功能相適應、物質與能量相統一的生命觀念。

(2) 通過“觀察根毛”、“觀察植物葉片的結構”、“觀察莖對水和無機鹽的運輸”等實踐活動,找出各概念之間的聯系,將零散的碎片化知識結構化系統化,提升歸納、推理、觀察、綜合分析等科學思維能力,以及合作學習、表達交流的能力。

(3) 通過對環境保護問題的關注,提高社會責任意識,初步形成關注社會熱點,保護森林、愛護植物的環境保護意識。

3 具體教學活動

3.1 創設單元大情境,激發認知矛盾

教師首先呈現單元大情境“竹壁鉆孔出水”:將竹子斜剖,發現竹子內空心部分都沒有水;無風的夜晚,在竹子的竹壁上鉆孔有水流出;而晴朗的白天在竹壁上鉆孔卻沒有水流出。 為何同樣是在竹壁上鉆孔,不同的時間段里卻會出現截然相反的現象呢? 真實情境中的真實問題引發了學生上的認知矛盾,求知欲促使學生主動參與到學習過程中來。

3.2 借力遞進小情境,支撐概念構建

要解決此問題,學生需在宏觀角度綜合理解本單元知識,找到各知識點的關聯,才能構建出“植物通過吸收、運輸和蒸騰作用等生理活動,獲取養分,進行物質運輸,參與生物圈中的水循環”這一核心概念,從而回答“綠色植物在生物圈中的作用”這一核心問題。活動是學生主動參與學習的重要途徑,因此《課程標準》倡導教師需要高度關注學生學習過程中的實踐經歷。 結合學生的認知水平和其原有的前概念,教師按照水分的“吸收—運輸—散失”路線將這一問題進行了拆分,并設計了相應的探究活動來使學生加深對生物學概念的理解,形成如下情境導向的初中生物學單元整合“情境創設—活動探究—概念構建”教學流程。

在本課教學中,教師設置了三個關鍵問題“水從哪來、水到哪去、水如何運輸”,依托與之相對應的三個遞進小情境,用“觀察根毛及根尖永久切片”、“觀察植物葉片的結構”、“觀察莖對水和無機鹽的運輸”三個層層深入的實踐探究活動貫穿課堂,讓學生通過相應學習任務的完成來積極參與到或觀察或實驗的學習活動中來,既激發了學生探究生物學知識的興趣,又深化了對相應概念的內化理解,提升了學生合作交流的能力,也在一定程度上幫助學生樹立起“結構與功能相適應”的生命觀念。

3.2.1 問題:“水”從哪來? ——植物通過根毛吸收土壤中的水分

“蘿卜條為何變硬”情境創設:教師播放在鹽水中萎蔫的蘿卜條放在清水里吸水變硬挺的視頻,引導學生認識植物細胞在一定條件下會吸水,并通過根從外界吸收水分。

“觀察根毛”活動探究:學生使用放大鏡和顯微鏡觀察綠豆幼苗的幼根及根尖的縱切片,觀察根毛的形態和密度,構建“根尖的根毛區是根的主要吸水部位”這一概念,同時在顯微鏡下觀察根尖永久切片中不同部位細胞的特點,進一步認識根的微觀結構,再結合探究比較不同濃度溶液中的蘿卜根細胞吸水和失水的情況,得出結論“植物通過根毛吸收土壤中的水分,且當根毛細胞液濃度大于土壤溶液濃度,根毛細胞從土壤里吸收水分;反之,根毛細胞就會失水”。

概念構建:通過活動學生可初步構建“植物通過根部吸收生活所需的水和無機鹽”這一概念,同時還樹立了“結構與功能相適應”的觀念,培養了生命觀念核心素養。

3.2.2 問題:“水”到哪去? ——植物通過氣孔散失水分

“熱水中的氣泡從哪來”情境創設:教師將一片綠蘿的葉放入熱水中,引導學生觀察葉表面會出現大量氣泡,并且上表皮出現氣泡少,下表皮出現氣泡多。

“觀察植物葉片的結構”活動探究:學生制作并觀察綠蘿葉片橫切片及使用指甲油涂抹上、下表皮后取得的油膜裝片,獲得“葉片上的氣孔是植物體水分散失的門戶”這一事實性知識,明確蒸騰作用能促進植物體對水的吸收和運輸,同時通過辨析不同環境中的植物葉片上下表皮氣孔數目的差異原因,逐漸樹立“生物與環境相適應”的進化與適應觀。

概念構建:通過活動學生可構建“植物根部吸收生活所需的水和無機鹽,其中大部分水通過蒸騰作用散失”的概念,在活動的過程中還提升了歸納、推理、觀察、綜合分析等科學思維素養。

3.2.3 “水”如何運輸? ——植物通過導管運輸水分

“怎樣制作七彩玫瑰花”情境創設:教師將白色玫瑰放在不同顏色的食用色素液體染料中,一段時間后,花瓣出現了顏色變化,花瓣上的導管被染上了顏色。

“觀察莖對水和無機鹽的運輸”活動探究:學生觀察紅墨水中的芹菜、大白菜等植物的莖和葉被染色的情況,制作芹菜染色后莖的縱切裝片和綠豆芽壓片,觀察導管的結構,并結合不同植物莖的橫切和縱切裝片觀察結果,認識“導管呈長管狀結構,植物體內的導管彼此連接和貫通,形成一個完整的管道系統,植物可通過導管運輸水分”這一事實性知識。

概念構建:通過對植物莖從宏觀到微觀層層深入的觀察,學生可構建起“植物通過吸收、運輸和蒸騰作用等生理活動,獲取養分,進行物質運輸,參與生物圈中的水循環”這一重要概念。

3.2.4 回歸主線大情境,解決真實問題

回顧“竹壁鉆孔出水”主線大情境,教師再次提問“為什么無風的夜晚在竹壁(竹子的莖)上鉆孔會有水流出來,而晴朗的白天不會出現這種現象”,學生在解釋這一現象的過程中,簡單闡述每個生理作用的過程及主要作用,從各個生理功能之間密切關聯且同時進行的角度進行闡釋,深入內化重要概念“植物通過吸收、運輸和蒸騰作用等生理活動,獲取養分,進行物質運輸,參與生物圈中的水循環”。 同時,學生通過討論,理解光照、溫度、風等環境因素會影響植物的蒸騰作用,進一步構建了“生物與環境相互依賴、相互影響”這一概念,從而領悟人與自然和諧發展的重要性,提高環境保護意識。

3.3 拓展全新情境,遷移運用知識

在對學生學習效果進行評價時,教師拓展了三個全新的情境,讓學生根據所學知識對實際問題進行解釋,在知識的遷移運用中引導學生關注社會熱點,促進其核心素養的形成。 教師創設了“三北防護林的建設”、“成都公園城市的變化”、“校園和家庭環境的改善”這樣三個國家、省市、個人不同層面的情境,讓學生在新情境中主動從“綠色植物促進生物圈的水循環”這個角度進行解釋,深刻體會“綠水青山就是金山銀山”環保理念的重要性,培養其熱愛自然,保護森林的情感意識。

4 教學反思

在基于“問題—情境—活動—概念”模式的單元教學中,教師以“竹壁鉆孔”的真實大情境貫穿課堂,用邏輯線索“植物體對水的吸收、運輸和散失”將“植物的生活”這一主題下涉及的“吸收作用”、“運輸作用”和“蒸騰作用”等生理活動的相關概念、活動進行整合,在統領性情境的導向下聚焦學科大概念,規劃出單元概念進階路徑,確定單元教學目標,依托一系列大、小情境的創設,圍繞大概念內化構建過程設計了各項學習任務,引導學生逐級從事實出發,經歷“歸納概括形成次級概念、綜合分析匯入重要概念、相互關聯形成大概念”的全過程,讓其在活動探究中對大概念進行更加深入的解構和重建,并遷移運用所學生物學知識技能去解決新情境中的問題。這樣的過程,既促進學生認知活動經驗的積累,也提升了其分析和解決問題的科學思維能力,同時也增強了學生社會責任意識的培養,從而實現知識向素養的真正轉化。