基于模型建構的光合呼吸類綜合題教學策略

大慶實驗中學 董長喜

光合作用和呼吸作用在高中生物必修一模塊的教學中占據著舉足輕重的地位，不僅是一輪復習中學生遇到的第一個難點，也是每年高考中必考的題目之一。 光合和呼吸作用的過程紛繁復雜， 常常讓學生在分析時顧此失彼。如何在教學過程中采用行之有效的方法，幫助學生梳理零散的知識點， 從而在面對此類問題時思路清晰并充滿自信，是每名生物教師都應該思考的問題。

一、模型建構在生物教學中的意義

模型與建模是科學思維的內容之一，也是落實生物學科核心素養的方法之一[1]。 模型建構是抽象問題具體化思想最重要的體現，這一方法最早出現在細胞核一節。《普通高中生物學課程標準（2017 年版2020 年修訂）》（以下簡稱新課標）對這一方法提出了明確要求：學生完成本模塊學習后，要能夠建立并使用細胞模型，闡明細胞各部分結構通過分工與合作形成相互協調的有機整體，實現細胞水平的各項生命活動[2]。 顯然，學會構建合適的模型，對于解決生物問題，培養學生的科學思維和科學探究，以及樹立正確的生命觀念都大有裨益[3]。

二、光合呼吸綜合類問題教學難度分析

呼吸作用是除病毒外所有生物都要進行的異化作用，而光合作用是綠色植物制造有機物儲存光能的唯一途徑，這部分內容在細胞代謝中十分重要。新課標對這部分內容的要求是：從物質與能量視角，探索光合作用與呼吸作用，闡明細胞生命活動過程中貫穿著物質與能量的變化。其中著重體現了對科學思維、科學探究和生命觀念的考查。

這兩個生理過程需要眾多的分子參與，物質代謝和能量代謝相互依存不可分割。高中階段的學習內容只是高度概括， 動態的反應過程更不可能通過顯微鏡直接觀察，雖然很多深層次的理論并不需要高中生學習和掌握，但這也給教與學留下了不少懸念，即便是高三的學生，也容易問題頻出，在處理習題時，教師如果引導不當，很容易陷入進退兩難的尷尬境地。 基于以上分析，將模型建構與光合呼吸相結合，用三種模型的“線、形、數”直觀地使細胞代謝過程具體化，能夠使能量交換可視化，取得事半功倍的效果。

三、教學策略分析

按照光合呼吸綜合問題的考查角度，教師可以將其分成過程類、細胞器類和曲線類。 過程類問題考查光合及呼吸作用的場所、反應物生成物以及方程式等細節，適合與概念模型結合起來，讓學生通過繪制思維導圖將散點式的知識系統化、有序化，對于一輪復習中的高三學生來講，這也是溫故知新的重要方式；細胞器類問題著重考查參與這兩個生理過程的葉綠體和線粒體之間的關系，由于這兩種細胞器的相對獨立性，而且繪圖方便，教師可以通過構建物理模型來幫助學生理解光合呼吸的聯系；曲線類問題難度較大，“光補償點”“光飽和點”“光合午休”等復雜問題均可體現在曲線變化中， 因此利用數學模型既方便得出答案，又可以培養學生的科學思維。

從教學流程上看， 由于學生剛剛復習完基礎知識，因此三類問題對應的模型建構過程適合學生課前小組合作完成，但綜合運用需要教師在課堂上引導。 結合智慧教學平臺，采用項目化學習的方式，先學后教、難易分明。

四、教學過程

（一）課前導學

教師按照組間同質、組內異質的原則將班級劃分為四個小組， 通過智慧教學平臺推送資源包至學生平板電腦，創設驅動性問題：如何從不同維度構建光合作用和細胞呼吸關系的生物學模型？引導學生自主學習、合作探究。學生根據對所學知識的理解構建光合作用和有氧呼吸關系的思維導圖，即概念模型；之后依據概念模型構建不同光照強度下，葉肉細胞內線粒體與葉綠體之間的氣體交換示意圖，即物理模型；再依據物理模型構建不同光照強度下，光合速率與呼吸速率關系的坐標曲線圖， 即建構數學模型。每位學生將三種模型構建完畢后，拍照上傳，教師收集整理，了解學情，并在教師端對學生提交的作品進行指導，學生構建的概念模型雖然形式不完全相同，但基本是圍繞光合呼吸的核心知識，達到了復習的效果，而物理模型的建構主要表現在光合和呼吸強度相等或不相等時氣體的流向， 還有一些學生構建了一晝夜中光合速率的變化曲線，舉一反三地完成了數學模型。通過課前的合作探究充分喚起了學生的求知欲，提高了學習興趣，鍛煉了思維能力。

（二）課中研學

1.小組展示和匯報

每個小組通過評論與修訂完善一套作品進行課堂展示，并闡述設計理念，同時針對構建模型過程中存在的問題開展討論，進行組間互評。 教師及時點評并講解思維導圖的繪制方法和注意事項，最后強調思維導圖這種概念模型不能流于形式，應該結合實際繪制，細胞器間的物理模型和曲線類數學模型也是如此，不能盲目追求美觀而忽視其實用性。 這一環節與課前相結合，重在培養學生的合作意識和創新精神，提升教與學的高效性。 學生掌握了建構三類模型的思路和方法，也有效突破了本節課的教學重點。

2.高考題針對性檢驗

項目化學習的重要理念在于學習在課前而提升在課中，因此課前任務完成后，教師分別針對三種模型匹配高考題，讓學生課堂思考、討論并通過智慧教學平臺提交答案，檢驗學生解決問題的能力，最終由小組代表為全班同學講解。

首先，教師展示2017 年新課標Ⅱ卷第29 題：

本題針對光合與呼吸作用中的各個階段設置問題，以糖類將兩大生理過程聯系在一起，由于學生認真構建了概念模型，對光反應、暗反應和有氧呼吸的三個階段已經做了充分的復習，并對有氧呼吸只發生在線粒體這一誤區做了糾正，因此問題迎刃而解。解決高考題可以給學生注入極大的信心，對于提升學生分析問題的能力也有明顯的作用。

而針對物理模型，教師展示了2015 年重慶卷的第4 題：

學生構建完物理模型后已經對兩種細胞器的功能和聯系有了全面的認識，分析問題時也能胸有成竹。 對于學生表述中出現的“光反應發生在葉綠體內膜”等錯誤，教師及時更正，個別學生對于選項中出現的“光補償點”“光飽和點”等名詞提出問題，由于涉及數學模型，教師可以因勢利導展示2018 年全國Ⅰ卷第30 題：

學生講解時，教師發現“陰生植物”“陽生植物”等概念表述不清，而一些學生對于“光合午休”的原因解釋不清楚，教師進行了修正，給出標準答案，使得學生豁然開朗。

建構主義的學習理論認為學習是學習者通過新、舊知識經驗的相互作用，來形成、豐富和調整自己的認知結構的過程[4]。通過對三類模型的相關高考題的分析，學生已經能熟練運用構建的模型分析和解決新問題，豐富了自己的解題經驗，認知水平得到有效提升。

（三）課后拓學

學生進一步完善光合作用和細胞呼吸關系的思維導圖，獨立思考2014 年四川卷第6 題創設的問題情境，通過分析兩種植物單作和間作下光合速率變化曲線獲得的新知，完成對不同形式模型的思維整合，嘗試利用模型中所蘊含的生物學知識解決更復雜的生物學問題， 如光補償點、光飽和點和液滴移動類問題，提升學生的必備品格和關鍵能力，將素養轉化為持續的學習實踐。

本節課， 教師在引導學生構建和解讀模型的同時，還時刻滲透并使學生理解“物質與能量觀”“結構與功能觀”等生命觀念。在課堂的最后，借助沃森和克里克的DNA 雙螺旋結構、 愛因斯坦的廣義相對論和牛頓的萬有引力定律，升華學生的學科情感，實現學生對哲學思想和建構理論的深度融合。