基于任務(wù)驅(qū)動的生物學(xué)重要概念建構(gòu)

廖涌權(quán)

關(guān)鍵詞：任務(wù)驅(qū)動；重要概念；系統(tǒng)建構(gòu)；蒸騰作用

文章編號：1003-7586（2024）01-0006-04 中圖分類號：G633.91 文獻標(biāo)識碼：B

《義務(wù)教育生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》（以下簡稱“新課標(biāo)”）提出了“核心素養(yǎng)為宗旨”“內(nèi)容聚焦大概念”“教學(xué)過程重實踐”等課程理念，使科學(xué)探究在課程中的地位進一步確認和加強，也讓概念教學(xué)有了進一步深化。這就要求教師在教學(xué)過程中，應(yīng)以重要概念為中心創(chuàng)設(shè)真實情境，并設(shè)置恰當(dāng)?shù)膶W(xué)習(xí)任務(wù)，促進學(xué)生主動參與科學(xué)探究活動，再結(jié)合能夠促進思維發(fā)展的問題情境，引導(dǎo)學(xué)生在分析、綜合和推理的過程中深刻理解并系統(tǒng)建構(gòu)重要概念，并在應(yīng)用概念解決真實情境中的復(fù)雜問題的過程中，發(fā)展核心素養(yǎng)。

1重要概念解析

生物學(xué)單元教學(xué)中，教師應(yīng)該注重教學(xué)內(nèi)容的層次性和結(jié)構(gòu)性。

以重要概念為中心，梳理各級概念性知識、事實性知識之間的關(guān)系，搭建單元教學(xué)內(nèi)容框架，如圖1所示，便于教師整體把握單元內(nèi)的概念內(nèi)容和概念間的關(guān)系，幫助教師進行教學(xué)資源的合理調(diào)配和有針對性地設(shè)計學(xué)習(xí)任務(wù)，以系統(tǒng)建構(gòu)重要概念。

2明晰任務(wù)，建構(gòu)概念

生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)是學(xué)生在學(xué)科學(xué)習(xí)過程中逐漸發(fā)展起來的正確價值觀、必備品格和關(guān)鍵能力。核心素養(yǎng)與情境不可分離。基于對單元教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)目標(biāo)的分析，教師可通過《最美的青春》視頻片段創(chuàng)設(shè)單元教學(xué)情境，展現(xiàn)塞罕壩今昔對比景象，呈現(xiàn)關(guān)鍵信息：塞罕壩人潛心研究，摸索出培育“大胡子、矮胖子”的優(yōu)質(zhì)壯苗技術(shù)，采取合理的方式進行育苗移栽造林；在降水并不充沛的壩上高原，塞罕壩人營造起萬頃林海，改變了區(qū)域內(nèi)的氣候條件；塞罕壩林場建設(shè)者集體獲得聯(lián)合國環(huán)保領(lǐng)域的最高榮譽——地球衛(wèi)士獎。然后，引導(dǎo)學(xué)生置身于塞罕壩建設(shè)之初面臨移栽樹苗存活率低的困難情境，賦予其林場建設(shè)工程師的角色，給定其為擴綠造林給予技術(shù)指導(dǎo)的單元大任務(wù)，實現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容情境化。

生物學(xué)單元教學(xué)應(yīng)注重以重要概念為中心的任務(wù)驅(qū)動。新課標(biāo)在本主題對應(yīng)的教學(xué)策略建議中指出：“引導(dǎo)學(xué)生通過觀察、演示實驗、探究實驗等多種途徑，探究和認識植物的光合作用、呼吸作用、蒸騰作用、吸收和運輸?shù)壬磉^程及其影響因素。”因此，教師應(yīng)結(jié)合單元大任務(wù)，梳理出建構(gòu)重要概念所需解決的關(guān)鍵問題：①植物體吸收的水分如何運輸？②水分是如何從植物體散失的？③綠色植物的蒸騰作用有何意義？④綠色植物在生物圈的水循環(huán)中起什么作用？并以學(xué)生的認知基礎(chǔ)作為教學(xué)起點，確定學(xué)習(xí)任務(wù)和科學(xué)探究活動，引導(dǎo)學(xué)生在動腦和動手相結(jié)合的實踐過程中完成任務(wù)、解決問題。教師再通過啟發(fā)性議題引發(fā)學(xué)生思考，逐層深入對概念的理解，以打通學(xué)生從概念建構(gòu)到發(fā)展素養(yǎng)的通道，如表1所示。

2.1任務(wù)①：探究植物體內(nèi)水分的運輸

建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論認為，學(xué)生形成新概念的過程，是在原有經(jīng)驗基礎(chǔ)上形成新的意義建構(gòu)，并融入原有的認知結(jié)構(gòu)中。因此，設(shè)置本任務(wù)，可以增進學(xué)生的感性認識，為后續(xù)概念建構(gòu)作鋪墊。

活動：觀察水分在植物體內(nèi)的運輸

教師可以設(shè)置前置任務(wù)，安排學(xué)生分組選用芹菜、帶根白菜、帶花百合植株等材料完成變色實驗，也可以是用同樣的植物材料、不同顏色的液體進行培養(yǎng)，豐富學(xué)生的體驗。課上，教師組織學(xué)生觀察變色植株的各個器官，并提出啟發(fā)性議題：這些色素是通過什么結(jié)構(gòu)運輸?shù)饺~（花）的？它在植物體內(nèi)是怎樣分布的？再引導(dǎo)學(xué)生對根、莖、葉柄、葉脈等結(jié)構(gòu)進行橫切和縱切，借助放大鏡觀察染色情況，直觀感受導(dǎo)管在各種器官中均有分布，并貫穿于植物體全身，明確其位置和功能。教師再通過展示各種導(dǎo)管在電子顯微鏡下的圖片，幫助學(xué)生獲得直觀體驗，初步形成概念：植物根部吸收的水和無機鹽，通過導(dǎo)管向上運輸，供植物利用。教師可以提出疑問：培養(yǎng)液中減少的水分都去哪兒了？自然過渡到任務(wù)②。

2.2任務(wù)②：探索蒸騰作用的過程

本任務(wù)是幫助學(xué)生建構(gòu)重要概念的關(guān)鍵所在，是本單元學(xué)習(xí)的重點。探索蒸騰作用的過程，可以從植株蒸騰作用的宏觀現(xiàn)象出發(fā)，引導(dǎo)學(xué)生提出問題，再通過探究葉片細胞水平的結(jié)構(gòu)去理解。

活動：觀察植物的蒸騰作用

教師可以設(shè)置演示實驗，給學(xué)生宏觀呈現(xiàn)蒸騰作用的過程，引導(dǎo)其觀察、比較兩組錐形瓶中液面的變化，明確水分主要通過植物的葉片散失，實驗裝置見圖2。再通過問題“為什么我們難以用肉眼直接觀察水分從葉片散失的過程？”引發(fā)學(xué)生思考。結(jié)合對塑料袋內(nèi)側(cè)水滴的分析，形成蒸騰作用的概念：水分從活的植物體表面以水蒸氣狀態(tài)散失到大氣中的過程。

新課標(biāo)在教學(xué)策略建議中指出：“結(jié)合學(xué)生的生活經(jīng)驗，通過實例分析，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注植物生命活動的原理在生產(chǎn)生活中的實際應(yīng)用。”因此，在建構(gòu)“蒸騰作用”概念后，教師提出啟發(fā)性議題：①春季造林為何要選擇在樹苗發(fā)芽前進行？②夏季造林時為何要剪除一部分枝葉？③為何最好選擇在陰天或者傍晚移栽植物？④移栽菜苗和花草后，為何要遮陰？引發(fā)學(xué)生思考，并在遷移應(yīng)用概念解決真實情境中的問題的過程中，鞏固和強化概念，為完成單元大任務(wù)作鋪墊。

活動：觀察葉片的氣孔分布

葉片是植物完成蒸騰作用的主要器官。對葉片形態(tài)結(jié)構(gòu)的了解，是幫助學(xué)生理性認識蒸騰作用的基礎(chǔ)，也是幫助學(xué)生建立結(jié)構(gòu)功能觀、進化適應(yīng)觀等生命觀念的重要支撐。由于學(xué)生缺乏對氣孔的認知經(jīng)驗，教師可以利用演示實驗：將小白菜等陸生植物的葉片放入70℃左右的溫水中，讓學(xué)生觀察現(xiàn)象，直觀感受氣孔的存在。再引導(dǎo)學(xué)生比較葉片正面和背面氣泡數(shù)目的多少，得出葉片背面氣孔數(shù)目多于正面的結(jié)論。教師順勢提出問題：氣孔這樣的分布特點有何意義？引導(dǎo)學(xué)生深度思考，并作出合理推測：“能夠減少水分的耗散，是對陸地生活的一種適應(yīng)”，幫助學(xué)生建立結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)等生命觀念。

活動：觀察葉片的下表皮細胞

學(xué)生感知氣孔的存在后，再讓其觀察氣孔的結(jié)構(gòu)、探究氣孔開閉的原理，符合學(xué)生的認知規(guī)律。教師可以準(zhǔn)備菠菜、韭菜等實驗材料，讓學(xué)生按照教材實驗步驟制作葉下表皮臨時裝片。學(xué)生可以觀察到氣孔的形態(tài)以及保衛(wèi)細胞與周圍細胞在結(jié)構(gòu)上的差異，但無法認識氣孔開閉的原理。因此，教師可以引導(dǎo)學(xué)生先后使用質(zhì)量濃度為0.3 g/mL的蔗糖溶液和清水浸潤標(biāo)本，觀察保衛(wèi)細胞的形態(tài)和氣孔的狀態(tài)變化，明確氣孔開閉的原理。

活動：觀察葉片的結(jié)構(gòu)

教師在教學(xué)中，應(yīng)該注重生活經(jīng)驗的引入，以之作為教學(xué)起點。樹葉掉落是學(xué)生早已熟知的生命現(xiàn)象，但正面朝下還是背面朝下的概率更大則是學(xué)生沒有思考過的。教師可以創(chuàng)設(shè)問題情境：據(jù)不完全統(tǒng)計，在不受人為因素影響的情況下，晚秋地面上某種植物的落葉大部分正面向下。以此作為探究情境，激發(fā)學(xué)生的求知欲，引導(dǎo)其觀察葉片的結(jié)構(gòu)，探尋其原因，能夠激發(fā)其探究熱情。

教師再講解雙刀切片法的操作要點，讓學(xué)生制作臨時切片并觀察。多數(shù)學(xué)生初次進行實驗時都無法制作高質(zhì)量的切片，教師可以利用課前對小組長進行操作培訓(xùn)，并提供永久切片，以供無法成功制作臨時裝片的學(xué)生觀察。教師再將學(xué)生制作的優(yōu)秀切片通過數(shù)碼顯微鏡呈現(xiàn)到屏幕上，引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)氣孔數(shù)目的多少區(qū)分上、下表皮。適當(dāng)拓展柵欄組織和海綿組織的知識，引導(dǎo)學(xué)生從葉片結(jié)構(gòu)方面去解釋樹葉正面朝下概率更大的原因，從結(jié)構(gòu)與功能的視角認識葉片的結(jié)構(gòu)，有利于學(xué)生高階思維的形成。

2.3任務(wù)③：探討蒸騰作用的意義

通過任務(wù)①和②，學(xué)生深刻領(lǐng)悟了水分進出植物體的過程，但對蒸騰作用意義的認識還不全面，理解不夠深入。教師可以通過設(shè)置以下學(xué)習(xí)活動，搭建學(xué)習(xí)支架逐層引導(dǎo)。

活動：探討蒸騰作用對植物體自身的意義

教師提出問題：植物吸收的水分95%～99%通過蒸騰作用散失，這是不是對水資源的浪費？如果沒有蒸騰作用，植物將會面臨哪些問題？引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合生活經(jīng)驗和已建構(gòu)的概念嘗試回答，教師及時評價，并指導(dǎo)其梳理、總結(jié)出蒸騰作用對植物體自身的意義。

活動：探究蒸騰作用的意義

教師呈現(xiàn)資料：塞罕壩林區(qū)的夏季氣溫一般不超過25℃，較北京同期氣溫偏低10℃以上；近幾十年來，在華北地區(qū)降水量普遍減少的情況下，塞罕壩林區(qū)降水量不降反增。教師引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題并做出假設(shè)：蒸騰作用能夠降低環(huán)境溫度、增加大氣降水（濕度）。長沙縣百熙實驗學(xué)校的李媚琳老師設(shè)計了以下教學(xué)方案引導(dǎo)學(xué)生進行探究。

教師為學(xué)生提供以下實驗裝置（器材）：2組用錐形瓶水培的銅錢草（用植物油液封水面）、3個塑料收納箱、3個電子數(shù)顯溫濕計、1瓶清水（噴瓶）、1瓶蒸騰抑制劑溶液（噴瓶，能在葉片表面形成一層保護膜，封閉氣孔），引導(dǎo)學(xué)生分析實驗變量和需要控制的無關(guān)變量，分組討論設(shè)計實驗方案，在小組派代表交流后修正實驗方案，組裝實驗裝置。由于實驗數(shù)據(jù)獲取耗時較長，教師可以呈現(xiàn)已經(jīng)獲得的實驗數(shù)據(jù)引導(dǎo)學(xué)生討論，如表2所示。

學(xué)生通過分析數(shù)據(jù)可知，噴施清水組的濕度較噴施蒸騰抑制劑組明顯升高，但溫度差別不大。教師可引導(dǎo)學(xué)生分析誤差來源，再呈現(xiàn)資料：1g水在20℃條件下化為水蒸氣吸收熱量約為2450J，森林的蒸騰作用使得林區(qū)夏季氣溫比非林區(qū)低3～4℃，空氣濕度增加157%～300%。教師引導(dǎo)學(xué)生基于證據(jù)進行邏輯推理，得出結(jié)論：蒸騰作用能夠增加大氣濕度，降低環(huán)境溫度。本活動促使學(xué)生認同擴綠造林的價值，主動參與到護綠擴綠的行動中。

活動：繪制綠色植物參與水循環(huán)的示意圖

學(xué)生在明確蒸騰作用的過程和意義后，教師應(yīng)引導(dǎo)其將視野擴大到生物圈，探討蒸騰作用在生物圈中的意義，并繪制綠色植物參與水循環(huán)的示意圖，以建構(gòu)“植物通過對水的吸收和散失，參與生物圈中的水循環(huán)”這一次位概念。然后，教師通過播放紀錄片《被點亮的星球》中有關(guān)亞馬孫雨林的片段幫助學(xué)生梳理、統(tǒng)整已建構(gòu)的次位概念，建構(gòu)重要概念。

2.4任務(wù)④：為塞罕壩擴綠造林獻計獻策

完成重要概念建構(gòu)后，教師再引導(dǎo)學(xué)生回歸單元情境中的大任務(wù)：以塞罕壩林場建設(shè)總工程師的身份為擴綠造林給予技術(shù)指導(dǎo)，并說出理論依據(jù)。如“大胡子、矮胖子”是在適當(dāng)時機采取切除主根等措施，培育根須發(fā)達、苗體短粗的苗株，以便于水分的吸收和運輸；春季造林要選擇在樹苗發(fā)芽前進行，夏季造林時要剪除一部分枝葉，減弱蒸騰作用散失水分；移栽后澆足水分、覆蓋厚土石塊等減少水分蒸發(fā)……充分調(diào)動學(xué)生的認知和情感，引導(dǎo)學(xué)生靈活應(yīng)用概念解決真實情境中的復(fù)雜問題，踐行“綠水青山就是金山銀山”的理念，積極參與環(huán)境保護實踐，立志成為美麗中國的建設(shè)者。

綜上所述，以重要概念為中心，創(chuàng)設(shè)單元教學(xué)情境，梳理教學(xué)關(guān)鍵問題，并轉(zhuǎn)化為循序漸進的學(xué)習(xí)任務(wù)，依托科學(xué)探究過程建構(gòu)概念，實現(xiàn)課程內(nèi)容情境化、結(jié)構(gòu)化呈現(xiàn)，引導(dǎo)學(xué)生核心素養(yǎng)的發(fā)展，是幫助學(xué)生系統(tǒng)建構(gòu)生物學(xué)重要概念的有效嘗試。