基于核心素養(yǎng)的高中生物學(xué)教學(xué)策略研究

摘 要：核心素養(yǎng)充分體現(xiàn)生物學(xué)課程的學(xué)科特點(diǎn)和育人價值，在高中生物學(xué)“光合作用與能量轉(zhuǎn)化”一課中，以生命觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究和社會責(zé)任為核心的教學(xué)策略，能深化學(xué)生對光合作用與能量轉(zhuǎn)化等生物學(xué)原理的理解，有效提升學(xué)生的生物學(xué)核心素養(yǎng).文章旨在探討基于核心素養(yǎng)的高中生物學(xué)教學(xué)策略，并以“光合作用與能量轉(zhuǎn)化”為例進(jìn)行深入分析，從問題導(dǎo)向、跨學(xué)科整合、開展實(shí)驗(yàn)、小組合作四方面出發(fā)，提出具體的教學(xué)思路，為教師提供參考.

關(guān)鍵詞：核心素養(yǎng)；高中；生物學(xué)；教學(xué)策略

中圖分類號：G632

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1008-0333（2024）33-0137-03

收稿日期：2024-08-25

作者簡介：顏雅雅（1984.9—），女，福建省石獅人，本科，中學(xué)一級教師，從事高中生物教學(xué)研究.

《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》（以下簡稱《課程標(biāo)準(zhǔn)》）提出“從生命觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究和社會責(zé)任等方面發(fā)展學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)”的要求^[1].“光合作用與能量轉(zhuǎn)化”是人教版高中生物學(xué)必修1教材中的重要內(nèi)容之一，本課揭示了植物通過光合作用將光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，以及為生命活動提供能量的過程.怎樣設(shè)計(jì)有效的教學(xué)策略以提升學(xué)生的生物學(xué)核心素養(yǎng)，成為當(dāng)前高中生物學(xué)教學(xué)亟待解決的問題.

1 問題導(dǎo)向，引發(fā)對光合作用中生命現(xiàn)象的思考

在“光合作用與能量轉(zhuǎn)化”一課中，基于問題導(dǎo)向培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)，能讓學(xué)生形成生命觀念，深入地理解生物學(xué)原理和意義，產(chǎn)生對生命科學(xué)的興趣.生命觀念的培養(yǎng)有助于增強(qiáng)學(xué)生的生命意識，可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性和探索性，讓學(xué)生通過思考嘗試解答^[2].教師在學(xué)生解決問題中應(yīng)起到關(guān)鍵的引導(dǎo)和輔助作用.

在“光合作用與能量轉(zhuǎn)化”一課中，第一節(jié)主題是“捕獲光能的色素和結(jié)構(gòu)”，介紹了綠葉中的四種色素，具體如圖1所示.

由上圖可知，綠葉中的色素有四種，它們可以歸為“葉綠素”“類胡蘿卜素”兩大類.教師可以根據(jù)上圖設(shè)計(jì)問題：綠葉中有哪些色素？色素對光的吸收有什么差別？色素會對綠葉生命活動產(chǎn)生哪些影響？這些問題能激發(fā)學(xué)生的生活思考，使其運(yùn)用生物學(xué)知識和生活經(jīng)驗(yàn)，分析光合作用中的生命現(xiàn)象.為了使學(xué)生了解光合作用對生命現(xiàn)象的影響，教師可以列舉“陽光穿過三棱鏡”的圖示，讓學(xué)生結(jié)合圖1進(jìn)行分析，回答問題.由此，學(xué)生能明白：葉綠素a、葉綠素b主要吸收藍(lán)紫光和紅光，胡蘿卜素和葉黃素主要吸收藍(lán)紫光，而四種色素吸收的光都可以用于光合作用.此外，教師還可以提問：植物細(xì)胞中的哪些結(jié)構(gòu)參與了這一過程？通過提問，教師引導(dǎo)學(xué)生思考光合作用這一生命現(xiàn)象背后的科學(xué)原理.學(xué)生需要回顧已有的知識，同時思考新的問題，從而激發(fā)他們的好奇心和求知欲.學(xué)生通過思考和討論，可以更加深入地理解光合作用中捕獲光能的色素和結(jié)構(gòu)的原理和功能，加深對生命現(xiàn)象的理解，形成生命觀念.

2 跨學(xué)科整合，分析生物能量轉(zhuǎn)化中的科學(xué)理論

跨學(xué)科整合教學(xué)有助于學(xué)生理解生命現(xiàn)象背后的科學(xué)本質(zhì)，使其提升綜合應(yīng)用知識的能力，發(fā)展跨學(xué)科思維和解決問題的能力.跨學(xué)科整合教學(xué)要求教師提升知識教學(xué)的系統(tǒng)性，將生物學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)等多個學(xué)科的知識進(jìn)行關(guān)聯(lián)，幫助學(xué)生完善知識體系.

在“光合作用與能量轉(zhuǎn)化”一課中，一方面，教師可以為學(xué)生演示綠葉中色素的提取實(shí)驗(yàn)，提取綠葉中的色素.在演示過程中，教師可以運(yùn)用物理學(xué)中的“光學(xué)”知識，分析葉綠素和類胡蘿卜素的吸收光譜.同時，教師可以解釋光合作用中光子被葉綠體中的色素吸收過程，以及色素分子在吸收光子后被激發(fā)到更高能級的狀態(tài).這一過程涉及光的“波粒二象性”和“光子與物質(zhì)的相互作用”知識.教師可以在闡述光合作用時，從能量轉(zhuǎn)化的角度解釋生物學(xué)與物理學(xué)之間的聯(lián)系，強(qiáng)調(diào)在光合作用過程中，光能是被轉(zhuǎn)換為化學(xué)能的過程，并解釋這一過程中能量的守恒和轉(zhuǎn)換效率.在跨學(xué)科知識整合中，學(xué)生能理解能量在自然界中的轉(zhuǎn)化和流動.

另一方面，教師可以列舉化學(xué)知識中的“化學(xué)反應(yīng)式”，用反應(yīng)式表示光合作用：CO₂+H₂O光能/葉綠體（CH₂O）+O₂.教師可以介紹光合作用中的光反應(yīng)和暗反應(yīng)階段所涉及的化學(xué)反應(yīng).針對這些化學(xué)反應(yīng)，教師可以分析能量的變化和儲存過程，通過對化學(xué)方程式和反應(yīng)機(jī)理的講解，幫助學(xué)生理解光合作用產(chǎn)生的能量在化學(xué)反應(yīng)中的轉(zhuǎn)化和利用.由此，學(xué)生能在跨學(xué)科知識整合中明白光合作用的科學(xué)原理：綠色植物通過葉綠體，利用光能，將二氧化碳和水轉(zhuǎn)化成儲存著能量的有機(jī)物，并且釋放出氧氣的過程.

教師從物理和化學(xué)的角度出發(fā)開展跨學(xué)科知識整合，可以讓學(xué)生在學(xué)習(xí)生物學(xué)知識的同時，全面理解光合作用中生物能量轉(zhuǎn)化的科學(xué)理論.在跨學(xué)科整合教學(xué)中，學(xué)生能提升跨學(xué)科思維能力，還能夠增強(qiáng)他們對生命科學(xué)的興趣和熱愛.同時，教師在實(shí)際教學(xué)中結(jié)合具體的實(shí)驗(yàn)和案例來講解這些不同的生物學(xué)理論，能使學(xué)生直觀地理解光合作用的原理和過程，學(xué)會聯(lián)系其他學(xué)科知識分析生物能量轉(zhuǎn)化中的科學(xué)理論，有益于發(fā)展科學(xué)思維.

3 開展實(shí)驗(yàn)，探究光合作用與能量轉(zhuǎn)化之間關(guān)系

在“光合作用與能量轉(zhuǎn)化”一課中，實(shí)驗(yàn)教學(xué)是通過實(shí)驗(yàn)操作，讓學(xué)生直接觀察和探究光合作用與能量轉(zhuǎn)化之間關(guān)系的活動.教師通過開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)，能幫助學(xué)生了解光合作用的原理和過程，讓其掌握科學(xué)研究的基本方法，培養(yǎng)科學(xué)精神和創(chuàng)新意識.生物學(xué)實(shí)驗(yàn)活動具有直觀性和實(shí)踐性特點(diǎn)，需要教師引導(dǎo)學(xué)生在規(guī)范操作的過程中深化對生物學(xué)理論知識的理解，提升實(shí)踐能力和科學(xué)探究能力.教師可以在“綠葉中色素的分離”實(shí)驗(yàn)中，讓學(xué)生觀察不同色素在光合作用中的作用，根據(jù)實(shí)驗(yàn)成果理解光合作用與能量轉(zhuǎn)化之間的關(guān)系.

比如，教師可以引導(dǎo)學(xué)生按照以下步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作：①選取新鮮的綠葉，去除粗大的葉脈并剪碎；②將剪碎的綠葉放入研缽中，加入少許石英砂和碳酸鈣，再加入適量無水乙醇進(jìn)行研磨；③將研磨液倒入漏斗中，用濾紙過濾，得到色素提取液，在濾紙的一端剪去兩個角，并在距這一端1 cm處用鉛筆畫一條細(xì)的橫線；④用毛細(xì)管吸取色素提取液，在濾紙條上畫出一條細(xì)線；⑤待濾液干后，再重復(fù)畫一至兩次；⑥將濾紙條放入裝有層析液的試管中，不要讓濾液細(xì)線觸及層析液；⑦用試管塞塞緊試管口，將試管放在盛有少量清水的大燒杯中，用酒精燈加熱大燒杯，使層析液在試管內(nèi)沿濾紙條向上擴(kuò)散.

在以上實(shí)驗(yàn)操作步驟中，學(xué)生需要仔細(xì)觀察濾紙條上色素的分離情況，并記錄下不同色素的擴(kuò)散速度和顏色，具體參考圖2.

由上圖可知，在濾紙上重復(fù)畫線，是為了確保色素在濾紙上分布均勻，便于后續(xù)的分離和觀察.教師要提醒學(xué)生仔細(xì)觀察濾紙條上色素的分離情況，并記錄下不同色素的擴(kuò)散速度和顏色.在實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，教師可以引導(dǎo)學(xué)生對比和分析得到的數(shù)據(jù)，總結(jié)不同色素在光合作用中的吸收光譜和能量轉(zhuǎn)化效率.同時，教師要提醒學(xué)生之間分享實(shí)驗(yàn)心得，討論不同色素在光合作用中的作用以及能量轉(zhuǎn)化機(jī)制，幫助學(xué)生理解光合作用與能量轉(zhuǎn)化之間的關(guān)系.

4 小組合作，運(yùn)用實(shí)踐培養(yǎng)學(xué)生的社會責(zé)任意識

小組合作模式在培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)方面意義深遠(yuǎn)，旨在提高學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作能力，提升核心素養(yǎng)培養(yǎng)效果.教師可以通過分組合作的方式，讓學(xué)生在“光合作用與能量轉(zhuǎn)化”實(shí)踐中共同完成學(xué)習(xí)任務(wù)，強(qiáng)化學(xué)生的社會責(zé)任感和團(tuán)隊(duì)合作意識.在小組合作中，教師可以要求各組分析光合作用的重要性，研究保護(hù)植物的方案，根據(jù)光合作用的基本過程填充圖3.

基于以上任務(wù)要求，學(xué)生需要共同討論和規(guī)劃合作實(shí)踐的內(nèi)容，在充分理解光合作用的原理及其在生態(tài)系統(tǒng)中的作用后，設(shè)計(jì)保護(hù)植物、維護(hù)生態(tài)平衡的方案，完成圖3“光合作用的基本過程圖”填寫.

在小組合作實(shí)踐活動中，學(xué)生需要明確分工，共同完成任務(wù).教師可以向各個小組推薦“光反應(yīng)階段”“暗反應(yīng)階段”光合作用的實(shí)踐案例，讓小組長帶領(lǐng)組員分析光合作用的重要性，研究保護(hù)植物的方案.在各組合作學(xué)習(xí)的過程中，教師可以鼓勵學(xué)生結(jié)合社區(qū)服務(wù)和環(huán)保活動進(jìn)行實(shí)踐.比如，各組學(xué)生可以分別進(jìn)行植樹活動、種花活動、參與農(nóng)產(chǎn)品環(huán)境改善項(xiàng)目等.在這些活動中，學(xué)生不僅能親身體驗(yàn)到為社會作貢獻(xiàn)的快樂，也能在實(shí)踐中分析綠色植物的光合作用，運(yùn)用所學(xué)生物學(xué)知識解決實(shí)際問題，從而認(rèn)識到自己作為社會一員所應(yīng)承擔(dān)的責(zé)任和義務(wù).

在合作學(xué)習(xí)活動結(jié)束后，教師要根據(jù)各組“光合作用的基本過程圖”的填寫情況，開展交流活動.在交流環(huán)節(jié)，各組可以分別發(fā)表觀點(diǎn)，結(jié)合小組實(shí)踐經(jīng)歷，闡述光合作用的重要性，分享保護(hù)植物的方案.交流結(jié)束后，各組可以共同對比“光合作用的基本過程圖”中填寫的信息，交流學(xué)習(xí)心得，繼而深刻體會個人行為對環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)的影響，從而增強(qiáng)對社會責(zé)任的感知和承擔(dān).

5 結(jié)束語

綜上所述，基于核心素養(yǎng)的高中生物學(xué)教學(xué)符合《課程標(biāo)準(zhǔn)》要求，有助于學(xué)生提高綜合素質(zhì)和能力水平.通過研究“光合作用與能量轉(zhuǎn)化”一課教學(xué)案例，從設(shè)計(jì)問題、融合跨學(xué)科知識、實(shí)驗(yàn)探究、合作教學(xué)的角度提出教學(xué)思路，發(fā)現(xiàn)在生命觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究和社會責(zé)任四個方面培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)，能為其未來的深入學(xué)習(xí)和可持續(xù)發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ).

參考文獻(xiàn)：

[1] 吳婷.基于核心素養(yǎng)的高中生物單元學(xué)習(xí)教學(xué)設(shè)計(jì)及策略：以“基因突變及其他變異”為例[J].新課程研究，2023（36）：51-53.

[2] 許加俊.生態(tài)系統(tǒng)的能量流動：核心素養(yǎng)在高中生物教學(xué)方式中的展現(xiàn)[J].山東教育，2023（35）：47-49.

[責(zé)任編輯：季春陽]