大概念統整下的論證式教學設計

圖分類號：G633.91 文獻標識碼：B

1. 2.

當前的生物學課堂面臨著課程內容迅速增加與課時不斷壓縮之間的矛盾，以及知識快速迭代與學生學習緩慢之間的矛盾等現實困境。解決以上問題的關鍵在于教師需要引導學生理解少數具有解釋力的生物學大概念，而非簡單地堆砌事實和理論，進而幫助學生理解與其生活相關的事件和現象。以光合作用的教學內容為例，學生可以通過生物學課堂了解光合作用的生化反應過程，卻缺乏對生活現象的解釋能力。因此，教師需要通過創設真實情境，引導學生運用證據進行科學論證，讓學生認識光合作用的大致過程及物質轉化和能量轉換的實質，進而理解光合作用在自然界中的重要地位。基于此，本文圍繞“細胞的生存需要能量和營養物質，并通過分裂實現增殖\"這一大概念，展開針對“光合作用的原理和應用\"的論證式教學設計。

1教學內容分析

“光合作用的原理和應用\"是人教版普通高中教科書《生物學·必修1·分子與細胞》以下簡稱“教材\"第5章第4節的內容?！肮夂献饔谩币还澋闹R在綠色植物的新陳代謝以及生態系統的物質循環和能量流動中具有十分重要的意義。通過本節課的學習，學生可以理解植物細胞的重要代謝、掌握光合作用的基本原理并發展其生物學學科核心素養。依據教材內容和《普通高中生物學課程標準（2017年版2020年修訂）》要求，本節課主要根據光合作用發現史和科技熱點，開展“一境到底\"式的教學設計[2，基于大概念開展論證式教學并確定本節課的概念框架（見圖1）。

學生在知識層面已掌握能夠捕獲光能的色素結構，初步形成結構與功能觀，但對光合作用過程中的物質和能量變化尚不清楚。學生在能力層面已具備一定的資料分析、數據處理、模型構建能力，但仍缺乏綜合分析、探究和解決實際問題的能力，理解抽象概念也有一定難度。這就要求教師在授課時能夠運用淺顯的語言、直觀的圖解、恰當的評價引導學生分析和解決問題，降低理解該內容的難度。

2教學目標

（1）通過概述光反應與暗反應的過程及二者之間的關系，形成細胞生命過程中存在“物質與能量變化\"等的生物學觀念。

（2）能夠基于“假說-演繹\"法，自制實驗裝置，改進實驗方法，分組探究，深化相關生物學概念。

（3）能夠基于光合作用的過程及原理，關注社會生活問題，嘗試為“如何提高人工光合作用的效率”提出合理建議，提高社會責任意識。

3教學思路及設計

針對本節課的教學目標，筆者構建如圖2所示的教學策略。教師借助科技新聞創設“人工光合作用”

這一貫穿式情境，旨在提高學生的學習興趣并激發其求知欲，進而使其感知并構建概念。學生通過資料分析、問題串驅動等教學活動，歸納、概括知識點，構建模型并形成概念；基于“假說-演繹\"法，自制實驗裝置，改進實驗方法，分組探究，深化相關生物學概念；為社會生活問題提供建議，認同綠色植物在改善生態環境中的重要作用，內化并遷移應用概念；基于論證式教學策略，經歷科學研究中收集資料、提出主張和辯駁等過程，培養科學思維；利用起承轉合的貫穿式情境教學設計，避免在復雜的情境中學習，也避免割裂概念間的聯系。教師通過設計并實踐以上教學策略，在層層遞進的問題情境中發展學生的生物學學科核心素養，提高學生深度學習的能力。

4教學過程

4.1起境：創設貫穿情境導入新課，感知概念教師播放“人工光合作用的研究進展\"視頻，創設“人工光合作用\"的貫穿式情境，強調光合作用在現代科學技術創新中的重要價值，提高學生的學習興趣并激發其求知欲。教師進而提出以下問題串：

綠色植物光合作用的場所在哪里？光合作用的總反應式是什么？學生回憶相關知識并進行回答后，教師進一步追問：光反應和暗反應的反應過程是什么？教師通過這一系列問題串引導學生構建光合作用的概念。

4.2承境：基于科學論證構建模型，形成概念

教師基于論證式教學策略，為學生提供豐富的證據材料，并以問題驅動學生進行解釋推理，提出主張并形成概念（見圖3）。[3]

根據以上CER論證模型，教師提出問題：光合作用中的 來自 還是 ？學生根據“氣體之間容易發生轉化”這一現象做出假設： 來自 （或 ）。接著，教師展示希爾（R.HilI）實驗相關資料，引導學生認同光合作用中水的光解產生 并生成 。教師繼續提出問題：光合作用中水的光解發生在哪里？學生通過推理“葉綠體更精細的亞顯微結構”做出假設：水的光解發生在類囊體上。教師展示阿爾農（D.Amon）實驗相關資料，用問題串引導學生在資料分析的過程中得出主張并進一步完善，理解水的光解發生在類囊體薄膜上，同時伴隨著ATP和NADPH的生成。具體論證過程如圖4所示。

教師繼續用問題驅動學生對光合作用暗反應階段進行論證，并提出問題：光合作用中 的產生需要光照，糖類的合成是否也需要光照？學生根據布萊克曼（F.Blackman）的研究資料，經過假設一推理—質疑等過程提出主張：光合作用分為需要光的光反應階段和不需要光的暗反應階段。教師繼續提供卡爾文（M.E.Calvin）實驗和阿爾農實驗證據，引導學生推理并做出假設，進而提出：暗反應階段 與 結合形成 再轉化為糖類和 。學生在過程中通過分析資料和推理論證進而完善主張，促進概念的形成。具體論證過程如圖5所示。

教師繼續提出問題：“光反應與暗反應過程中，物質如何變化？”學生完成光合作用的過程概念圖，并展示、講解光反應與暗反應過程中的物質變化。教師總結形成概念：光合作用過程包含光反應和暗反應兩個相互聯系的過程。

4.3轉境：利用實驗裝置開展探究，深化概念

教師提出問題：“影響光合作用的因素有哪些？有何影響？”并向學生展示葉圓片上浮實驗裝置，帶領學生探究環境因素對光合作用強度的影響。隨后教師帶領學生回顧已學知識，并引導學生根據已有知識進行演繹推理，預測光照強度和 濃度對植物光合作用強度的影響趨勢，從而初步構建數學模型。隨后，教師用問題串驅動學生利用葉圓片上浮實驗裝置進行實驗，根據“提出問題一做出假設一預測結果—開展實驗—構建模型—觀察結果—得出結論\"的實驗流程，分別探究光照強度和二氧化碳濃度對光合作用的影響。學生進而得出結論：一定范圍內，隨著光照強度或二氧化碳濃度的增加，植物光合作用強度也隨之增加。實驗探究的基本流程如圖6所示。

教師通過以上實驗證據加深學生對概念的理解并繼續提出問題：影響光合作用的因素，除了環境因素還有哪些？教師以問題驅動學生深入思考光合作用的過程，進而引導學生討論并得出“影響人工光合作用的因素有葉綠體自身結構因素，主要有葉綠體結構和數量、酶活性等\"的科學主張，同時滲透“事物的發展同時受到內因和外因的共同作用\"這一辯證唯物主義觀點，進一步深化光合作用的概念。學生經過“資料證據—模型證據一實驗證據”三重論證，進一步加深了自身對光合作用過程中物質與能量觀的理解。

4.4合境：回扣主線情境解決問題，應用概念

最后，教師播放“人工光合作用的應用\"視頻，回歸\"人工光合作用\"情境，并提出問題：人工光合作用主要模擬了現實光合作用的哪些過程？教師引導學生學以致用，為科技的創新和發展提供建議，認同綠色植物在改善生態環境中的重要作用。學生通過解決實際問題深化概念理解，并提升自身的社會責任意識。

5教學反思

本節課以生物學大概念為核心，創設貫穿式情境，有利于學生理解光合作用中物質與能量轉化等重要概念。教師在“起一承一轉一合”的貫穿式情境教學過程中引導學生根據“感知概念一形成概念—深化概念一應用概念”的軌跡生成和應用概念。光合作用的原理與應用較為抽象，學生需要具有一定的思維水平才能充分理解。因此，本節課在知識細節處理上采取證據一推理一主張的路徑，利用思維脈絡驅動概念演變，引導學生根據資料證據、模型證據和實驗證據三個維度進行科學論證，在科學概念的內化過程中形成結構與功能觀、物質與能量觀等生命觀念，進而發展學生的生物學學科核心素養。

參考文獻

[1]溫·哈倫.以大概念理念進行科學教育[M.韋鈺，譯.北京：科學普及出版社，2016：12-20.

[2]金交通，熊有威.對高中生物學“真實情境”熱的冷思考[J].中學生物教學，2024（7）：18-22.

[3]徐小穎，金英善，吳曉霞，等.論證式教學在高中生物學教學中的應用[J].中學生物教學，2022（36）：11-14.