基于生命觀念核心素養的論證式教學

王志坤

【摘要】本文以光合作用科學史軌跡為背景，采用學生自主閱讀、自我積累的自主學習和小組討論相結合教學策略，通過用光合作用研究的真實材料論證光合作用過程，落實生命觀念。

【關鍵詞】論證式教學;生命觀念;光合作用;教學設計

【基金項目】本文系臺州市黃巖中學2018年度名師名校長專項課題“基于生命觀念的生物學課堂教學探索”（項目編號：tm18048）的研究成果。

一、教材分析

“光合作用”是浙科版普通高中課程標準實驗教科書必修《分子與細胞》第三章第五節的內容。光合作用對自然有著非常重要的意義，是生物最基本的新陳代謝方式，它利用光能將二氧化碳和水轉變成糖。光合作用是前二章知識（細胞結構、能量和酶等）的鞏固和應用，是未學知識（穩態）的基礎，在知識銜接上具有承上啟下的作用。光合作用過程是該模塊的核心內容，更是學生學習和理解本章節必須掌握的重點知識，其中涉及的相關內容更是落實生物學核心素養——生命觀念的載體。

二、學情分析

初中《科學》對光合作用已有初步的介紹，并且高中生物《分子與細胞》第二章“細胞的結構”對葉綠體進行了更為詳細的介紹，因此學生已有一定的基礎知識和思維能力，學習方法也出現了多樣性，自學能力也有了很大的提高，認知活動能力明顯增強。而這一節知識涉及葉綠體的功能、光反應、碳反應等相關知識，但綜合來說光合作用的過程是重點。因此，在教學中，筆者重點通過初高中生物銜接教學和光合作用過程科學史重現的方式啟發學生自主探索，培養學生的結構與功能觀;通過材料知識背景鋪墊設置相關問題，探索光反應的發現史，培養學生的物質與能量觀;結合已有的知識體系，重建碳反應過程，使學生體會進化與適應觀;聯系光反應和碳反應，構建新的知識構架，培養學生穩態與平衡觀，從而達到進一步激發學生的學習興趣，培養生物學核心素養的目的。

三、教學目標設計

1.基礎目標

說明光合作用的階段、場所和產物。概述光反應發生的變化和碳反應的過程。

2.發展目標

闡明科學探究的基本過程，使學生領悟提出問題、搜集事實、捕獲信息和立論解釋的科學思維過程。

四、教法設計

首先，以學生為主體，重點闡述光合作用研究的歷史資料和成果，培養學生獲取信息論證光合作用過程的能力。其次，教師作為主導，重現光合作用研究的科學史證據，讓學生以科學史證據為基礎，結合自己的科學思維和已有知識證明光合作用的過程，從而培養學生的科學思維品質和生命觀念。最后，以科研報告的形式呈現簡化版光合作用研究結果，以學生論證和分析為主，以教師聆聽學生的分析、討論、歸納為載體，師生共同參與，求證光合作用過程，逐漸滲透生命觀念。

五、教學過程

1.新課導入

幻燈片展示美麗的森林，引導學生要保護森林。

師：森林生態系統被稱之為“地球之肺”，能凈化大氣，維持氧平衡，而氧氣是怎樣產生的？

2.舊知識回顧——培養結構與功能觀

通過共同回顧構建葉綠體的基本結構，體會結構與功能相適應的觀念。

師：同學們回顧一下葉綠體的基本結構，它有幾層膜組成？內膜里充滿了濃稠的液體，稱之為什么？懸浮在基質中許多類囊體構成的是什么？光合色素存在于什么部位？光合作用是如何在葉綠體中進行的呢？

3.自學為主，思考與討論——培養物質與能量觀

科學家為弄清光合作用的過程進行了大量的科學實驗，教師呈現光合作用研究的加工簡化材料，讓學生閱讀、討論并完成相應的問題。

研究報告一：①光合色素存在于葉綠體的類囊體膜上;②光合色素具有吸收并轉化光的能力;③希爾在研究中發現離體葉綠體在光的作用下可把水分解成氧氣并產生還原物，后被稱為希爾反應;④阿爾農在研究發現葉綠素吸收光能后可產生高能電子，并在傳遞中發生磷酸化偶聯，產生ATP;⑤后來阿爾農等又發現：光下葉綠素能把從水中得到的氫傳遞給NADP+生成還原性物質NADPH（氫的載體）。

研究報告一設計的問題如下：①上述科學實驗證明產生了何種物質？寫出它們的化學方程式。②從能量的角度分析，光能轉變成了何種能量？③報告中發生的化學反應需要的共同條件是什么？④報告中的化學反應都發生在葉綠體的什么結構上？讓學生總結出光反應的條件與場所、物質和能量變化。通過討論總構建光反應在葉綠體類囊體膜上的物質和能量變化，提高學生的語言表達能力;通過分組討論構建光反應過程，培養學生物質與能量觀，然后進行組間討論評價。

4.科學思維與論證——體會進化與適應觀

水和二氧化碳都是光合作用的原料，光反應中水被分解釋放氧氣，而二氧化碳是如何參與光合作用的呢？科學家們用同位素示蹤法研究了二氧化碳在光合作用中的軌跡。展示研究報告二。

研究報告二：①卡爾文等利用同位素示蹤法和其他技術，花了10年的時間研究CO2的去處，提供放射性14CO2，在開始的幾分之一秒時，發現了3-磷酸甘油酸（三碳酸分子，C3）含放射性，隨著時間的延長，三碳糖（三碳糖磷酸）等出現了放射性，而后五碳糖（RuBP，即核酮糖二磷酸）也出現了放射性。②卡爾文還發現，持續光照下C3和RuBP含量基本不變，如果突然中斷CO2的供應，則RuBP含量增多，C3迅速減少;遮光后，C3的含量則急速升高，三碳糖和RuBP急速降低。③現代研究發現葉綠體基質在黑暗下提供ATP和NADPH可代替光照，通過CO2上述反應可正常進行，產生糖類。

研究報告二設計的問題如下：①根據研究報告推理二氧化碳中的碳在光合作用中的路徑。②從研究報告中可知，CO2與什么結合生成C3，光照影響碳路徑中的什么步驟？③依據報告，可證明卡爾文研究的反應發生的具體場所在哪里？能量形式轉換又是怎樣的呢？④結合報告一和報告二中內容，推理并構建光反應和卡爾文實驗之間的關系。光反應能為卡爾文循環提供何種物質？學生經過材料閱讀獲取科學的論證材料，并在積極討論過程中培養嚴謹的科學精神，通過完成上述活動問題，總結出卡爾文循環的場所、條件、物質和能量變化;根據研究報告，結合光反應和卡爾文循環的物質變化，碳反應與光反應之間的聯系，構建二者間的橋梁，體會進化與適應觀。

5.合作探究，獲得新知——培養穩態與平衡觀

通過展示光合作用研究報告的證據，學生可較好地自證光合作用的過程。之后，最終得出結論：光反應與碳反應是相互聯系的，從而培養學生穩態與平衡觀。

六、教學反思

光合作用過程是本節知識的第一節課，學生雖然有一定的知識積累，但都是零碎的知識片段，沒有形成內在的知識網絡，在面對如此多而又陌生的實驗證據時還是有點迷惑，因此在課堂教學中落實生命觀念，就需要教師及時指導，讓學生在閱讀科學論證材料的基礎上形成生命觀念;注重光合作用概念的內涵和外延，拓展、聯系相關知識，提高學生生物學科核心素養水平。同時，教師也要轉變教學觀念，培養學生生物學科核心素養、使學生獲得解決實際問題的能力。

【參考文獻】

徐秀云.“光合作用的原理”的教學設計[J].生物學教學，2016，41（8）：33-34.