基于核心素養(yǎng)的中學(xué)生物教學(xué)設(shè)計(jì)
——以“光合作用的原理和應(yīng)用”為例

陳哲慧 湖南科技大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院 湖南湘潭 411201

前言

隨著素質(zhì)教育的不斷發(fā)展，學(xué)生的全面發(fā)展在一定程度上得到提升，而新一輪教學(xué)改革提出要培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)。生物學(xué)核心素養(yǎng)要求在生命觀念，科學(xué)探究，科學(xué)思維，社會(huì)責(zé)任四個(gè)方面得到發(fā)展【1】，這也體現(xiàn)了生物學(xué)科重視學(xué)生科學(xué)思維與探究能力的課程特點(diǎn)。對(duì)核心素養(yǎng)研究的一個(gè)重要方面是，如何在教學(xué)實(shí)踐中更好的實(shí)現(xiàn)核心素養(yǎng)的培養(yǎng)【2】。所以教學(xué)中，教師應(yīng)貫徹課程標(biāo)準(zhǔn)，運(yùn)用適當(dāng)?shù)慕虒W(xué)策略實(shí)現(xiàn)學(xué)生核心素養(yǎng)的達(dá)成，學(xué)習(xí)與終身學(xué)習(xí)有關(guān)的學(xué)習(xí)和技能。

一 中學(xué)生物教學(xué)中核心素養(yǎng)的培養(yǎng)

在中學(xué)生物教學(xué)中，核心素養(yǎng)的開展，首先是生命觀念。生命觀念在生物學(xué)課程中具有重要價(jià)值和地位【3】。在光合作用的章節(jié)中主要體現(xiàn)的是物質(zhì)和能量變化這一生命觀念，因此在教學(xué)中要作重點(diǎn)講解。其次，科學(xué)思維在課標(biāo)的解釋為：依據(jù)事實(shí)和證據(jù)，以科學(xué)的思維方法，認(rèn)識(shí)事物，解決問題【1】，包括歸納概括，演繹推理和批判性思維等。科學(xué)思維和科學(xué)素養(yǎng)是社會(huì)公民應(yīng)具備的基本素質(zhì)【4】，因此，教師在教學(xué)設(shè)計(jì)中應(yīng)體現(xiàn)科學(xué)思維，提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。再者，科學(xué)探究可促進(jìn)科學(xué)思維的形成，運(yùn)用科學(xué)探究策略，學(xué)生可以參與到探究過程中,同時(shí)擁有一定的課堂自主權(quán)【5】，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，從而突破傳統(tǒng)教學(xué)的科學(xué)思維培養(yǎng)困難的瓶頸。最后，核心素養(yǎng)中的社會(huì)責(zé)任指公民運(yùn)用生物學(xué)知識(shí)對(duì)社會(huì)事務(wù)的進(jìn)行價(jià)值判斷和處事【4】，所以在教學(xué)中，教師應(yīng)結(jié)合光合作用的知識(shí)，滲透社會(huì)責(zé)任，以培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)。

二 基于中學(xué)生物學(xué)核心素養(yǎng)的教學(xué)設(shè)計(jì)

1 教材分析

本節(jié)是人教版高中生物必修一第五章第四節(jié)，第二課時(shí)。新課標(biāo)中要求學(xué)生能夠說明光合作用的過程和物質(zhì)能量的變化過程。

教材中以科學(xué)探究歷史為線索，從光合作用的原料的發(fā)現(xiàn)到產(chǎn)物中元素的來源，運(yùn)用了一系列物理化學(xué)等交叉學(xué)科中的科學(xué)思維和科學(xué)探究的方法和理論來研究光合作用，揭示了科學(xué)家勇于攻堅(jiān)克難的精神，在后半部分的內(nèi)容從理論上闡述了光合作用的光反應(yīng)和暗反應(yīng)的過程，光合作用的過程十分復(fù)雜，需要教師把握好教材的拓展深度和廣度，運(yùn)用合理的策略，做到深入淺出，提高教學(xué)效果。

2 學(xué)情分析

高中階段的學(xué)生理性思維較強(qiáng)，對(duì)于本節(jié)內(nèi)容有一定的理解能力，教師在講解中可以適當(dāng)拔高。學(xué)生前面學(xué)習(xí)了葉綠體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，了解了光合作用的場(chǎng)所。此外，學(xué)生在初中階段初步學(xué)習(xí)了光合作用的原理，為本節(jié)課的學(xué)習(xí)打下了基礎(chǔ)。

3 教學(xué)目標(biāo)

（1）生命觀念：通過教師講授光合作用，學(xué)生能夠說出光合作用中的能量轉(zhuǎn)變和物質(zhì)變化，對(duì)光合作用的能量與物質(zhì)變化規(guī)律有初步理解。

（2）科學(xué)思維：在體驗(yàn)科學(xué)探究的歷程后，能夠運(yùn)用科學(xué)思維去分析問題，解決問題，能夠推理實(shí)驗(yàn)的合理結(jié)果，并批判性交流得出的結(jié)論。

（3）科學(xué)探究：通過學(xué)習(xí)科學(xué)探究歷程，能夠說出其中的科學(xué)探究方法，對(duì)光合作用的現(xiàn)象進(jìn)行觀察，提出問題并作出相應(yīng)的假設(shè)，在科學(xué)探究中提高合作能力，勇于創(chuàng)新和質(zhì)疑。

（4）社會(huì)責(zé)任：認(rèn)同光合作用對(duì)人類的重要貢獻(xiàn)，領(lǐng)悟科學(xué)家勇于探索的科研精神。

4 設(shè)計(jì)思路

本節(jié)課的知識(shí)內(nèi)容較多，較難，故以科學(xué)史為線索開展教學(xué)。在探究歷程中掌握科學(xué)探究的方法，形成科學(xué)思維。對(duì)光合作用的原料、條件、物質(zhì)的變化等內(nèi)容進(jìn)行探究和梳理，幫助學(xué)生初步了解光合作用的探究歷程。在這一過程中涉及到以問題導(dǎo)學(xué)，師生探討的方式進(jìn)行科學(xué)史的學(xué)習(xí)，形成科學(xué)思維。

在第二部分光合作用的過程的講授中，采用多媒體課件的動(dòng)畫和教具圖，對(duì)光反應(yīng)和暗反應(yīng)進(jìn)行講解、隨后小組合作完成課堂活動(dòng)，對(duì)這一知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行掌握。討論后，小組代表將光合作用過程圖完善，說出各反應(yīng)的物質(zhì)和能量變化，最后老師進(jìn)行總結(jié)。

5 教學(xué)過程

5.1 數(shù)據(jù)引證，導(dǎo)入新課

根據(jù)光合作用對(duì)人類的重要程度提問：光合作用對(duì)人類的生產(chǎn)生活有何作用？課件上呈現(xiàn)一組數(shù)據(jù)（數(shù)據(jù)顯示了光合作用一年所產(chǎn)生的有機(jī)物的多少，相當(dāng)于核電站發(fā)電多少），學(xué)生自主閱讀材料。通過閱讀能得出什么結(jié)論？學(xué)生回答：光合作用對(duì)人類具有非常重要的作用。

5.2 回顧舊知，探尋新知

回顧初中所學(xué)光合作用的定義和反應(yīng)式是什么，檢查同學(xué)們對(duì)初中知識(shí)的掌握情況，將光合作用的完整定義和反應(yīng)式展示于課件。光合作用原理的得出經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的探究歷程，所以，首先一起體悟科學(xué)家是如何探究光合作用的（承接下一部分內(nèi)容）。

（1）1642年 海爾蒙特的柳樹實(shí)驗(yàn)

老師出示海爾蒙特柳樹實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，通過對(duì)實(shí)驗(yàn)講解，分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，提問，如果你是當(dāng)年的海爾蒙特，你會(huì)得出什么結(jié)論？學(xué)生思考后，得出結(jié)論：水是植物生長(zhǎng)的原料。老師隨后設(shè)問：實(shí)際上，水是不是植物構(gòu)建自身的唯一原料呢？不是，但由于科學(xué)水平的限制，人們當(dāng)時(shí)只能得出這一認(rèn)識(shí)。

（2）1771年 普利斯特里實(shí)驗(yàn)

海爾蒙特實(shí)驗(yàn)后，有科學(xué)家開始思考植物是否能從空氣中得到什么。老師播放普利斯特里的實(shí)驗(yàn)視頻。看完視頻，老師提問，同學(xué)們?cè)谝曨l中觀看到普利斯特里的實(shí)驗(yàn)中有什么現(xiàn)象，小鼠和蠟燭需要什么氣體，實(shí)驗(yàn)的結(jié)論是什么，為什么得出這樣一個(gè)結(jié)論？經(jīng)過思考，老師請(qǐng)同學(xué)分別做出回答，并且進(jìn)行點(diǎn)撥和評(píng)價(jià)。

（3）1779 英格豪斯實(shí)驗(yàn)

采用動(dòng)畫演示英格豪斯的實(shí)驗(yàn)，并講解，提問：為什么英格豪斯的實(shí)驗(yàn)沒有和普利斯特里的實(shí)驗(yàn)一樣成功，進(jìn)而引出光是進(jìn)行光合作用的必要條件。

（4）1864年 薩克斯實(shí)驗(yàn)

光在光合作用提供能量。根據(jù)能量守恒，梅耶提出光合作用將光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能儲(chǔ)存在物質(zhì)中。那么這種儲(chǔ)能物質(zhì)是什么呢？引出薩克斯的實(shí)驗(yàn)，針對(duì)實(shí)驗(yàn)提問，暗處理和遮光處理的目的是什么，為什么是處理同一片葉，不同的葉片會(huì)有什么影響？為什么要用酒精脫色？酒精的作用是什么？為什么用碘液處理？為什么光照幾個(gè)小時(shí)就要進(jìn)行實(shí)驗(yàn)檢測(cè)，光照一天不行嗎？這個(gè)實(shí)驗(yàn)可以得出哪些結(jié)論？在提出問題之后，引起學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的過程中每一步的思考，從實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析實(shí)驗(yàn)可能得出的結(jié)論。（設(shè)計(jì)意圖：培養(yǎng)科學(xué)思維和探究能力）

（5）1941年 魯賓和卡門實(shí)驗(yàn)

明確光合作用的底物和產(chǎn)物后，科學(xué)家們想探究產(chǎn)物中的氧的來源。首先教師引導(dǎo)學(xué)生閱讀課本同位素標(biāo)記法的內(nèi)容，并用舉例解釋同位素標(biāo)記法。運(yùn)用動(dòng)畫演示魯賓和卡門的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。學(xué)生在觀察完實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象之后進(jìn)行思考，由學(xué)生自己得出結(jié)論，教師最后進(jìn)行評(píng)價(jià)總結(jié)。

（6）20世紀(jì)40年代 卡爾文實(shí)驗(yàn)

知道光合作用的氧的來源后，卡爾文對(duì)碳在反應(yīng)中的路徑進(jìn)行了十幾年研究，同樣運(yùn)用同位素標(biāo)記法，他發(fā)現(xiàn)了碳循環(huán)。

在介紹完所有實(shí)驗(yàn)探究之后，教師對(duì)科學(xué)家們的探索科研精神進(jìn)行贊頌，將這種勇于探索的精神作為同學(xué)們學(xué)習(xí)榜樣。

5.3 設(shè)計(jì)活動(dòng)，突破難點(diǎn)

了解光合作用的探究歷程后，光合作用的具體過程是怎樣的呢？根據(jù)有光和無光將光合作用分為光反應(yīng)和暗反應(yīng)。首先請(qǐng)學(xué)生自行閱讀課本中光合作用的具體過程，找出反應(yīng)的場(chǎng)所，條件，物質(zhì)變化和能量變化。在閱讀完之后，教師利用動(dòng)畫對(duì)光合作用的兩個(gè)反應(yīng)過程進(jìn)行講解。

光反應(yīng)場(chǎng)所是類囊體薄膜。其上的色素分子吸收光能，將光能轉(zhuǎn)化為ATP中活躍的化學(xué)能。這其中發(fā)生了兩個(gè)反應(yīng)---水的光解和ATP的形成（也就是光合磷酸化）。

接著對(duì)暗反應(yīng)進(jìn)行講解，暗反應(yīng)涉及兩個(gè)主要的反應(yīng)，CO2的固定和C3的還原。還原C3需要的能量和還原劑，光反應(yīng)可為其提供，從而將光反應(yīng)和暗反應(yīng)聯(lián)系起來。學(xué)生再次分組討論兩個(gè)反應(yīng)的場(chǎng)所，條件，物質(zhì)和能量變化。討論后，請(qǐng)兩個(gè)小組的代表上臺(tái)，完成黑板上的光合作用卡片上的流程圖，對(duì)圖片中的反應(yīng)場(chǎng)所條件和物質(zhì)能量變化進(jìn)行解說，并由教師進(jìn)行評(píng)價(jià)。

5.4 梳理知識(shí)，深入分析

環(huán)境中的哪些因素會(huì)對(duì)光合作用產(chǎn)生影響呢？同學(xué)們進(jìn)行思考后，得出是光與CO2，那么這兩種物質(zhì)的變化會(huì)對(duì)光合作用的產(chǎn)物產(chǎn)生什么影響，對(duì)C3、C5、ATP和[H]以及糖類等有機(jī)物的量的影響是什么？對(duì)CO2濃度降低和光照減弱的情況分別進(jìn)行分析，得出結(jié)果變化情況。學(xué)生課后再對(duì)CO2濃度升高和光照增強(qiáng)的情況進(jìn)行思考和分析。

三 教學(xué)總結(jié)

3.1 教學(xué)效果

本節(jié)課學(xué)習(xí)了光合作用的探究歷程。運(yùn)用多媒體輔助教學(xué)，以問題設(shè)疑的形式激發(fā)學(xué)生的思考能力，在課堂中鼓勵(lì)學(xué)生思考與討論，組織小組活動(dòng)，上臺(tái)展示討論結(jié)果，從而對(duì)光合作用的具體過程有一個(gè)比較清楚的認(rèn)識(shí)。在課堂上以學(xué)生為主體，采用合作討論的策略，提升學(xué)生的合作交流與分析思考?xì)w納總結(jié)的能力，一定程度上培養(yǎng)了學(xué)生的核心素養(yǎng)。