以概念為本培養生物學學科素養的教學實踐

班昭

摘 要：本文以“探究光合作用的過程”為例，對以概念為本的教學模式進行了實踐。通過演繹推理大量的實驗資料，構建出光反應階段、暗反應階段的過程模型，歸納出了光合作用的概念，并以此概念作為基石指導實際生活和生產。在此過程中學生樹立了物質與能量觀、結構與功能觀的生命觀念，培養了科學思維和社會責任感。

關鍵詞：概念教學;光合作用;模型構建;核心素養

隨著新課改的不斷推進和深化，教師除了認真研讀《普通高中生物學課程標準》（2017年版2020年修訂）中蘊涵的思想和理念之外，還應革新自己的課堂教學方式，以更好地提高課堂教學的實效性，進而有助于促進學生核心素養的培養。

當今社會知識正在以指數級數量增長，如果想將知識完整、有效地理解和應用，需要將新知識與已有的模式和認知框架建立聯系，相互融合，這就要求教學必須向更高抽象度的“概念”邁進，只有概念才能作為認知模式和框架的基石。由此，推進以概念為本的教學模式勢在必行。

一、教材分析

“探究光合作用的過程”是人教版高中生物學必修一第五章第四節第2課時的內容，本課時主要由三部分組成：（一）分析光合作用的探究歷程，推理出光合作用的光反應階段、暗反應階段的過程;（二）完成兩個階段的關聯，構建光合作用總過程模型;（三）由光合作用總過程模型歸納出光合作用的概念并指導實際應用。

本節教學需要學生掌握的技能有：（一）闡釋光合作用的過程和原理;（二）嘗試利用光合作用原理解決問題。

需要學生發展的學科素養有：（一）闡明物質是能量的載體，能量是物質變化的動力，初步形成生物學的物質與能量觀;（二）通過實驗材料和模型構建，培養科學思維和科學探究能力;（三）舉例說明光合作用的科學知識與生活和生產緊密聯系，認同科學技術的重要價值。

二、概念教學的具體運用

（一）課堂總設計

教學由生活實例引入：1.戶外活動選擇清晨較好，還是傍晚較好？2.教室里綠蘿為什么能越來越茂密呢？分析實例導出新授知識——光合作用。

課堂教學實施步驟：首先，通過科學實驗資料構建出光反應階段、暗反應階段的過程模型。其次，匯總得到光合作用總過程的模型圖，結合葉綠體結構模式圖，初步形成“物質與能量觀”這一生命觀念。再次，由總模型圖歸納總結出“光合作用”的概念。最終，以概念為根本指導實際問題的解決。

（二）分析實驗，培養演繹、推理的科學思維

教師向學生提供光合反應探究歷程的相關資料，引導學生分析實驗現象、歸納總結實驗結論，進而培養學生演繹、推理的科學思維。

光反應階段實驗資料。

資料一：1648年，海爾蒙特的柳樹實驗。實驗歷時5年，5年內只澆水，實驗結果顯示：柳樹增重約80kg，土壤僅減重約0.1kg。

教師啟迪：1.柳樹增重的物質來源是什么？2.本實驗是否存在不足之處？

學科核心素養：認同科學研究需要豐富的想象力、勤奮地實踐以及大膽質疑和對科學的熱愛。

資料二：1779年，荷蘭醫生英格豪斯的三組實驗。第一組，在光照條件下將綠植和小老鼠共同置于密閉的玻璃罩下，小老鼠可以存活;第二組，黑暗條件下將綠植和小老鼠共同置于密閉的玻璃罩下，一段時間后小老鼠死亡;第三組，在光照條件下將枯死的植物和小老鼠共同置于密閉的玻璃罩下，一段時間后小老鼠死亡。

教師啟迪：1.不同實驗組合的自變量是什么？2.綜合三組實驗所得結論是什么？

學科核心素養：1.通過三組實驗過程的對比，歸納出相應實驗結論。2.認識到綠植對空氣更新的現實意義。

資料三：恩格爾曼的水綿實驗過程及結果。隨后展示葉綠體的結構示意圖。

教師啟迪：1.好氧性細菌的聚集部位標志著有什么物質生成？2.這些部位與光照的關系是什么？③結合葉綠體的結構模式圖，概括此實驗的結論。

學科核心素養：教師在此環節向學生滲透“結構與功能觀”這一生命觀念。

資料四：魯賓和卡門的實驗。利用同位素標記法，第一組向植物提供H2O和C18O2;第二組向同種植物提供H218O和CO2。在其他條件都相同的情況下，分析了兩組實驗釋放的氧氣。結果顯示：第一組釋放的氧氣全部是O2;第二組釋放的氧氣全部是18O2。

教師啟迪：1.實驗采用了哪種對照方式？2.光合作用產生的O2來自哪種物質？

學科核心素養：通過此實驗的學習，發現科學技術對科學研究的推動作用。

資料五：1954年，美國科學家阿農（D.Arnon）發現，在光照下，葉綠體可合成ATP。1957年，他發現這一過程總是與水的光解相伴隨。

教師啟迪：在葉綠體中發生了什么樣的能量轉化？

學科核心素養：教師在此環節中向學生強調“物質和能量觀”。

暗反應階段實驗資料。

資料六：把綠葉放在暗處數小時，然后把葉片的一部分暴露在光下，另一部分遮光。經過一段時間后，用碘蒸汽熏蒸葉片，結果顯示：遮光的部分葉片無顏色變化，而照光的一部分葉片顯示深藍色。

教師啟迪：1.暗處理的目的是什么？2.碘蒸汽熏蒸的用途是什么？

學科核心素養：培養學生嚴謹的思維能力和學科綜合運用能力。

資料七：1954年美國科學家阿農等發現，在無光條件下，ATP和[H]是CO2轉化為糖類的必要條件。

教師啟迪：ATP和[H]在哪個階段產生？

學科核心素養：獲取、建立事物間相互聯系的能力。

資料八：20世紀40年代，美國科學家卡爾文利用同位素示蹤法，為小球藻提供14CO2，多次實驗得到下表：

教師啟迪：1.CO2轉化的第一產物是什么？2.請嘗試繪制出碳元素的轉移路徑。

學科核心素養：培養學生基于生物學事實和證據運用歸納與概括以及創造思維探討生命規律的能力。

（三）構建模型，培養科學思維及建模能力

學生以小組為單位，對上述信息進行整合，嘗試構建光反應階段和暗反應階段的過程模型。討論兩個反應階段物質變化和能量轉化之間的聯系，同時認識到生命活動不僅具有物質基礎，還需要能量驅動，而能量的供應和利用都離不開物質變化（化學反應），樹立物質和能量觀的生命觀念。整合光反應階段和暗反應階段的過程模型，最終繪制出光合作用的總過程模型，鼓勵學生展示自己的成果（第3小組所構建的模型如下圖所示）。

此環節不僅培養了學生團隊合作精神，更重要的是通過運用創造性思維、模型與建模的方法，培養了學生的科學思維。

（四）歸納概括光合作用的概念

由光合作用的總模型圖，從反應場所、反應物、生成物、能量轉化等方面入手，歸納出光合作用的概念及總反應式。該環節訓練了學生對生命現象及規律的歸納和概括能力。

（五）引發協同思考，增強社會責任

教師列舉2019年全國卷I理科綜合的第三道選擇題，以引發學生的協同思考。題目如下：

將一株質量為20g的黃瓜幼苗栽種在光照等適宜的環境中，一段時間后植株達到40g，其增加的質量來自（ ）

A.水、礦質元素和空氣

B.光、礦質元素和水

C.水、礦質元素和土壤

D.光、礦質元素和空氣

隨后，深入探討農作物增量、增產的途徑，幫助學生將科學知識與實際生活建立聯系，為知識指導實踐奠定基礎，進而認同科學技術的重要價值，培養社會責任感。

三、教學反思

在概念為本的教學模式中，不僅事實性知識和技能不能忽視，而且概念、原理和概括是此模式中更為重要的元素。在“探究光合作用過程”的教學中，以實驗資料為依托，培養學生科學思維的同時，各環節均注重學生概括、歸納能力的訓練，為光合作用的概念總結做好鋪墊。概念為本的教學可引導學生在大腦中更深層次地加工事實和技能，這種更深層次的認知過程有助于學生獲得更透徹的理解和更長時間的記憶，有助于事實性知識和技能的遷移和應用。

參考文獻

[1]林恩·埃里克森，洛伊斯·蘭寧.以概念為本的課程與教學：培養核心素養的絕佳實踐[M].魯效孔，譯.上海：華東師范大學出版社，2018：5.