基于實驗建構生物學概念的單元整體教學實踐

許婷

《普通高中生物學課程標準（2017年版）》（以下簡稱《課程標準》）在教學建議處提出：“組織以探究為特點的主動學習是落實生物學學科核心素養的關鍵”“實驗教學是促成學生達成生物學學科核心素養的重要支撐”。基于實驗建構生物學概念，能具象化概念的形成過程，培養學生的科學精神和實踐能力，是落實生物學學科核心素養的重要路徑之一。單元整體教學對課時教學設計的有效整合，可以幫助學生“既見樹木又見森林”。筆者嘗試對人教版生物學教材《選擇性必修1·穩態與調節》中第五章的教材順序進行重構，基于第三節的實驗“探索生長素類調節劑促進插條生根的最適濃度”建構第一節的生物學概念“生長素的生理作用”。

1《課程標準》與教材分析

1.1《課程標準》分析

“生長素的生理作用”在課程標準中屬于三層概念體系中的次位概念——“生長素在調節植物生長時表現出兩重性，既能促進生長，也能抑制生長”。

1.2教材分析

“生長素的生理作用”位于2019年人教版高中生物學教材《選擇性必修1·穩態與調節》第五章第一節“植物生長素”。激素調節是植物調節自身生命活動的重要方式，是本章節的重點內容之一。“探索生長素類調節劑促進插條生根的最適濃度”位于同一章的第三節“植物生長調節劑的作用”，是該節中的探究實驗。

2學情與學生分析

2.1學情分析

學生通過選擇性必修1前四章的學習，認識到“穩態既是一種狀態，也是一種能力”，初步形成關于動物內環境調節的前科學概念，具備一定信息與調控觀念、穩態與平衡觀念，為第五章“植物生命活動調節”的學習做好了知識鋪墊。第五章第一節“植物生長素”闡述了生長素的生理作用，內容相對抽象。筆者利用第三節“植物生長調節劑的應用”中的探究實驗來建構第一節的生物學概念“生長素的生理作用”，緊密聯系學生生活實際，用具體生物學事實逐級建構概念，符合課本的知識邏輯和學生學習的心理邏輯。

2.2學生分析本節新授課面向的高二年級上學期的學生，研究

表明，高二年級的學生邏輯思維能力、推理能力基本成熟，是思維發展的成熟期，思維可塑性強、動手能力強、對實驗有較強興趣和好奇心，適合開展基于實驗的概念教學。

3教學策略

3.1單元整體教學

單元整體教學設計是在系統觀指導下，一種打破課時思維的、介于課程規劃與課時教學設計之間的、中觀層面的教學設計。它是對課時教學設計的有效整合，有助于教師突破“只見樹木不見森林”的課時思維，轉變教師只注重零散知識點落實的傳統課堂教學理念，幫助教師從“長時段”整體籌劃學科教學，注重知識的整體性、進階性和生成性。筆者以第三節的實驗為第一課時，由生物興趣小組完成實驗，并將興趣小組的實驗過程、實驗結果作為素材，引導學生完成第二課時“生長素的生理作用”這一概念的建構（圖1）。

3.2“五構”概念教學法

教師將重要概念“解構”為若干個次位概念的課時“學習圖譜”，明確單元整體教學目標與路徑;設計“情境—問題—實驗—遷移”的課時教學主線，通過創設情境，初構概念;實驗探究，重構概念;建構模型，架構概念;批判思維，創構概念。即通過“解構-初構-重構-架構-創構”5個步驟建構概念。

4教學目標與重難點

4.1教學目標

1通過探究生長素類調節劑促進插條生根最適濃度的實驗，基于生物學事實，建構生物學概念”生長素的生理作用“，形成信息與調控觀。

2運用歸納與概括、演繹與推理等科學思維方式理解生長素的生理作用，建構植物生長素作用的概念模型，培養科學思維能力。

3通過設計探究實驗的自變量、因變量、無關變量、總結實驗設計原則等，分析實驗數據，體驗實驗探究中依據事實得出實驗結論的過程，歸納總結生長素的作用特點，發展科學探究能力。

4運用生長素生理作用的特點，解釋與生長素調節作用有關的生命現象，并嘗試利用生長素的作用原理指導生產實踐。

4.2重點和難點

分析實驗數據，得出實驗結論，培養科學思維，建構概念“生長素的生理作用”。

5教學過程5.1課前實驗

由生物興趣小組提前一周進行實驗準備和實施，包括網上購買生根粉（主要成分為α-萘乙酸）、比較和選擇實驗材料（最終選定為大蒜和合果芋）、設計實驗方案、準備實驗器材等。

5.2情境引入

教師播放植物根的向地生長的動態視頻及展示植物根的向地生長圖片，引導學生思考，進行思維預熱：為什么植物平放于地面時，其根會向地性生長，而莖卻背地性生長？

5.3“五構”概念

5.3.1解構概念

教師按圖2所示解構概念，梳理“生長素的生理作用”在概念體系中的位置。

5.3.2初構概念

教師依據教材上的“生長素濃度與植物不同器官生長反應的關系示意圖”，設置問題串：對不同的器官，生長素促進生長的最適濃度時否相同？對同一器官，生長素的作用與濃度有什么關系？學生觀察示意圖，得出：根對生長素最敏感，其次是芽和莖;對于同一器官，低濃度促進生長，高濃度抑制生長。并依據結論，初步形成“生長素具有生理作用”的概念。

5.3.3重構概念

生物興趣小組學生依據大蒜的生根情況，簡述探究實驗“探索生長素類調節劑促進插條生根的最適濃度”的具體過程，通過實驗分析、實驗結果、實驗結論，重構生物學概念“生長素的生理作用”。

試驗分析和實施：依據控制變量原則、對照實驗原則和平行重復原則，設定自變量為生根粉溶液的不同濃度（分別稀釋50、100、200、300、400、500倍）;因變量為大蒜的生根情況;無關變量為溫度、浸泡時間等。將大蒜分別在蒸餾水和一系列濃度梯度的生根粉溶液中沾蘸30s，放在裝滿水的試管上方培養。每一濃度設置3枚大蒜或3株合果芋，最終生根情況取平均值，減少誤差。

實驗結果討論及分析：與空白對照組相比，生根粉稀釋200倍、300倍、400倍后對大蒜的生根有明顯的促進作用，稀釋50倍、100倍時對大蒜生根的促進或抑制作用不明顯。合果芋僅有生根粉稀釋400倍組生根，其余組均生根不明顯或沒有生根。教師引導學生思考產生這樣實驗結果的可能原因。

依據實驗結果，學生能夠得出“低濃度促進生長”的實驗結論，但無法得出“高濃度抑制生長的”實驗結論。基于已有實驗結果，教師抓住課堂生成性問題，發展學生的批判性思維，引導學生探討：實驗結果沒有體現“高濃度抑制生長”，原因可能有哪些？學生討論出：1實驗材料對生長素敏感度;2平行重復材料的數量是否合理;3稀釋的倍數梯度，即數量級的差別。最后，學生得出結論：大蒜較合果芋更適合作為實驗材料;本實驗未體現數量級差別的濃度梯度，導致實驗現象不明顯，實驗結論還需結合后續實驗進一步完善。

5.3.4架構概念

在合理解釋根的向地性現象的基礎上，教師引導學生進一步探究“生長素生理作用”的機制，提供資料：科學家在對于黃花豌豆幼苗切斷的實驗研究中發現，低濃度的生長素促進細胞的伸長，但生長素濃度增高到一定值，就會促進切斷中乙烯的合成，而乙烯含量增高，反過來抑制了生長素促進切斷細胞伸長的作用。學生嘗試建構“生長素的生理作用”概念模型（圖3），架構概念。

5.3.5創構概念

教師向學生介紹：“生長素的生理作用”這一概念原先的表述為“生長素的兩重性”。并要求學生結合上述閱讀材料，討論概念轉變的原因，發展學生的批判性思維。

在教師的引導下，學生認識到兩重性是指事物本身所固有的互相矛盾的兩種屬性，更強調事物同時具有兩種互相對立的性質。而促進生長和抑制生長是植物對生長素的響應結果，并非生長素本身的性質。生長素之所以表現出這樣的特點，是通過不同通路調控生長的結果。適宜濃度的生長素促進細胞伸長，而生長素誘導可產生乙烯，高濃度生長素產生的抑制作用，多數情況下是乙烯的效應。顯然，生長素是一種信息分子，對植物的生命活動起調節作用，批判性、創造性地建構概念“生長素的生理作用”（圖4）。

5.4指導實踐

概念的生成離不開擴展和外化，最好的鞏固方式就是將生物學概念遷移運用到實際生活中，用生物學概念指導生產生活實踐。教師引導學生從生長素極性運輸的角度分組討論頂端優勢的成因，以及頂端優勢茶樹修枝、棉花去頂等：在農業和園林中的應用。另外，教師還要引導討論生長素類調節劑的運用：防止果實和葉片的脫落、促進結實;獲得無子果實;作為除草劑等。

6教學反思

本節課將課本的單元內容進行重構，基于第三節實驗的直觀現象和結論來建構第一節的生物學概念，更接近概念形成的真實情境。教師通過“五構”教學法幫助學生對概念的理解逐步遞進，在此過程中依據生成性的實驗結果培養批判性思維，并聯系生活實際，用生物學概念指導生產實踐，順利形成信息與調控觀、穩態與平衡觀，體現了生物學的獨特育人價值，培養了學生的生物學學科核心素養。

參考文獻：

[1]林崇德.中學生心理學[M].北京：中國輕工業出版社，2018.

[2]周初霞“.五構概念”教學法在生物學單元整體教學中的實踐研究[J].生物學教學，2021，46（5）：5-8.