基于生物学学科核心素养的概念教学实践

作者:未知

  摘要以落实生物学学科核心素养为目标,采用本校“3+1”教学策略进行“光合作用的过程”一节概念教学。教学中以科学家发现光合作用过程的真实实验材料为素材,组织以探究为特点的主动学习,基于学生对资料的分析与探究、抽象与概括,帮助学生分析物质和能量变化,概念建构光反应和暗反应过程,并以此来建构“光合作用过程”这一核心概念。以期为实现立德树人根本任务的高中生物课堂的创建提供参考。
  关键词 核心素养 概念教学 “3+1”策略 光合作用 教学设计
  中图分类号G633.91 文献标志码B
  生物学学科核心素养包括生命观念、科學思维、科学探究和社会责任。生物学学科核心素养是学生在生物课程学习过程中逐渐发展起来的,在解决真实情境中的实际问题时所表现出来的价值观念、必备品格与关键能力,是学生知识、能力、情感态度与价值观的综合体现。
  生物学概念教学以帮助学生纠正前概念,消除错误概念,建立科学概念为根本任务。《普通高中生物学课程标准(2017年版)》内容要求部分罗列了各模块的大概念和重要概念,形成了生物课程的内容框架。“基于生物学学科核心素养的概念教学实施是落实生物学学科核心素养的关键,会直接影响核心素养中科学思维、科学探究的落实,也会间接影响生命观念和社会责任的达成”。
  基于此,笔者以人教2003版高中生物教材《必修I·分子与细胞》中“光合作用的过程”一节为例,以落实学科核心素养为目标,结合本校“3+1”教学策略,通过概念教学实践,引导学生建立光合作用的过程。以期为创建以立德树人为根本任务的高效课堂提供参考。
  1教学设计背景
  1.1教材分析
  光反应、暗反应的过程以及二者之间的关系是本节要解决的重要概念。教材中通过简单文字和图解对光合作用的总表达式以及光反应和暗反应过程进行阐述,并只用一句话概括两者的关系。学生对于这些抽象概念很难真正理解。基于教材内容,确定本节课的大概念和重要概念如下。
  大概念:植物细胞的叶绿体从太阳光中捕获能量,这些能量在二氧化碳和水转变为糖与氧气的过程中,转换并储存为糖分子中的化学能。
  重要概念1:光反应阶段,在类囊体膜上进行,色素吸收的光能,将水分解成氧气和[H],同时促成ADP和Pi形成ATP,实现将光能转化为ATP中活跃的化学能。
  重要概念2:暗反应阶段,在叶绿体基质中进行,固定C02,利用光反应生成的[H]和ATP,还原C3,生成(CH2O),实现将ATP中的化学能转化为(CH2O)中稳定的化学能。
  1.2学情分析
  学生在初中阶段已经学习过光合作用的相关知识,对光合作用有一定的了解。通过前面内容的学习,学生对捕获光能的色素和结构、光合作用的探究历程等都有了基本的掌握。高中学生已经具备一定的逻辑思维能力和认知能力,对未知事物的探究表现出了强烈的好奇心。教材中对光合作用过程的描述比较简要,但学生对于这些抽象概念的理解还是有一定难度。因此,教师引导学生分析史料,充分理解光合作用是如何发生的,深化学生对光合作用概念的理解,为光合作用原理应用于生产实践奠定坚实的基础。
  2教学目标
  ①能从细胞水平认识叶绿体的结构和功能是相适应的,具有物质和能量观,理解光合作用这一过程所包含的物质和能量变化;
  ②能够认识到光反应和暗反应的过程以及二者之间的联系都是基于科学事实论证形成的;能够以特定的实验事实为基础,形成光反应和暗反应的重要概念,并用文字或图示的形式表达;
  ③基于所给材料实验结果的自主分析,完成小组学习中的主动合作探究,并能与他人交流结果。
  ④认识到光合作用的重要性,养成爱护绿色植物的环保意识。
  3教学重难点
  重点:光反应和暗反应的过程,二者之间的关系。
  难点:光反应和暗反应之间的关系,建构概念。
  4教学策略
  采用本校“3+1”教学策略进行概念教学,落实生物学学科核心素养。以科学家发现光合作用过程的真实实验材料为素材,组织以探究为特点的主动学习,基于学生对资料的分析与探究、抽象与概括,帮助学生分析物质和能量变化,建构光反应和暗反应过程的概念,并以此来建构光合作用的总框架图解。这样既能有效地提高教学效益,也有助于学生对光反应和暗反应的关系的深入理解和拓展迁移。
  5教学过程
  5.1新课导入
  教师播放关于袁隆平教授团队培育的超级杂交水稻(湘两优)创造水稻单产亩产的最高纪录并获得2018未来科学大奖的新闻。教师强调光合作用的重要作用,提出问题:光合作用的总反应式是什么?学生回答后,教师强调:光合作用的过程是十分复杂的,包括一系列化学反应。那么,植物叶绿体中是如何实现上述变化的?这就是本节课的学习课题——探究光合作用的过程。
  5.2自主学习
  教师提供资料,由学生自主学习。
  资料l:1937年,英国植物学家罗伯特希尔(Hill)做了这样一个实验:从绿色植物的叶肉细胞中分离出叶绿体制成悬浮液,发现在适宜的条件下给以光照,离体的叶绿体在没有C02存在的条件下,放出了唯一的气体——O2。
  资料2:鲁宾和卡门实验。
  资料3:1937年,科学家罗伯特希尔做了一个实验:若将离体的叶绿体的悬浮液置于抽去真空的密闭容器内,该容器内含有草酸铁(Fe3+),给以光照,发现除了放出O2外,容器内还生成了草酸亚铁(Fe2+)。
  资料4:1954年,美国科学家阿尔农用离体的叶绿体做实验,同样无CO2,给予光照时,当向反应体系中供给ADP,I)i和辅酶Ⅱ(NADP+)时,发现除生成O2外,会有ATP和还原型辅酶Ⅱ(NADPH)产生。   资料5:阿尔农用离体的叶绿体做实验,在黑暗条件下,只要给分离的叶绿体提供ATP和[H],叶绿体就能将C02转化为糖类等有机物,同时ATP和[H]含量急剧下降。
  资料6:美国科学家卡尔文以小球藻为实验材料,向反应体系里充入一定量的CO2,一定时间,将小球藻迅速杀死,用放射自显影技术追踪被CO2标记的产物。结果发现:光照几分之一秒后,90%放射性集中出现在一种三碳化合物(C3)中;5 s的时候,放射性则集中出现在葡萄糖和一种五碳化合物(C5)中。
  5.3点拨归纳
  学生结合资料1~4进行光反应阶段的概念建构,小组讨论,教师点拨完善。接着,学生结合资料5~6进行暗反应阶段的概念建构,并化学式及箭头简单表示C的转移途径。
  教师展示资料7:当卡尔文突然停止光照,CO2供应正常,发现短時间内C3积累,C5浓度下降;而突然降低CO2的供给时,发现C5会积累。
  教师设置问题串,引导学生完善暗反应阶段概念的建构:
  ①条件突然改变时,c3和c5含量的变化是否存在矛盾?
  ②若有矛盾,你认为可以采取哪些措施解决此矛盾?
  ③根据短期内c3、c5含量的变化,结合物质的来源和去路两个角度,推理[H]、ATP一起参与了哪个阶段反应?
  教师引导学生结合以上探究完成光合作用总过程图解(图1),理解光合作用的实质和意义。
  5.4拓展延伸
  学生合作完成各物质变化规律表(表1),进一步理解光反应和暗反应之间相互制约的关系。
  5.5自检互评
  学生完成代表性的相关练习,强化生命观念,训练思维能力。
  6教学反思
  本节课以光反应和暗反应的过程以及二者的关系为重点。以往的教学中,大多数教师是以教材上内容为载体,学生阅读了解,然后教师分步详细讲解展示。学生通常都是在教师的讲解后,在理解的基础上将光反应和暗反应的过程以及两者的联系背下来,无法达成对科学思维和科学探究能力的培养和提升。显然,生物学学科核心素养的落实便成了一句空话。因此,教师应改变以往的固化的教学模式,大胆创新,以科学家发现光合作用过程的实验史料为载体,组织以学生探究为特点的主动学习,自主研讨分析、抽象与概括,概念建构光反应和暗反应过程,从而真正实现学生为主、教师为辅的课堂教学。课上,教师要结合学生的探讨结果,对典型问题做及时的点评和引导。
  从教学实践来看,学生对暗反应阶段的概念建构是本节中耗时最长的一个环节。学生根据已有资料只能自主建构出部分概念模型,此时教师应通过一系列问题串的设置进行恰当的引导让学生进一步完善。该部分的学习还为后续拓展迁移部分各物质的动态变化规律的探讨提供分析思路,因此该探究活动的达成效果对于本节课教学目标的实现最为关键。第一次实施本教学设计时,学生的分析稍显仓促,课堂容量太过紧凑。因此,根据学生的反馈,及时做出调整,将对光反应阶段的概念建构改为由学生课前自主构建,课上师生共同对展示的探究一结果进行点评完善即可。如此可以使本节课的重心落在最难的对暗反应阶段的概念建构和光合作用总过程的模型建构上,给以学生充足时间分析思考,拓展延伸部分的解决便游刃有余了。改进后试课,学生反馈教学效果较好,很好地达成本节课的核心素养目标。
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