楊忠順

摘 要 以落實(shí)學(xué)科核心素養(yǎng)為目標(biāo)，以概念教學(xué)為基本策略，以科學(xué)史中的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)為抓手，設(shè)計(jì)了“光合作用的過程”一節(jié)的課堂教學(xué)，通過問題引領(lǐng)、小組探究、實(shí)驗(yàn)分析、動手訓(xùn)練等手段，逐步形成“光合作用的過程”這一核心概念，在概念形成與落實(shí)中培養(yǎng)學(xué)生的生物學(xué)科核心素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞 形成式概念教學(xué) 光合作用 教學(xué)設(shè)計(jì)

中圖分類號 G633.91 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 B

2018年9月，部分省市高一新生將使用全新修訂的新課程標(biāo)準(zhǔn)和新教材。新課程標(biāo)準(zhǔn)的宗旨是培養(yǎng)學(xué)生生物學(xué)核心素養(yǎng)，包括生命觀念、理性思維、科學(xué)探究和社會責(zé)任。生物學(xué)課程設(shè)計(jì)和實(shí)施追求少而精，聚焦核心概念，教學(xué)過程重實(shí)踐，通過探究學(xué)習(xí)加深學(xué)生對生物學(xué)概念的理解和應(yīng)用，從而發(fā)展其核心素養(yǎng)。概念教學(xué)的重要性逐漸被眾多教師所熟知，準(zhǔn)確掌握概念教學(xué)的基本策略對落實(shí)學(xué)科核心素養(yǎng)至關(guān)重要。

教師進(jìn)行概念教學(xué)時(shí)，往往采用同化式概念教學(xué)策略，學(xué)生被動接受陌生術(shù)語，無法真正理解。下面以人教版高中生物教材《必修1·分子與細(xì)胞》中“光合作用的過程”一節(jié)為例，通過教學(xué)設(shè)計(jì)、教學(xué)實(shí)踐、教學(xué)反思等過程，探討如何通過形成式概念教學(xué)策略落實(shí)學(xué)科核心素養(yǎng)。

1 教學(xué)設(shè)計(jì)背景分析

1.1 教材分析

該課是人教版必修1第五章第二課時(shí)的內(nèi)容，是高中生物非常重要的核心概念之一。教材中通過文字?jǐn)⑹龊蛨D解進(jìn)行闡述，并對光反應(yīng)和暗反應(yīng)分別進(jìn)行了定義概括。教材中對光反應(yīng)和暗反應(yīng)過程的描述簡單明了，對兩者之間的關(guān)系只有一句話的總結(jié)概括，沒有實(shí)例分析，學(xué)生對其關(guān)系的重要性和相關(guān)性很難真正理解。

1.2 學(xué)情分析

學(xué)生在初中已經(jīng)初步接觸過光合作用，例如光合作用的定義、場所、原料、產(chǎn)物、光合作用的反應(yīng)式等。高中學(xué)生的認(rèn)知水平、邏輯推理能力等都已有明顯的進(jìn)步。通過前面章節(jié)的學(xué)習(xí)，學(xué)生對葉綠體中色素種類、功能、光合作用的探究歷程等都有了基本的掌握。本節(jié)內(nèi)容中光反應(yīng)、暗反應(yīng)以及兩者之間的關(guān)系對于學(xué)生來說是全新的概念，也是本節(jié)要重點(diǎn)解決的核心概念。雖然教材中對過程的描述比較清晰，但學(xué)生理解這些抽象的概念還是有一定難度的。只有充分理解光合作用的過程，學(xué)生才能很好地理解和分析光合作用原理的應(yīng)用及光合作用的影響因素。學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中，往往能看懂教材，上課能聽懂，但是在解決光合作用相關(guān)問題時(shí)就會遇到困難。究其根本原因，學(xué)生并沒有充分理解光合作用的過程，從而在應(yīng)用其原理分析具體問題時(shí)出現(xiàn)困難。

2 教學(xué)目標(biāo)

2.1 知識目標(biāo)

比較光合作用光反應(yīng)和暗反應(yīng)的具體物質(zhì)變化和能量轉(zhuǎn)換的過程；闡明光合作用的總反應(yīng)式與實(shí)質(zhì)。

2.2 能力目標(biāo)

對相關(guān)實(shí)驗(yàn)資料分析、思考、討論、探究等活動中，培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)、自主探究的能力、語言表達(dá)及分享信息的能力；通過知識遷移在新的情境中解決問題的能力，學(xué)會用比較法進(jìn)行學(xué)習(xí)。

2.3 情感、態(tài)度與價(jià)值觀目標(biāo)

培養(yǎng)生命觀念，掌握研究生命現(xiàn)象的基本思想方法。

3 教學(xué)重點(diǎn)

光反應(yīng)和暗反應(yīng)的過程；光反應(yīng)和暗反應(yīng)之間的關(guān)系。

4 教學(xué)難點(diǎn)

理解并學(xué)會應(yīng)用光合作用的光反應(yīng)和暗反應(yīng)機(jī)理及相互關(guān)系。

5 教學(xué)策略

以科學(xué)家發(fā)現(xiàn)光合作用過程的真實(shí)實(shí)驗(yàn)為探究素材，將核心概念分解成若干小問題，設(shè)置一系列問題串，通過形成概念逐一趨向概念內(nèi)涵。學(xué)生通過分析討論，進(jìn)行概念建構(gòu)。教師要強(qiáng)調(diào)科學(xué)史中的學(xué)科思維和探究精神；利用睿易云教學(xué)平臺和Pad移動終端等現(xiàn)代教育技術(shù)，實(shí)現(xiàn)師生的及時(shí)互動，提高課堂教學(xué)效能；引導(dǎo)學(xué)生通過對新的情境進(jìn)行小組探究，加深理解概念內(nèi)涵和外延，在內(nèi)涵與外延間建立聯(lián)系；設(shè)置新情境，引導(dǎo)學(xué)生利用本節(jié)概念解決新的問題，達(dá)到學(xué)以致用的目標(biāo)。

6 教學(xué)過程設(shè)計(jì)

6.1 復(fù)習(xí)導(dǎo)入

師：請同學(xué)們在練習(xí)本上寫一下綠色植物光合作用反應(yīng)式。教師通過Pad終端展示學(xué)生書寫正確的反應(yīng)式，糾正學(xué)生的書寫錯(cuò)誤，強(qiáng)調(diào)對基礎(chǔ)知識的準(zhǔn)確掌握。

學(xué)生回顧，書寫。

設(shè)計(jì)意圖：溫故知新，引出光合作用場所——葉綠體的結(jié)構(gòu)。

6.2 教學(xué)實(shí)施

概念1：葉綠體具有基粒等結(jié)構(gòu)，是綠色植物光合作用的場所。

教師展示葉綠體結(jié)構(gòu)模型，講解結(jié)構(gòu)，著重分析類囊體和基粒的關(guān)系。教師強(qiáng)調(diào)：光合色素和有關(guān)酶分布在類囊體的薄膜上，有些酶分布在葉綠體基質(zhì)中。

學(xué)生看圖析圖，聽教師講解。

設(shè)計(jì)意圖：為學(xué)習(xí)光合作用的過程奠定基礎(chǔ)，使學(xué)生樹立結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的觀點(diǎn)。

概念2：葉綠素在光合作用中發(fā)揮重要作用。

教師提出問題：葉綠體中的色素與光合作用有什么關(guān)系？

教師展示實(shí)驗(yàn)，并引導(dǎo)學(xué)生得出結(jié)論。

學(xué)生閱讀資料：1913年，德國的威爾斯泰特對葉綠素分子進(jìn)行了研究。在闡明了它的化學(xué)性質(zhì)之后，研究了葉綠素與光合作用的關(guān)系。他發(fā)現(xiàn)在光下，葉綠素的含量較高時(shí)，CO2轉(zhuǎn)化為糖類的反應(yīng)速率較快。

教師引導(dǎo)學(xué)生分析實(shí)驗(yàn)，得出結(jié)論：葉綠素在光合作用中有重要作用。

設(shè)計(jì)意圖：學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)過程和結(jié)果的分析，自然而然得出結(jié)論，印象深刻，也了解科學(xué)探究的方法。

概念3：葉綠體中的色素能捕獲光能、傳遞和轉(zhuǎn)化光能。

教師利用投影展示葉綠體色素的吸收光譜圖，并提出問題：光合色素是如何起作用的呢？

學(xué)生得出結(jié)論：葉綠體中的色素可以吸收光能。葉綠素主要吸收藍(lán)紫光和紅光；類胡蘿卜素主要吸收藍(lán)紫光。

設(shè)計(jì)意圖：讓學(xué)生明確色素吸收光能的特性，培養(yǎng)學(xué)生讀圖析圖的能力，為建構(gòu)光反應(yīng)概念做鋪墊。

概念4：光反應(yīng)過程在類囊體膜上，色素吸收光能，將水分解成[H]和氧氣，并將光能轉(zhuǎn)化為ATP中的化學(xué)能。

（1） 希爾實(shí)驗(yàn)：水光解放氧。

教師展示閱讀資料二：1937年，英國劍橋大學(xué)的希爾用離體的葉綠體做實(shí)驗(yàn)。他將離體的葉綠體加到具有NADP+（可與H+結(jié)合生成NADPH）的水溶液中，在無CO2的條件下給予光照，發(fā)現(xiàn)葉綠體中有O2放出。

教師展示圖1，并提出問題：色素吸收的光能有什么作用呢？

學(xué)生分析實(shí)驗(yàn)，得出結(jié)論：色素吸收光能后可以將水分解釋放出氧氣。

（2） 阿爾農(nóng)實(shí)驗(yàn)：光反應(yīng)生成ATP和[H]。

教師提供閱讀資料三：1954年，美國的阿爾農(nóng)等用離體的葉綠體（獲得類囊體懸浮液）做實(shí)驗(yàn)。在給葉綠體照光時(shí)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)向反應(yīng)體系中供給ADP、Pi和NADP+時(shí)，體系中就會有ATP和[H]產(chǎn)生。

教師展示圖2。

學(xué)生分析實(shí)驗(yàn)，得出結(jié)論：在光下，類囊體上生成了ATP和[H]。

這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)意圖：還原科學(xué)史，讓學(xué)生感悟科學(xué)發(fā)現(xiàn)的探究過程，像科學(xué)家那樣探究和思考，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究和理性思維素養(yǎng)。

（3） 光反應(yīng)過程概念建構(gòu)。

教師提出問題：陽光下，在類囊體膜上能發(fā)生哪些反應(yīng)？能量如何轉(zhuǎn)變？請完成表格填寫（表1）。

學(xué)生活動：根據(jù)資料二和資料三的實(shí)驗(yàn)結(jié)論，小組討論，總結(jié)歸納，填寫表格。通過Pad終端提交給老師，并分享討論結(jié)果。教師評價(jià)總結(jié)。

設(shè)計(jì)意圖：培養(yǎng)學(xué)生歸納總結(jié)能力、小組合作能力、語言表達(dá)能力、使用現(xiàn)代信息技術(shù)能力，完成光反應(yīng)過程這一概念的完整建構(gòu)。

概念5：暗反應(yīng)過程在葉綠體基質(zhì)中進(jìn)行，固定CO2，利用光反應(yīng)生成的[H]和ATP，生成（CH2O），將ATP中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為（CH2O）中的化學(xué)能。

（1） 阿爾農(nóng)實(shí)驗(yàn)：

教師提供閱讀資料四：1954年，美國阿爾農(nóng)等用離體的葉綠體繼續(xù)做實(shí)驗(yàn)。在黑暗條件下，只要供給了ATP和[H]，葉綠體就能將CO2轉(zhuǎn)變?yōu)樘恰?/p>

教師展示圖3，并提出問題：在光下葉綠體通過光反應(yīng)產(chǎn)生的ATP和[H]有什么用呢？

學(xué)生得出結(jié)論：在黑暗條件下，ATP和[H]是CO2轉(zhuǎn)化為糖的必要條件。

設(shè)計(jì)意圖：通過再現(xiàn)科學(xué)家實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生分析實(shí)驗(yàn)的能力。通過分析此實(shí)驗(yàn)，學(xué)生能夠形成光反應(yīng)為暗反應(yīng)提供ATP和[H]這一重要概念。

（2） 卡爾文實(shí)驗(yàn)：

教師提供閱讀材料五：從1946年開始，美國的卡爾文等研究了小球藻等植物進(jìn)行光合作用時(shí)CO2轉(zhuǎn)化為糖類的路線。他們向反應(yīng)體系中充入一定量的14CO2，光照30 s后檢測產(chǎn)物，檢測到了多種帶14C標(biāo)記的化合物。將光照時(shí)間逐漸縮短至幾分之一秒時(shí)發(fā)現(xiàn)，90%的放射性出現(xiàn)在一種三碳化合物（C3）中。在5 s的光照后，卡爾文等同時(shí)檢測到了含有放射性的五碳化合物（C5）和其夫子糖類化合物（CH2O）。

教師提出問題：CO2是如何轉(zhuǎn)變成糖類等有機(jī)物的呢？

學(xué)生分析，得出推論：碳的轉(zhuǎn)移途徑如圖4所示。

設(shè)計(jì)意圖：通過科學(xué)家的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，培養(yǎng)學(xué)生理性思維和科學(xué)探究素養(yǎng)，加深對暗反應(yīng)階段碳元素去向的理解。

（3） 實(shí)驗(yàn)探究1：

教師提出問題：卡爾文實(shí)驗(yàn)中，CO2供應(yīng)正常，當(dāng)停止光照時(shí)，短時(shí)間內(nèi)C3和C5的濃度如何變化？原因是什么？

學(xué)生分小組進(jìn)行探究，將探究結(jié)果寫在學(xué)案上，通過Pad終端將答案提交給教師。小組代表進(jìn)行討論結(jié)果分享，小組間相互評價(jià)，教師進(jìn)行總結(jié)評價(jià)。

設(shè)計(jì)意圖：通過實(shí)驗(yàn)探究和推理，讓學(xué)生明確光反應(yīng)提供的ATP和[H]參與碳循環(huán)的具體階段，并培養(yǎng)學(xué)生的理性思維、深度探究和語言表達(dá)交流素養(yǎng)。

（4） 實(shí)驗(yàn)探究2：

用溫和方法分離得到的葉綠體結(jié)構(gòu)完整，這樣的葉綠體能夠完成光合作用全過程，包括CO2的固定和糖類的生成。用劇烈方法分離得到的葉綠體含有很少或者根本沒有葉綠體基質(zhì)。這樣的葉綠體能在光下產(chǎn)生O2、ATP、[H]，但是不能固定CO2。

教師提出問題：這些反應(yīng)進(jìn)行的場所是哪里呢？請同學(xué)們閱讀實(shí)驗(yàn)探究2。

學(xué)生閱讀實(shí)驗(yàn)探究2，小組討論實(shí)驗(yàn)方案，分享交流。

學(xué)生得出結(jié)論：CO2的固定和糖類的生成場所在葉綠體基質(zhì)。

設(shè)計(jì)意圖：讓學(xué)生掌握科學(xué)的實(shí)驗(yàn)方法，明確暗反應(yīng)的場所，從而培養(yǎng)學(xué)生理性思維和科學(xué)探究素養(yǎng)。

概念6：光合作用過程包括光反應(yīng)和暗反應(yīng)兩個(gè)過程。

教師請各位學(xué)生完成學(xué)案中光合作用全過程圖解（圖4），觀察各組的完成情況，利用Pad對某小組的答案進(jìn)行評價(jià)，利用談話法對光合作用全過程進(jìn)行總結(jié)。

學(xué)生分小組討論，歸納總結(jié)，填寫光合作用全過程圖解，通過Pad終端將答案推送給老師，小組分享并相互評價(jià)。

設(shè)計(jì)意圖：通過填圖，學(xué)生明確光反應(yīng)和暗反應(yīng)是不可獨(dú)立進(jìn)行的密切相關(guān)的生理過程，學(xué)會了建構(gòu)知識框架，培養(yǎng)了歸納總結(jié)能力。

6.3 課后作業(yè)

列表比較光反應(yīng)和暗反應(yīng)的區(qū)別和聯(lián)系；

從物質(zhì)和能量角度闡述綠色植物光合作用的意義。

設(shè)計(jì)意圖：教會學(xué)生學(xué)會用比較法進(jìn)行概念學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生的生命觀念學(xué)科素養(yǎng)。

7 教學(xué)評價(jià)

7.1 課中過程性評價(jià)

通過Pad終端，教師能及時(shí)看到各小組討論結(jié)果，并由小組代表闡述結(jié)果，小組互相評價(jià)和教師總結(jié)相結(jié)合，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決課堂中的既設(shè)問題和生成問題。

7.2 課后終結(jié)性評價(jià)

通過課后作業(yè)，教師可以了解學(xué)生是否真正理解光合作用的機(jī)理。尤其是通過第二道作業(yè)的解答，能夠看出學(xué)生是否從宏觀生態(tài)學(xué)的角度理解光合作用的意義，為下節(jié)課的教學(xué)做好鋪墊。

8 教學(xué)反思

本節(jié)課的教學(xué)重點(diǎn)是光合作用的光反應(yīng)和暗反應(yīng)的過程。在以往的教學(xué)中，大多數(shù)教師采用的策略是直接向?qū)W生分步展示每個(gè)過程的物質(zhì)變化和能量變化，然后進(jìn)行詳細(xì)的講解，學(xué)生學(xué)習(xí)的過程是在教師講解之后，在理解過程的基礎(chǔ)上將光合作用流程圖背下來。這樣學(xué)生更多的是通過死記硬背把過程記下來，對學(xué)生理性思維和科學(xué)探究素養(yǎng)的提升是很有限的。教師在進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)大膽創(chuàng)新，改變以往同化式概念教學(xué)模式，采用形成式概念教學(xué)策略和智慧課堂教學(xué)策略，通過把科學(xué)家對光合作用過程的探究歷程真實(shí)再現(xiàn)，讓學(xué)生通過分析實(shí)驗(yàn)過程，小組研討，得出結(jié)論，逐步形成概念。運(yùn)用現(xiàn)代教育技術(shù)，學(xué)生研討結(jié)果通過Pad終端及時(shí)反饋給教師，教師及時(shí)對典型問題做出點(diǎn)評。通過對若干原始科學(xué)實(shí)驗(yàn)的探究形成若干概念后，在教學(xué)設(shè)計(jì)的最后，讓學(xué)生在學(xué)案中獨(dú)立完成光合作用全過程的流程圖，然后分享交流，教師評價(jià)。這是一個(gè)總結(jié)提升的過程，既能培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)語言表達(dá)能力，又能考查這節(jié)課的教學(xué)效果。課后作業(yè)的設(shè)計(jì)是想培養(yǎng)學(xué)生利用比較法來進(jìn)行知識鞏固，同時(shí)能從宏觀生態(tài)學(xué)和物質(zhì)能量的角度去理解光合作用的重要意義，培養(yǎng)學(xué)生的生命觀念素養(yǎng)和社會責(zé)任素養(yǎng)。

在教學(xué)過程中，學(xué)生基本能跟上實(shí)驗(yàn)探究思維，小組討論環(huán)節(jié)的氣氛也非常好，每個(gè)小組都能準(zhǔn)確地得出每個(gè)實(shí)驗(yàn)的結(jié)論，能在教師指定時(shí)間內(nèi)在學(xué)案上寫完答案，并通過Pad提交給教師。在分享環(huán)節(jié)，8個(gè)學(xué)習(xí)小組有6個(gè)小組都積極發(fā)言。雖然需要小組討論的問題較多，但是整節(jié)課節(jié)奏控制得很好，基本按照教學(xué)設(shè)計(jì)的各個(gè)環(huán)節(jié)逐步推進(jìn)，在45 min內(nèi)，恰好完成了整節(jié)課的教學(xué)任務(wù)。課堂氣氛也比較活躍，且這種活躍是學(xué)生思維的活躍，不是表面的氣氛活躍。

從教學(xué)效果來看，在最后一個(gè)環(huán)節(jié)的光合作用全過程的概念建構(gòu)中，各個(gè)小組的學(xué)生都能夠準(zhǔn)確地填寫好留空的部分，對光反應(yīng)和暗反應(yīng)之間的關(guān)系也有了清楚的了解，并能夠準(zhǔn)確分析出：當(dāng)外界條件發(fā)生變化時(shí)，各種中間產(chǎn)物短時(shí)間內(nèi)的含量變化。通過課后學(xué)生的反饋，學(xué)生都反應(yīng)理解并掌握了光合作用的機(jī)理。

當(dāng)然，本節(jié)課的教學(xué)過程還有待改進(jìn)之處，例如學(xué)生對教學(xué)平臺的使用還不夠熟練，在課堂提交答案環(huán)節(jié)會有些時(shí)間延擱；學(xué)生對NADPH和NADP+還不是很理解這些。可能會影響學(xué)生對光合作用過程的理解。在以后的教學(xué)中，教師可適當(dāng)提醒學(xué)生加強(qiáng)預(yù)習(xí)，在課堂教學(xué)中積極采用現(xiàn)代教育技術(shù)，讓學(xué)生盡快熟悉教學(xué)平臺的使用，通過智慧課堂進(jìn)一步提高課堂效能。

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