徐婷

摘要：主題式實驗教學引導學生主動參與解決驅(qū)動性問題，在持續(xù)性的實驗探究過程中，實現(xiàn)對概念的理解與應用，并逐步發(fā)展科學思維，培養(yǎng)“帶得走的能力”。以“綠色植物的光合作用”主題為中軸，基于生物學科素養(yǎng)、課程標準及教材，以實驗為載體，圍繞主題下的核心概念設計實驗體系，引導學生通過實驗活動構(gòu)建概念并嘗試應用。

關鍵詞：主題式實驗教學;初中生物;光合作用

生物學是一門實驗科學，實驗教學是生物教學的基本形式之一。如何充分利用教材中的生物實驗教學內(nèi)容引導學生體驗和參與科學實踐過程，在理解生物重要概念的過程中逐步發(fā)展必備品格和關鍵能力，是目前初中生物教學亟待解決的問題之一。筆者通過研究和實踐發(fā)現(xiàn)，生物主題式實驗教學是一種有效路徑。生物主題式實驗教學倡導，圍繞生物學核心概念和重點知識確定教學主題，根據(jù)主題設計真實情境下的驅(qū)動問題，以一系列的科學實驗為引導，讓學生親歷實驗，自主建構(gòu)重要概念并解決實際問題。本文以蘇教版初中生物七年級上冊“綠色植物的光合作用”為例，闡述如何開展主題式實驗教學。

一、研讀課程標準，關注核心概念，明確教學主題

主題的明確是主題式實驗教學的起點。我們需要仔細研讀課程標準及教材，關注學科核心概念和重要知識，明確教學主題?！读x務教育生物學課程標準（2011年版）》（以下簡稱“課程標準”）提出了10個課程一級主題及50個重要概念，其中，“綠色植物的光合作用”是一級主題“生物圈中的綠色植物”中的二級主題及重要概念之一。由于光合作用這一生理過程的重要性和復雜性，使其無論在初中還是高中生物教學中都是重難點內(nèi)容。在主題式實驗教學前，筆者針對“綠色植物的光合作用”這一主題，梳理得到課程標準和教材核心內(nèi)容的結(jié)構(gòu)圖（見下頁圖1）。筆者打破了一級主題的界限，對有關光合作用的核心內(nèi)容做了一定程度上的整合，涉及“生物與環(huán)境”和“生物圈中的綠色植物”兩個一級主題的內(nèi)容。

二、基于核心素養(yǎng)，依據(jù)學情分析，設定教學目標

主題式實驗教學的教學目標需要充分體現(xiàn)生物學科本質(zhì)，以實驗教學為載體，循序漸進地發(fā)展學生核心素養(yǎng)。教學目標的確定需要層層遞進：首先分析課程標準所提及的目標，其次要立足生物學科核心素養(yǎng)的發(fā)展，最后根據(jù)學生實際學情最終確定。“綠色植物的光合作用”的教學目標如下：

1.通過閱讀、分析、模擬光合作用的發(fā)現(xiàn)歷程，說出光合作用的過程，體會科學探究精神。

2.探究葉片的基本結(jié)構(gòu)，闡明葉是光合作用的主要器官、葉綠體是光合作用的場所，并初步形成生物體結(jié)構(gòu)與功能相適應的生命觀念。

3.通過完成主題式實驗，理解光合作用的實質(zhì)及其影響因素。

4.能夠利用光合作用相關概念解釋生產(chǎn)中的問題，并嘗試為提高農(nóng)作物的產(chǎn)量提出建議。

三、圍繞教學主題，指向思維提升，形成實驗系列

生物科學的發(fā)展離不開人類不斷地認識、探索和研究生命現(xiàn)象和生命活動規(guī)律，實驗是學生體驗科學探究基本過程的主要方式。在“綠色植物的光合作用”主題確定后，筆者梳理了教材中相關學習活動的所在章節(jié)、內(nèi)容及類型（詳見下頁表1）。

在梳理教材相關學習活動的基礎上，可以根據(jù)核心概念和重要知識，對相關實驗進行橫向與縱向的整合。

（一）橫向整合實驗資源

橫向整合是將某一教學子主題及其中核心概念的實驗進行單元整合，形成圍繞主題的實驗系列。系列實驗在內(nèi)容上指向核心概念的構(gòu)建，在實驗類型和實際操作中指向?qū)W生科學思維方法，如歸納與概括、演繹與推理、模型與建模、批判性思維、創(chuàng)造性思維等的培養(yǎng)。

“綠色植物的光合作用”這一主題，教材在第六章第二節(jié)安排了陸生植物葉片結(jié)構(gòu)的課內(nèi)觀察實驗和區(qū)分水生植物與陸生植物葉片的課外思考活動。在實際教學過程中，學生由于課業(yè)負擔、缺少實驗器材等，很少會在課后去真正開展探究。因此，橫向整合兩部分內(nèi)容，在課堂教學中為學生提供不同的實驗材料，如陸生的菠菜、海桐、青菜、綠蘿，水生植物睡蓮、眼子菜等。通過豐富實驗材料，不僅將原本難以有效實施的課外思考活動與課內(nèi)實驗結(jié)合，還將觀察實驗變?yōu)樘骄繉嶒灒龑W生在實驗過程中觀察、比較、歸納植物葉片的基本結(jié)構(gòu)及不同環(huán)境中葉片的特征。

（二）縱向設置實驗梯度

縱向整合是在圍繞某一教學子主題及其中核心概念進行教學設計時，通過整合、設計層層遞進的實驗，讓學生在由易到難、由簡單到復雜的概念建構(gòu)過程中，由低階到高階地發(fā)展科學思維，提升關鍵能力。

“綠色植物光合作用”主題式實驗教學內(nèi)容中，關于光合作用的場所、條件、原料和產(chǎn)物等知識，通過一系列實驗活動等可以讓學生達成相應的學習目標，但是，學生還應該能進一步運用所學知識解決生活、生產(chǎn)中的實際問題，如提高大棚種植農(nóng)作物的產(chǎn)量。這樣的實際問題需要學生綜合運用所學知識，并考慮到相關的信息學、工程學知識。為此，設計梯度化實驗，引導學生在實驗活動中，逐步發(fā)展思維能力，最終達到利用生物知識解決實際問題的教學要求。

比如，“綠葉在光下產(chǎn)生氧氣”驗證性實驗要求學生收集水生植物金魚藻產(chǎn)生的氧氣并用帶火星的木條加以檢驗?？v向設置梯度后的實驗設計如下：在教材實驗的基礎上，改變金魚藻與光源的距離，增加兩組光照強度不同的實驗（見圖2）;在定性實驗的基礎上，利用數(shù)字化實驗室中的傳感器，增加定量實驗（見圖3）。

定性實驗可讓學生在課前提前完成，課上引導學生利用實驗器材自行設計探究實驗方案并驗證;定量實驗也可組織有興趣的學生課前完成，并錄制視頻課上播放，以節(jié)約課堂時間。這兩個實驗不僅能讓學生感受到光合作用產(chǎn)生氧氣的事實，還能讓他們體會到光強是影響光合作用的因素之一，也為學生利用這些知識解決生活生產(chǎn)問題打下了基礎。

（三）學習活動設計

橫向與縱向整合后，“綠色植物的光合作用”主題式實驗教學的學習活動安排如下：

1. 探究光合作用的發(fā)現(xiàn)過程。

（1）認識光合作用發(fā)現(xiàn)的過程。

科學史討論活動：分析資料，討論范海爾蒙特柳樹實驗，收集、處理和分析數(shù)據(jù)并嘗試得出結(jié)論，進一步辨析實驗的不足之處并嘗試改進。

科學史探究實驗：嘗試根據(jù)所給實驗材料設計植物可以更新空氣的驗證性實驗，并以貼圖形式模擬普利斯特萊實驗，分析實驗現(xiàn)象，歸納結(jié)論。

（2）繪制光合作用過程概念圖。

模型建構(gòu)實驗：在探究科學史的過程中，認識光合作用的過程，構(gòu)建光合作用概念圖。

2.探究光合作用的場所。

（1）探究不同植物的葉片結(jié)構(gòu)。

探究實驗1：探究不同陸生植物葉片的基本結(jié)構(gòu)，進行實驗結(jié)果的分析和實驗結(jié)論的交流。

探究實驗2：探究水生植物葉片的基本結(jié)構(gòu)，并分析其與陸生植物葉片結(jié)構(gòu)的區(qū)別及原因。

（2）觀察植物葉片的氣孔。

宏觀觀察實驗：觀察葉片放入熱水中的實驗現(xiàn)象，感受氣孔的存在。

微觀觀察實驗：觀察不同植物的葉片表皮，認識氣孔的結(jié)構(gòu)、分布特點等。

（3）探究植物不同器官中的葉綠體。

觀察實驗：觀察新鮮的黑藻或綠色植物葉片細胞中的葉綠體。

探究實驗：完成“植物不同器官中是否存在葉綠體”的探究實驗方案設計與實施，開展實驗結(jié)果的分析、實驗結(jié)論的交流活動。

3.探究光合作用的原料、產(chǎn)物及條件。

（1）綠葉在光下產(chǎn)生淀粉。

探究實驗1：嘗試設計“綠葉在光下產(chǎn)生淀粉”的實驗方案，進行對照實驗，探究有光與無光環(huán)境條件下葉片是否產(chǎn)生淀粉，分析實驗現(xiàn)象并得出綠色植物進行光合作用的條件及產(chǎn)物。

探究實驗2：在前一個探究實驗的基礎上，探究葉片花的制作方式。

（2）金魚藻在光下產(chǎn)生氧氣。

定性實驗：觀察金魚藻在光下產(chǎn)生氧氣的實驗，并嘗試說明實驗現(xiàn)象產(chǎn)生的原因。

定量實驗：嘗試設計“利用傳感器測量水生植物及陸生植物光合作用產(chǎn)生氧氣”實驗。觀察實驗現(xiàn)象，收集、處理、分析實驗數(shù)據(jù)。

（3）光合作用需要二氧化碳。

討論活動：閱讀并討論“植物的光合作用需要二氧化碳”的實驗，分析實驗現(xiàn)象并得出結(jié)論。

探究實驗：利用提供的實驗材料，設計“植物的光合作用需要二氧化碳”探究實驗，分析實驗現(xiàn)象并得出結(jié)論。

4.認識光合作用原理在生產(chǎn)上的應用。

（1）分析綠色植物光合作用的影響因素。

觀察實驗：探究光強、光質(zhì)、二氧化碳等因素對綠色植物光合作用的影響，分析實驗現(xiàn)象并得出結(jié)論。

（2）設計“溫室中二氧化碳濃度的調(diào)控”實驗。

討論活動：分析資料，討論溫室中調(diào)控二氧化碳的意義。

實驗設計：嘗試運用學習的生物學知識，設計能提高農(nóng)作物產(chǎn)量的現(xiàn)代大棚，提高農(nóng)作物產(chǎn)量。

“綠色植物的光合作用”主題式實驗教學，以核心概念為黏合劑，整合事實性知識，圍繞主題開展實驗教學，將分散的教學內(nèi)容、教材相關實驗進行橫向與縱向的聚合及整合，打破單一課時的局限，幫助學生在持續(xù)性的實驗探究過程中實現(xiàn)對概念的理解與應用。