文| 林福芳

一、案例背景

《普通高中生物學(xué)課程標準（2017 年版2020 年修訂）》指出高中生物學(xué)核心素養(yǎng)包含生命觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探索、社會責(zé)任等幾個方面，基于核心素養(yǎng)的高中生物學(xué)教學(xué)要立足學(xué)生本位，從學(xué)科教學(xué)特征和學(xué)情入手，搭建多樣化的生物學(xué)教學(xué)平臺，有效落實課程標準要求，提升高中生生物學(xué)綜合素養(yǎng)。高中生物學(xué)內(nèi)容難度有所提升，學(xué)生的知識積累、學(xué)習(xí)技能等也處于不斷提升的狀態(tài)，因此基于核心素養(yǎng)的高中生物學(xué)教學(xué)要堅持以學(xué)生為本的教學(xué)理念，以課堂探究、項目學(xué)習(xí)等為主要活動模式，有效促進高中生物學(xué)課堂教學(xué)質(zhì)量的提升以及學(xué)生學(xué)科素養(yǎng)的發(fā)展。

二、案例分析

（一）教學(xué)價值

教師在生物學(xué)教學(xué)中運用探究式教學(xué)這種體驗度較強的教學(xué)方式，一方面能夠保證學(xué)生在課堂教學(xué)活動中獲得非常完整的學(xué)習(xí)體驗，達到提高學(xué)生學(xué)習(xí)綜合質(zhì)量的目標。另一方面，課堂教學(xué)活動的組織與實施對提升學(xué)生的學(xué)習(xí)綜合效果也能夠產(chǎn)生積極影響。如在探究式課堂上，教師通過探究實驗的組織與實施，幫助學(xué)生了解知識、學(xué)習(xí)知識并將知識應(yīng)用于日常學(xué)習(xí)與實踐活動中，從而達到提升高中生物學(xué)教學(xué)價值的目標。

通過探究式課堂教學(xué)模式的組織與實施，教師能夠給學(xué)生創(chuàng)設(shè)自主學(xué)習(xí)的活動平臺，將多樣化教學(xué)方式應(yīng)用于生物學(xué)課堂教學(xué)以及日常實踐活動中，通過系統(tǒng)、多樣化的活動模式夯實課堂學(xué)習(xí)效果，提高課堂學(xué)習(xí)的綜合質(zhì)量。

（二）教學(xué)目標

從核心素養(yǎng)四個維度入手，結(jié)合上述本章節(jié)內(nèi)容的綜合分析，教學(xué)目標設(shè)定如下：

生命觀念：學(xué)生通過對光合作用的科學(xué)史和經(jīng)典實驗討論分析，能用物質(zhì)與能量觀、結(jié)構(gòu)與功能觀等說明光合作用過程中的物質(zhì)能量變化。

科學(xué)思維：學(xué)生通過光合作用過程中物質(zhì)與能量的關(guān)系討論、探索等，運用科學(xué)思維闡述光反應(yīng)過程中的能量變化過程。

科學(xué)探究：學(xué)生通過組織探究實驗活動，進一步深化對課堂內(nèi)容的認知，從而提出解決問題的方案。

社會責(zé)任：學(xué)生在討論、分析以及探究實驗組織過程中能夠進一步培養(yǎng)社會責(zé)任感。

三、教學(xué)過程預(yù)設(shè)

核心概念：植物細胞的葉綠體從太陽光中獲得能量，這些能量在二氧化碳和水轉(zhuǎn)變的過程中，隨之轉(zhuǎn)換為糖分子中的化學(xué)能。

任務(wù)一：葉綠體中的光合色素捕獲光能

首先，教師創(chuàng)設(shè)具體的探究情境，引入“2020 年5 月8 日，德國馬普所和法國波爾多大學(xué)的研究人員在Science 發(fā)表重磅成果：研究團隊開發(fā)的自動化人造葉綠體組裝平臺，可以根據(jù)人們的需求制造出不同的人造葉綠體，不但可以吸收空氣中的二氧化碳，而且可以根據(jù)人們的需求合成各種不同的有機物，如藥物、燃料等”。隨后，教師提出“葉綠體到底有什么作用呢？”的問題，引出恩格爾曼的實驗，學(xué)生根據(jù)大屏幕上的資料初步了解實驗內(nèi)容與實驗結(jié)果。在學(xué)生觀察過程中，教師提出相應(yīng)的問題，引導(dǎo)學(xué)生觀察、提煉相關(guān)結(jié)論。比如，教師可以提問：“通過觀察恩格爾曼的實驗，有沒有發(fā)現(xiàn)什么規(guī)律呢？好氧細菌最后都聚集在哪了呢？”（學(xué)生回答：“都聚集在了葉綠體接受光的部位?！保?/p>

其次，教師組織學(xué)生以小組為單位，針對恩格爾曼的實驗的活動內(nèi)容進行討論。為了增強學(xué)生討論活動的有效性，教師可以采用問題引導(dǎo)的方式，如問題1:好氧細菌聚集的原因是什么呢？（學(xué)生回答：聚集的部位產(chǎn)生了很多氧氣。）問題2:好氧細菌聚集的區(qū)域有什么特點呢？（學(xué)生回答：黑暗、光照兩種條件下好氧細菌會聚集在不同部位。）問題3:根據(jù)實驗?zāi)艿贸鍪裁唇Y(jié)論呢？（學(xué)生回答：葉綠體接受光照會產(chǎn)生氧氣、光合作用的場所在葉綠體……）問題4:概述一下什么是光合作用。（學(xué)生回答：光合作用是在葉綠體中進行的，在光照條件下，將水、二氧化碳合成有機物，同時生成氧氣的過程。）

再次，討論葉綠體的結(jié)構(gòu)，以小組為基礎(chǔ)討論葉綠體與光合作用相適應(yīng)的結(jié)構(gòu)特點，學(xué)生通過小組討論，先嘗試畫出葉綠體的結(jié)構(gòu)圖，隨后分享自己小組討論的結(jié)果。

最后，光合色素的提取和分離環(huán)節(jié)，教師安排小組結(jié)合學(xué)習(xí)任務(wù)單嘗試提取色素，并安排相應(yīng)的活動任務(wù)，利用臺面上的菠菜葉、乙醇等進行綜合實驗：（1）提取葉綠體中的色素，并觀察提取液的顏色。（2）用紙層析法分離葉綠體中的色素。結(jié)束后，每個小組進行成果展示，分享自己小組的收獲，進行實驗成果的交流。

（設(shè)計意圖：通過師生互動以及學(xué)生小組探究活動的過程，借助實驗探究的方式，鼓勵學(xué)生在了解基本原理的前提下分析課程內(nèi)容，在具體實踐過程中將學(xué)生作為整個課堂活動的主體，教師作為參與者融入其中。相比以往單純地觀看演示實驗的方式，學(xué)生在參與活動的過程中能夠?qū)θ~綠體的相關(guān)知識產(chǎn)生較為深刻的了解，同時為后續(xù)的活動奠定基礎(chǔ)。）

任務(wù)二：光反應(yīng)能將光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，并釋放氧氣

第一，創(chuàng)設(shè)情境，“人工樹葉核心是模仿樹葉中的水的光解，將水在一定的電壓下高效電解，產(chǎn)生氧氣，同時產(chǎn)生質(zhì)子和電子，然后兩者還可以結(jié)合產(chǎn)生氫氣……”在情境創(chuàng)設(shè)過程中，教師提出問題：“植物細胞中水的光解是怎么發(fā)生的？光能如何轉(zhuǎn)變成生物體能夠利用的化學(xué)能呢？”以問題引導(dǎo)學(xué)生參與后續(xù)的實驗活動。

第二，實驗引導(dǎo)環(huán)節(jié)，教師可設(shè)計知識復(fù)習(xí)環(huán)節(jié)，借助復(fù)習(xí)環(huán)節(jié)引導(dǎo)學(xué)生猜測內(nèi)容，提出問題：光合作用是氧化還原反應(yīng)，氧氣中的氧來自水，結(jié)合人工樹葉推測水光解還會產(chǎn)生什么？細胞呼吸中存在氫載體、還原劑NADH，推測葉綠體中是否也存在類似NADH 的氫受體呢？受引導(dǎo)的學(xué)生提出假說：葉綠體中同樣存在類似NADH 的氫受體。

第三，實驗探究環(huán)節(jié)，獲得證據(jù)。教師作為實驗參與者，先用PPT 將希爾實驗呈現(xiàn)出來，融入學(xué)生實踐活動中，及時為學(xué)生提供指導(dǎo)和幫助，如播放葉綠體懸浮液的微課、指導(dǎo)學(xué)生顯微鏡的操作等。學(xué)生按照要求完善實驗方案，并進行系統(tǒng)操作。教師在操作過程中提出問題，引導(dǎo)學(xué)生思考：（1）葉綠體的混懸液是怎么制作的？（2）如何確定你所提取的葉綠體是完整的？等等。教師通過一系列的問題探討，引導(dǎo)學(xué)生描述出觀察到的實驗現(xiàn)象，達到提高學(xué)生觀察能力和操作能力的目標。

第四，分析證據(jù)，建構(gòu)模型。教師引導(dǎo)學(xué)生以小組為單位，交流展示實驗結(jié)果，針對實驗結(jié)論進行綜合交流與展示，組織學(xué)生進行現(xiàn)場提問與答疑。教師利用PPT 呈現(xiàn)出阿爾農(nóng)的部分實驗、賈格道夫?qū)嶒灥?，組織學(xué)生在觀看過程中提出疑問、分析討論，最終得出實驗成果。

第五，應(yīng)用新知，解決問題。教師組織學(xué)生討論，并在適當(dāng)?shù)臅r機引導(dǎo)學(xué)生分析，學(xué)生現(xiàn)場生成疑問，教師幫助學(xué)生解決問題，最后總結(jié)ATP 在光合作用中的作用。在此期間，學(xué)生可以現(xiàn)場提出自己的疑問，如“為什么單獨的葉綠體混懸液不會產(chǎn)生渾濁的現(xiàn)象？”教師鼓勵學(xué)生自主針對問題進行猜測，如“NADPH 積累，導(dǎo)致不能進行水光解?！蹦敲茨銜扇∈裁礃拥慕鉀Q方案呢？你有什么樣的證據(jù)能夠佐證你的猜測呢？

（設(shè)計意圖：通過系統(tǒng)多樣化實驗探究活動的組織與實施，教師將整個實驗探究過程層次化、階段化，一是降低了生物學(xué)學(xué)科探究實驗活動組織的難度；二是通過系統(tǒng)多樣化的活動過程設(shè)計，使學(xué)生在不同的實驗探究活動中獲得很多書本上沒有的知識。在探討光反應(yīng)現(xiàn)象的過程中，教師引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會用課本上所學(xué)的知識解答生活中發(fā)現(xiàn)的問題；不僅如此，在整個探究實驗過程中，既使學(xué)生完整地體驗了整個實驗活動的過程，又拓展了學(xué)生思維，提升了課堂教學(xué)質(zhì)量，促進學(xué)生學(xué)習(xí)綜合質(zhì)量的提升。）

任務(wù)三：碳反應(yīng)將二氧化碳還原為糖

從糧食產(chǎn)量問題入手，將生活與本堂課所學(xué)的光合作用有機融合，引導(dǎo)學(xué)生意識到光合作用的重要性。

資料導(dǎo)入：德國科學(xué)家瓦爾堡的閃光實驗，用藻類進行實驗，一組用連續(xù)光照，另一組采用間隔光照。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在光能量相同的前提下，間隔照射比連續(xù)照射的效率更高。

教師提出問題：上述實驗中自變量是什么？隨后引出碳反應(yīng)的相關(guān)主題，猜想碳反應(yīng)與光有無關(guān)系，需不需要二氧化碳……隨后根據(jù)學(xué)生猜想準備相關(guān)實驗器材，組織學(xué)生進行小組探究活動。

活動一：設(shè)計實驗探究碳反應(yīng)是否需要二氧化碳

學(xué)生以小組為單位，自主進行實驗設(shè)計，結(jié)合教師提供的樹葉（同一植物形態(tài)，大小相同，生長發(fā)育狀況相同）、燒杯、氫氧化鈉、二氧化碳緩沖溶液、玻璃罩、碘液、酒精等材料，設(shè)計實驗活動，探究碳反應(yīng)實驗中是否需要二氧化碳。

在活動探究之前，教師提出相應(yīng)的探究問題，如本實驗中的可變因素是什么，如何控制可變因素？測量指標是什么，如何檢測？在實驗過程中，教師提出探究引導(dǎo)問題，如：葉片原有的淀粉對實驗結(jié)果有影響嗎，如何解決呢？原有葉片顏色對實驗有無影響，如何解決？根據(jù)實驗現(xiàn)象可以得出什么樣的結(jié)論呢？通過一系列問題引導(dǎo)，教師幫助學(xué)生理順實驗活動思路，對碳反應(yīng)實驗進行更加深入的理解與分析。

活動探究過后，教師可以鼓勵學(xué)生結(jié)合自己的實驗過程對碳反應(yīng)是否需要二氧化碳進行分享，進而對整個實驗結(jié)構(gòu)進行分享，充分拓展學(xué)生的實驗思路，有效梳理學(xué)生的實驗探究思路，優(yōu)化學(xué)生實驗活動路徑。

活動二：探究二氧化碳還原成糖的途徑

材料內(nèi)容：馬爾文·卡爾實驗

實驗過程：將培養(yǎng)出來的小球藻放置在含有未標記的CO2中的密閉容器中，然后將14C 標記在CO2容器中，培養(yǎng)一段時間之后，將小球藻浸入乙醇中殺死細胞，使細胞中的酶變性失效，并提取到溶液里的分子，最后將提取物應(yīng)用雙相紙層析法分離各種化合物……

師：實驗過程中，采用了什么技術(shù)追蹤二氧化碳中碳的轉(zhuǎn)移途徑？

生1：同位素標記法、雙相紙層析法和放射性。

師：怎樣才能按反應(yīng)順序找到生成物產(chǎn)生的順序？

生2：控制反應(yīng)時間，如縮短時間依次測定出的化合物種類為ABCD-ABC-AB，由此推測化合物產(chǎn)生的順序。

學(xué)生根據(jù)教師提問進行探究與分析，對探究實驗進行詳細的分析與探討，如改善光照等條件，對后續(xù)實驗結(jié)果的變化進行分析，從而得出最佳答案。

（設(shè)計意圖：通過材料引入等措施，鼓勵學(xué)生在真實的情境中展開分析與交流，在探究、行動、總結(jié)與反思的過程中，對碳反應(yīng)的相關(guān)內(nèi)容展開細致的分析與交流，一方面促進整堂課教學(xué)思路的轉(zhuǎn)變，另一方面也加深學(xué)生對碳反應(yīng)相關(guān)內(nèi)容的認知，通過學(xué)生為主體的探究實驗的滲透，有效提升高中生主動學(xué)習(xí)的興趣，進而提高課堂學(xué)習(xí)效果。）

四、教學(xué)反思

基于核心素養(yǎng)的高中生物探究式教學(xué)不僅改善了傳統(tǒng)生物學(xué)教學(xué)以教師為中心的教學(xué)方式，將小組合作探究學(xué)習(xí)引入課堂教學(xué)，充分貫徹落實課程標準要求，搭建以學(xué)生為主體的生物學(xué)教學(xué)平臺，有效促進高中生課堂學(xué)習(xí)積極性的提升。在整個任務(wù)設(shè)計中，教師首先明確了本堂課的核心概念與核心任務(wù)，隨后將核心任務(wù)分解為幾個子任務(wù)，在具體活動設(shè)計中，教師充分關(guān)注了學(xué)生的主體地位以及學(xué)習(xí)經(jīng)驗，分別通過師生互動、學(xué)生互動等多樣化的課程活動模式，實現(xiàn)了互動過程中學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、學(xué)習(xí)能力的提升，對提高高中生物學(xué)教學(xué)質(zhì)量也產(chǎn)生了積極影響。

在后續(xù)，高中生物學(xué)教學(xué)過程中，教師還可以結(jié)合探究式學(xué)習(xí)過程創(chuàng)設(shè)更符合高中生學(xué)情的教學(xué)模式，如將PBL 教學(xué)法引入生物學(xué)教學(xué)活動中，鼓勵學(xué)生自主發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題，在設(shè)計、實施、總結(jié)、反思實踐活動中逐漸形成解決問題的能力，從而達到提升學(xué)生學(xué)科素養(yǎng)的目標。