形成式概念教学策略在中学生物教学中的应用

杨忠顺

摘 要 以落实学科核心素养为目标，以概念教学为基本策略，以科学史中的经典实验为抓手，设计了“光合作用的过程”一节的课堂教学，通过问题引领、小组探究、实验分析、动手训练等手段，逐步形成“光合作用的过程”这一核心概念，在概念形成与落实中培养学生的生物学科核心素养。

關键词 形成式概念教学 光合作用 教学设计

中图分类号 G633.91 文献标志码 B

2018年9月，部分省市高一新生将使用全新修订的新课程标准和新教材。新课程标准的宗旨是培养学生生物学核心素养，包括生命观念、理性思维、科学探究和社会责任。生物学课程设计和实施追求少而精，聚焦核心概念，教学过程重实践，通过探究学习加深学生对生物学概念的理解和应用，从而发展其核心素养。概念教学的重要性逐渐被众多教师所熟知，准确掌握概念教学的基本策略对落实学科核心素养至关重要。

教师进行概念教学时，往往采用同化式概念教学策略，学生被动接受陌生术语，无法真正理解。下面以人教版高中生物教材《必修1·分子与细胞》中“光合作用的过程”一节为例，通过教学设计、教学实践、教学反思等过程，探讨如何通过形成式概念教学策略落实学科核心素养。

1 教学设计背景分析

1.1 教材分析

该课是人教版必修1第五章第二课时的内容，是高中生物非常重要的核心概念之一。教材中通过文字叙述和图解进行阐述，并对光反应和暗反应分别进行了定义概括。教材中对光反应和暗反应过程的描述简单明了，对两者之间的关系只有一句话的总结概括，没有实例分析，学生对其关系的重要性和相关性很难真正理解。

1.2 学情分析

学生在初中已经初步接触过光合作用，例如光合作用的定义、场所、原料、产物、光合作用的反应式等。高中学生的认知水平、逻辑推理能力等都已有明显的进步。通过前面章节的学习，学生对叶绿体中色素种类、功能、光合作用的探究历程等都有了基本的掌握。本节内容中光反应、暗反应以及两者之间的关系对于学生来说是全新的概念，也是本节要重点解决的核心概念。虽然教材中对过程的描述比较清晰，但学生理解这些抽象的概念还是有一定难度的。只有充分理解光合作用的过程，学生才能很好地理解和分析光合作用原理的应用及光合作用的影响因素。学生在学习过程中，往往能看懂教材，上课能听懂，但是在解决光合作用相关问题时就会遇到困难。究其根本原因，学生并没有充分理解光合作用的过程，从而在应用其原理分析具体问题时出现困难。

2 教学目标

2.1 知识目标

比较光合作用光反应和暗反应的具体物质变化和能量转换的过程；阐明光合作用的总反应式与实质。

2.2 能力目标

对相关实验资料分析、思考、讨论、探究等活动中，培养自主学习、自主探究的能力、语言表达及分享信息的能力；通过知识迁移在新的情境中解决问题的能力，学会用比较法进行学习。

2.3 情感、态度与价值观目标

培养生命观念，掌握研究生命现象的基本思想方法。

3 教学重点

光反应和暗反应的过程；光反应和暗反应之间的关系。

4 教学难点

理解并学会应用光合作用的光反应和暗反应机理及相互关系。

5 教学策略

以科学家发现光合作用过程的真实实验为探究素材，将核心概念分解成若干小问题，设置一系列问题串，通过形成概念逐一趋向概念内涵。学生通过分析讨论，进行概念建构。教师要强调科学史中的学科思维和探究精神；利用睿易云教学平台和Pad移动终端等现代教育技术，实现师生的及时互动，提高课堂教学效能；引导学生通过对新的情境进行小组探究，加深理解概念内涵和外延，在内涵与外延间建立联系；设置新情境，引导学生利用本节概念解决新的问题，达到学以致用的目标。

6 教学过程设计

6.1 复习导入

师：请同学们在练习本上写一下绿色植物光合作用反应式。教师通过Pad终端展示学生书写正确的反应式，纠正学生的书写错误，强调对基础知识的准确掌握。

学生回顾，书写。

设计意图：温故知新，引出光合作用场所——叶绿体的结构。

6.2 教学实施

概念1：叶绿体具有基粒等结构，是绿色植物光合作用的场所。

教师展示叶绿体结构模型，讲解结构，着重分析类囊体和基粒的关系。教师强调：光合色素和有关酶分布在类囊体的薄膜上，有些酶分布在叶绿体基质中。

学生看图析图，听教师讲解。

设计意图：为学习光合作用的过程奠定基础，使学生树立结构与功能相适应的观点。

概念2：叶绿素在光合作用中发挥重要作用。

教师提出问题：叶绿体中的色素与光合作用有什么关系？

教师展示实验，并引导学生得出结论。

学生阅读资料：1913年，德国的威尔斯泰特对叶绿素分子进行了研究。在阐明了它的化学性质之后，研究了叶绿素与光合作用的关系。他发现在光下，叶绿素的含量较高时，CO2转化为糖类的反应速率较快。

教师引导学生分析实验，得出结论：叶绿素在光合作用中有重要作用。

设计意图：学生通过实验过程和结果的分析，自然而然得出结论，印象深刻，也了解科学探究的方法。

概念3：叶绿体中的色素能捕获光能、传递和转化光能。

教师利用投影展示叶绿体色素的吸收光谱图，并提出问题：光合色素是如何起作用的呢？

学生得出结论：叶绿体中的色素可以吸收光能。叶绿素主要吸收蓝紫光和红光；类胡萝卜素主要吸收蓝紫光。

设计意图：让学生明确色素吸收光能的特性，培养学生读图析图的能力，为建构光反应概念做铺垫。

概念4：光反应过程在类囊体膜上，色素吸收光能，将水分解成[H]和氧气，并将光能转化为ATP中的化学能。

（1） 希尔实验：水光解放氧。

教师展示阅读资料二：1937年，英国剑桥大学的希尔用离体的叶绿体做实验。他将离体的叶绿体加到具有NADP+（可与H+结合生成NADPH）的水溶液中，在无CO2的条件下给予光照，发现叶绿体中有O2放出。

教师展示图1，并提出问题：色素吸收的光能有什么作用呢？

学生分析实验，得出结论：色素吸收光能后可以将水分解释放出氧气。

（2） 阿尔农实验：光反应生成ATP和[H]。

教师提供阅读资料三：1954年，美国的阿尔农等用离体的叶绿体（获得类囊体悬浮液）做实验。在给叶绿体照光时发现，当向反应体系中供给ADP、Pi和NADP+时，体系中就会有ATP和[H]产生。

教师展示图2。

学生分析实验，得出结论：在光下，类囊体上生成了ATP和[H]。

这两个实验的设计意图：还原科学史，让学生感悟科学发现的探究过程，像科学家那样探究和思考，培养学生科学探究和理性思维素养。

（3） 光反应过程概念建构。

教師提出问题：阳光下，在类囊体膜上能发生哪些反应？能量如何转变？请完成表格填写（表1）。

学生活动：根据资料二和资料三的实验结论，小组讨论，总结归纳，填写表格。通过Pad终端提交给老师，并分享讨论结果。教师评价总结。

设计意图：培养学生归纳总结能力、小组合作能力、语言表达能力、使用现代信息技术能力，完成光反应过程这一概念的完整建构。

概念5：暗反应过程在叶绿体基质中进行，固定CO2，利用光反应生成的[H]和ATP，生成（CH2O），将ATP中的化学能转化为（CH2O）中的化学能。

（1） 阿尔农实验：

教师提供阅读资料四：1954年，美国阿尔农等用离体的叶绿体继续做实验。在黑暗条件下，只要供给了ATP和[H]，叶绿体就能将CO2转变为糖。

教师展示图3，并提出问题：在光下叶绿体通过光反应产生的ATP和[H]有什么用呢？

学生得出结论：在黑暗条件下，ATP和[H]是CO2转化为糖的必要条件。

设计意图：通过再现科学家实验，培养学生分析实验的能力。通过分析此实验，学生能够形成光反应为暗反应提供ATP和[H]这一重要概念。

（2） 卡尔文实验：

教师提供阅读材料五：从1946年开始，美国的卡尔文等研究了小球藻等植物进行光合作用时CO2转化为糖类的路线。他们向反应体系中充入一定量的14CO2，光照30 s后检测产物，检测到了多种带14C标记的化合物。将光照时间逐渐缩短至几分之一秒时发现，90%的放射性出现在一种三碳化合物（C3）中。在5 s的光照后，卡尔文等同时检测到了含有放射性的五碳化合物（C5）和其夫子糖类化合物（CH2O）。

教师提出问题：CO2是如何转变成糖类等有机物的呢？

学生分析，得出推论：碳的转移途径如图4所示。

设计意图：通过科学家的实验设计方法，培养学生理性思维和科学探究素养，加深对暗反应阶段碳元素去向的理解。

（3） 实验探究1：

教师提出问题：卡尔文实验中，CO2供应正常，当停止光照时，短时间内C3和C5的浓度如何变化？原因是什么？

学生分小组进行探究，将探究结果写在学案上，通过Pad终端将答案提交给教师。小组代表进行讨论结果分享，小组间相互评价，教师进行总结评价。

设计意图：通过实验探究和推理，让学生明确光反应提供的ATP和[H]参与碳循环的具体阶段，并培养学生的理性思维、深度探究和语言表达交流素养。

（4） 实验探究2：

用温和方法分离得到的叶绿体结构完整，这样的叶绿体能够完成光合作用全过程，包括CO2的固定和糖类的生成。用剧烈方法分离得到的叶绿体含有很少或者根本没有叶绿体基质。这样的叶绿体能在光下产生O2、ATP、[H]，但是不能固定CO2。

教师提出问题：这些反应进行的场所是哪里呢？请同学们阅读实验探究2。

学生阅读实验探究2，小组讨论实验方案，分享交流。

学生得出结论：CO2的固定和糖类的生成场所在叶绿体基质。

设计意图：让学生掌握科学的实验方法，明确暗反应的场所，从而培养学生理性思维和科学探究素养。

概念6：光合作用过程包括光反应和暗反应两个过程。

教师请各位学生完成学案中光合作用全过程图解（图4），观察各组的完成情况，利用Pad对某小组的答案进行评价，利用谈话法对光合作用全过程进行总结。

学生分小组讨论，归纳总结，填写光合作用全过程图解，通过Pad终端将答案推送给老师，小组分享并相互评价。

设计意图：通过填图，学生明确光反应和暗反应是不可独立进行的密切相关的生理过程，学会了建构知识框架，培养了归纳总结能力。

6.3 课后作业

列表比较光反应和暗反应的区别和联系；

从物质和能量角度阐述绿色植物光合作用的意义。

设计意图：教会学生学会用比较法进行概念学习，培养学生的生命观念学科素养。

7 教学评价

7.1 课中过程性评价

通过Pad终端，教师能及时看到各小组讨论结果，并由小组代表阐述结果，小组互相评价和教师总结相结合，及时发现并解决课堂中的既设问题和生成问题。

7.2 课后终结性评价

通过课后作业，教师可以了解学生是否真正理解光合作用的机理。尤其是通过第二道作业的解答，能够看出学生是否从宏观生态学的角度理解光合作用的意义，为下节课的教学做好铺垫。

8 教学反思

本节课的教学重点是光合作用的光反应和暗反应的过程。在以往的教学中，大多数教师采用的策略是直接向学生分步展示每个过程的物质变化和能量变化，然后进行详细的讲解，学生学习的过程是在教师讲解之后，在理解过程的基础上将光合作用流程图背下来。这样学生更多的是通过死记硬背把过程记下来，对学生理性思维和科学探究素养的提升是很有限的。教师在进行教学设计时，应大胆创新，改变以往同化式概念教学模式，采用形成式概念教学策略和智慧课堂教学策略，通过把科学家对光合作用过程的探究历程真实再现，让学生通过分析实验过程，小组研讨，得出结论，逐步形成概念。运用现代教育技术，学生研讨结果通过Pad终端及时反馈给教师，教师及时对典型问题做出点评。通过对若干原始科学实验的探究形成若干概念后，在教学设计的最后，让学生在学案中独立完成光合作用全过程的流程图，然后分享交流，教师评价。这是一个总结提升的过程，既能培养学生的专业语言表达能力，又能考查这节课的教学效果。课后作业的设计是想培养学生利用比较法来进行知识巩固，同时能从宏观生态学和物质能量的角度去理解光合作用的重要意义，培养学生的生命观念素养和社会责任素养。

在教学过程中，学生基本能跟上实验探究思维，小组讨论环节的气氛也非常好，每个小组都能准确地得出每个实验的结论，能在教师指定时间内在学案上写完答案，并通过Pad提交给教师。在分享环节，8个学习小组有6个小组都积极发言。虽然需要小组讨论的问题较多，但是整节课节奏控制得很好，基本按照教学设计的各个环节逐步推进，在45 min内，恰好完成了整节课的教学任务。课堂气氛也比较活跃，且这种活跃是学生思维的活跃，不是表面的气氛活跃。

从教学效果来看，在最后一个环节的光合作用全过程的概念建构中，各个小组的学生都能够准确地填写好留空的部分，对光反应和暗反应之间的关系也有了清楚的了解，并能够准确分析出：当外界条件发生变化时，各种中间产物短时间内的含量变化。通过课后学生的反馈，学生都反应理解并掌握了光合作用的机理。

当然，本节课的教学过程还有待改进之处，例如学生对教学平台的使用还不够熟练，在课堂提交答案环节会有些时间延搁；学生对NADPH和NADP+还不是很理解这些。可能会影响学生对光合作用过程的理解。在以后的教学中，教师可适当提醒学生加强预习，在课堂教学中积极采用现代教育技术，让学生尽快熟悉教学平台的使用，通过智慧课堂进一步提高课堂效能。

参考文献：

[1] 朱正威，趙占良编.分子与细胞[M].北京：人民教育出版社，2007：103-104.

[2] 中华人民共和国教育部.普通高中生物课程标准[M].北京：人民教育出版社，2013：7.

[3] 赵占良.概念教学刍议（二）—概念的组成要素与概念教学[J].中小学教材教学，2015，25（2）：3.