基于生物学学科核心素养渗透PBL教学策略的教学设计——以“能量之源—光和光合作用”为例

陈国娟 王任翔黄爱琼 黎文妍

（广西师范大学生命科学学院 广西桂林 541004）

1 前言

随着我国经济科技的迅猛发展和社会生活的深刻变化以及新时代社会主要矛盾的转化，社会需要全面发展，综合素质高的创新性人才，而凝练了生物学学科核心素养的《普通高中生物学课程标准（2017版）》（以下简称新课标）的诞生也正是迎合这一趋势。PBL全称（Problem-Based Learning），称为“基于问题的学习”，是国际范围内较流行的一种教学策略。将PBL作为在生物教学中的一种教学策略能激发学生的能动性和创新能力，是提高学生综合素质的有效手段。因此，在学科核心素养基础上应用PBL教学策略进行教学设计具有重要的意义。

2 生物学学科核心素养和PBL教学策略的关系

生物学学科核心素养主要包括生命观念、科学思维、科学探究和社会责任四个方面，融合了原有的“三维目标”（知识、能力以及情感态度和价值观），学生通过学习生物学课程逐步发展形成的，在解决真实情境中的实际问题时表现出来的正确价值观念、必备品格和关键能力，是学生知识、能力和情感，态度与价值观的综合表现。PBL教学策略是把学习的过程放置到复杂、有意义的真实问题情境中，通过学生之间相互讨论、相互合作来解决该问题，最终培养学生自主学习、合作学习、终身学习能力的教学策略。新课标也提出了“教学过程重实践”这一重大理念，关注学生学习过程中的实践经历，强调学生的学习过程是主动参与、积极动手动脑的过程。PBL教学策略正是“教学过程重实践”理论走向实践的途径和措施。

生物学学科核心素养与PBL教学策略不谋而合，都是将学生置身在真实的问题情境中逐渐发展学生的能力。因此，以生物学学科核心素养作为理念指导，将PBL教学策略应用到课堂中，不仅能丰富和发展中学生物教师的教学方式，还能培养学生的学科核心素养和促进学生的终身发展。

3 应用PBL教学策略的教学设计

PBL教学策略因其具有问题性、情境性、自主性、合作性和探究性而受到广大教育者的重视，具体的组织环节为创设问题情境、确定问题分析问题、搜集资料建立学习路径、解决问题和扩展延伸。将以“能量之源——光与光合作用”一节内容为例进行教学设计，从生命观念、科学思维、科学探究和社会责任四个方面制定教学目标，通过教学环节中渗透PBL教学策略来促进目标的达成。

3.1 前端分析

3.1.1 教材分析

“能量之源——光与光合作用”为人教版高中生物《必修1·分子与细胞》第五章第四节中的学习内容。教学内容包括捕获光能的色素和结构以及光合作用的原理和应用两个部分。本节内容在初中教材和高中教材中起着承上启下的作用：一方面通过本节课的学习可以进一步了解叶绿体会被比作“养料制作空间”和“能量转换站”的原因；另一方面也为选择性必修课中的生态系统物质循环和能量流动的学习打下基础。

3.1.2 学情分析

学生在学习该内容之前在初中已经学习过光合作用的有关知识，在前面学习到了叶绿体的亚显微结构及其功能和光合作用是合成ATP的重要途径这些内容。这节内容较抽象，学生要在教师指导下，深入理解、注重比较并学会归纳知识要点，明确光反应和暗反应过程中物质变化和能量转换的过程，以便从整体上认识、理解和掌握光合作用全过程。

3.2 教学目标

3.2.1 生命观念角度

能用结构和功能观念说明叶绿体的结构如何与其功能相适应和光合作用的物质与能量之间的转换，能在给定的问题情境中，以生命观念为指导，分析生命现象，探讨光合作用的规律，设计解决问题的方案。

3.2.2 科学思维角度

能认识到光合作用概念是基于科学事实归纳概括和演绎推理得到的，能用光合作用概念和科学思维方法解释具体情境中的生命现象。

3.2.3 科学探究角度

能提出与光合作用相关的生物学问题，制定简单的实验方案，展开合作探究活动，交流结果和分析问题。

3.2.4 社会责任角度

能够阐述农业生产上光合作用原理的应用，认识到生物科学的价值，关心科学技术的发展和社会生活，形成保护环境意识，培养社会责任感，健全人生价值观。

3.3 教学过程

3.3.1 创设问题情境

创设问题情境是PBL教学策略核心环节，提出的问题情境要是真实的、有意义的、具有可行性的。针对该内容，教师设置问题情境：回顾光合作用过程，光合作用是绿色植物通过叶绿体利用光能，把二氧化碳和水和成为有机物、光能转换成化学能储存在有机物中，并释放氧气的过程。当前，国际众多国家（包括我国）面临的一个重大问题就是粮食问题，还有不少国家和地区还未解决温饱问题，所以粮食产量的提高是当务之急。那么可以采取哪些措施来提高农作物产量呢？

3.3.2 确定问题，分析问题

在这过程中，学生要先界定问题，确定问题的本质之后对问题进行深入分析。在创设粮食危机这一情境后，教师可以引导学生确定问题和分析问题：提高粮食的产量实质上指的是什么？绿色植物叶肉细胞中的叶绿体的结构如何与功能相适应的？有机物的增加除了与光合作用有关，还与什么机制有关？叶绿体进行光合作用受到什么因素影响？学生在教师的引导下确定问题为：为了提高光合速率，有哪些措施？学生将对问题进行深度剖析，寻找答案。

3.3.3 搜集资料，建议学习路径

教师引导和组织学生在课外阅读教材，在网上或图书馆搜集资料并进行分类、整理和归纳相关知识，经过小组讨论，确定小组学习路径，即拟定方案、实施方案和得出结论。期间，小组成员会对此进行补充和完善，学生实验方案可以确定为：制作叶片横切片临时装片并观察叶片结构和叶绿体；叶绿体色素的提取和分离。在了解相关知识之后，学生自行设计“探究影响光合作用速率的主要环境因素”实验，如对植物叶片打孔，真空抽取圆形叶片叶肉细胞内的空气，将叶片置于装有水的烧杯中，通过控制环境中影响光合作用的因素，根据叶片上浮时间的长短来比较光合作用的强弱。各小组最终记录结果并进行结果分析，得出结论。

3.3.4 解决问题

实验完成后，学生可课后对周边农作物种植情况进行考察，特别是提高农作物产量的途径和方法，采取课内和课外相结合的方法来解决问题。成果展示可设置为完成一篇提高农作物产量的报告，报告中要涉及具体措施和实施这些措施的理由。完成的报告可进行组内、组间的比较学习。教师可引导学生对方案进行修订和完善，最后师生进行总结，形成一个较合理的结论。

3.3.5 拓展延伸

在拓展延伸环节，可以由教师通过问题情境中产生的新问题或者新知识进一步展开探究，也可以由教师针对学生的方案或者操作提出新的问题和悬念。在本节学习中，教师可以进行光反应和暗反应区别和联系的列表比较，也可以对光合作用创设概念图，加强学生对知识的概括和掌握。

3.4 评价

评价方式为自评、互评和师评相结合，以形成性评价为主，终结性评价为辅，主要对学生的参与程度、思维能力、问题解决能力和合作能力等进行评价，可采取作品展示、评价量表、教学测验和概念图等方式来评价学生。

4 结语

教学过程的每一步都是为了培养学生的学科核心素养而进行，策略实施过程中学生能自主地进行思考、学习、分析、创造与综合。在收集资料的过程中，学生能掌握基础生物学科学知识；方案设计过程中，能展现出分析与综合、归纳与概括和创造性的科学思维；合作开展实验能提高学生的团队合作能力和科学探究能力；调研和考察可以提高学生的社会参与度和社会责任感。这样从而逐步实现生物学学科核心素养中生命观念、科学思维、科学探究和社会责任四个方面的教学目标。渗透PBL教学策略的教学设计对于教师来说，设计的过程促进教师专业化发展，策略的实施能丰富生物课程的教学方式；对学生来说，能促进科学知识的交互式传递，还能促进学生思维能力和创新能力有效拔高，有效提升学生的综合素质，为学生的终身发展打下良好基础。