基于核心素养的中学生物教学设计——以“光合作用的原理和应用”为例

陈哲慧 湖南科技大学生命科学学院 湖南湘潭 411201

前言

随着素质教育的不断发展，学生的全面发展在一定程度上得到提升，而新一轮教学改革提出要培养学生的核心素养。生物学核心素养要求在生命观念，科学探究，科学思维，社会责任四个方面得到发展【1】，这也体现了生物学科重视学生科学思维与探究能力的课程特点。对核心素养研究的一个重要方面是，如何在教学实践中更好的实现核心素养的培养【2】。所以教学中，教师应贯彻课程标准，运用适当的教学策略实现学生核心素养的达成，学习与终身学习有关的学习和技能。

一 中学生物教学中核心素养的培养

在中学生物教学中，核心素养的开展，首先是生命观念。生命观念在生物学课程中具有重要价值和地位【3】。在光合作用的章节中主要体现的是物质和能量变化这一生命观念，因此在教学中要作重点讲解。其次，科学思维在课标的解释为：依据事实和证据，以科学的思维方法，认识事物，解决问题【1】，包括归纳概括，演绎推理和批判性思维等。科学思维和科学素养是社会公民应具备的基本素质【4】，因此，教师在教学设计中应体现科学思维，提升学生的科学素养。再者，科学探究可促进科学思维的形成，运用科学探究策略，学生可以参与到探究过程中,同时拥有一定的课堂自主权【5】，激发学习兴趣，从而突破传统教学的科学思维培养困难的瓶颈。最后，核心素养中的社会责任指公民运用生物学知识对社会事务的进行价值判断和处事【4】，所以在教学中，教师应结合光合作用的知识，渗透社会责任，以培养学生的核心素养。

二 基于中学生物学核心素养的教学设计

1 教材分析

本节是人教版高中生物必修一第五章第四节，第二课时。新课标中要求学生能够说明光合作用的过程和物质能量的变化过程。

教材中以科学探究历史为线索，从光合作用的原料的发现到产物中元素的来源，运用了一系列物理化学等交叉学科中的科学思维和科学探究的方法和理论来研究光合作用，揭示了科学家勇于攻坚克难的精神，在后半部分的内容从理论上阐述了光合作用的光反应和暗反应的过程，光合作用的过程十分复杂，需要教师把握好教材的拓展深度和广度，运用合理的策略，做到深入浅出，提高教学效果。

2 学情分析

高中阶段的学生理性思维较强，对于本节内容有一定的理解能力，教师在讲解中可以适当拔高。学生前面学习了叶绿体的结构特点，了解了光合作用的场所。此外，学生在初中阶段初步学习了光合作用的原理，为本节课的学习打下了基础。

3 教学目标

（1）生命观念：通过教师讲授光合作用，学生能够说出光合作用中的能量转变和物质变化，对光合作用的能量与物质变化规律有初步理解。

（2）科学思维：在体验科学探究的历程后，能够运用科学思维去分析问题，解决问题，能够推理实验的合理结果，并批判性交流得出的结论。

（3）科学探究：通过学习科学探究历程，能够说出其中的科学探究方法，对光合作用的现象进行观察，提出问题并作出相应的假设，在科学探究中提高合作能力，勇于创新和质疑。

（4）社会责任：认同光合作用对人类的重要贡献，领悟科学家勇于探索的科研精神。

4 设计思路

本节课的知识内容较多，较难，故以科学史为线索开展教学。在探究历程中掌握科学探究的方法，形成科学思维。对光合作用的原料、条件、物质的变化等内容进行探究和梳理，帮助学生初步了解光合作用的探究历程。在这一过程中涉及到以问题导学，师生探讨的方式进行科学史的学习，形成科学思维。

在第二部分光合作用的过程的讲授中，采用多媒体课件的动画和教具图，对光反应和暗反应进行讲解、随后小组合作完成课堂活动，对这一知识点进行掌握。讨论后，小组代表将光合作用过程图完善，说出各反应的物质和能量变化，最后老师进行总结。

5 教学过程

5.1 数据引证，导入新课

根据光合作用对人类的重要程度提问：光合作用对人类的生产生活有何作用？课件上呈现一组数据（数据显示了光合作用一年所产生的有机物的多少，相当于核电站发电多少），学生自主阅读材料。通过阅读能得出什么结论？学生回答：光合作用对人类具有非常重要的作用。

5.2 回顾旧知，探寻新知

回顾初中所学光合作用的定义和反应式是什么，检查同学们对初中知识的掌握情况，将光合作用的完整定义和反应式展示于课件。光合作用原理的得出经历了漫长的探究历程，所以，首先一起体悟科学家是如何探究光合作用的（承接下一部分内容）。

（1）1642年 海尔蒙特的柳树实验

老师出示海尔蒙特柳树实验的实验数据，通过对实验讲解，分析实验数据，提问，如果你是当年的海尔蒙特，你会得出什么结论？学生思考后，得出结论：水是植物生长的原料。老师随后设问：实际上，水是不是植物构建自身的唯一原料呢？不是，但由于科学水平的限制，人们当时只能得出这一认识。

（2）1771年 普利斯特里实验

海尔蒙特实验后，有科学家开始思考植物是否能从空气中得到什么。老师播放普利斯特里的实验视频。看完视频，老师提问，同学们在视频中观看到普利斯特里的实验中有什么现象，小鼠和蜡烛需要什么气体，实验的结论是什么，为什么得出这样一个结论？经过思考，老师请同学分别做出回答，并且进行点拨和评价。

（3）1779 英格豪斯实验

采用动画演示英格豪斯的实验，并讲解，提问：为什么英格豪斯的实验没有和普利斯特里的实验一样成功，进而引出光是进行光合作用的必要条件。

（4）1864年 萨克斯实验

光在光合作用提供能量。根据能量守恒，梅耶提出光合作用将光能转化为化学能储存在物质中。那么这种储能物质是什么呢？引出萨克斯的实验，针对实验提问，暗处理和遮光处理的目的是什么，为什么是处理同一片叶，不同的叶片会有什么影响？为什么要用酒精脱色？酒精的作用是什么？为什么用碘液处理？为什么光照几个小时就要进行实验检测，光照一天不行吗？这个实验可以得出哪些结论？在提出问题之后，引起学生对实验的过程中每一步的思考，从实验结果分析实验可能得出的结论。（设计意图：培养科学思维和探究能力）

（5）1941年 鲁宾和卡门实验

明确光合作用的底物和产物后，科学家们想探究产物中的氧的来源。首先教师引导学生阅读课本同位素标记法的内容，并用举例解释同位素标记法。运用动画演示鲁宾和卡门的实验结果。学生在观察完实验现象之后进行思考，由学生自己得出结论，教师最后进行评价总结。

（6）20世纪40年代 卡尔文实验

知道光合作用的氧的来源后，卡尔文对碳在反应中的路径进行了十几年研究，同样运用同位素标记法，他发现了碳循环。

在介绍完所有实验探究之后，教师对科学家们的探索科研精神进行赞颂，将这种勇于探索的精神作为同学们学习榜样。

5.3 设计活动，突破难点

了解光合作用的探究历程后，光合作用的具体过程是怎样的呢？根据有光和无光将光合作用分为光反应和暗反应。首先请学生自行阅读课本中光合作用的具体过程，找出反应的场所，条件，物质变化和能量变化。在阅读完之后，教师利用动画对光合作用的两个反应过程进行讲解。

光反应场所是类囊体薄膜。其上的色素分子吸收光能，将光能转化为ATP中活跃的化学能。这其中发生了两个反应---水的光解和ATP的形成（也就是光合磷酸化）。

接着对暗反应进行讲解，暗反应涉及两个主要的反应，CO2的固定和C3的还原。还原C3需要的能量和还原剂，光反应可为其提供，从而将光反应和暗反应联系起来。学生再次分组讨论两个反应的场所，条件，物质和能量变化。讨论后，请两个小组的代表上台，完成黑板上的光合作用卡片上的流程图，对图片中的反应场所条件和物质能量变化进行解说，并由教师进行评价。

5.4 梳理知识，深入分析

环境中的哪些因素会对光合作用产生影响呢？同学们进行思考后，得出是光与CO2，那么这两种物质的变化会对光合作用的产物产生什么影响，对C3、C5、ATP和[H]以及糖类等有机物的量的影响是什么？对CO2浓度降低和光照减弱的情况分别进行分析，得出结果变化情况。学生课后再对CO2浓度升高和光照增强的情况进行思考和分析。

三 教学总结

3.1 教学效果

本节课学习了光合作用的探究历程。运用多媒体辅助教学，以问题设疑的形式激发学生的思考能力，在课堂中鼓励学生思考与讨论，组织小组活动，上台展示讨论结果，从而对光合作用的具体过程有一个比较清楚的认识。在课堂上以学生为主体，采用合作讨论的策略，提升学生的合作交流与分析思考归纳总结的能力，一定程度上培养了学生的核心素养。