“生物工作坊”课程单元整体教学设计实践研究

摘要 简介了生物工作坊的概念，在“绿叶工作坊”为主题的单元课程教学设计中，从聚焦生物大概念开发单元课程内容，指向核心素养制订单元整体学习目标，开发课时教学三方面论述生物工作坊课程单元整体教学设计。

关键词 生物工作坊 單元整体教学 教学设计 生物学学科核心素养

中图分类号 G633.91

文献标志码 B

生物工作坊以生命科学领域的内容为主线，遵循学生认知科学规律，针对学生现实生活中复杂的、非预测性的问题，提供丰富的材料、研究工具及科学研究方法，通过实践性、探究性和建构性的学习方式，采取查阅文献、收集资料、实施实验、收集数据、表达交流与成果展示等一系列探究活动，在生命观念、科学思维、科学探究和社会责任等方面发展学生的生物学学科核心素养。生物工作坊是一种与生产实践相关联的、自主的、感性思维与理性思维相融合的制作室，是一种与学生生活相关联的、物化表达的、与使用科学研究工具联系在一起的活动场，还是一种与科学实践相关联的、蕴含交往的、自由表达的研究所。

“生物工作坊”课程单元整体教学设计是一种介于“生物工作坊”课程规划与单一课时教学设计之间的中观层面的教学设计。单元教学设计需要突破“只见树木不见森林”的课时设计理念，向系统筹划“周期长”的生物工作坊课程设计转变，注重组织化、结构化知识系统的建构，契合了生物学科核心素养的形成不是一蹴而就的，而是螺旋式提升的特点。因此，“生物工作坊”课程要做好系统的课程规划，在传统课时教学设计之前要做好单元整体教学设计。

1聚焦生物学大概念，系统开发“生物工作坊”课程单元课程内容

“课程内容聚焦生物学大概念”的理念，是当前国内外科学教育研究的热点之一。生命观念是在生物学大概念基础上概括、提炼而来，生物学大概念是在若干个核心概念基础上生成的，核心概念又是在若干个次位概念基础上生成的。因此，“生物工作坊”课程内容的开发要依据生物学大概念生成“由浅入深、连续进阶”的逻辑理路，厘清各内容间的逻辑关系、确立单元核心概念、设计概念进阶路径、构建单元核心概念体系。例如，在“绿叶工作坊”课程中以“叶的结构功能与环境相适应”为核心概念，以“菠菜叶结构与环境的适应性”“松针结构与环境适应性”“不同植物气孔与环境的适应性”和“同一植物气孔与环境的适应性”作为次要概念，课程的整体概念体系如图1所示。

2指向形成生物学科核心素养，制订单元整体学习目标

1通过徒手切片制作松针叶横切临时装片、显微观察装片，描述松针的气孔形态、结构与类型和“寻找松针是叶的证据”科学探案过程，逐步形成“质疑—假设—证据—结论”的科学探究思路和松针叶结构与功能相适应的生命观念，同时培养了质疑精神和探究意识，提升科学探究和科学思维能力。

2通过“探究不同植物气孔数量与分布”和“探究水培植物和土培植物气孔数目变化”实验，分析评价实验设计方案，学会利用显微镜观察测量气孔数目、统计并用图表表述实验结果，形成植物气孔的数量和分布与环境相适应的生命观，加深对“生物形态结构与环境相统一”的认识。

3通过“绿叶工作坊”，根据实验方法选择实验材料，运用所学知识、方法和技能尝试解决新情境新问题，在新情境中迁移运用、批判理解、知识建构等有意义的学习，培养批判性思维能力，养成严谨的科学态度。

3基于单元整体概念体系和学习目标，开发课时教学

单元整体教学设计的基本架构是核心概念，以达成单元整体学习目标为指向，而课时教学是发展生物学科核心素养的落脚点。单元整体课程分成若干课时，每课时设计基于情境提出问题，呈现多样化的材料，开展自主、合作和探究等活动，呈现探究等学习成果，体现单元概念、思想方法和价值观的逻辑性、连续性和进阶性。

3.1课时1：菠菜叶片结构和环境的适应性

教师以古诗“泉眼无声惜细流，树荫照水爱晴柔。小荷才露尖尖角，早有蜻蜓立上头”为导入情境，提出问题：1说出古诗中有哪些因素影响植物生长？2这些环境因素主要影响植物的哪些生理

活动？3这些生理功能的完成主要依靠哪些器官？学生讨论后，得出：1影响植物生长的因素有阳光、水、空气、土壤、蜻蜓等。2阳光主要影响植物的光合作用，水主要影响植物的蒸腾作用。3进行光合作用和蒸腾作用的主要器官是叶。

教师追问：1菠菜叶的结构是如何与环境相适应的？2观察菠菜叶上下表面的颜色，尝试解释颜色差异的原因。3推测叶绿体在叶中的分布对于植物的意义。4叶片的形态是如何与光合作用相适应的？学生思考，讨论：1菠菜叶肉细胞中的叶绿体是光合作用的场所。菠菜叶表面的角质层防止水份蒸发，菠菜叶表面的气孔的张开和闭合受保卫细胞所控制，控制蒸腾作用。2靠近上表皮的叶肉细胞数量多，排列紧密，其内叶绿体多，颜色深绿;靠近下表皮的叶肉细胞数量少，排列疏松，其内叶绿体少，颜色浅绿。3菠菜叶正面朝阳光，叶肉细胞数量多，叶绿体数量多，有利于进行光合作用，体现菠菜叶对光资源的优化配置。4菠菜叶片扁平，增加了受光面积，使得叶充分地接收光照。

设计意图：教师择古诗构情境，激发学生情感和思维的双重投入，使学生产生探而要学的需求和积极情绪，帮助学生建立生物与环境关系的整体认识。通过问题引领，学生不断地积极知感、深入分析思考，不仅经历生物学知识产生的过程，还运用生物学知识解释和分析生命现象，初步感知“菠菜叶的结构与功能相适应”的生命观点。

3.2课时2：探究不同植物气孔数量与分布

教师展示吊竹梅上表皮和下表皮临时装片显微图片，提出问题：同是吊竹梅叶片制作的表皮临时装片，为什么上表皮没有气孔，下表皮有气孔？引发学生对“植物气孔数量与分布”的讨论，引入探究。

学生课前查阅文献资料，选择不同生长环境下的9种植物：水生挺水植物荷花、水生沉水植物苦草、陆生喜阳植物金边黄杨和香樟、陆生喜阴植物爬山虎和万年红、陆生等面叶植物水稻和狗尾草。分组讨论实验方案，确定实验步骤，设计探究不同植物气孔数量与分布的实验任务单。有学生建议，因涉及到气孔计数，表皮均选取靠近叶脉处。

学生分组制作临时装片，利用液晶数码显微镜观察、统计不同植物叶的上、下表皮气孔数量，把实验数据输入腾讯文档。教师将实验数据复制粘贴到提前编辑好的Excel表格中，求出平均值，生成柱状图。针对生成的柱状图，教师引导学生分析柱状图，分析实验数据，发现并总结9种植物气孔分布规律。

学生结合实验任务单，对9种植物的气孔分布规律进行表达交流，认识到不同植物气孔的数量与分布是长期适应自然环境的结果，进而更好地形成生物的形态结构与环境相统一的生命观念。

设计意图：科学探究是奏响生物工作坊工作的主旋律，使学习真正成为学生生动活泼自我需要。学生通过探究不同生长环境下的9种植物气孔的数量与分布，自然得出不同植物、同一植物的上下表皮气孔的数量与分布特点与其环境相适应的结论，进而形成“进化与适应”的生命观念。通过统计数据和取平均值，并交流表达实验数据，使得出的结论更为及时、可靠。

3.3课时3：松针结构与环境的适应性

教师提出问题：1松针属于松树的什么器官？并说明理由。2寻找证据，论证松针是器官叶。3如何能观察到松针的结构，并获取证据。

学生根据松针为绿色，与茎的颜色有差异，推测松针是叶;寻找松针是否具有叶的基本结构，如表皮、气孔、叶肉和叶脉;制作松针横切临时装片，仔细观察，寻找证据。

教师追问：1观察结果是否与预测一样，松针是否属于叶？并进行论证。2同样是叶，为什么松针的形态结构和菠菜叶不一样呢？

学生分析、讨论，得出：松针具有叶的基本结构表皮、叶肉和叶脉，表皮中具有气孔。松针的形态结构和菠菜叶有差异主要原因是其生存环境不同。

教师呈现资料，引导学生思考：松柏树原是寒带和高山生长的树木，由于长期在寒冷的环境中生活，形成了独特的御寒结构。松柏树的叶一般都缩小呈针形、线形或鳞片形，由于叶片面积小，因而水分不容易蒸发散失，在冬季，虽然降水量减少，松柏树也不会缺水而干枯，保证了树木的生机永存。松树能够适应怎样严酷的环境？松针在结构上是如何适应寒冷干旱的环境的？

学生分析，得出：松树能够适应寒冷、干旱的环境。松针可能表皮变厚、松针气孔变少以适应寒冷干旱的环境。并观察松针叶横切临时装片，进一步观察并比较松针与菠菜叶的结构，是否与推测一致。

教师追問：松针叶有哪些独特的结构与干旱环境相适应？

学生回答：松针叶表皮变厚，气孔内陷，降低了蒸腾作用，减少水分蒸发。

教师引导学生思考：松针叶肉细胞排列紧密，细胞壁内折使细胞边缘加长即细胞的周长增加，叶绿体沿细胞的边缘分布。松树叶除了在结构上发生了适应性变化，在形态上如何适应环境？松树的叶呈针形，受光面就减小，它如何满足松针对于光合作用的需求？

学生交流、讨论，得出：1松树叶呈针形，减少蒸腾作用。2松针数量多，从而使得叶绿体含量增加，满足松针对于光合作用的需求。叶肉细胞的细胞壁内折，叶绿体排列在细胞内侧边缘，使叶绿体数量增加。

设计意图：学生制作松针叶横切临时装片，提升徒手切片技能;利用显微镜观察，提升显微观察能力。并通过“寻找松针是叶的证据”的过程，在观察比较中，激发联系已有菠菜叶的结构和功能相适应的知识经验，在问题引领下进行抽丝剥茧式的分析，提出合理的猜想。在解释和主张的碰撞交流中，学生培养了质疑精神、探究意识及表达交流的能力。

3.4课时4：绿萝叶片结构对水分的适应性绿叶工作坊的学生用水培绿萝和土培绿萝1个月。课上，这些学生展示实验：1摘取水培绿萝和土培绿萝上部任意状态的第二片叶，分别在叶片中部靠近叶脉处撕取叶片上表皮，制成临时装片。2光学显微镜高倍镜下（10×40）进行观测，随机观测1个视野的气孔数目，并作记录。教师提出问题以上实验步骤是否有问题？请指出。

教师引导学生修订、评价实验方案：1摘取绿萝

长势相似的第二片健康叶，应撕取其叶片的下表皮。2在高倍镜下进行观测至少3个视野的气孔数目。

分组制作临时装片，各小组数码显微镜统计绿萝下表皮视野中气孔的数目，在腾讯多人协作在线文档Excel表格中录入数据。大屏幕同步呈现数据录入情况和平均值;待数据录入完毕后，利用Excel插入图表功能，创建探究水培绿萝和土培绿萝下表皮气孔数据柱形图。学生通过比对柱形图，得出结论：水培绿萝比土培绿萝下表皮气孔数目多，与其生存环境相适应。

设计意图：学生利用生物工作坊亲自培养绿萝，在真实情境中实践，丰富学习经历，体现了生物工作坊突破研究的时间和空间的限制，凸显生物工作坊工作的完整性和连续性。教师以工作坊部分学生的实验设计方案呈现评价情境，学生从探究单一变量原则、增加观察视频统计气孔数目提高数据的可靠性和实施方案的可行性三方面评价。使用腾讯在线文档协作突破了时间的限制，提高了数据输入效率。创建的柱形图直观表述实验结果，为不同环境的绿萝与其环境相适应的概念提供支撑，可以帮助学生形成“进化与适应”生命观念。学生通过评价和修订实验方案，互动地使用数码显微镜、腾讯文档、收集和解释实验数据、展示评价等路径，基于证据得出不同环境中叶结构功能与环境相适应的生命观点，树立实事求是的科学态度，提升科学思维和社会责任等核心素养。

参考文献：

[1]周初霞，赵文浪，周丽婷.高中生物学校本课程单元整体开发的实践研究——以利用“新冠肺炎”为主题开发“传染病与防控”课程为例[J].天津师范大学学报（基础教育版），2020，21（4）：82-87.

[2]周初霞.聚焦生物学重要概念的单元整体教学设计实践研究[J].生物学教学，2019，44（4）：7-10.

[3]邵绍元“.能量的释放和利用”一节的教学设计[J].生物学教学，2020，45（9）：30-31.

1815501705301