“五化一体”策略在生物教学设计中的应用

裘圆圆

（浙江省嵊州中学 浙江绍兴 312400）

1 “五化一体”教学设计策略的内涵

《普通高中生物学课程标准（2017年版）》（以下简称“新课标”）对高中生物学课程的课程结构、学科核心素养等内容进行了诠释，同时对课堂教学改革也提出了新的要求。为适应新课改要求、有效发展学生的生物学学科核心素养，本研究针对传统课堂教学中存在的问题，根据“情境创设—问题设计—任务活动构建—学习评价”的教学设计主要要素，构建“五化一体”教学设计策略，即“概念结构化、情境主线化、问题思维化、活动探究化、评价素养化”（图1）。

图1 “五化一体”的教学设计路径图

“五化一体”教学设计策略通过以概念为骨架，明晰知识结构；以情境为主线，厘清课堂脉络；以问题为引领，培育学生思维；以任务为驱动，开展探究活动；最终提升学生的学习能力和生物学学科核心素养。下文以浙科版《必修1·分子与细胞》第三章第五节“光合作用将光能转化为化学能”为例，分析“五化一体”教学设计策略的实践应用。

2 “五化一体”教学设计策略的实践

2.1 概念结构化

概念是生物学课堂中学生学习的思维中心，概念理解也是课堂学习的中心任务。在教学设计中，教师可以首先通过构建概念图来理清本节课概念之间的联系，将概念之间的层级关系呈现出来，使概念结构化。图2是“光合作用将光能转化为化学能”一节的概念层级示意图。

图2 “光合作用将光能转化为化学能”一节概念层级示意图

设计意图：教师通过概念图，明确在不同的学习环节中需要构建的概念，使教学更具有针对性。学习过程的设计由浅入深，环环相扣，使得学生在准确掌握概念的同时，发展生物学学科核心素养。

2.2 情境主线化

情境是“汤”，知识是“盐”，盐只有溶于汤才好入口，知识只有融入情境才好理解和消化。内容的情境化可以让符号化和抽象化的知识活化，顺利实现知识到能力、能力到素养的转变。

在“光合作用将光能转化为化学能”一节的教学中，教师创设如下主线教学情境：随着全球工业化的脚步，温室气体尤其是CO排放不断增加，大气中的碳氧平衡被逐渐打破，全球平均气温不断升高，导致我们的生存环境也日益严峻。面对碳排放的不断增加，科学家一直想研发出一种可持续性的解决方案。2020年5月8日，德国马普所和法国波尔多大学的研究人员在发表重磅成果——研究团队开发的自动化人造叶绿体组装平台，可以根据人们的需求制造出不同的人造叶绿体，不仅可以吸收空气中的CO，而且理论上还可以根据人们的需求合成各种不同的有机物，例如药物、燃料等。合成光合作用的人工替代品，也被称为当今时代的“阿波罗计划”。阳光、水、二氧化碳等这些本来毫无关系的东西，是怎么联系起来的呢？我们在感叹科技进展对人类生活影响的同时，一起来深入探索一下叶绿体这一魔术城堡。

设计意图：教师由科学家研究制造出人造叶绿体相关的热点新闻，顺利引出教学主题，接着将该情境作为贯穿整节课的一条主线，将要解决的问题信息蕴含在该情境中，引导学生通过对情境中相关信息的积极感知和理解来进行学习。通过有效情境的创设，教师能够增强学生的学习兴趣，提升学生在情境中获取分析信息的能力。

2.3 问题思维化

美国心理学家布鲁纳指出：“教学过程是一种提出问题和解决问题的持续不断的活动，思维永远是从问题开始的。”没有问题就无以思维。如何把问题和思维培养有效结合起来呢？如何设计与教学内容相关的指向科学思维发展的问题，是问题思维化的关键。教师应根据教学内容的特点、学生的心理特征和认知规律，紧密围绕教学目标，以激发学生的学习兴趣、启发思维为原则，从创设的情境中获取核心问题，再基于情境和核心问题设计指向重要概念的子问题。子问题的设计应尽量具有有效性、层次性和递进性等特点，学生对问题的思考与讨论有助于深刻理解相关概念，将所学知识用于解决现实中的实际问题，以达到知识迁移、思维训练的目的。

在“光合作用将光能转化为化学能”一节，教师设计了以下问题：

本次项目区终端水价的测算采用方法3，斗渠渠道水利用系数为0.88。因此，桃花山镇农民用水者协会管辖范围内提水灌溉和自流灌溉的终端水价分别为0.147元/m3和0.065元/m3；调关镇农民用水者协会和东升镇农民用水者协会管辖范围内的终端水价为0.081元/m3，具体见表3。

（1）核心问题一：植物细胞叶绿体适于光合作用的结构特点有哪些？

在这一环节的教学中，教师主要引导学生思考：

①回顾叶绿体，你能想起哪些相关知识？

②叶绿体为什么能作为光合作用的场所？

③色素存在于叶绿体的什么部位，有哪些种类，有什么作用？影响色素合成的因素有哪些？

④酶存在于叶绿体的什么部位？

（2）核心问题二：光合作用在叶绿体中是如何进行的？物质和能量如何变化？

在这一环节的教学中，教师主要引导学生思考学习：

①色素吸收的光能在光合作用中是如何起作用的？

②光合作用释放的O中的氧元素来源于原料中的水，还是CO？

③在光能的作用下叶绿体内发生了哪些物质变化？这些物质变化发生的条件及场所有哪些？

④反应物中的CO如何转变为糖类等有机物？大致经历了几个阶段？每个阶段发生了什么变化？

⑤三碳糖分子离开卡尔文循环后，可能的转变途径有哪些？

设计意图：通过这种刨根问底式的学习，学生能够顺利地完成光合作用相关概念的构建，对科学思维方式有更深刻的领会与应用。

2.4 活动探究化

活动是生物学学习的基本形式，是提升学习能力的主要路径。在新课标理念的指导下，课堂教学活动应该是多样化的。实验、科学史、模型在探究活动中深受学生的喜欢，是有效的教学策略。教师在教学设计中选择合适的活动载体，结合层层递进的问题，能够引导学生积极思考，激发学生的兴趣，促进学生思维的纵深发展。学习活动旨在发展学生的生物学学科核心素养，因此活动的设计应以达成学习目标为宗旨，让学生在学习活动中做中学、说中学、悟中学。

在“光合作用将光能转化为化学能”一节的教学中，教师构建了以下教学活动：

（1）学习活动一：建构叶绿体结构模型。

教师提供材料，引导学生以小组为单位构建叶绿体结构模型。学生派代表上台展示模型，介绍其构建理由，指出叶绿体的各个结构（特别是色素和光合作用有关酶的分布位置），明确叶绿体适于光合作用的结构特点，从而帮助理解结构与功能观。

（2）学习活动二：基于科学史开展论证式教学活动。

教师引导学生像科学家一样，基于生物学事实和证据，运用归纳与概括、推理判断、批判性思维等方法，构建光合作用的相关概念（图3、图4），拓展学生的视野，提升学生学习的能力。

图3 基于科学史开展论证式教学活动1

图4 基于科学史开展论证式教学活动2

（3）学习活动三：以小组为单位构建光合作用过程模型。

教师引导学生在学案上补充光合作用的相关内容，优化光合作用过程的模型图（图5）。

图5 光合作用过程模型图

设计意图：通过基于科学史的论证式教学和模型的构建，学生在学习光合作用相关知识的同时，体验科学探究严谨的论证推理方式，学习科学研究中的思路、方法和技术，从而有效发展生物学学科核心素养。

2.5 评价素养化

评价是使教学活动朝着预期方向发展的重要方式与手段。教师需及时做好课堂教学的反馈评价，关注对学生思维目的性、方向性、逻辑性与严密性的引导，关注学生学习中思维的形成，并给出具体的反馈信息。教师应用发展的眼光评价学生的学习，激励学生进一步探索、迁移运用知识。评价应力求主体多元化、方式多样化、途径立体化、目标发展化，使每个学生都能够获得成就感。

在“光合作用将光能转化为化学能”一节的教学中，教师设计的评价表（部分）见表1。

表1 “光合作用将光能转化为化学能”一节教学评价表（部分）

3 “五化一体”教学设计策略的反思

“五化一体”设计策略是新课程理念下的一种新的教学设计的尝试。如果能有效合理地运用到教学设计中，就能让课堂教学更加出彩，使学生在构建科学概念的同时发展生物学学科核心素养。虽然，学生的核心素养培养是一个艰苦且漫长的过程，不可能一蹴而就，但教学的主渠道在课堂，核心素养落实的载体亦在课堂。教师需要以培养学生的核心素养为目标不断改进课堂教学设计，在设计过程中不断完善、不断探索。