基于“问题—情境—活动—概念”模式的单元教学设计——以“绿色植物促进生物圈的水循环”为例

周 琴 柏青杉

(1.四川省成都市锦西中学校 四川成都 610031)

(2.四川省成都市金牛中学校 四川成都 610037)

《义务教育生物学课程标准(2022 年版)》(以下简称《课程标准》)提出,生物学课程应“内容聚焦大概念、教学过程重实践”,强调生物学课程的设计和实施应追求“少而精”,应高度关注学生学习过程中的实践经历。 在基于“问题—情境—活动—概念”模式的单元教学中,教师可选择恰当的真实情境,围绕大概念来设计学习任务,通过一系列基于真实情境的实验、探究或跨学科实践活动来激发学生积极参与到学习的全过程中,帮助学生加深对生物学概念的理解,也促进学生生物学学科核心素养的培养。

本文以北师大版初中生物学教材第七章第一节“绿色植物促进生物圈的水循环”为例,探讨基于“问题—情境—活动—概念”模式下的单元教学在初中生物学课堂中的设计与实施。

1 规划单元概念进阶路径

生物学概念是学生生物学学科思维发展的基础。新版《课程标准》明确要求教师围绕大概念组织教学内容,使学生建构的知识结构化、系统化。 因此教师在教学中需要在深入研读新课标的基础上,围绕学科大概念,厘清各概念层级之间的逻辑关系,梳理课程内容框架,选择关键问题,创设真实情境,整体规划好概念进阶的教学路径。 例如,在进行“绿色植物可促进生物圈的水循环”这部分内容的教学时,教师可依据如下图1 所示的概念进阶路线帮助学生建构概念框架。

图1 “绿色植物促进生物圈的水循环”概念进阶路线

2 确定单元教学目标

教师在教学中结合学生的生活实际创立相关的真实情境,通过真实情境将生物学知识与生活实际建立联系,在一定程度上可以降低学生建构概念的难度。 根据以上概念体系,教师尝试在问题导向下,借助真实情境依托,实施一系列实践探究活动,来实现单元概念体系的建构,因此确定本单元教学目标如下:

(1) 通过资料分析,理解蒸腾作用、吸收作用、运输作用的概念和意义,描述绿色植物参与生物圈中水循环的过程,形成结构与功能相适应、物质与能量相统一的生命观念。

(2) 通过“观察根毛”、“观察植物叶片的结构”、“观察茎对水和无机盐的运输”等实践活动,找出各概念之间的联系,将零散的碎片化知识结构化系统化,提升归纳、推理、观察、综合分析等科学思维能力,以及合作学习、表达交流的能力。

(3) 通过对环境保护问题的关注,提高社会责任意识,初步形成关注社会热点,保护森林、爱护植物的环境保护意识。

3 具体教学活动

3.1 创设单元大情境,激发认知矛盾

教师首先呈现单元大情境“竹壁钻孔出水”:将竹子斜剖,发现竹子内空心部分都没有水;无风的夜晚,在竹子的竹壁上钻孔有水流出;而晴朗的白天在竹壁上钻孔却没有水流出。 为何同样是在竹壁上钻孔,不同的时间段里却会出现截然相反的现象呢? 真实情境中的真实问题引发了学生上的认知矛盾,求知欲促使学生主动参与到学习过程中来。

3.2 借力递进小情境,支撑概念构建

要解决此问题,学生需在宏观角度综合理解本单元知识,找到各知识点的关联,才能构建出“植物通过吸收、运输和蒸腾作用等生理活动,获取养分,进行物质运输,参与生物圈中的水循环”这一核心概念,从而回答“绿色植物在生物圈中的作用”这一核心问题。活动是学生主动参与学习的重要途径,因此《课程标准》倡导教师需要高度关注学生学习过程中的实践经历。 结合学生的认知水平和其原有的前概念,教师按照水分的“吸收—运输—散失”路线将这一问题进行了拆分,并设计了相应的探究活动来使学生加深对生物学概念的理解,形成如下情境导向的初中生物学单元整合“情境创设—活动探究—概念构建”教学流程。

在本课教学中,教师设置了三个关键问题“水从哪来、水到哪去、水如何运输”,依托与之相对应的三个递进小情境,用“观察根毛及根尖永久切片”、“观察植物叶片的结构”、“观察茎对水和无机盐的运输”三个层层深入的实践探究活动贯穿课堂,让学生通过相应学习任务的完成来积极参与到或观察或实验的学习活动中来,既激发了学生探究生物学知识的兴趣,又深化了对相应概念的内化理解,提升了学生合作交流的能力,也在一定程度上帮助学生树立起“结构与功能相适应”的生命观念。

3.2.1 问题:“水”从哪来? ——植物通过根毛吸收土壤中的水分

“萝卜条为何变硬”情境创设:教师播放在盐水中萎蔫的萝卜条放在清水里吸水变硬挺的视频,引导学生认识植物细胞在一定条件下会吸水,并通过根从外界吸收水分。

“观察根毛”活动探究:学生使用放大镜和显微镜观察绿豆幼苗的幼根及根尖的纵切片,观察根毛的形态和密度,构建“根尖的根毛区是根的主要吸水部位”这一概念,同时在显微镜下观察根尖永久切片中不同部位细胞的特点,进一步认识根的微观结构,再结合探究比较不同浓度溶液中的萝卜根细胞吸水和失水的情况,得出结论“植物通过根毛吸收土壤中的水分,且当根毛细胞液浓度大于土壤溶液浓度,根毛细胞从土壤里吸收水分;反之,根毛细胞就会失水”。

概念构建:通过活动学生可初步构建“植物通过根部吸收生活所需的水和无机盐”这一概念,同时还树立了“结构与功能相适应”的观念,培养了生命观念核心素养。

3.2.2 问题:“水”到哪去? ——植物通过气孔散失水分

“热水中的气泡从哪来”情境创设:教师将一片绿萝的叶放入热水中,引导学生观察叶表面会出现大量气泡,并且上表皮出现气泡少,下表皮出现气泡多。

“观察植物叶片的结构”活动探究:学生制作并观察绿萝叶片横切片及使用指甲油涂抹上、下表皮后取得的油膜装片,获得“叶片上的气孔是植物体水分散失的门户”这一事实性知识,明确蒸腾作用能促进植物体对水的吸收和运输,同时通过辨析不同环境中的植物叶片上下表皮气孔数目的差异原因,逐渐树立“生物与环境相适应”的进化与适应观。

概念构建:通过活动学生可构建“植物根部吸收生活所需的水和无机盐,其中大部分水通过蒸腾作用散失”的概念,在活动的过程中还提升了归纳、推理、观察、综合分析等科学思维素养。

3.2.3 “水”如何运输? ——植物通过导管运输水分

“怎样制作七彩玫瑰花”情境创设:教师将白色玫瑰放在不同颜色的食用色素液体染料中,一段时间后,花瓣出现了颜色变化,花瓣上的导管被染上了颜色。

“观察茎对水和无机盐的运输”活动探究:学生观察红墨水中的芹菜、大白菜等植物的茎和叶被染色的情况,制作芹菜染色后茎的纵切装片和绿豆芽压片,观察导管的结构,并结合不同植物茎的横切和纵切装片观察结果,认识“导管呈长管状结构,植物体内的导管彼此连接和贯通,形成一个完整的管道系统,植物可通过导管运输水分”这一事实性知识。

概念构建:通过对植物茎从宏观到微观层层深入的观察,学生可构建起“植物通过吸收、运输和蒸腾作用等生理活动,获取养分,进行物质运输,参与生物圈中的水循环”这一重要概念。

3.2.4 回归主线大情境,解决真实问题

回顾“竹壁钻孔出水”主线大情境,教师再次提问“为什么无风的夜晚在竹壁(竹子的茎)上钻孔会有水流出来,而晴朗的白天不会出现这种现象”,学生在解释这一现象的过程中,简单阐述每个生理作用的过程及主要作用,从各个生理功能之间密切关联且同时进行的角度进行阐释,深入内化重要概念“植物通过吸收、运输和蒸腾作用等生理活动,获取养分,进行物质运输,参与生物圈中的水循环”。 同时,学生通过讨论,理解光照、温度、风等环境因素会影响植物的蒸腾作用,进一步构建了“生物与环境相互依赖、相互影响”这一概念,从而领悟人与自然和谐发展的重要性,提高环境保护意识。

3.3 拓展全新情境,迁移运用知识

在对学生学习效果进行评价时,教师拓展了三个全新的情境,让学生根据所学知识对实际问题进行解释,在知识的迁移运用中引导学生关注社会热点,促进其核心素养的形成。 教师创设了“三北防护林的建设”、“成都公园城市的变化”、“校园和家庭环境的改善”这样三个国家、省市、个人不同层面的情境,让学生在新情境中主动从“绿色植物促进生物圈的水循环”这个角度进行解释,深刻体会“绿水青山就是金山银山”环保理念的重要性,培养其热爱自然,保护森林的情感意识。

4 教学反思

在基于“问题—情境—活动—概念”模式的单元教学中,教师以“竹壁钻孔”的真实大情境贯穿课堂,用逻辑线索“植物体对水的吸收、运输和散失”将“植物的生活”这一主题下涉及的“吸收作用”、“运输作用”和“蒸腾作用”等生理活动的相关概念、活动进行整合,在统领性情境的导向下聚焦学科大概念,规划出单元概念进阶路径,确定单元教学目标,依托一系列大、小情境的创设,围绕大概念内化构建过程设计了各项学习任务,引导学生逐级从事实出发,经历“归纳概括形成次级概念、综合分析汇入重要概念、相互关联形成大概念”的全过程,让其在活动探究中对大概念进行更加深入的解构和重建,并迁移运用所学生物学知识技能去解决新情境中的问题。这样的过程,既促进学生认知活动经验的积累,也提升了其分析和解决问题的科学思维能力,同时也增强了学生社会责任意识的培养,从而实现知识向素养的真正转化。