朱曉燕

摘 要 以“光合作用的探究歷程”教學(xué)為例，討論將養(yǎng)學(xué)生理性思維，落實核心素養(yǎng)于課堂教學(xué)的具體策略。通過對光合作用發(fā)現(xiàn)史經(jīng)典實驗的分析，進行思維訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生理性思維方式，使核心素養(yǎng)培育方向滲透于課堂教學(xué)實踐。

關(guān)鍵詞 科學(xué) 核心素養(yǎng) 理性思維 生物學(xué)教學(xué)

中圖分類號 G633.91 文獻標志碼 B

“光合作用探究歷程”是人教版高中生物《必修1·分子與細胞》第五章第四節(jié)“能量之源—光和光合作用”第二課時的內(nèi)容。學(xué)生通過初中階段的學(xué)習(xí)，對海爾蒙特實驗、普利斯特利實驗、英格豪斯實驗、薩克斯實驗等有了初步的認識，對光合作用場所、條件、原理等也有一定的認知基礎(chǔ)。學(xué)生有進行科學(xué)探究實驗的實踐基礎(chǔ)，對科學(xué)探究方法有初步認識，已掌握科學(xué)探究的一些基本的方法。這部分內(nèi)容的學(xué)習(xí)是建立于初中學(xué)習(xí)基礎(chǔ)上的知識的進一步深化。

科學(xué)發(fā)現(xiàn)史歷程實際上揭示了人們對于未知領(lǐng)域探究的思維方法，是培養(yǎng)學(xué)生理性思維的良好資源。生物學(xué)科核心素養(yǎng)中，包含能夠“針對特定的生物學(xué)現(xiàn)象，進行觀察、提問、實驗設(shè)計、方案實施以及結(jié)果的交流與討論”；“崇尚并形成科學(xué)思維的習(xí)慣；能夠運用歸納與概括、演繹與推理、模型與建模、批判性思維等方法探討生命現(xiàn)象及規(guī)律”等內(nèi)容。

高中學(xué)生學(xué)習(xí)動機相對穩(wěn)定，對事物的認知開始從現(xiàn)象到本質(zhì)逐步深入，具有一定的分析、歸納的深層思維能力。引導(dǎo)學(xué)生解析“光合作用探究歷程”經(jīng)典實驗蘊含的生物學(xué)科思想方法，既能為學(xué)生學(xué)習(xí)光合作用原理奠定基礎(chǔ)，同時又能培養(yǎng)生物核心素養(yǎng)，促進學(xué)生邏輯思維的發(fā)展。

1 引導(dǎo)分析，感悟科學(xué)實證

教師引導(dǎo)學(xué)生回顧光合作用發(fā)現(xiàn)史過程的經(jīng)典實驗，激勵學(xué)生要實事求是、勇于探索，認同科學(xué)探究往往需要一個曲折的發(fā)展歷程。教師指導(dǎo)學(xué)生閱讀“梅耶的科學(xué)研究”小資料，并提出問題：“植物通過光合作用將光能轉(zhuǎn)換成化學(xué)能儲存，那么貯存到什么物質(zhì)中呢？”

科學(xué)結(jié)論建立在證據(jù)和邏輯推理的基礎(chǔ)上，因此，教學(xué)的重點并非單純的只關(guān)注科學(xué)結(jié)論，而是通過學(xué)習(xí)過程鍛煉學(xué)生的思維能力。教師可利用問題串，引導(dǎo)學(xué)生積極思考。如分析薩克斯實驗時，針對實驗設(shè)計設(shè)置問題：

① 實驗中的自變量、因變量、無關(guān)變量分別是什么？

② 為什么要對綠葉進行暗處理？這樣做的理由是什么？

③ 對同一片葉子進行一半曝光、一半遮光處理，體現(xiàn)了科學(xué)研究中的哪些原則？④ 實驗可以得出的結(jié)論是什么？

對實驗的分析深化了對科學(xué)研究一般方法的理解與應(yīng)用。在此過程中，教師引導(dǎo)學(xué)生認同對真理的追求應(yīng)該表現(xiàn)為基于事實、合乎邏輯的推理形式。

2 任務(wù)驅(qū)動，探究科學(xué)過程

真正意義上的科學(xué)發(fā)展必須是一種尊重理性和崇尚理性的發(fā)展，科學(xué)結(jié)論必須具有說服力的論據(jù)，且通過符合邏輯的推理得到而非依靠表象獲得。

通過初中的學(xué)習(xí)，學(xué)生知道光合作用釋放O2。那么，光合作用釋放的O2來源于哪呢？這是高中學(xué)習(xí)要探索的新知。歷史上，魯賓和卡門對這個問題的探究用了同位素標記法。要能真正理解同位素標記法的原理，需要聯(lián)系化學(xué)知識。教師引導(dǎo)學(xué)生進行學(xué)科間知識滲透和遷移運用，引導(dǎo)學(xué)生思考化學(xué)學(xué)習(xí)中區(qū)別同一元素的方法。如區(qū)分氕、氘、氚通常采用的方法是什么？同位素有哪些特點，同位素為什么可以追蹤物質(zhì)的運行和變化規(guī)律？在此基礎(chǔ)上，教師介紹同位素標記法在生物學(xué)研究中的應(yīng)用，提出問題：要如何利用同位素法進行實驗設(shè)計以探究光合作用釋放的O2到底是來自H2O，還是CO2呢？用什么元素的同位素？分別標記什么物質(zhì)？可能出現(xiàn)什么實驗現(xiàn)象？鼓勵學(xué)生進行小組交流討論，嘗試進行實驗設(shè)計。

師生共同歸納分析魯賓和卡門實驗原理，教師利用課件展示1939魯賓和卡門利用同位素標記法的實驗，引導(dǎo)學(xué)生得出結(jié)論：光合作用釋放的氧氣來自于水。教師進一步提出問題：如何嘗試設(shè)計用H的同位素來追蹤光合作用中的氫原子的轉(zhuǎn)移途徑？以此問題引發(fā)學(xué)生思考，進行思維訓(xùn)練，讓學(xué)生感悟科學(xué)實驗設(shè)計的嚴謹與巧妙，同時也可檢測學(xué)生是否理解了同位素標記法。

教師用課件進一步展示：卡爾文利用同位素標記14C探明CO2中的碳在光合作用中轉(zhuǎn)化成有機物中碳的途徑。以此引入卡爾文循環(huán)概念，并提出問題：光合作用的有機物是怎樣合成的？學(xué)生自主閱讀教材，與小組同學(xué)交流學(xué)習(xí)收獲，培養(yǎng)信息獲取能力與表達交流能力。

至此，學(xué)生對光合作用生理過程有了實質(zhì)的理解。這些理解均建立于科學(xué)實驗所得出的結(jié)論，在學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生依靠思維能力對感性材料進行一系列抽象、概括、分析和綜合，形成概念、判斷，通過推理的認識過程培養(yǎng)科學(xué)思維習(xí)慣，尊重理性和崇尚理性，以歸納與概括、演繹與推理、批判性思維等方法探討生命現(xiàn)象及規(guī)律，尋找事物的本質(zhì)、規(guī)律及內(nèi)部聯(lián)系，體現(xiàn)了生物學(xué)習(xí)中對于核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。

3 鞏固深化，形成科學(xué)認知

教師要求學(xué)生注意：

① 普里斯特利實驗設(shè)計的不足之處，即實驗還需要增設(shè)無光環(huán)境下的對照實驗，與學(xué)生討論改進建議；

② 薩克斯實驗得出的結(jié)論是光合作用產(chǎn)生淀粉；

③ 恩格爾曼實驗證明氧氣由葉綠體釋放出來，葉綠體是綠色植物進行光合作用的場所；

④ 魯賓和卡門用同位素分別標記CO2和H2O，供綠色植物利用，分析各自放出的氧，證明合作用釋放的氧氣全部來自H2O。

4 教學(xué)反思

4.1 重視初高中銜接，體現(xiàn)學(xué)習(xí)延續(xù)性

本節(jié)課的引入重視學(xué)生初中光合作用發(fā)現(xiàn)史的學(xué)習(xí)，幫助學(xué)生回憶初中光合作用發(fā)現(xiàn)過程中的幾個重要經(jīng)典實驗。學(xué)生在初中知識的基礎(chǔ)上展開學(xué)習(xí)，提高了學(xué)習(xí)效益，避免了重復(fù)學(xué)習(xí)對教學(xué)時間的浪費。

4.2 分析科學(xué)發(fā)現(xiàn)史，進行邏輯思維訓(xùn)練

科學(xué)經(jīng)典實驗蘊含了豐富的生物科學(xué)方法教育資源?？茖W(xué)發(fā)現(xiàn)過程就是人們探究未知事物，獲得新認知的思維過程。實驗中體現(xiàn)的科學(xué)思維方法，可以有效地提高學(xué)生提出假設(shè)、設(shè)計實驗的能力，能幫助學(xué)生深刻理解知識、理解科學(xué)的本質(zhì)。教師設(shè)計問題串，引導(dǎo)學(xué)生帶著問題逐步思考，培養(yǎng)學(xué)生邏輯思維能力，促使學(xué)生學(xué)習(xí)能力得到一定程度的提升。因此，在教學(xué)過程中花了較大的比重對薩克斯實驗，魯賓和卡門實驗進行分析，目的是為了幫助學(xué)生歸納科學(xué)探究的一般方法與原則。學(xué)生借助學(xué)習(xí)活動和思維策略解決認知沖突，利用歸納、分析、對比等思維方式來建構(gòu)新的認知結(jié)構(gòu)，提高了科學(xué)思維能力，深化了知識理解。

4.3 引發(fā)情感體驗，促使科學(xué)價值觀形成

學(xué)生通過對本節(jié)課的學(xué)習(xí)，感悟到科學(xué)的道路的曲折和艱辛，知道科學(xué)知識來之不易，任何一項科學(xué)成果的取得和發(fā)現(xiàn)都是后人在繼承前人經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，經(jīng)過不斷的探究才獲得的。這些體會有助于培養(yǎng)學(xué)生實事求是的科學(xué)態(tài)度和堅忍不拔的科學(xué)精神，從而使學(xué)生形成尊重科學(xué)、崇尚科學(xué)和獻身科學(xué)的價值取向，奠定其將來從事科學(xué)研究的基礎(chǔ)。

4.4 關(guān)注遷移聯(lián)系，幫助知識理解

本節(jié)課涉及到一些物理與化學(xué)知識，需要教師補充物理、化學(xué)基礎(chǔ)知識，才能幫助學(xué)生理解同位素標記法。因此，教師充分研究學(xué)生的知識基礎(chǔ)，關(guān)注學(xué)科間的銜接，才能保證課堂教學(xué)活動順利有效開展；同時，也幫助學(xué)生理解科學(xué)發(fā)展進程中各學(xué)科的共同發(fā)展、彼此促進。

4.5 落實教學(xué)評價，促進概念深化

概念的獲得是一個知識內(nèi)化的過程，需要有鞏固強化的環(huán)節(jié)，通過師生互動或是設(shè)置思考題，可以幫助學(xué)生梳理已掌握的知識，建立良好的知識網(wǎng)絡(luò)體系。

本節(jié)課中體現(xiàn)了建構(gòu)主義教學(xué)“基于問題解決來建構(gòu)知識，通過問題解決來學(xué)習(xí)”的基本思路。同時，利用了教材中科學(xué)史的潛在教育功能，引導(dǎo)學(xué)生嘗試像科學(xué)家那樣去設(shè)計實驗、去理性思考，旨在進一步培養(yǎng)學(xué)生進行探究性學(xué)習(xí)的能力，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維。

參考文獻：

[1] 徐勇.生物學(xué)科核心素養(yǎng)培育探析[J].中學(xué)教學(xué)參考，2016（7）：115.

[2] 蔣桂林.基于高中生核心素養(yǎng)培養(yǎng)的生物學(xué)科素養(yǎng)的思考[J].中學(xué)生物學(xué)，2015（10）：9-10.