吳向陽(yáng)

（閩江師范高等?？茖W(xué)校，福建 福州 350007）

初中“光合與呼吸”的教學(xué)常出現(xiàn)下列情況：教師碎片化呈現(xiàn)“光合與呼吸”的事實(shí)，缺乏對(duì)規(guī)律的提煉；學(xué)生公式化記背“光合與呼吸”的概念，缺乏對(duì)概念內(nèi)涵的理解，這是一種基于孤立視角和機(jī)械記憶的淺層學(xué)習(xí)?！读x務(wù)教育生物課程標(biāo)準(zhǔn)（2011 年版）》對(duì)該主題的目標(biāo)要求是達(dá)成“概述、闡明和說明”，它需要?dú)v經(jīng)對(duì)事實(shí)的描述和解釋、對(duì)概念的解析和提煉等深度學(xué)習(xí)的過程。

深度學(xué)習(xí)的要旨是，學(xué)習(xí)者經(jīng)歷認(rèn)知加工形成知識(shí)體系，在此基礎(chǔ)上運(yùn)用邏輯思維做出決策或解決問題。［1］不同類型的模型因其特征不同，具有描述、解釋、預(yù)測(cè)和推理等功能［2］，教學(xué)過程中可借助模型的功能，運(yùn)用建模手段推進(jìn)學(xué)科能力［3］的逐步進(jìn)階，從而達(dá)成深度學(xué)習(xí)。

一、“光合與呼吸”主題的教學(xué)分析

本主題的教學(xué)設(shè)計(jì)，是在對(duì)課程標(biāo)準(zhǔn)有關(guān)要求進(jìn)行分解和綜合的基礎(chǔ)上，以系統(tǒng)觀的角度將“光合與呼吸”相關(guān)知識(shí)建立聯(lián)系，形成一個(gè)單元式主題設(shè)計(jì)。本主題“教—學(xué)—評(píng)”一體化設(shè)計(jì)如表1 所示。

表1 中，教學(xué)目標(biāo)的設(shè)計(jì)遵循著識(shí)記、理解、應(yīng)用和分析等層次逐級(jí)遞進(jìn)；對(duì)目標(biāo)達(dá)成的評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)為，在一定問題情境下運(yùn)用學(xué)科能力如“學(xué)習(xí)理解”“應(yīng)用實(shí)踐”“遷移創(chuàng)新”進(jìn)行問題解釋或問題解決；通過設(shè)計(jì)適切的建模和用?；顒?dòng)推進(jìn)教學(xué)實(shí)施。

表1 “光合與呼吸”主題教學(xué)目標(biāo)、過程、評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)

二、建模達(dá)成學(xué)科能力進(jìn)階的深度教學(xué)實(shí)踐

（一）示意圖直觀呈現(xiàn)復(fù)雜生理，形象思維助力記憶和概括

示意圖是“圖像和符號(hào)模型”的一種，由符號(hào)、圖形組成，它將復(fù)雜和抽象的生理功能具象化，其功能是描述事物?！肮夂吓c呼吸”新授課的實(shí)驗(yàn)觀察已經(jīng)讓學(xué)生獲得了有關(guān)原料、產(chǎn)物和條件等方面的事實(shí)證據(jù)，在進(jìn)一步的教學(xué)中，教師可提供如圖1“光合與呼吸關(guān)系示意圖”引導(dǎo)學(xué)生填圖完善，通過圖文轉(zhuǎn)化評(píng)價(jià)學(xué)生對(duì)碎片知識(shí)之間是否形成聯(lián)系，從而檢驗(yàn)學(xué)生對(duì)“光合與呼吸”概念的建立。

圖1 光合作用和呼吸作用關(guān)系示意圖

教學(xué)過程：?jiǎn)栴}情境——回憶已經(jīng)學(xué)習(xí)的知識(shí)，根據(jù)示意圖，說說光合作用與呼吸作用有何關(guān)聯(lián)？

①學(xué)生回憶并書寫光合作用和呼吸作用物質(zhì)變化及發(fā)生場(chǎng)所，完成圖甲結(jié)構(gòu)a、b 的填寫；②閱讀圖乙，判別A、B 分別是什么過程；③教師追問“光合與呼吸，分別涉及物質(zhì)的合成或分解？”

過程①需要提取記憶并觀察圖甲，這個(gè)過程運(yùn)用到“觀察記憶”能力，即識(shí)別生物現(xiàn)象、敘述生理過程，描述圖表信息等，達(dá)成了目標(biāo)分析中的T1、T2（見表1）。過程②的圖乙加深了“光合與呼吸”兩者的聯(lián)結(jié)，對(duì)圖乙的認(rèn)同需要學(xué)生運(yùn)用如提煉、對(duì)比和分析等“歸納概括”能力，結(jié)合過程③檢驗(yàn)概念內(nèi)涵的理解，達(dá)成T3。

（二）類比建立概念模型，促進(jìn)概念擴(kuò)展和問題解釋

類比是利用已知事物的特性遷移理解新事物的一種建模手段。學(xué)生若要建立對(duì)“光合與呼吸”兩者內(nèi)涵的聯(lián)結(jié)，首先要理解“植物體內(nèi)的有機(jī)物，其實(shí)是植物的光合總量扣除植物呼吸消耗量之后的結(jié)果”，這個(gè)概念可以用類比教學(xué)實(shí)現(xiàn)（見表2）。

表2 光合/呼吸作用與水池進(jìn)水/出水的類比

教學(xué)過程：?jiǎn)栴}情境——植物的呼吸與光合是一對(duì)“消”和“長(zhǎng)”的過程，如果用“一個(gè)有出口和進(jìn)口的蓄水池”來打比方，如何解釋植物生長(zhǎng)的結(jié)果？

①教師引入“資源”——水池、“目標(biāo)”——植物體，師生共同完成表2。教師追問“水池中剩下的水量，是全部的進(jìn)水量嗎？”“如果水池水慢慢在增多，是進(jìn)水多還是出水多？”等。②拓展訓(xùn)練：取相同生長(zhǎng)狀況的三片樹葉A、B、C。A 烘干得a（重量，下同）；B、C 分別同時(shí)給予光照或黑暗條件，其他生存條件一致，一段時(shí)間后烘干，分別得b、c。求這段時(shí)間葉片光合作用制造出的總有機(jī)物量。

步驟①通過類比將“水池總進(jìn)水量=水池剩余水量+出水量”遷移建立了“光合總量=凈光合量+呼吸消耗量”的概念模型，達(dá)成T4。步驟②中，教師可引導(dǎo)學(xué)生利用上述模型得出該時(shí)段總光合量=a-c+b-a（該時(shí)段呼吸消耗=a-c、凈光合量=b-a），即b-c，完成T5。這個(gè)過程需要學(xué)生在“光合與呼吸”兩者的原理建立聯(lián)系的基礎(chǔ)上，借助核心概念和原理進(jìn)行多重推理，訓(xùn)練了“概念拓展”的能力。

（三）從質(zhì)性描述走向量的分析，數(shù)學(xué)模型訓(xùn)練簡(jiǎn)單推理

生理曲線圖是人們分析綜合生命現(xiàn)象的本質(zhì)屬性后，將其發(fā)展規(guī)律表示為“不具備函數(shù)關(guān)系”的一種數(shù)學(xué)曲線模型，它有助于描述、解釋和推測(cè)生命現(xiàn)象。［4］高考評(píng)價(jià)體系提出語(yǔ)言表達(dá)素養(yǎng)應(yīng)包括能夠熟練運(yùn)用圖表等方式表征抽象概念。［5］以曲線表示“光合與呼吸”生理活動(dòng)，有助于引導(dǎo)學(xué)生提煉規(guī)律，進(jìn)而應(yīng)用規(guī)律。圖2 和圖3 呈現(xiàn)生理曲線建模過程。

圖2 光照與光合作用強(qiáng)度關(guān)系表達(dá)選項(xiàng)

圖3 光照與光合強(qiáng)度關(guān)系數(shù)學(xué)建模過程示意

教學(xué)過程：?jiǎn)栴}情境——光照越強(qiáng)光合作用就越強(qiáng)嗎？“光合與呼吸”隨外界條件而變化是否有什么規(guī)律？

①識(shí)別模型：從圖2 中選取表達(dá)“隨光照增強(qiáng)，光合強(qiáng)度變化趨勢(shì)”的選項(xiàng)。教師利用a 點(diǎn)解讀生命現(xiàn)象的特殊性。②解釋完善模型：圖3-甲中“由b 到c，表明光合和呼吸哪種生理活動(dòng)占優(yōu)勢(shì)？”“當(dāng)CO2釋放量為零時(shí)，曲線應(yīng)該與X 軸的o 點(diǎn)還是a 點(diǎn)連接？”③運(yùn)用模型：出示圖3-乙，推測(cè)A、B 兩種作物哪個(gè)更適合在光下生長(zhǎng)。

上述建模和用模過程中，學(xué)生需要結(jié)合“光合與呼吸”主題的核心知識(shí)，解釋和推測(cè)曲線走勢(shì)，并以此為證據(jù)進(jìn)一步對(duì)生物學(xué)現(xiàn)象進(jìn)行預(yù)測(cè)和推理，在訓(xùn)練“簡(jiǎn)單推理”能力的過程中達(dá)成T6、T7。

（四）構(gòu)建知識(shí)網(wǎng)絡(luò)形成概念框架，系統(tǒng)思維幫助建立遠(yuǎn)遷移

思維導(dǎo)圖可表征概念與概念的內(nèi)在關(guān)系，將宏大復(fù)雜的過程可視化，利于學(xué)生形成整體視角?！肮夂吓c呼吸”的核心內(nèi)容是物質(zhì)和能量的變化，它統(tǒng)整了植物各個(gè)生理活動(dòng)。教學(xué)中整合“光合與呼吸”與“細(xì)胞生命活動(dòng)”相關(guān)概念，幫助學(xué)生搭建知識(shí)系統(tǒng)，還原概念應(yīng)有位置和關(guān)系，以系統(tǒng)角度解釋問題（如圖4）。

圖4 有關(guān)“光合與呼吸”的跨主題知識(shí)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)模型（局部）

教學(xué)過程：?jiǎn)栴}情境——項(xiàng)目學(xué)習(xí)小組設(shè)計(jì)微型大棚種植西紅柿，利用植物的“光合與呼吸”的知識(shí)，該從哪些方面設(shè)計(jì)裝置以提高產(chǎn)量？

①建構(gòu)模型：確立核心詞，如由“光合作用”自由發(fā)散出“物質(zhì)變化”“能量變化”“影響因素”等方向；深入聯(lián)想，將“物質(zhì)變化”拓展為“無(wú)機(jī)物轉(zhuǎn)化為有機(jī)物”“無(wú)機(jī)物從哪來”“有機(jī)物有什么用”等線索；聚焦交集，如“呼吸”和“光合”都涉及物質(zhì)變化，又如“光合作用的原料”與“植物的吸收、運(yùn)輸”產(chǎn)生聯(lián)系等；知識(shí)結(jié)構(gòu)化，以關(guān)鍵詞聯(lián)結(jié)跨主題的知識(shí)形成網(wǎng)絡(luò)。②問題解決：教師提供現(xiàn)實(shí)問題，引導(dǎo)學(xué)生在思維導(dǎo)圖中提取相關(guān)因素解決問題。

上述知識(shí)網(wǎng)絡(luò)涉及諸多大概念，如“細(xì)胞的生活需要物質(zhì)和能量、細(xì)胞的生活受環(huán)境影響、植物體維持碳—氧平衡”等。學(xué)生在建立知識(shí)網(wǎng)絡(luò)的過程中，沿著概念內(nèi)涵的深入和外延的拓展，將跨課時(shí)和跨主題的概念碎片有機(jī)整合，發(fā)展了“遠(yuǎn)遷移”能力，達(dá)成T8；問題②的解決需要提取“光合與呼吸是生命必需的生理活動(dòng)、這些生理活動(dòng)受外界條件影響”等多種信息的關(guān)聯(lián)性，提煉“如何保障光合與呼吸的正常進(jìn)行，并最大可能增進(jìn)光合的產(chǎn)出和抑制呼吸的消耗”，這個(gè)過程運(yùn)用了遠(yuǎn)遷移能力，達(dá)成T9，遠(yuǎn)遷移的訓(xùn)練是進(jìn)一步達(dá)成創(chuàng)新能力的臺(tái)階。

綜上所述，學(xué)生思考和解決問題能力的獲得，源于深度學(xué)習(xí)的真正發(fā)生。通過學(xué)科思維能力進(jìn)階推動(dòng)教學(xué)，能促進(jìn)知識(shí)從內(nèi)涵理解到遷移運(yùn)用，最終達(dá)成知識(shí)內(nèi)化為素養(yǎng)。