生物学科四步教学法实践应用例说
2020-04-22吕镜珍
吕镜珍
随着新课程的推进，在课堂主阵地培养学生学科核心素养成为课堂教学研究的方向。我校生物学科组依据《普通高中生物学课程标准（2017年版）》所倡导的“教学过程重实践”基本理念和“组织以探究为特点的主动学习是落实生物学科核心素养的关键”的课程实施建议，以及2019年6月国务院办公厅印发的《关于新时代推进普通高中育人方式改革的指导意见》中所提出的“积极探索基于情境、问题导向的互动式、启发式、探究式、体验式的课堂教学”教学指导意见，在实践研究的基础上建构了“导学→展评→研思→实践”四步教学法，切实解决了课堂上教师包办太多、不注重对学生学习成果的展示和评价等问题，把握住了在课堂上及时为学生纠错和利用课堂生成的问题促进学生深度学习的最佳时机。下面笔者以《光合作用的原理和应用》教学为例，谈谈该教学法的实践应用。
一、教材和学情分析
在《能量之源——光与光合作用》第一课时《捕获光能的色素和结构》中，教材介绍了叶绿体内光合色素的种类、分布和作用，以及叶绿体的结构和功能;第二课时即本课内容，则要学生加深理解叶绿体是植物细胞的“养料制造车间”和“能量转换器”的含义，领会植物生长与能量供应的密切关系，以利于学生在之后学习必修3《稳态与调节》时对“生态系统的能量流动和物质循环”“生态系统的稳定性”“生态环境的保护”等相关内容的理解。
本课部分内容是对人教版七年级上册相关生物知识的延伸和深化。学生虽然对与光合作用有关的生产生活现象比较熟悉，但是对光合作用的发生发展过程并不十分清楚，这正是本课学习的重点和难点。
二、四步教学法的实践操作策略例说
四步教学法是生物学科课堂教学的一个基本操作程序，依照课堂推进的先后顺序，将依次呈现导学、展评、研思、实践四个教学环节。
（一）导学环节
“导学”包括情境导课和问题导学两部分，强调从学生已有的认知经验（包括生活或学习经验）入手，通过设计基于真实情境的教学活动，引导学生独立自主地展开初步学习。
1.情境导课：选择学生熟悉的情境导入课题，可以有效调动学生学习的积极性。课堂上，笔者通过展示学生在“绿叶中色素的提取和分离”实验中制作的色素带，带领学生回顾了光合色素的种类、分布和功能，进而引发学生思考：这些光能是怎样用于光合作用的呢？接着展示了农作物种植“正其行，通其风”“施肥”“灌溉”等农业生产中的画面图片（见右图），创设了如下问题：这些生产情境和光合作用有什么关系？以问导学，旨在激发学生的学习探究兴趣。
在该教学环节，教师先引导学生回顾上节课的学习内容，使之与即将学习的内容进行有效勾连，让学生在“温故”的基础上“知新”;接着用图片“再现”了学生熟悉的农作物种植“正其行，通其风”“施肥”“灌溉”的生活情境，引发学生探究其背后科学原理的兴趣;最后提出“这些生产情境和光合作用有什么关系”这个统率整节课学习内容的核心问题，旨在潜移默化地培养学生的生命观念。
2.问题导学：导学问题的设计应由浅入深、步步深入，从中培养学生的自主学习能力和探究交流能力，不断提高学生的学习信心。
人们对光合作用的认识经历了漫长的过程，教材通过呈现几个经典科学实验，展示了人类对光合作用的探究历程。在本课中，教师要求学生一边自主阅读课本“光合作用的探究历程”，一边思考下面三个问题。
问题1：光合作用的原料、产物、场所和条件分别是什么？用反应式表示。
问题2：分析人类探究光合作用的历程，和同学交流自己的感悟。
问题3：阅读“光合作用的过程”，尝试构建光合作用过程的模型。请边阅读边尝试绘制光合作用过程图解。
对于问题1，学生在初中知识的基础上，通过阅读教材中的经典实验便可自行解答。对于问题2，学生有多种感悟，比如：光合作用的过程需要很多科学家的努力;有了同位素标记技术之后，科学家可以准确追踪物质的运行和变化规律，有利于促进人类对光合作用的研究;做科学研究如果方法不对，结果会大不一样;等等。对于问题3，学生阅读课本后即可知道光合作用包括光反应和暗反应，但是对于反应过程中的物质和能量变化、光反应和暗反应之间的关系等认识模糊，尽管教材中有光合作用过程的图解可以模仿，但是学生的绘图过程还是非常困难，很多学生不知从何入手、如何表达物质之间的关系。此时教师要及时提供帮助，告诉学生光反应从叶绿体中的色素吸收光能开始，吸收的光能一部分用于将水进行分解产生氧气和[H]，一部分用于生成ATP;暗反应从CO2的固定生成三碳化合物（C3）开始，之后C3被光反应产生的ATP和[H]还原，教师可顺便提醒学生在绘图中要反映出以上过程。此过程有助于学生深刻理解光合作用过程中物质和能量的变化，有利于培养学生的生命观念，也有利于培养学生的学习能力、沟通能力和思维能力。
（二）展评环节
“展评”就是让学生以合适的方式展示初学的成果，从中展示所学、暴露问题，再通过学生自评、生生互评、教师点评，最终可促进学生对相关知识和能力的获得以及学科素养的形成。
美国教育家鲍里奇在《有效教学方法》一文中指出：“行为和反馈之间尽可能短的时间间隔是学习最重要的因素之一：行为和反馈之间的联系越紧密，学习就会越快发生。”展示学习成果是学生表达自我、呈现困惑或寻求指导的过程，通过这个过程，学生可以學会实践和反思，进而学会发现自我、欣赏他人;自我评价可以让学生更好地认识自我，同学互助和教师的点评可以帮助学生及时纠错、提高认识，教师激励性评价对帮助学生改进学习方式、建立自信、产生持续的学习动力尤为重要。学生的活动成果如果得不到展示和及时有效的反馈，会让学生逐渐丧失学习的兴趣和动力。在本课展评环节，教师安排了三个展示活动，对应上面的三个导学活动。
活动1：请同学相互交流完成任务情况;选择一些有代表性的光合作用反应式和图解，投影供师生评价。
活动2：请同学利用光合作用过程图解简述光合作用的过程。
活动3：学生分享阅读感悟。通过分享可以丰富体验，更深刻地领悟科学精神、科学方法和科学思想。
以上活动，通过学生投影展示和据图讲述、学生自评、生生互评、教师诊断与纠错、教师总结等方式，使每一个知识点的学习都得到了清晰的落实。
比如在活动1中，学生都能写出反应物、生成物和反应条件，但是受化学学习的影响，一部分学生把反应式中的箭头“→”误写成了等于号“=”，约有80%的学生没有在反应式中标清氧原子的来源、去向。教师要向学生解释，由于生物体内的反应非常复杂，在反应物和生成物之间通常会发生一些中间反应，因此要用“→”来表示反应式和生成物之间的关系。教师继续引导学生讨论，课本中的反应式只体现了反应式、生成物和发生的条件，在学习了鲁宾和卡门的实验之后，大家知道了光合作用产生的氧气来源于反应物的水，是否应该把这个成果体现在反应式中呢？最后师生达成共识，认为应该把反应式写成如下方式：
（三）研思环节
“研思”指的是立足于学生学习过程中生成的新问题或教师预设的问题，引导学生展开深度思考和研究性学习。该环节的操作重点是善于捕捉学生在学习过程中生成的新问题，重视追问，切实引发学生的深度思考。
哲学家黑格尔说过：错误本身乃是达到真理的一个必要的环节，由于错误，真理才会被发现。教师在教学过程中应尽可能地把学生的“错误”或者问题转化成有用的教学资源。在本课中，学生在学习过程中产生了不少新问题，包括“CO2中的碳在光合作用中怎样转化成有机物中的碳？”“光合作用过程中的ADP、NADP+、C5从哪里来？”等。教师通过整合自己的预设问题与课堂中生成的新问题，精心设计研思环节，用层层递进的问题和相关实验材料为支架，引发学生的深度思考，使学生对知识的理解越来越深刻。
问题4：卡尔文的实验只提到探明了“CO2中的碳在光合作用中轉化成有机物中的碳”，那么转化的过程是怎样的呢？
实验材料1：卡尔文将小球藻装在一个密闭容器后，向密闭容器中通入14CO2。当反应进行到5s时，14C出现在一种五碳化合物（C5）和一种六碳糖（C6）中;将反应时间缩短到0.5s时，14C出现在一种三碳化合物（C3）中。这说明了什么？
学生在研究以上实验材料后，可以顺利推导出“CO2中的C在光合作用中的转移路径是14CO2→C3→C5+C6”。
问题5：光合作用每一个阶段都需要光吗？
实验材料2：1954年，科学家在给叶绿体照光时发现，当向体系中供给无机磷、ADP和NADP+时，体系中就会有ATP和NADPH产生。同时发现，只要供给了ATP和NADPH，即使在黑暗中，叶绿体也可将CO2转变为糖。这则材料说明了什么？
学生经过分析以上材料，可以顺利推出“光合作用不是每一阶段都需要光，但每一阶段都要有ATP和NADPH;有光的时候产生的ATP和NADPH可以为CO2转变为糖提供条件”。
问题6：没有光的条件下暗反应能发生吗？
这个问题需要发散性思维，学生要回答完整比较困难，经教师提示后可以分析出：如果是短时间无光，由于叶绿体中积累有ATP和NADPH，暗反应仍然可以发生，直到消耗完ATP和NADPH，则反应停止。最后得出结论：暗反应能否发生，关键在于有无ATP和NADPH。
问题7：光合作用过程中的ADP、NADP+、C5从哪里来？
部分学生注意到，课本中讲到光合作用过程不断从外界吸收光、CO2、水，而没有提到吸收ADP、NADP+、C5等物质，这些物质是从哪里来的呢？通过认真分析光合作用发生的过程可知，这几种物质原来产生于光反应阶段，而且是可以循环使用的。
以上问题是教辅资料上不曾出现的，只有学生深入思考才会产生;学生在问题引领下层层深入地展开学习活动，在切实掌握生物学有关知识的同时，能力得到了发展，学科核心素养在潜移默化中形成。其中的问题4和问题5，需要用科学实验帮助学生理解科学的本质和科学研究的思路和方法，借以提高学生的科学探究和科学思维能力。及时解答学生已经出现和可能出现的问题，疏通其知识和思维障碍，可以加深学生对生物学大概念的理解，有利于其生命观念的形成。
（四）实践环节
“实践”环节要求教学过程关注学生实践经历，让学生动手、动脑，提高应用知识解决现实生活中的问题的能力。
华东师范大学课程与教学研究所所长崔允漷教授指出：所谓的素养，其实是真实情境中的问题解决能力。真实情境可以将知识学习与真实生活连接起来，打通知识世界与生活世界，便于学生感受到知识学习的意义与价值;将真实情境贯穿知识学习的全过程，可以将知识条件化、情境化、结构化、生活化，便于学生深度理解。在本课中，当学生学习了光合作用的原理之后，教师可让学生根据光合作用的原理完成以下任务。
任务1：分析农作物种植“正其行，通其风”“施肥”“灌溉”中所蕴含的生物学原理。
任务2：在卧室内种植物能使空气清新吗？为什么？
任务3：阅读下列资料，请你对农业生产提出建议和可行措施。
空气中的CO2含量约为350μmol/mol，城市周围的CO2含量为370—400μmol/mol，这种含量对植物的光合作用来说是比较低的。作物高产栽培的密度大，肥、水充足，植株繁茂，需要吸收更多的CO2，特别在中午前后，于是CO2成为增产的限制因子之一。
以上三项实践探究任务，都属于光合作用原理在实践中的应用：任务1用来呼应导课时提出的问题“这些现象和光合作用有什么关系”，对原理本身作深入探究，以利于学生进一步明晰生物学原理与现实生产生活的关系;任务2和任务3则要求学生运用所学知识即生物学原理，进一步探讨或解决现实生活中的问题，形成科学的自然观和生命观，培养社会责任。
通过以上课例分析可知，“导学→展评→研思→实践”四步教学法注重在课堂上引导学生主动参与课堂学习，重视问题导学和生生、师生之间的“导”“学”互动，让学生勇于尝试自主发现问题、提出问题和解决问题，乐于与同伴进行深层次交流，充分激发学习的积极性，不断提高学科核心素养等综合素养。（本文所用课例曾在2018年广西普通高中课程改革生物学科精品课课堂教学现场展示观摩研讨会上展示，并收录为广西课改成果精品录像课）
（责编 白聪敏）
