班昭

摘 要：本文以“探究光合作用的过程”为例，对以概念为本的教学模式进行了实践。通过演绎推理大量的实验资料，构建出光反应阶段、暗反应阶段的过程模型，归纳出了光合作用的概念，并以此概念作为基石指导实际生活和生产。在此过程中学生树立了物质与能量观、结构与功能观的生命观念，培养了科学思维和社会责任感。

关键词：概念教学;光合作用;模型构建;核心素养

随着新课改的不断推进和深化，教师除了认真研读《普通高中生物学课程标准》（2017年版2020年修订）中蕴涵的思想和理念之外，还应革新自己的课堂教学方式，以更好地提高课堂教学的实效性，进而有助于促进学生核心素养的培养。

当今社会知识正在以指数级数量增长，如果想将知识完整、有效地理解和应用，需要将新知识与已有的模式和认知框架建立联系，相互融合，这就要求教学必须向更高抽象度的“概念”迈进，只有概念才能作为认知模式和框架的基石。由此，推进以概念为本的教学模式势在必行。

一、教材分析

“探究光合作用的过程”是人教版高中生物学必修一第五章第四节第2课时的内容，本课时主要由三部分组成：（一）分析光合作用的探究历程，推理出光合作用的光反应阶段、暗反应阶段的过程;（二）完成两个阶段的关联，构建光合作用总过程模型;（三）由光合作用总过程模型归纳出光合作用的概念并指导实际应用。

本节教学需要学生掌握的技能有：（一）阐释光合作用的过程和原理;（二）尝试利用光合作用原理解决问题。

需要学生发展的学科素养有：（一）阐明物质是能量的载体，能量是物质变化的动力，初步形成生物学的物质与能量观;（二）通过实验材料和模型构建，培养科學思维和科学探究能力;（三）举例说明光合作用的科学知识与生活和生产紧密联系，认同科学技术的重要价值。

二、概念教学的具体运用

（一）课堂总设计

教学由生活实例引入：1.户外活动选择清晨较好，还是傍晚较好？2.教室里绿萝为什么能越来越茂密呢？分析实例导出新授知识——光合作用。

课堂教学实施步骤：首先，通过科学实验资料构建出光反应阶段、暗反应阶段的过程模型。其次，汇总得到光合作用总过程的模型图，结合叶绿体结构模式图，初步形成“物质与能量观”这一生命观念。再次，由总模型图归纳总结出“光合作用”的概念。最终，以概念为根本指导实际问题的解决。

（二）分析实验，培养演绎、推理的科学思维

教师向学生提供光合反应探究历程的相关资料，引导学生分析实验现象、归纳总结实验结论，进而培养学生演绎、推理的科学思维。

光反应阶段实验资料。

资料一：1648年，海尔蒙特的柳树实验。实验历时5年，5年内只浇水，实验结果显示：柳树增重约80kg，土壤仅减重约0.1kg。

教师启迪：1.柳树增重的物质来源是什么？2.本实验是否存在不足之处？

学科核心素养：认同科学研究需要丰富的想象力、勤奋地实践以及大胆质疑和对科学的热爱。

资料二：1779年，荷兰医生英格豪斯的三组实验。第一组，在光照条件下将绿植和小老鼠共同置于密闭的玻璃罩下，小老鼠可以存活;第二组，黑暗条件下将绿植和小老鼠共同置于密闭的玻璃罩下，一段时间后小老鼠死亡;第三组，在光照条件下将枯死的植物和小老鼠共同置于密闭的玻璃罩下，一段时间后小老鼠死亡。

教师启迪：1.不同实验组合的自变量是什么？2.综合三组实验所得结论是什么？

学科核心素养：1.通过三组实验过程的对比，归纳出相应实验结论。2.认识到绿植对空气更新的现实意义。

资料三：恩格尔曼的水绵实验过程及结果。随后展示叶绿体的结构示意图。

教师启迪：1.好氧性细菌的聚集部位标志着有什么物质生成？2.这些部位与光照的关系是什么？③结合叶绿体的结构模式图，概括此实验的结论。

学科核心素养：教师在此环节向学生渗透“结构与功能观”这一生命观念。

资料四：鲁宾和卡门的实验。利用同位素标记法，第一组向植物提供H2O和C18O2;第二组向同种植物提供H218O和CO2。在其他条件都相同的情况下，分析了两组实验释放的氧气。结果显示：第一组释放的氧气全部是O2;第二组释放的氧气全部是18O2。

教师启迪：1.实验采用了哪种对照方式？2.光合作用产生的O2来自哪种物质？

学科核心素养：通过此实验的学习，发现科学技术对科学研究的推动作用。

资料五：1954年，美国科学家阿农（D.Arnon）发现，在光照下，叶绿体可合成ATP。1957年，他发现这一过程总是与水的光解相伴随。

教师启迪：在叶绿体中发生了什么样的能量转化？

学科核心素养：教师在此环节中向学生强调“物质和能量观”。

暗反应阶段实验资料。

资料六：把绿叶放在暗处数小时，然后把叶片的一部分暴露在光下，另一部分遮光。经过一段时间后，用碘蒸汽熏蒸叶片，结果显示：遮光的部分叶片无颜色变化，而照光的一部分叶片显示深蓝色。

教师启迪：1.暗处理的目的是什么？2.碘蒸汽熏蒸的用途是什么？

学科核心素养：培养学生严谨的思维能力和学科综合运用能力。

资料七：1954年美国科学家阿农等发现，在无光条件下，ATP和[H]是CO2转化为糖类的必要条件。

教师启迪：ATP和[H]在哪个阶段产生？

学科核心素养：获取、建立事物间相互联系的能力。

资料八：20世纪40年代，美国科学家卡尔文利用同位素示踪法，为小球藻提供14CO2，多次实验得到下表：

教师启迪：1.CO2转化的第一产物是什么？2.请尝试绘制出碳元素的转移路径。

学科核心素养：培养学生基于生物学事实和证据运用归纳与概括以及创造思维探讨生命规律的能力。

（三）构建模型，培养科学思维及建模能力

学生以小组为单位，对上述信息进行整合，尝试构建光反应阶段和暗反应阶段的过程模型。讨论两个反应阶段物质变化和能量转化之间的联系，同时认识到生命活动不仅具有物质基础，还需要能量驱动，而能量的供应和利用都离不开物质变化（化学反应），树立物质和能量观的生命观念。整合光反应阶段和暗反应阶段的过程模型，最终绘制出光合作用的总过程模型，鼓励学生展示自己的成果（第3小组所构建的模型如下图所示）。

此环节不仅培养了学生团队合作精神，更重要的是通过运用创造性思维、模型与建模的方法，培养了学生的科学思维。

（四）归纳概括光合作用的概念

由光合作用的总模型图，从反应场所、反应物、生成物、能量转化等方面入手，归纳出光合作用的概念及总反应式。该环节训练了学生对生命现象及规律的归纳和概括能力。

（五）引发协同思考，增强社会责任

教师列举2019年全国卷I理科综合的第三道选择题，以引发学生的协同思考。题目如下：

将一株质量为20g的黄瓜幼苗栽种在光照等适宜的环境中，一段时间后植株达到40g，其增加的质量来自（ ）

A.水、矿质元素和空气

B.光、矿质元素和水

C.水、矿质元素和土壤

D.光、矿质元素和空气

随后，深入探讨农作物增量、增产的途径，帮助学生将科学知识与实际生活建立联系，为知识指导实践奠定基础，进而认同科学技术的重要价值，培养社会责任感。

三、教学反思

在概念为本的教学模式中，不仅事实性知识和技能不能忽视，而且概念、原理和概括是此模式中更为重要的元素。在“探究光合作用过程”的教学中，以实验资料为依托，培养学生科学思维的同时，各环节均注重学生概括、归纳能力的训练，为光合作用的概念总结做好铺垫。概念为本的教学可引导学生在大脑中更深层次地加工事实和技能，这种更深层次的认知过程有助于学生获得更透彻的理解和更长时间的记忆，有助于事实性知识和技能的迁移和应用。

参考文献

[1]林恩·埃里克森，洛伊斯·蘭宁.以概念为本的课程与教学：培养核心素养的绝佳实践[M].鲁效孔，译.上海：华东师范大学出版社，2018：5.