指向?qū)W科核心素養(yǎng)的項目化學(xué)習(xí)：以“光合作用原理的應(yīng)用”為例

指向?qū)W科核心素養(yǎng)的項目化學(xué)習(xí)：以“光合作用原理的應(yīng)用”為例《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》（以下簡稱《課程標(biāo)準(zhǔn)》）中明確指出，學(xué)科核心素養(yǎng)是學(xué)生通過學(xué)科學(xué)習(xí)而形成的正確價值觀念、必備品格和關(guān)鍵能力，包括生命觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究、社會責(zé)任4個方面，而促成學(xué)生達成生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的重要支撐是以問題解決為特點的探究活動。因此，筆者嘗試結(jié)合本土特色，將“光合作用原理的應(yīng)用”這一內(nèi)容的教學(xué)轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€學(xué)科項目化學(xué)習(xí)活動，通過提出問題、作出假設(shè)、實驗探究和成果匯報等一系列過程，組織學(xué)生在解決問題的過程中主動構(gòu)建知識，最終落實核心素養(yǎng)的發(fā)展。01

學(xué)習(xí)任務(wù)分析本節(jié)內(nèi)容選自人教版普通高中生物學(xué)必修1《分子與細(xì)胞（2019年版）》第5章第4節(jié)，主要內(nèi)容是通過開展探究實驗加深學(xué)生對光合作用原理在實際生活中應(yīng)用的認(rèn)識。依據(jù)《課程標(biāo)準(zhǔn)》內(nèi)容要求中相應(yīng)的次位概念2.2.3“說明植物細(xì)胞的葉綠體從太陽中捕獲能量，這些能量在二氧化碳和水轉(zhuǎn)變?yōu)樘呛脱鯕獾倪^程中，轉(zhuǎn)換并儲存為糖分子中的化學(xué)能”，通過本節(jié)內(nèi)容的學(xué)習(xí)，繼續(xù)從物質(zhì)與能量視角，探索環(huán)境因素對植物光合作用的影響，并嘗試運用光合作用的原理解決現(xiàn)實生產(chǎn)問題。02

學(xué)習(xí)目標(biāo)基于《課程標(biāo)準(zhǔn)》的內(nèi)容要求、學(xué)業(yè)要求和學(xué)業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，圍繞培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的要求，制訂學(xué)習(xí)目標(biāo)如下。

1）能夠運用結(jié)構(gòu)與功能觀、物質(zhì)與能量觀解釋說明環(huán)境因素影響光合作用的原理。

2）能夠基于事實與證據(jù)，運用演繹與推理、模型與建模的科學(xué)思維方法，對環(huán)境因素改變所引起的光合作用的改變情況進行預(yù)測和論證。

3）通過項目化學(xué)習(xí)的方式，親歷提出問題、作出假設(shè)、設(shè)計方案、實施方案、討論結(jié)果的過程，發(fā)展科學(xué)探究能力。

4）能夠主動運用光合作用的相關(guān)知識，為本地的“紅美人”柑橘種植提出可行的建議。03

學(xué)習(xí)過程3.1提出問題，激發(fā)研究興趣寧波市象山縣作為“柑橘之鄉(xiāng)”，引進并培育了多個柑橘優(yōu)良品種，包括近幾年風(fēng)靡柑橘市場的“象山紅美人”。課前筆者組織學(xué)生了解象山橘農(nóng)培育“紅美人”的曲折歷程，并對家中種植有“紅美人”柑橘的幾位學(xué)生進行訪問，發(fā)現(xiàn)其中1位學(xué)生家的“紅美人”柑橘長勢不佳且種植5年仍未掛果，對此學(xué)生深感疑惑，紛紛猜想其原因。在學(xué)生研究興趣高漲之時，筆者順勢提出研究問題：本班張某某同學(xué)家“紅美人”柑橘長勢不佳且種植5年仍未掛果的原因是什么？請各研究小組嘗試探明原因，并為該同學(xué)提供可行的“紅美人”種植養(yǎng)護方案。

3.2作出假設(shè)，確定研究視角學(xué)生通過實地考察和走訪當(dāng)?shù)毓r(nóng)，觀察比較各植株的生長狀況之后，排除了果樹品種及病蟲害感染導(dǎo)致植株無法掛果的可能，并提出猜想：栽種地環(huán)境不適宜及養(yǎng)護措施錯誤引起“紅美人”植株前期光合作用產(chǎn)物較少或分配不當(dāng)，最終導(dǎo)致樹體弱小、無法掛果。據(jù)此，學(xué)生初步明確解決問題的方法：通過改善培育條件增強“紅美人”植株的光合作用強度并調(diào)整光合產(chǎn)物運輸方向來改善植株的長勢。

3.3設(shè)計方案，開展實驗探究基于上述研究視角，學(xué)生提出新的研究問題：怎樣的環(huán)境條件適合“紅美人”植株進行光合作用？學(xué)生分3個研究小組進行討論，分別自主設(shè)計了探究光照強度、CO2濃度和溫度對“紅美人”植株葉片光合作用影響的實驗方案，并對方案的科學(xué)性及可行性進行了匯報。例如，光照強度研究小組給出的實驗方案及實驗記錄如圖1和表1所示。其他學(xué)生在匯報結(jié)束后，對該小組的方案提出疑問及調(diào)整建議：1）光照組置于光照培養(yǎng)箱中培養(yǎng)，黑暗組置于培養(yǎng)架上培養(yǎng)，除了光照條件不同之外，溫度等條件也不同，這有悖于單一變量原則；2）為避免偶然性誤差，實驗應(yīng)設(shè)置多組平行重復(fù)，實驗記錄表也應(yīng)有相應(yīng)調(diào)整。例如，光照強度研究小組的成員在細(xì)心觀察或在教師引導(dǎo)下發(fā)現(xiàn)問題后，通過查閱文獻資料，對實驗的實踐操作產(chǎn)生了一系列新的思考：1）“紅美人”葉脈綠色較淺，其葉綠體含量較少，因此打孔時應(yīng)盡可能避開主葉脈（圖2）；2）“紅美人”葉圓片兩面的綠色深淺不一，是因為其上表皮與下表皮的細(xì)胞分布不同（圖3），因此，在放置葉圓片時應(yīng)保證所有葉圓片都是上表皮朝上；3）葉圓片的逐一放置需要時間，先放入的葉圓片易提早進行光合作用，為保證所有葉圓片同步開始光合作用，該操作應(yīng)選擇在陰暗的房間內(nèi)多人同步進行；4）排氣處理后的葉圓片應(yīng)放置于黑暗處盛有蒸餾水的燒杯中，從而避免其提早進行光合作用；5）實驗過程中發(fā)現(xiàn)相互重疊的葉圓片會影響彼此的上浮情況，因此，放置葉圓片時應(yīng)盡可能地使其分散開。3.4成果匯報，深度反思成長學(xué)生在經(jīng)歷了持續(xù)探究的項目化學(xué)習(xí)之后，有的小組成功獲得預(yù)期的成果，但有的或許會失敗。無論是否符合預(yù)期，教師都要組織和引導(dǎo)學(xué)生回顧項目歷程并進行反思，對自身的研究過程及結(jié)果進行總結(jié)，反思對概念的理解與構(gòu)建情況、失敗或成功的原因，總結(jié)經(jīng)驗、補救不足（表2）。因此，筆者要求學(xué)生分別從研究目的、研究過程、研究結(jié)果及結(jié)論、研究成功或失敗的原因等方面逐步對自己的研究過程進行回顧和總結(jié)。基于上述實驗結(jié)果，結(jié)合自家種植果樹的經(jīng)驗及課前自主搜集的其他相關(guān)資料，如象山縣的氣候條件、年降雨量等，學(xué)生達成共識：象山縣本土的光照條件及大氣中的CO2含量已基本滿足“紅美人”植株生長的最適條件，但象山縣在5月常見連續(xù)的陰雨天氣，且冬季溫度較低，不適宜“紅美人”植株生長。最終，全班學(xué)生群策群力，共同形成“紅美人”養(yǎng)護方案（表3），并選派“幫扶代表”與張某某同學(xué)一起實施養(yǎng)護措施。設(shè)計意圖：教師組織學(xué)生開展有效反思，學(xué)生不僅復(fù)盤了自己失敗的原因，同時也正面肯定了研究過程中的可圈可點之處，學(xué)生通過反思深化自身的概念理解，收獲項目化學(xué)習(xí)的真正碩果，提升學(xué)習(xí)效果。學(xué)生從幫助同伴的角度出發(fā)，主動探索、獲取知識，真正理解光合作用原理在生活實踐中的應(yīng)用，提升學(xué)生對生物學(xué)的興趣，樹立社會責(zé)任意識。04

教學(xué)反思本節(jié)課依據(jù)《課程標(biāo)準(zhǔn)》中提出的“組織以探究為特點的主動學(xué)習(xí)是落實生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的關(guān)鍵”這一教學(xué)建議，采用項目化學(xué)習(xí)的策略，結(jié)合象山本土特色，將本塊內(nèi)容的學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)換為一個小型的學(xué)科項目化學(xué)習(xí)活動，以幫助同伴養(yǎng)護“紅美人”植株為主題，通過自主查閱資料、走訪調(diào)查、實驗探究的研究歷程，有效地幫助學(xué)生深度理解相關(guān)概念，充分調(diào)動了學(xué)生的學(xué)習(xí)內(nèi)驅(qū)力，逐層推進學(xué)生科學(xué)探究能力與科學(xué)思維的發(fā)展。在匯報成果時，教師引導(dǎo)學(xué)生針對整個項目進行反思，包括對研究過程和研