初中生物主题式实验教学尝试

徐婷

摘要：主题式实验教学引导学生主动参与解决驱动性问题，在持续性的实验探究过程中，实现对概念的理解与应用，并逐步发展科学思维，培养“带得走的能力”。以“绿色植物的光合作用”主题为中轴，基于生物学科素养、课程标准及教材，以实验为载体，围绕主题下的核心概念设计实验体系，引导学生通过实验活动构建概念并尝试应用。

关键词：主题式实验教学;初中生物;光合作用

生物学是一门实验科学，实验教学是生物教学的基本形式之一。如何充分利用教材中的生物实验教学内容引导学生体验和参与科学实践过程，在理解生物重要概念的过程中逐步发展必备品格和关键能力，是目前初中生物教学亟待解决的问题之一。笔者通过研究和实践发现，生物主题式实验教学是一种有效路径。生物主题式实验教学倡导，围绕生物学核心概念和重点知识确定教学主题，根据主题设计真实情境下的驱动问题，以一系列的科学实验为引导，让学生亲历实验，自主建构重要概念并解决实际问题。本文以蘇教版初中生物七年级上册“绿色植物的光合作用”为例，阐述如何开展主题式实验教学。

一、研读课程标准，关注核心概念，明确教学主题

主题的明确是主题式实验教学的起点。我们需要仔细研读课程标准及教材，关注学科核心概念和重要知识，明确教学主题。《义务教育生物学课程标准（2011年版）》（以下简称“课程标准”）提出了10个课程一级主题及50个重要概念，其中，“绿色植物的光合作用”是一级主题“生物圈中的绿色植物”中的二级主题及重要概念之一。由于光合作用这一生理过程的重要性和复杂性，使其无论在初中还是高中生物教学中都是重难点内容。在主题式实验教学前，笔者针对“绿色植物的光合作用”这一主题，梳理得到课程标准和教材核心内容的结构图（见下页图1）。笔者打破了一级主题的界限，对有关光合作用的核心内容做了一定程度上的整合，涉及“生物与环境”和“生物圈中的绿色植物”两个一级主题的内容。

二、基于核心素养，依据学情分析，设定教学目标

主题式实验教学的教学目标需要充分体现生物学科本质，以实验教学为载体，循序渐进地发展学生核心素养。教学目标的确定需要层层递进：首先分析课程标准所提及的目标，其次要立足生物学科核心素养的发展，最后根据学生实际学情最终确定。“绿色植物的光合作用”的教学目标如下：

1.通过阅读、分析、模拟光合作用的发现历程，说出光合作用的过程，体会科学探究精神。

2.探究叶片的基本结构，阐明叶是光合作用的主要器官、叶绿体是光合作用的场所，并初步形成生物体结构与功能相适应的生命观念。

3.通过完成主题式实验，理解光合作用的实质及其影响因素。

4.能够利用光合作用相关概念解释生产中的问题，并尝试为提高农作物的产量提出建议。

三、围绕教学主题，指向思维提升，形成实验系列

生物科学的发展离不开人类不断地认识、探索和研究生命现象和生命活动规律，实验是学生体验科学探究基本过程的主要方式。在“绿色植物的光合作用”主题确定后，笔者梳理了教材中相关学习活动的所在章节、内容及类型（详见下页表1）。

在梳理教材相关学习活动的基础上，可以根据核心概念和重要知识，对相关实验进行横向与纵向的整合。

（一）横向整合实验资源

横向整合是将某一教学子主题及其中核心概念的实验进行单元整合，形成围绕主题的实验系列。系列实验在内容上指向核心概念的构建，在实验类型和实际操作中指向学生科学思维方法，如归纳与概括、演绎与推理、模型与建模、批判性思维、创造性思维等的培养。

“绿色植物的光合作用”这一主题，教材在第六章第二节安排了陆生植物叶片结构的课内观察实验和区分水生植物与陆生植物叶片的课外思考活动。在实际教学过程中，学生由于课业负担、缺少实验器材等，很少会在课后去真正开展探究。因此，横向整合两部分内容，在课堂教学中为学生提供不同的实验材料，如陆生的菠菜、海桐、青菜、绿萝，水生植物睡莲、眼子菜等。通过丰富实验材料，不仅将原本难以有效实施的课外思考活动与课内实验结合，还将观察实验变为探究实验，引导学生在实验过程中观察、比较、归纳植物叶片的基本结构及不同环境中叶片的特征。

（二）纵向设置实验梯度

纵向整合是在围绕某一教学子主题及其中核心概念进行教学设计时，通过整合、设计层层递进的实验，让学生在由易到难、由简单到复杂的概念建构过程中，由低阶到高阶地发展科学思维，提升关键能力。

“绿色植物光合作用”主题式实验教学内容中，关于光合作用的场所、条件、原料和产物等知识，通过一系列实验活动等可以让学生达成相应的学习目标，但是，学生还应该能进一步运用所学知识解决生活、生产中的实际问题，如提高大棚种植农作物的产量。这样的实际问题需要学生综合运用所学知识，并考虑到相关的信息学、工程学知识。为此，设计梯度化实验，引导学生在实验活动中，逐步发展思维能力，最终达到利用生物知识解决实际问题的教学要求。

比如，“绿叶在光下产生氧气”验证性实验要求学生收集水生植物金鱼藻产生的氧气并用带火星的木条加以检验。纵向设置梯度后的实验设计如下：在教材实验的基础上，改变金鱼藻与光源的距离，增加两组光照强度不同的实验（见图2）;在定性实验的基础上，利用数字化实验室中的传感器，增加定量实验（见图3）。

定性实验可让学生在课前提前完成，课上引导学生利用实验器材自行设计探究实验方案并验证;定量实验也可组织有兴趣的学生课前完成，并录制视频课上播放，以节约课堂时间。这两个实验不仅能让学生感受到光合作用产生氧气的事实，还能让他们体会到光强是影响光合作用的因素之一，也为学生利用这些知识解决生活生产问题打下了基础。

（三）学习活动设计

横向与纵向整合后，“绿色植物的光合作用”主题式实验教学的学习活动安排如下：

1. 探究光合作用的发现过程。

（1）认识光合作用发现的过程。

科学史讨论活动：分析资料，讨论范海尔蒙特柳树实验，收集、处理和分析数据并尝试得出结论，进一步辨析实验的不足之处并尝试改进。

科学史探究实验：尝试根据所给实验材料设计植物可以更新空气的验证性实验，并以贴图形式模拟普利斯特莱实验，分析实验现象，归纳结论。

（2）绘制光合作用过程概念图。

模型建构实验：在探究科学史的过程中，认识光合作用的过程，构建光合作用概念图。

2.探究光合作用的场所。

（1）探究不同植物的叶片结构。

探究实验1：探究不同陆生植物叶片的基本结构，进行实验结果的分析和实验结论的交流。

探究实验2：探究水生植物叶片的基本结构，并分析其与陆生植物叶片结构的区别及原因。

（2）观察植物叶片的气孔。

宏观观察实验：观察叶片放入热水中的实验现象，感受气孔的存在。

微观观察实验：观察不同植物的叶片表皮，认识气孔的结构、分布特点等。

（3）探究植物不同器官中的叶绿体。

观察实验：观察新鲜的黑藻或绿色植物叶片细胞中的叶绿体。

探究实验：完成“植物不同器官中是否存在叶绿体”的探究实验方案设计与实施，开展实验结果的分析、实验结论的交流活动。

3.探究光合作用的原料、产物及条件。

（1）绿叶在光下产生淀粉。

探究实验1：尝试设计“绿叶在光下产生淀粉”的实验方案，进行对照实验，探究有光与无光环境条件下叶片是否产生淀粉，分析实验现象并得出绿色植物进行光合作用的条件及产物。

探究实验2：在前一个探究实验的基础上，探究叶片花的制作方式。

（2）金鱼藻在光下产生氧气。

定性实验：观察金鱼藻在光下产生氧气的实验，并尝试说明实验现象产生的原因。

定量实验：尝试设计“利用传感器测量水生植物及陆生植物光合作用产生氧气”实验。观察实验现象，收集、处理、分析實验数据。

（3）光合作用需要二氧化碳。

讨论活动：阅读并讨论“植物的光合作用需要二氧化碳”的实验，分析实验现象并得出结论。

探究实验：利用提供的实验材料，设计“植物的光合作用需要二氧化碳”探究实验，分析实验现象并得出结论。

4.认识光合作用原理在生产上的应用。

（1）分析绿色植物光合作用的影响因素。

观察实验：探究光强、光质、二氧化碳等因素对绿色植物光合作用的影响，分析实验现象并得出结论。

（2）设计“温室中二氧化碳浓度的调控”实验。

讨论活动：分析资料，讨论温室中调控二氧化碳的意义。

实验设计：尝试运用学习的生物学知识，设计能提高农作物产量的现代大棚，提高农作物产量。

“绿色植物的光合作用”主题式实验教学，以核心概念为黏合剂，整合事实性知识，围绕主题开展实验教学，将分散的教学内容、教材相关实验进行横向与纵向的聚合及整合，打破单一课时的局限，帮助学生在持续性的实验探究过程中实现对概念的理解与应用。