基于核心素养的深度教学尝试——“探究影响光合作用的因素”案例分析

天津市武清区杨村第一中学 李红娟 张玉玲

深度教学是让学生深度参与教学过程且深刻把握学习内容的教学方式。“深度参与教学过程”属于过程性特征，目的在于实现学生与学习内容的充分互动，可开展操作、体验、批判、反思等学习活动；“深刻把握学习内容”属于结果性特征，旨在实现学习内容与学生经验体系的充分融合，即不仅记住知识的符号、含义，还必须把握知识背后的价值、逻辑、方法以及运用知识进行创造。

现阶段，发展学生的核心素养和关键能力，是全面深化课程改革、落实立德树人根本任务的现实要求。因此，提升课堂教学的发展性品质势在必行，而实施深度教学则是课堂教学改革的根本基础和方向。深度教学并不追求教学内容的深度和难度，而是相对于知识的内在构成要素而言，知识教学不停留在符号层面，丰富教学的层次，实现知识教学的丰富价值。有研究者指出，“学科素养的培育在很大程度上需要通过深度学习来实现”。本文中，笔者将通过“探究影响光合作用的因素”这一课例，进行基于核心素养的深度教学探索，以供广大一线教师参考。

一、教学目标

（1）明确影响光合作用的内在因素和外在因素。（2）通过自主探究，初步认识不同环境因素对光合作用的影响，学会科学研究的一般方法，形成科学的理性思维和探究本领。（3）能够将所学知识与实际生活相联系，解决生产生活的实际问题，认识科学知识重要价值的同时，增强学习的使命感与责任感。

二、教学过程

（一）歌曲导入，温故知新

以《青花瓷》为背景音乐，将光合作用过程编成“光合歌曲”，鼓励学生一起哼唱，在熟悉的旋律中重温光合作用过程。这一环节可有效激发学生学习热情，以不同的方式迅速将学生带入熟悉的情境，帮助学生完成已有知识体系的重新建构。教师进一步展示光合作用过程图，引导学生自主分析讨论影响光合作用的因素，完成引入环节。

（二）明确目的，分析变量

以“光照强度对光合作用的影响”为例，组织学生开展实验探究。设置问题串引导学生思考实验变量相关问题：实验目的是什么？实验的自变量是什么？依据所给材料如何控制自变量？实验的因变量是什么？因变量的检测指标有哪些？哪一指标更容易检测？实验的无关变量有哪些？如何控制无关变量？如何保证二氧化碳浓度相同且适宜？实验的假设是什么？预期结果怎样？通过一系列的问题串，引导学生运用已有知识解决新的情境问题，同时掌握科学研究的基本思维方式。

（三）知识拓展，模型建构

在上述分析的基础上，教师给出一系列实验材料、用具，要求学生以小组为单位设计实验装置。鼓励学生通过“酶”和“细胞呼吸”有关实验的学习，完成知识的拓展建构，培养学生的综合运用能力。由“酶的高效性实验”，学生提出运用水生植物开展实验，观察水中气泡生成情况；由“探究细胞呼吸方式实验”，学生改进实验装置，探究光合作用强度。还有的小组利用初中化学学习的排水法收集气体，比较光合作用强度。最终通过组间评价交流，提出最佳实验方案。

学生的有些思路确实超出了教师的预设，但这也是深度教学的精彩之处。给学生足够的时间和空间，他们可以创造出无限可能。简单的一个设计过程，反映了他们对原有知识的理解和应用能力，也培养了他们的想象力和创造力。这一环节的小组合作，可以实现集思广益，有效降低活动的难度。

（四）科学探究，观察记录

给出“叶片排气法”检测光合作用强度的新方法，指导实验小组利用此方法开展实验探究。为保证实验效果，教师提前做好预实验，帮助学生确定最佳碳酸氢钠浓度等无关变量条件。学生通过亲自动手操作，感知叶肉细胞间隙排气后小圆叶片会下沉的生命现象，体会实验中严格控制变量的重要性，理解单位时间内小圆叶片上浮数量可表示光合作用强度的原理。当观察到第一片叶片浮起来的时候，学生都异常兴奋。教师则顺势指导学生做好定性和定量观察。学生观察到小叶片周围有气泡附着，气泡逐渐增多，叶片上浮，记录下相同时间内不同光照强度下烧杯中叶片上浮数量。教师通过Excel表格记录各组数据，进而将结果转换为更为直观的曲线图。学生可以更为直观地认识到，在一定范围内，随光照增强光合作用增强的实验结果。这一设计环节，不仅使学生在理解实验原理的基础上掌握了科学研究的一般方法，还有效激发了学生的探究兴趣，有利于学生严谨科学态度的养成。

（五）深度思考，改进完善

在展示学生实验结果的同时，教师展示预期的实验结果曲线进行比较，形成新的认知冲突。

图1 光照影响光合作用强度实验结果

图2 预期实验结果

学生分析结果与预期不相符的原因：设置光照强度梯度太大，实验组数太少等。引导学生思考如何改进实验，如何更好地检测光照强度，记录实验结果。在学生讨论的基础上，展示利用手机光敏元件检测光照强度，细化实验变量梯度的实验记录结果，与预期结果吻合。就此，学生不仅明确了光照强度对光合作用的影响，而且也在活动中认识到科学实验的开展既需要科学严谨的实验设计思路，也需要严格规范的实验操作过程，更离不开实验结果的准确记录和理性分析。其中，利用曲线图展示实验结果虽然更为直观，但实验组数过少时易出现偏差。这一教学环节有效培养了学生的理性思维和科学探究能力。

（六）思维碰撞，观念养成

兴趣小组同学展示自己设计的实验装置，用以“探究二氧化碳浓度对光合作用影响”并解释实验原理、过程及结果。将兴趣小组的实验结果与二氧化碳的实际影响曲线进行对比展示。

图3 二氧化碳浓度影响光合作用的实验结果

图4 预期实验结果

学生比较两组曲线的起点、折点、走势及终点的不同，并逐一分析原因。其中包括：二氧化碳碳浓度梯度过大，细化浓度梯度才能准确显示环境二氧化碳达到一定浓度才开始光合作用；在一定浓度范围内，也应该存在二氧化碳饱和现象；兴趣小组的第四组实验并不是错误数据，有可能是碳酸氢钠浓度过高导致细胞失水，影响了光合作用强度；等等。教师对学生的分析及时给予肯定，同时引出无机盐、水、温度等其他因素对光合作用的影响，以及它们在农业生产中的控制与应用。学生通过这一环节的学习，明确植物生长同时受到多种环境因素的影响，认真学习理论知识和先进的科学技术，未来才可以更好地改善植物生长环境、改良作物自身品质，也才能像袁隆平爷爷那样更好地造福全人类。

三、教学反思

（一）借鉴发扬之处

本节课以实验教学内容为载体，以深度教学理论为支撑，开展教学尝试。一方面打破了常规课堂只讲实验、看实验的做法，设法让学生深度参与整个实验教学，使其能够以研究者的姿态亲历整个探究过程，并在规划设计、动手操作和结果分析的完整过程中形成科学的思维方式，掌握科学探究的一般方法。另一方面，在教学中教师注重引导学生采用多样化的方式进行学习。运用歌曲的哼唱回顾知识，运用元认知在新的情境中完成模型建构，运用实验结果的偏差形成认知冲突，进而对其进行合理解释和进一步完善。这些过程使学生既能获得对学科知识的深刻认识，又能发展“批判性思维”和“创新能力”等核心素养。

（二）推敲改进之处

本节课中“其他影响光合作用的因素”这一教学环节时间有些仓促，没有给学生足够的思考和活动的空间，建议可以采用导学案的方式，让学生通过预习提前查找一些相关资料，以弥补课上时间的不足。

综上所述，深度教学倡导课堂教学立足于真实情境之中，以解决实际问题为出发点，引导学生采用多样化的方式进行学习，使其获得高阶思维和探究能力。正如有关研究指出的，不同类型的活动与人的不同方面的发展之间存在明显的相关对应性，特定内容的需要、价值取向、智能发展、情感体验、审美感受等，需要以特定形态的活动去培养。用多样化的方式进行学习，就会增加对知识理解的丰富性、灵活性，就能使知识学习超越知识本身，获得多种素养。