基于实验建构生物学概念的单元整体教学实践

许婷

《普通高中生物学课程标准（2017年版）》（以下简称《课程标准》）在教学建议处提出：“组织以探究为特点的主动学习是落实生物学学科核心素养的关键”“实验教学是促成学生达成生物学学科核心素养的重要支撑”。基于实验建构生物学概念，能具象化概念的形成过程，培养学生的科学精神和实践能力，是落实生物学学科核心素养的重要路径之一。单元整体教学对课时教学设计的有效整合，可以帮助学生“既见树木又见森林”。笔者尝试对人教版生物学教材《选择性必修1·稳态与调节》中第五章的教材顺序进行重构，基于第三节的实验“探索生长素类调节剂促进插条生根的最适浓度”建构第一节的生物学概念“生长素的生理作用”。

1《课程标准》与教材分析

1.1《课程标准》分析

“生长素的生理作用”在课程标准中属于三层概念体系中的次位概念——“生长素在调节植物生长时表现出两重性，既能促进生长，也能抑制生长”。

1.2教材分析

“生长素的生理作用”位于2019年人教版高中生物学教材《选择性必修1·稳态与调节》第五章第一节“植物生长素”。激素调节是植物调节自身生命活动的重要方式，是本章节的重点内容之一。“探索生长素类调节剂促进插条生根的最适浓度”位于同一章的第三节“植物生长调节剂的作用”，是该节中的探究实验。

2学情与学生分析

2.1学情分析

学生通过选择性必修1前四章的学习，认识到“稳态既是一种状态，也是一种能力”，初步形成关于动物内环境调节的前科学概念，具备一定信息与调控观念、稳态与平衡观念，为第五章“植物生命活动调节”的学习做好了知识铺垫。第五章第一节“植物生长素”阐述了生长素的生理作用，内容相对抽象。笔者利用第三节“植物生长调节剂的应用”中的探究实验来建构第一节的生物学概念“生长素的生理作用”，紧密联系学生生活实际，用具体生物学事实逐级建构概念，符合课本的知识逻辑和学生学习的心理逻辑。

2.2学生分析本节新授课面向的高二年级上学期的学生，研究

表明，高二年级的学生逻辑思维能力、推理能力基本成熟，是思维发展的成熟期，思维可塑性强、动手能力强、对实验有较强兴趣和好奇心，适合开展基于实验的概念教学。

3教学策略

3.1单元整体教学

单元整体教学设计是在系统观指导下，一种打破课时思维的、介于课程规划与课时教学设计之间的、中观层面的教学设计。它是对课时教学设计的有效整合，有助于教师突破“只见树木不见森林”的课时思维，转变教师只注重零散知识点落实的传统课堂教学理念，帮助教师从“长时段”整体筹划学科教学，注重知识的整体性、进阶性和生成性。笔者以第三节的实验为第一课时，由生物兴趣小组完成实验，并将兴趣小组的实验过程、实验结果作为素材，引导学生完成第二课时“生长素的生理作用”这一概念的建构（图1）。

3.2“五构”概念教学法

教师将重要概念“解构”为若干个次位概念的课时“学习图谱”，明确单元整体教学目标与路径;设计“情境—问题—实验—迁移”的课时教学主线，通过创设情境，初构概念;实验探究，重构概念;建构模型，架构概念;批判思维，创构概念。即通过“解构-初构-重构-架构-创构”5个步骤建构概念。

4教学目标与重难点

4.1教学目标

1通过探究生长素类调节剂促进插条生根最适浓度的实验，基于生物学事实，建构生物学概念”生长素的生理作用“，形成信息与调控观。

2运用归纳与概括、演绎与推理等科学思维方式理解生长素的生理作用，建構植物生长素作用的概念模型，培养科学思维能力。

3通过设计探究实验的自变量、因变量、无关变量、总结实验设计原则等，分析实验数据，体验实验探究中依据事实得出实验结论的过程，归纳总结生长素的作用特点，发展科学探究能力。

4运用生长素生理作用的特点，解释与生长素调节作用有关的生命现象，并尝试利用生长素的作用原理指导生产实践。

4.2重点和难点

分析实验数据，得出实验结论，培养科学思维，建构概念“生长素的生理作用”。

5教学过程5.1课前实验

由生物兴趣小组提前一周进行实验准备和实施，包括网上购买生根粉（主要成分为α-萘乙酸）、比较和选择实验材料（最终选定为大蒜和合果芋）、设计实验方案、准备实验器材等。

5.2情境引入

教师播放植物根的向地生长的动态视频及展示植物根的向地生长图片，引导学生思考，进行思维预热：为什么植物平放于地面时，其根会向地性生长，而茎却背地性生长？

5.3“五构”概念

5.3.1解构概念

教师按图2所示解构概念，梳理“生长素的生理作用”在概念体系中的位置。

5.3.2初构概念

教师依据教材上的“生长素浓度与植物不同器官生长反应的关系示意图”，设置问题串：对不同的器官，生长素促进生长的最适浓度时否相同？对同一器官，生长素的作用与浓度有什么关系？学生观察示意图，得出：根对生长素最敏感，其次是芽和茎;对于同一器官，低浓度促进生长，高浓度抑制生长。并依据结论，初步形成“生长素具有生理作用”的概念。

5.3.3重构概念

生物兴趣小组学生依据大蒜的生根情况，简述探究实验“探索生长素类调节剂促进插条生根的最适浓度”的具体过程，通过实验分析、实验结果、实验结论，重构生物学概念“生长素的生理作用”。

试验分析和实施：依据控制变量原则、对照实验原则和平行重复原则，设定自变量为生根粉溶液的不同浓度（分别稀释50、100、200、300、400、500倍）;因变量为大蒜的生根情况;无关变量为温度、浸泡时间等。将大蒜分别在蒸馏水和一系列浓度梯度的生根粉溶液中沾蘸30s，放在装满水的试管上方培养。每一浓度设置3枚大蒜或3株合果芋，最终生根情况取平均值，减少误差。

实验结果讨论及分析：与空白对照组相比，生根粉稀释200倍、300倍、400倍后对大蒜的生根有明显的促进作用，稀释50倍、100倍时对大蒜生根的促进或抑制作用不明显。合果芋仅有生根粉稀释400倍组生根，其余组均生根不明显或没有生根。教师引导学生思考产生这样实验结果的可能原因。

依据实验结果，学生能够得出“低浓度促进生长”的实验结论，但无法得出“高浓度抑制生长的”实验结论。基于已有实验结果，教师抓住课堂生成性问题，发展学生的批判性思维，引导学生探讨：实验结果没有体现“高浓度抑制生长”，原因可能有哪些？学生讨论出：1实验材料对生长素敏感度;2平行重复材料的数量是否合理;3稀释的倍数梯度，即数量级的差别。最后，学生得出结论：大蒜较合果芋更适合作为实验材料;本实验未体现数量级差别的浓度梯度，导致实验现象不明显，实验结论还需结合后续实验进一步完善。

5.3.4架构概念

在合理解释根的向地性现象的基础上，教师引导学生进一步探究“生长素生理作用”的机制，提供资料：科学家在对于黄花豌豆幼苗切断的实验研究中发现，低浓度的生长素促进细胞的伸长，但生长素浓度增高到一定值，就会促进切断中乙烯的合成，而乙烯含量增高，反过来抑制了生长素促进切断细胞伸长的作用。学生尝试建构“生长素的生理作用”概念模型（图3），架构概念。

5.3.5创构概念

教师向学生介绍：“生长素的生理作用”这一概念原先的表述为“生长素的两重性”。并要求学生结合上述阅读材料，讨论概念转变的原因，发展学生的批判性思维。

在教师的引导下，学生认识到两重性是指事物本身所固有的互相矛盾的两种属性，更强调事物同时具有两种互相对立的性质。而促进生长和抑制生长是植物对生长素的响应结果，并非生长素本身的性质。生长素之所以表现出这样的特点，是通过不同通路调控生长的结果。适宜浓度的生长素促进细胞伸长，而生长素诱导可产生乙烯，高浓度生长素产生的抑制作用，多数情况下是乙烯的效应。显然，生長素是一种信息分子，对植物的生命活动起调节作用，批判性、创造性地建构概念“生长素的生理作用”（图4）。

5.4指导实践

概念的生成离不开扩展和外化，最好的巩固方式就是将生物学概念迁移运用到实际生活中，用生物学概念指导生产生活实践。教师引导学生从生长素极性运输的角度分组讨论顶端优势的成因，以及顶端优势茶树修枝、棉花去顶等：在农业和园林中的应用。另外，教师还要引导讨论生长素类调节剂的运用：防止果实和叶片的脱落、促进结实;获得无子果实;作为除草剂等。

6教学反思

本节课将课本的单元内容进行重构，基于第三节实验的直观现象和结论来建构第一节的生物学概念，更接近概念形成的真实情境。教师通过“五构”教学法帮助学生对概念的理解逐步递进，在此过程中依据生成性的实验结果培养批判性思维，并联系生活实际，用生物学概念指导生产实践，顺利形成信息与调控观、稳态与平衡观，体现了生物学的独特育人价值，培养了学生的生物学学科核心素养。

参考文献：

[1]林崇德.中学生心理学[M].北京：中国轻工业出版社，2018.

[2]周初霞“.五构概念”教学法在生物学单元整体教学中的实践研究[J].生物学教学，2021，46（5）：5-8.