基于任务驱动的生物学重要概念建构

廖涌权

关键词：任务驱动；重要概念；系统建构；蒸腾作用

文章编号：1003-7586（2024）01-0006-04 中图分类号：G633.91 文献标识码：B

《义务教育生物学课程标准（2022年版）》（以下简称“新课标”）提出了“核心素养为宗旨”“内容聚焦大概念”“教学过程重实践”等课程理念，使科学探究在课程中的地位进一步确认和加强，也让概念教学有了进一步深化。这就要求教师在教学过程中，应以重要概念为中心创设真实情境，并设置恰当的学习任务，促进学生主动参与科学探究活动，再结合能够促进思维发展的问题情境，引导学生在分析、综合和推理的过程中深刻理解并系统建构重要概念，并在应用概念解决真实情境中的复杂问题的过程中，发展核心素养。

1重要概念解析

生物学单元教学中，教师应该注重教学内容的层次性和结构性。

以重要概念为中心，梳理各级概念性知识、事实性知识之间的关系，搭建单元教学内容框架，如图1所示，便于教师整体把握单元内的概念内容和概念间的关系，帮助教师进行教学资源的合理调配和有针对性地设计学习任务，以系统建构重要概念。

2明晰任务，建构概念

生物学学科核心素养是学生在学科学习过程中逐渐发展起来的正确价值观、必备品格和关键能力。核心素养与情境不可分离。基于对单元教学内容和教学目标的分析，教师可通过《最美的青春》视频片段创设单元教学情境，展现塞罕坝今昔对比景象，呈现关键信息：塞罕坝人潜心研究，摸索出培育“大胡子、矮胖子”的优质壮苗技术，采取合理的方式进行育苗移栽造林；在降水并不充沛的坝上高原，塞罕坝人营造起万顷林海，改变了区域内的气候条件；塞罕坝林场建设者集体获得联合国环保领域的最高荣誉——地球卫士奖。然后，引导学生置身于塞罕坝建设之初面临移栽树苗存活率低的困难情境，赋予其林场建设工程师的角色，给定其为扩绿造林给予技术指导的单元大任务，实现教学内容情境化。

生物学单元教学应注重以重要概念为中心的任务驱动。新课标在本主题对应的教学策略建议中指出：“引导学生通过观察、演示实验、探究实验等多种途径，探究和认识植物的光合作用、呼吸作用、蒸腾作用、吸收和运输等生理过程及其影响因素。”因此，教师应结合单元大任务，梳理出建构重要概念所需解决的关键问题：①植物体吸收的水分如何运输？②水分是如何从植物体散失的？③绿色植物的蒸腾作用有何意义？④绿色植物在生物圈的水循环中起什么作用？并以学生的认知基础作为教学起点，确定学习任务和科学探究活动，引导学生在动脑和动手相结合的实践过程中完成任务、解决问题。教师再通过启发性议题引发学生思考，逐层深入对概念的理解，以打通学生从概念建构到发展素养的通道，如表1所示。

2.1任务①：探究植物体内水分的运输

建构主义学习理论认为，学生形成新概念的过程，是在原有经验基础上形成新的意义建构，并融入原有的认知结构中。因此，设置本任务，可以增进学生的感性认识，为后续概念建构作铺垫。

活动：观察水分在植物体内的运输

教师可以设置前置任务，安排学生分组选用芹菜、带根白菜、带花百合植株等材料完成变色实验，也可以是用同样的植物材料、不同颜色的液体进行培养，丰富学生的体验。课上，教师组织学生观察变色植株的各个器官，并提出启发性议题：这些色素是通过什么结构运输到叶（花）的？它在植物体内是怎样分布的？再引导学生对根、茎、叶柄、叶脉等结构进行横切和纵切，借助放大镜观察染色情况，直观感受导管在各种器官中均有分布，并贯穿于植物体全身，明确其位置和功能。教师再通过展示各种导管在电子显微镜下的图片，帮助学生获得直观体验，初步形成概念：植物根部吸收的水和无机盐，通过导管向上运输，供植物利用。教师可以提出疑问：培养液中减少的水分都去哪儿了？自然过渡到任务②。

2.2任务②：探索蒸腾作用的过程

本任务是帮助学生建构重要概念的关键所在，是本单元学习的重点。探索蒸腾作用的过程，可以从植株蒸騰作用的宏观现象出发，引导学生提出问题，再通过探究叶片细胞水平的结构去理解。

活动：观察植物的蒸腾作用

教师可以设置演示实验，给学生宏观呈现蒸腾作用的过程，引导其观察、比较两组锥形瓶中液面的变化，明确水分主要通过植物的叶片散失，实验装置见图2。再通过问题“为什么我们难以用肉眼直接观察水分从叶片散失的过程？”引发学生思考。结合对塑料袋内侧水滴的分析，形成蒸腾作用的概念：水分从活的植物体表面以水蒸气状态散失到大气中的过程。

新课标在教学策略建议中指出：“结合学生的生活经验，通过实例分析，引导学生关注植物生命活动的原理在生产生活中的实际应用。”因此，在建构“蒸腾作用”概念后，教师提出启发性议题：①春季造林为何要选择在树苗发芽前进行？②夏季造林时为何要剪除一部分枝叶？③为何最好选择在阴天或者傍晚移栽植物？④移栽菜苗和花草后，为何要遮阴？引发学生思考，并在迁移应用概念解决真实情境中的问题的过程中，巩固和强化概念，为完成单元大任务作铺垫。

活动：观察叶片的气孔分布

叶片是植物完成蒸腾作用的主要器官。对叶片形态结构的了解，是帮助学生理性认识蒸腾作用的基础，也是帮助学生建立结构功能观、进化适应观等生命观念的重要支撑。由于学生缺乏对气孔的认知经验，教师可以利用演示实验：将小白菜等陆生植物的叶片放入70℃左右的温水中，让学生观察现象，直观感受气孔的存在。再引导学生比较叶片正面和背面气泡数目的多少，得出叶片背面气孔数目多于正面的结论。教师顺势提出问题：气孔这样的分布特点有何意义？引导学生深度思考，并作出合理推测：“能够减少水分的耗散，是对陆地生活的一种适应”，帮助学生建立结构与功能相适应等生命观念。

活动：观察叶片的下表皮细胞

学生感知气孔的存在后，再让其观察气孔的结构、探究气孔开闭的原理，符合学生的认知规律。教师可以准备菠菜、韭菜等实验材料，让学生按照教材实验步骤制作叶下表皮临时装片。学生可以观察到气孔的形态以及保卫细胞与周围细胞在结构上的差异，但无法认识气孔开闭的原理。因此，教师可以引导学生先后使用质量浓度为0.3 g/mL的蔗糖溶液和清水浸润标本，观察保卫细胞的形态和气孔的状态变化，明确气孔开闭的原理。

活动：观察叶片的结构

教师在教学中，应该注重生活经验的引入，以之作为教学起点。树叶掉落是学生早已熟知的生命现象，但正面朝下还是背面朝下的概率更大则是学生没有思考过的。教师可以创设问题情境：据不完全统计，在不受人为因素影响的情况下，晚秋地面上某种植物的落叶大部分正面向下。以此作为探究情境，激发学生的求知欲，引导其观察叶片的结构，探寻其原因，能够激发其探究热情。

教师再讲解双刀切片法的操作要点，让学生制作临时切片并观察。多数学生初次进行实验时都无法制作高质量的切片，教师可以利用课前对小组长进行操作培训，并提供永久切片，以供无法成功制作临时装片的学生观察。教师再将学生制作的优秀切片通过数码显微镜呈现到屏幕上，引导学生根据气孔数目的多少区分上、下表皮。适当拓展栅栏组织和海绵组织的知识，引导学生从叶片结构方面去解释树叶正面朝下概率更大的原因，从结构与功能的视角认识叶片的结构，有利于学生高阶思维的形成。

2.3任务③：探讨蒸腾作用的意义

通过任务①和②，学生深刻领悟了水分进出植物体的过程，但对蒸腾作用意义的认识还不全面，理解不够深入。教师可以通过设置以下学习活动，搭建学习支架逐层引导。

活动：探讨蒸腾作用对植物体自身的意义

教师提出问题：植物吸收的水分95%～99%通过蒸腾作用散失，这是不是对水资源的浪费？如果没有蒸腾作用，植物将会面临哪些问题？引导学生结合生活经验和已建构的概念尝试回答，教师及时评价，并指导其梳理、总结出蒸腾作用对植物体自身的意义。

活动：探究蒸腾作用的意义

教师呈现资料：塞罕坝林区的夏季气温一般不超过25℃，较北京同期气温偏低10℃以上；近几十年来，在华北地区降水量普遍减少的情况下，塞罕坝林区降水量不降反增。教师引导学生发现问题并做出假设：蒸腾作用能够降低环境温度、增加大气降水（湿度）。长沙县百熙实验学校的李媚琳老师设计了以下教学方案引导学生进行探究。

教师为学生提供以下实验装置（器材）：2组用锥形瓶水培的铜钱草（用植物油液封水面）、3个塑料收纳箱、3个电子数显温湿计、1瓶清水（喷瓶）、1瓶蒸腾抑制剂溶液（喷瓶，能在叶片表面形成一层保护膜，封闭气孔），引导学生分析实验变量和需要控制的无关变量，分组讨论设计实验方案，在小组派代表交流后修正实验方案，组装实验装置。由于实验数据获取耗时较长，教师可以呈现已经获得的实验数据引导学生讨论，如表2所示。

学生通过分析数据可知，喷施清水组的湿度较喷施蒸腾抑制剂组明显升高，但温度差别不大。教师可引导学生分析误差来源，再呈现资料：1g水在20℃条件下化为水蒸气吸收热量约为2450J，森林的蒸腾作用使得林区夏季气温比非林区低3～4℃，空气湿度增加157%～300%。教师引导学生基于证据进行逻辑推理，得出结论：蒸腾作用能够增加大气湿度，降低环境温度。本活动促使学生认同扩绿造林的价值，主动参与到护绿扩绿的行动中。

活动：绘制绿色植物参与水循环的示意图

学生在明确蒸腾作用的过程和意义后，教师应引导其将视野扩大到生物圈，探讨蒸腾作用在生物圈中的意义，并绘制绿色植物参与水循环的示意图，以建构“植物通过对水的吸收和散失，参与生物圈中的水循环”这一次位概念。然后，教师通过播放纪录片《被点亮的星球》中有关亚马孙雨林的片段帮助学生梳理、统整已建构的次位概念，建构重要概念。

2.4任务④：为塞罕坝扩绿造林献计献策

完成重要概念建构后，教師再引导学生回归单元情境中的大任务：以塞罕坝林场建设总工程师的身份为扩绿造林给予技术指导，并说出理论依据。如“大胡子、矮胖子”是在适当时机采取切除主根等措施，培育根须发达、苗体短粗的苗株，以便于水分的吸收和运输；春季造林要选择在树苗发芽前进行，夏季造林时要剪除一部分枝叶，减弱蒸腾作用散失水分；移栽后浇足水分、覆盖厚土石块等减少水分蒸发……充分调动学生的认知和情感，引导学生灵活应用概念解决真实情境中的复杂问题，践行“绿水青山就是金山银山”的理念，积极参与环境保护实践，立志成为美丽中国的建设者。

综上所述，以重要概念为中心，创设单元教学情境，梳理教学关键问题，并转化为循序渐进的学习任务，依托科学探究过程建构概念，实现课程内容情境化、结构化呈现，引导学生核心素养的发展，是帮助学生系统建构生物学重要概念的有效尝试。