基于模型建構(gòu)的光合呼吸類綜合題教學(xué)策略

光合作用和呼吸作用在高中生物必修一模塊的教學(xué)中占據(jù)著舉足輕重的地位，不僅是一輪復(fù)習(xí)中學(xué)生遇到的第一個(gè)難點(diǎn)，也是每年高考中必考的題目之一。光合和呼吸作用的過(guò)程紛繁復(fù)雜，常常讓學(xué)生在分析時(shí)顧此失彼。如何在教學(xué)過(guò)程中采用行之有效的方法，幫助學(xué)生梳理零散的知識(shí)點(diǎn)，從而在面對(duì)此類問(wèn)題時(shí)思路清晰并充滿自信，是每名生物教師都應(yīng)該思考的問(wèn)題。一、模型建構(gòu)在生物教學(xué)中的意義模型與建模是科學(xué)思維的內(nèi)容之一，也是落實(shí)生物學(xué)科核心素養(yǎng)的方法之一[1]。模型建構(gòu)是抽象問(wèn)題具體化思想最重要的體現(xiàn)，這一方法最早出現(xiàn)在細(xì)胞核一節(jié)。《普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》（以下簡(jiǎn)稱新課標(biāo)）對(duì)這一方法提出了明確要求：學(xué)生完成本模塊學(xué)習(xí)后，要能夠建立并使用細(xì)胞模型，闡明細(xì)胞各部分結(jié)構(gòu)通過(guò)分工與合作形成相互協(xié)調(diào)的有機(jī)整體，實(shí)現(xiàn)細(xì)胞水平的各項(xiàng)生命活動(dòng)[2]。顯然，學(xué)會(huì)構(gòu)建合適的模型，對(duì)于解決生物問(wèn)題，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維和科學(xué)探究，以及樹(shù)立正確的生命觀念都大有裨益[3]。二、光合呼吸綜合類問(wèn)題教學(xué)難度分析呼吸作用是除病毒外所有生物都要進(jìn)行的異化作用，而光合作用是綠色植物制造有機(jī)物儲(chǔ)存光能的唯一途徑，這部分內(nèi)容在細(xì)胞代謝中十分重要。新課標(biāo)對(duì)這部分內(nèi)容的要求是：從物質(zhì)與能量視角，探索光合作用與呼吸作用，闡明細(xì)胞生命活動(dòng)過(guò)程中貫穿著物質(zhì)與能量的變化。其中著重體現(xiàn)了對(duì)科學(xué)思維、科學(xué)探究和生命觀念的考查。這兩個(gè)生理過(guò)程需要眾多的分子參與，物質(zhì)代謝和能量代謝相互依存不可分割。高中階段的學(xué)習(xí)內(nèi)容只是高度概括，動(dòng)態(tài)的反應(yīng)過(guò)程更不可能通過(guò)顯微鏡直接觀察，雖然很多深層次的理論并不需要高中生學(xué)習(xí)和掌握，但這也給教與學(xué)留下了不少懸念，即便是高三的學(xué)生，也容易問(wèn)題頻出，在處理習(xí)題時(shí)，教師如果引導(dǎo)不當(dāng)，很容易陷入進(jìn)退兩難的尷尬境地?；谝陨戏治觯瑢⒛Ｐ徒?gòu)與光合呼吸相結(jié)合，用三種模型的“線、形、數(shù)”直觀地使細(xì)胞代謝過(guò)程具體化，能夠使能量交換可視化，取得事半功倍的效果。三、教學(xué)策略分析按照光合呼吸綜合問(wèn)題的考查角度，教師可以將其分成過(guò)程類、細(xì)胞器類和曲線類。過(guò)程類問(wèn)題考查光合及呼吸作用的場(chǎng)所、反應(yīng)物生成物以及方程式等細(xì)節(jié)，適合與概念模型結(jié)合起來(lái)，讓學(xué)生通過(guò)繪制思維導(dǎo)圖將散點(diǎn)式的知識(shí)系統(tǒng)化、有序化，對(duì)于一輪復(fù)習(xí)中的高三學(xué)生來(lái)講，這也是溫故知新的重要方式；細(xì)胞器類問(wèn)題著重考查參與這兩個(gè)生理過(guò)程的葉綠體和線粒體之間的關(guān)系，由于這兩種細(xì)胞器的相對(duì)獨(dú)立性，而且繪圖方便，教師可以通過(guò)構(gòu)建物理模型來(lái)幫助學(xué)生理解光合呼吸的聯(lián)系；曲線類問(wèn)題難度較大，“光補(bǔ)償點(diǎn)”“光飽和點(diǎn)”“光合午休”等復(fù)雜問(wèn)題均可體現(xiàn)在曲線變化中，因此利用數(shù)學(xué)模型既方便得出答案，又可以培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維。從教學(xué)流程上看，由于學(xué)生剛剛復(fù)習(xí)完基礎(chǔ)知識(shí)，因此三類問(wèn)題對(duì)應(yīng)的模型建構(gòu)過(guò)程適合學(xué)生課前小組合作完成，但綜合運(yùn)用需要教師在課堂上引導(dǎo)。結(jié)合智慧教學(xué)平臺(tái)，采用項(xiàng)目化學(xué)習(xí)的方式，先學(xué)后教、難易分明。四、教學(xué)過(guò)程（一）課前導(dǎo)學(xué)教師按照組間同質(zhì)、組內(nèi)異質(zhì)的原則將班級(jí)劃分為四個(gè)小組，通過(guò)智慧教學(xué)平臺(tái)推送資源包至學(xué)生平板電腦，創(chuàng)設(shè)驅(qū)動(dòng)性問(wèn)題：如何從不同維度構(gòu)建光合作用和細(xì)胞呼吸關(guān)系的生物學(xué)模型？引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、合作探究。學(xué)生根據(jù)對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解構(gòu)建光合作用和有氧呼吸關(guān)系的思維導(dǎo)圖，即概念模型；之后依據(jù)概念模型構(gòu)建不同光照強(qiáng)度下，葉肉細(xì)胞內(nèi)線粒體與葉綠體之間的氣體交換示意圖，即物理模型；再依據(jù)物理模型構(gòu)建不同光照強(qiáng)度下，光合速率與呼吸速率關(guān)系的坐標(biāo)曲線圖，即建構(gòu)數(shù)學(xué)模型。每位學(xué)生將三種模型構(gòu)建完畢后，拍照上傳，教師收集整理，了解學(xué)情，并在教師端對(duì)學(xué)生提交的作品進(jìn)行指導(dǎo)，學(xué)生構(gòu)建的概念模型雖然形式不完全相同，但基本是圍繞光合呼吸的核心知識(shí)，達(dá)到了復(fù)習(xí)的效果，而物理模型的建構(gòu)主要表現(xiàn)在光合和呼吸強(qiáng)度相等或不相等時(shí)氣體的流向，還有一些學(xué)生構(gòu)建了一晝夜中光合速率的變化曲線，舉一反三地完成了數(shù)學(xué)模型。通過(guò)課前的合作探究充分喚起了學(xué)生的求知欲，提高了學(xué)習(xí)興趣，鍛煉了思維能力。（二）課中研學(xué)1.小組展示和匯報(bào)每個(gè)小組通過(guò)評(píng)論與修訂完善一套作品進(jìn)行課堂展示，并闡述設(shè)計(jì)理念，同時(shí)針對(duì)構(gòu)建模型過(guò)程中存在的問(wèn)題開(kāi)展討論，進(jìn)行組間互評(píng)。教師及時(shí)點(diǎn)評(píng)并講解思維導(dǎo)圖的繪制方法和注意事項(xiàng)，最后強(qiáng)調(diào)思維導(dǎo)圖這種概念模型不能流于形式，應(yīng)該結(jié)合實(shí)際繪制，細(xì)胞器間的物理模型和曲線類數(shù)學(xué)模型也是如此，不能盲目追求美觀而忽視其實(shí)用性。這一環(huán)節(jié)與課前相結(jié)合，重在培養(yǎng)學(xué)生的合作意識(shí)和創(chuàng)新精神，提升教與學(xué)的高效性。學(xué)生掌握了建構(gòu)三類模型的思路和方法，也有效突破了本節(jié)課的教學(xué)重點(diǎn)。2.高考題針對(duì)性檢驗(yàn)項(xiàng)目化學(xué)習(xí)的重要理念在于學(xué)習(xí)在課前而提升在課中，因此課前任務(wù)完成后，教師分別針對(duì)三種模型匹配高考題，讓學(xué)生課堂思考、討論并通過(guò)智慧教學(xué)平臺(tái)提交答案，檢驗(yàn)學(xué)生解決問(wèn)題的能力，最終由小組代表為全班同學(xué)講解。首先，教師展示2017年新課標(biāo)Ⅱ卷第29題：本題針對(duì)光合與呼吸作用中的各個(gè)階段設(shè)置問(wèn)題，以糖類將兩大生理過(guò)程聯(lián)系在一起，由于學(xué)生認(rèn)真構(gòu)建了概念模型，對(duì)光反應(yīng)、暗反應(yīng)和有氧呼吸的三個(gè)階段已經(jīng)做了充分的復(fù)習(xí)，并對(duì)有氧呼吸只發(fā)生在線粒體這一誤區(qū)做了糾正，因此問(wèn)題迎刃而解。解決高考題可以給學(xué)生注入極大的信心，對(duì)于提升學(xué)生分析問(wèn)題的能力也有明顯的作用。而針對(duì)物理模型，教師展示了2015年重慶卷的第4題：學(xué)生構(gòu)建完物理模型后已經(jīng)對(duì)兩種細(xì)胞器的功能和聯(lián)系有了全面的認(rèn)識(shí)，分析問(wèn)題時(shí)也能胸有成竹。對(duì)于學(xué)生表述中出現(xiàn)的“光反應(yīng)發(fā)生在葉綠體內(nèi)膜”等錯(cuò)誤，教師及時(shí)更正，個(gè)別學(xué)生對(duì)于選項(xiàng)中出現(xiàn)的“光補(bǔ)償點(diǎn)”“光飽和點(diǎn)”等名詞提出問(wèn)題，由于涉及數(shù)學(xué)模型，教師可以因勢(shì)利導(dǎo)展示2018年全國(guó)Ⅰ卷第30題：學(xué)生講解時(shí)，教師發(fā)現(xiàn)“陰生植物”“陽(yáng)生植物”等概念表述不清，而一些學(xué)生對(duì)于“光合午休”的原因解釋不清楚，教師進(jìn)行了修正，給出標(biāo)準(zhǔn)答案，使得學(xué)生豁然開(kāi)朗。建構(gòu)主義的學(xué)習(xí)理論認(rèn)為學(xué)習(xí)是學(xué)習(xí)者通過(guò)新、舊知識(shí)經(jīng)驗(yàn)的相互作用，來(lái)形成、豐富和調(diào)整自己的認(rèn)知結(jié)構(gòu)的過(guò)程[4]。通過(guò)對(duì)三類模型的相關(guān)高考題的分析，學(xué)生已經(jīng)能熟練運(yùn)用構(gòu)建的模型分析和解決新問(wèn)題，豐富了自己的解題經(jīng)驗(yàn)，認(rèn)知水平得到有效提升。（三）課后拓學(xué)學(xué)生進(jìn)一步完善光合作用和細(xì)胞呼吸關(guān)系的思維導(dǎo)圖，獨(dú)立思考2014年四川卷第6題創(chuàng)設(shè)的問(wèn)題情境，通過(guò)分析兩種植物單作和間作下光合速率變化曲線獲得的新知，完成對(duì)不同形式模型的思維整合，嘗試?yán)媚Ｐ椭兴N(yùn)含的生物學(xué)知識(shí)解決更復(fù)雜的生物學(xué)問(wèn)題，如光補(bǔ)償點(diǎn)、光飽和點(diǎn)和液滴移動(dòng)類問(wèn)題，提升學(xué)生的必備品格和關(guān)鍵能力，將素養(yǎng)轉(zhuǎn)化