“生物工作坊”課程單元整體教學(xué)設(shè)計(jì)實(shí)踐研究

摘要 簡(jiǎn)介了生物工作坊的概念，在“綠葉工作坊”為主題的單元課程教學(xué)設(shè)計(jì)中，從聚焦生物大概念開(kāi)發(fā)單元課程內(nèi)容，指向核心素養(yǎng)制訂單元整體學(xué)習(xí)目標(biāo)，開(kāi)發(fā)課時(shí)教學(xué)三方面論述生物工作坊課程單元整體教學(xué)設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞 生物工作坊 單元整體教學(xué) 教學(xué)設(shè)計(jì) 生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)

中圖分類(lèi)號(hào) G633.91

文獻(xiàn)標(biāo)志碼 B

生物工作坊以生命科學(xué)領(lǐng)域的內(nèi)容為主線，遵循學(xué)生認(rèn)知科學(xué)規(guī)律，針對(duì)學(xué)生現(xiàn)實(shí)生活中復(fù)雜的、非預(yù)測(cè)性的問(wèn)題，提供豐富的材料、研究工具及科學(xué)研究方法，通過(guò)實(shí)踐性、探究性和建構(gòu)性的學(xué)習(xí)方式，采取查閱文獻(xiàn)、收集資料、實(shí)施實(shí)驗(yàn)、收集數(shù)據(jù)、表達(dá)交流與成果展示等一系列探究活動(dòng)，在生命觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究和社會(huì)責(zé)任等方面發(fā)展學(xué)生的生物學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。生物工作坊是一種與生產(chǎn)實(shí)踐相關(guān)聯(lián)的、自主的、感性思維與理性思維相融合的制作室，是一種與學(xué)生生活相關(guān)聯(lián)的、物化表達(dá)的、與使用科學(xué)研究工具聯(lián)系在一起的活動(dòng)場(chǎng)，還是一種與科學(xué)實(shí)踐相關(guān)聯(lián)的、蘊(yùn)含交往的、自由表達(dá)的研究所。

“生物工作坊”課程單元整體教學(xué)設(shè)計(jì)是一種介于“生物工作坊”課程規(guī)劃與單一課時(shí)教學(xué)設(shè)計(jì)之間的中觀層面的教學(xué)設(shè)計(jì)。單元教學(xué)設(shè)計(jì)需要突破“只見(jiàn)樹(shù)木不見(jiàn)森林”的課時(shí)設(shè)計(jì)理念，向系統(tǒng)籌劃“周期長(zhǎng)”的生物工作坊課程設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)變，注重組織化、結(jié)構(gòu)化知識(shí)系統(tǒng)的建構(gòu)，契合了生物學(xué)科核心素養(yǎng)的形成不是一蹴而就的，而是螺旋式提升的特點(diǎn)。因此，“生物工作坊”課程要做好系統(tǒng)的課程規(guī)劃，在傳統(tǒng)課時(shí)教學(xué)設(shè)計(jì)之前要做好單元整體教學(xué)設(shè)計(jì)。

1聚焦生物學(xué)大概念，系統(tǒng)開(kāi)發(fā)“生物工作坊”課程單元課程內(nèi)容

“課程內(nèi)容聚焦生物學(xué)大概念”的理念，是當(dāng)前國(guó)內(nèi)外科學(xué)教育研究的熱點(diǎn)之一。生命觀念是在生物學(xué)大概念基礎(chǔ)上概括、提煉而來(lái)，生物學(xué)大概念是在若干個(gè)核心概念基礎(chǔ)上生成的，核心概念又是在若干個(gè)次位概念基礎(chǔ)上生成的。因此，“生物工作坊”課程內(nèi)容的開(kāi)發(fā)要依據(jù)生物學(xué)大概念生成“由淺入深、連續(xù)進(jìn)階”的邏輯理路，厘清各內(nèi)容間的邏輯關(guān)系、確立單元核心概念、設(shè)計(jì)概念進(jìn)階路徑、構(gòu)建單元核心概念體系。例如，在“綠葉工作坊”課程中以“葉的結(jié)構(gòu)功能與環(huán)境相適應(yīng)”為核心概念，以“菠菜葉結(jié)構(gòu)與環(huán)境的適應(yīng)性”“松針結(jié)構(gòu)與環(huán)境適應(yīng)性”“不同植物氣孔與環(huán)境的適應(yīng)性”和“同一植物氣孔與環(huán)境的適應(yīng)性”作為次要概念，課程的整體概念體系如圖1所示。

2指向形成生物學(xué)科核心素養(yǎng)，制訂單元整體學(xué)習(xí)目標(biāo)

1通過(guò)徒手切片制作松針葉橫切臨時(shí)裝片、顯微觀察裝片，描述松針的氣孔形態(tài)、結(jié)構(gòu)與類(lèi)型和“尋找松針是葉的證據(jù)”科學(xué)探案過(guò)程，逐步形成“質(zhì)疑—假設(shè)—證據(jù)—結(jié)論”的科學(xué)探究思路和松針葉結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的生命觀念，同時(shí)培養(yǎng)了質(zhì)疑精神和探究意識(shí)，提升科學(xué)探究和科學(xué)思維能力。

2通過(guò)“探究不同植物氣孔數(shù)量與分布”和“探究水培植物和土培植物氣孔數(shù)目變化”實(shí)驗(yàn)，分析評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案，學(xué)會(huì)利用顯微鏡觀察測(cè)量氣孔數(shù)目、統(tǒng)計(jì)并用圖表表述實(shí)驗(yàn)結(jié)果，形成植物氣孔的數(shù)量和分布與環(huán)境相適應(yīng)的生命觀，加深對(duì)“生物形態(tài)結(jié)構(gòu)與環(huán)境相統(tǒng)一”的認(rèn)識(shí)。

3通過(guò)“綠葉工作坊”，根據(jù)實(shí)驗(yàn)方法選擇實(shí)驗(yàn)材料，運(yùn)用所學(xué)知識(shí)、方法和技能?chē)L試解決新情境新問(wèn)題，在新情境中遷移運(yùn)用、批判理解、知識(shí)建構(gòu)等有意義的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)批判性思維能力，養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度。

3基于單元整體概念體系和學(xué)習(xí)目標(biāo)，開(kāi)發(fā)課時(shí)教學(xué)

單元整體教學(xué)設(shè)計(jì)的基本架構(gòu)是核心概念，以達(dá)成單元整體學(xué)習(xí)目標(biāo)為指向，而課時(shí)教學(xué)是發(fā)展生物學(xué)科核心素養(yǎng)的落腳點(diǎn)。單元整體課程分成若干課時(shí)，每課時(shí)設(shè)計(jì)基于情境提出問(wèn)題，呈現(xiàn)多樣化的材料，開(kāi)展自主、合作和探究等活動(dòng)，呈現(xiàn)探究等學(xué)習(xí)成果，體現(xiàn)單元概念、思想方法和價(jià)值觀的邏輯性、連續(xù)性和進(jìn)階性。

3.1課時(shí)1：菠菜葉片結(jié)構(gòu)和環(huán)境的適應(yīng)性

教師以古詩(shī)“泉眼無(wú)聲惜細(xì)流，樹(shù)蔭照水愛(ài)晴柔。小荷才露尖尖角，早有蜻蜓立上頭”為導(dǎo)入情境，提出問(wèn)題：1說(shuō)出古詩(shī)中有哪些因素影響植物生長(zhǎng)？2這些環(huán)境因素主要影響植物的哪些生理

活動(dòng)？3這些生理功能的完成主要依靠哪些器官？學(xué)生討論后，得出：1影響植物生長(zhǎng)的因素有陽(yáng)光、水、空氣、土壤、蜻蜓等。2陽(yáng)光主要影響植物的光合作用，水主要影響植物的蒸騰作用。3進(jìn)行光合作用和蒸騰作用的主要器官是葉。

教師追問(wèn)：1菠菜葉的結(jié)構(gòu)是如何與環(huán)境相適應(yīng)的？2觀察菠菜葉上下表面的顏色，嘗試解釋顏色差異的原因。3推測(cè)葉綠體在葉中的分布對(duì)于植物的意義。4葉片的形態(tài)是如何與光合作用相適應(yīng)的？學(xué)生思考，討論：1菠菜葉肉細(xì)胞中的葉綠體是光合作用的場(chǎng)所。菠菜葉表面的角質(zhì)層防止水份蒸發(fā)，菠菜葉表面的氣孔的張開(kāi)和閉合受保衛(wèi)細(xì)胞所控制，控制蒸騰作用。2靠近上表皮的葉肉細(xì)胞數(shù)量多，排列緊密，其內(nèi)葉綠體多，顏色深綠;靠近下表皮的葉肉細(xì)胞數(shù)量少，排列疏松，其內(nèi)葉綠體少，顏色淺綠。3菠菜葉正面朝陽(yáng)光，葉肉細(xì)胞數(shù)量多，葉綠體數(shù)量多，有利于進(jìn)行光合作用，體現(xiàn)菠菜葉對(duì)光資源的優(yōu)化配置。4菠菜葉片扁平，增加了受光面積，使得葉充分地接收光照。

設(shè)計(jì)意圖：教師擇古詩(shī)構(gòu)情境，激發(fā)學(xué)生情感和思維的雙重投入，使學(xué)生產(chǎn)生探而要學(xué)的需求和積極情緒，幫助學(xué)生建立生物與環(huán)境關(guān)系的整體認(rèn)識(shí)。通過(guò)問(wèn)題引領(lǐng)，學(xué)生不斷地積極知感、深入分析思考，不僅經(jīng)歷生物學(xué)知識(shí)產(chǎn)生的過(guò)程，還運(yùn)用生物學(xué)知識(shí)解釋和分析生命現(xiàn)象，初步感知“菠菜葉的結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)”的生命觀點(diǎn)。

3.2課時(shí)2：探究不同植物氣孔數(shù)量與分布

教師展示吊竹梅上表皮和下表皮臨時(shí)裝片顯微圖片，提出問(wèn)題：同是吊竹梅葉片制作的表皮臨時(shí)裝片，為什么上表皮沒(méi)有氣孔，下表皮有氣孔？引發(fā)學(xué)生對(duì)“植物氣孔數(shù)量與分布”的討論，引入探究。

學(xué)生課前查閱文獻(xiàn)資料，選擇不同生長(zhǎng)環(huán)境下的9種植物：水生挺水植物荷花、水生沉水植物苦草、陸生喜陽(yáng)植物金邊黃楊和香樟、陸生喜陰植物爬山虎和萬(wàn)年紅、陸生等面葉植物水稻和狗尾草。分組討論實(shí)驗(yàn)方案，確定實(shí)驗(yàn)步驟，設(shè)計(jì)探究不同植物氣孔數(shù)量與分布的實(shí)驗(yàn)任務(wù)單。有學(xué)生建議，因涉及到氣孔計(jì)數(shù)，表皮均選取靠近葉脈處。

學(xué)生分組制作臨時(shí)裝片，利用液晶數(shù)碼顯微鏡觀察、統(tǒng)計(jì)不同植物葉的上、下表皮氣孔數(shù)量，把實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)輸入騰訊文檔。教師將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)復(fù)制粘貼到提前編輯好的Excel表格中，求出平均值，生成柱狀圖。針對(duì)生成的柱狀圖，教師引導(dǎo)學(xué)生分析柱狀圖，分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)并總結(jié)9種植物氣孔分布規(guī)律。

學(xué)生結(jié)合實(shí)驗(yàn)任務(wù)單，對(duì)9種植物的氣孔分布規(guī)律進(jìn)行表達(dá)交流，認(rèn)識(shí)到不同植物氣孔的數(shù)量與分布是長(zhǎng)期適應(yīng)自然環(huán)境的結(jié)果，進(jìn)而更好地形成生物的形態(tài)結(jié)構(gòu)與環(huán)境相統(tǒng)一的生命觀念。

設(shè)計(jì)意圖：科學(xué)探究是奏響生物工作坊工作的主旋律，使學(xué)習(xí)真正成為學(xué)生生動(dòng)活潑自我需要。學(xué)生通過(guò)探究不同生長(zhǎng)環(huán)境下的9種植物氣孔的數(shù)量與分布，自然得出不同植物、同一植物的上下表皮氣孔的數(shù)量與分布特點(diǎn)與其環(huán)境相適應(yīng)的結(jié)論，進(jìn)而形成“進(jìn)化與適應(yīng)”的生命觀念。通過(guò)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和取平均值，并交流表達(dá)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，使得出的結(jié)論更為及時(shí)、可靠。

3.3課時(shí)3：松針結(jié)構(gòu)與環(huán)境的適應(yīng)性

教師提出問(wèn)題：1松針屬于松樹(shù)的什么器官？并說(shuō)明理由。2尋找證據(jù)，論證松針是器官葉。3如何能觀察到松針的結(jié)構(gòu)，并獲取證據(jù)。

學(xué)生根據(jù)松針為綠色，與莖的顏色有差異，推測(cè)松針是葉;尋找松針是否具有葉的基本結(jié)構(gòu)，如表皮、氣孔、葉肉和葉脈;制作松針橫切臨時(shí)裝片，仔細(xì)觀察，尋找證據(jù)。

教師追問(wèn)：1觀察結(jié)果是否與預(yù)測(cè)一樣，松針是否屬于葉？并進(jìn)行論證。2同樣是葉，為什么松針的形態(tài)結(jié)構(gòu)和菠菜葉不一樣呢？

學(xué)生分析、討論，得出：松針具有葉的基本結(jié)構(gòu)表皮、葉肉和葉脈，表皮中具有氣孔。松針的形態(tài)結(jié)構(gòu)和菠菜葉有差異主要原因是其生存環(huán)境不同。

教師呈現(xiàn)資料，引導(dǎo)學(xué)生思考：松柏樹(shù)原是寒帶和高山生長(zhǎng)的樹(shù)木，由于長(zhǎng)期在寒冷的環(huán)境中生活，形成了獨(dú)特的御寒結(jié)構(gòu)。松柏樹(shù)的葉一般都縮小呈針形、線形或鱗片形，由于葉片面積小，因而水分不容易蒸發(fā)散失，在冬季，雖然降水量減少，松柏樹(shù)也不會(huì)缺水而干枯，保證了樹(shù)木的生機(jī)永存。松樹(shù)能夠適應(yīng)怎樣嚴(yán)酷的環(huán)境？松針在結(jié)構(gòu)上是如何適應(yīng)寒冷干旱的環(huán)境的？

學(xué)生分析，得出：松樹(shù)能夠適應(yīng)寒冷、干旱的環(huán)境。松針可能表皮變厚、松針氣孔變少以適應(yīng)寒冷干旱的環(huán)境。并觀察松針葉橫切臨時(shí)裝片，進(jìn)一步觀察并比較松針與菠菜葉的結(jié)構(gòu)，是否與推測(cè)一致。

教師追問(wèn)：松針葉有哪些獨(dú)特的結(jié)構(gòu)與干旱環(huán)境相適應(yīng)？

學(xué)生回答：松針葉表皮變厚，氣孔內(nèi)陷，降低了蒸騰作用，減少水分蒸發(fā)。

教師引導(dǎo)學(xué)生思考：松針葉肉細(xì)胞排列緊密，細(xì)胞壁內(nèi)折使細(xì)胞邊緣加長(zhǎng)即細(xì)胞的周長(zhǎng)增加，葉綠體沿細(xì)胞的邊緣分布。松樹(shù)葉除了在結(jié)構(gòu)上發(fā)生了適應(yīng)性變化，在形態(tài)上如何適應(yīng)環(huán)境？松樹(shù)的葉呈針形，受光面就減小，它如何滿(mǎn)足松針對(duì)于光合作用的需求？

學(xué)生交流、討論，得出：1松樹(shù)葉呈針形，減少蒸騰作用。2松針數(shù)量多，從而使得葉綠體含量增加，滿(mǎn)足松針對(duì)于光合作用的需求。葉肉細(xì)胞的細(xì)胞壁內(nèi)折，葉綠體排列在細(xì)胞內(nèi)側(cè)邊緣，使葉綠體數(shù)量增加。

設(shè)計(jì)意圖：學(xué)生制作松針葉橫切臨時(shí)裝片，提升徒手切片技能;利用顯微鏡觀察，提升顯微觀察能力。并通過(guò)“尋找松針是葉的證據(jù)”的過(guò)程，在觀察比較中，激發(fā)聯(lián)系已有菠菜葉的結(jié)構(gòu)和功能相適應(yīng)的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)，在問(wèn)題引領(lǐng)下進(jìn)行抽絲剝繭式的分析，提出合理的猜想。在解釋和主張的碰撞交流中，學(xué)生培養(yǎng)了質(zhì)疑精神、探究意識(shí)及表達(dá)交流的能力。

3.4課時(shí)4：綠蘿葉片結(jié)構(gòu)對(duì)水分的適應(yīng)性綠葉工作坊的學(xué)生用水培綠蘿和土培綠蘿1個(gè)月。課上，這些學(xué)生展示實(shí)驗(yàn)：1摘取水培綠蘿和土培綠蘿上部任意狀態(tài)的第二片葉，分別在葉片中部靠近葉脈處撕取葉片上表皮，制成臨時(shí)裝片。2光學(xué)顯微鏡高倍鏡下（10×40）進(jìn)行觀測(cè)，隨機(jī)觀測(cè)1個(gè)視野的氣孔數(shù)目，并作記錄。教師提出問(wèn)題以上實(shí)驗(yàn)步驟是否有問(wèn)題？請(qǐng)指出。

教師引導(dǎo)學(xué)生修訂、評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)方案：1摘取綠蘿

長(zhǎng)勢(shì)相似的第二片健康葉，應(yīng)撕取其葉片的下表皮。2在高倍鏡下進(jìn)行觀測(cè)至少3個(gè)視野的氣孔數(shù)目。

分組制作臨時(shí)裝片，各小組數(shù)碼顯微鏡統(tǒng)計(jì)綠蘿下表皮視野中氣孔的數(shù)目，在騰訊多人協(xié)作在線文檔Excel表格中錄入數(shù)據(jù)。大屏幕同步呈現(xiàn)數(shù)據(jù)錄入情況和平均值;待數(shù)據(jù)錄入完畢后，利用Excel插入圖表功能，創(chuàng)建探究水培綠蘿和土培綠蘿下表皮氣孔數(shù)據(jù)柱形圖。學(xué)生通過(guò)比對(duì)柱形圖，得出結(jié)論：水培綠蘿比土培綠蘿下表皮氣孔數(shù)目多，與其生存環(huán)境相適應(yīng)。

設(shè)計(jì)意圖：學(xué)生利用生物工作坊親自培養(yǎng)綠蘿，在真實(shí)情境中實(shí)踐，豐富學(xué)習(xí)經(jīng)歷，體現(xiàn)了生物工作坊突破研究的時(shí)間和空間的限制，凸顯生物工作坊工作的完整性和連續(xù)性。教師以工作坊部分學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案呈現(xiàn)評(píng)價(jià)情境，學(xué)生從探究單一變量原則、增加觀察視頻統(tǒng)計(jì)氣孔數(shù)目提高數(shù)據(jù)的可靠性和實(shí)施方案的可行性三方面評(píng)價(jià)。使用騰訊在線文檔協(xié)作突破了時(shí)間的限制，提高了數(shù)據(jù)輸入效率。創(chuàng)建的柱形圖直觀表述實(shí)驗(yàn)結(jié)果，為不同環(huán)境的綠蘿與其環(huán)境相適應(yīng)的概念提供支撐，可以幫助學(xué)生形成“進(jìn)化與適應(yīng)”生命觀念。學(xué)生通過(guò)評(píng)價(jià)和修訂實(shí)驗(yàn)方案，互動(dòng)地使用數(shù)碼顯微鏡、騰訊文檔、收集和解釋實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、展示評(píng)價(jià)等路徑，基于證據(jù)得出不同環(huán)境中葉結(jié)構(gòu)功能與環(huán)境相適應(yīng)的生命觀點(diǎn)，樹(shù)立實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度，提升科學(xué)思維和社會(huì)責(zé)任等核心素養(yǎng)。

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